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Más sobre este recurso: Catalogado en base de datos como: VCR, videograbadoras.: El sistema de video grabacion en cintas magneticas, en carrete abierto, y especialmente en videocassette, ferromagnetismo, grabacion y reproduccion magnetica, sistema de cinta, VCR, cabezales. Agregado: 30 de OCTUBRE de 2000 | Palabras: 2859 | Votar! | Sin Votos | Sin comentarios | Agregar Comentario Categoría: Apuntes y Monografías > Ciencia y tecnología > |
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INTRODUCCION A VCR
INDICE
Según las características magnéticas que presenten los materiales, se lo
pueden clasificar en alguno de los siguientes grupos:
Materiales ferromagnéticos
Materiales paramagnéticos
Los materiales ferromagnéticos son materiales que pueden ser
magnetizados permanentemente por la aplicación de campo magnético externo. Este
campo externo puede ser tanto un imán natural o un electroimán. Son los
principales materiales magnéticos, el hierro, el níquel, el cobalto y
aleaciones de estos.
Los materiales paramagnéticos son materiales atraídos por imanes, pero
no se convierten en materiales permanentemente magnetizados.
Los materiales diamagnéticos no son atraídos por imanes, son repelidos y
no se convierten en imanes permanentes.
Si la temperatura de un material ferromagnético es aumentada hasta un
cierto punto llamado temperatura de Curie,
el material pierde abruptamente su
magnetismo permanente y se vuelve paramagnético
Los materiales ferromagnéticos están caracterizados por curvas de
magnetización y curvas de histéresis.
Considerar un material ferromagnético que en principio no este
magnetizado (lo cual seria difícil, pues por lo menos fue sometido al campo
magnético terrestre. Se le aplica un campo externo que va aumentando
paulatinamente su intensidad. La magnetización de l material va aumentando,
pero no de forma lineal, hasta llegar a un punto, en que por mas que aumente
mucho la intensidad aplicada, la inducción del material prácticamente no
cambia. A esta curva original se le suele llamar curva de magnetización.
Ahora, si el campo H es reducido, la inducción también se reduce, pero
no sigue la curva de imanación
anterior, sino que el material retiene una cierta magnetización residual
llamada magnetización remanente Mr.
Eventualmente, si se sigue reduciendo el campo H (en realidad, se cambia
el sentido del campo H aplicado), la inducción remanente disminuirá a cero,
pero a costa de la existencia de una magnitud Hc, llamada coercitividad.
El producto Mr.Hc se suele llamar fuerza del imán.
Siguiendo con el proceso, se repite el mismo fenómeno (pero de signo
contrario) y se va formando la curva que muestra el siguiente grafico.
La línea azul corresponde a la curva de magnetización y la línea
roja a la curva de histéresis.
En el caso de grabaciones magnéticas, el medio o soporte magnético, no
suele ser llevado al punto de saturación completa(bordea angulosos en el primer
y tercer cuadrante de la figura. Los campos aplicados se mantiene por debajo
del valor de saturación y la inducción permanente es menor que el valor Mr
antes visto.
El sistema más sencillo de grabación consiste en un electroimán con
forma de anillo, con un núcleo ferroso, moviéndose a velocidad V. Como el
núcleo del electroimán es ferroso, el flujo magnético existirá dentro del mismo. Por lo tanto, deliberadamente se le
hace un corte al anillo, llamado entrehierro (gap), muy cerca por donde pasara
la cinta a grabar. Esto da lugar a la aparición de líneas de fuerza que se
cierran por el entrehierro, y alcanzan la cinta. Entonces se crea una magnetización sobre la
superficie ferromagnética de la cinta soporte.
Ahora, suponer que la señal del electroimán es analógica. Esta señal
creara una variación analógica de H. Como la superficie ferromagnética se está
moviendo en el tiempo, entonces, las variaciones de la señal analógica en el tiempo, es trasladada en
variaciones remanentes de magnetismo
sobre la superficie de la cinta.
Aunque aquí se habla de cinta, es posible el mismo criterio en otros
soportes.
En grabación magnética una cantidad importante es la variación espacial
que corresponde a la frecuencia de la señal.
Si la señal analógica tiene frecuencia f, entonces la longitud de onda
característica de la “huella escrita” sobre el medio magnético, tiene una
longitud de onda de:
l= V / f
Es importante que el medio magnético elegido tenga una resolución
espacial suficientemente pequeña para poder soportar el rango de frecuencias
deseado a la velocidad dada.
En muchos casos, la velocidad puede ser incrementada con el propósito de
grabar las frecuencias deseadas con resolución espacial más baja.
El sistema de lectura más simple consiste en la misma cabeza
(electroimán) anterior, viajando a la misma velocidad V, pero ahora la cabeza
pasa sobre el campo magnético H, existente sobre la superficie ferromagnética
de la cinta o soporte magnético.
La tensión inducida en el electroimán es proporcional a la derivada
espacial (la cinta se esta moviendo) del campo magnético sobre el material.
Un típico sistema a cinta de audio tiene 3 cabezas
Borrado
Grabación
Reproducción
Durante la grabación, la cinta primero se mueve sobre la cabeza de
borrado, donde todo rastro de magnetismo remanente es eliminado (provee el
mínimo ruido posible de esta manera), el entrehierro de la cabeza de borrado es
grande para generar un campo fuerte. El electroimán suele ser también,
alimentado con una señal AC para lograr el borrado deseado.
Luego, la cinta se mueve sobre la cabeza de grabación. Esta cabeza es usualmente fabricada con un tamaño
de entrehierro del orden del grosor de la capa magnética. Esto provee un
compromiso entre respuestas en frecuencia altas y bajas. Ademas, la señal
presente en la cabeza es alterada en 2 formas de la original:
Primero, una componente AC es agregada
a la señal, para linealizar la respuesta.
Segundo, el espectro de frecuencias es alterado para compensar perdidas
que ocurren en el proceso de grabación para señales de corta longitud de onda
(altas frecuencias). Este proceso de compensación , llamado pre-ecualizacion,
tiene el objetivo final de dar a la grabación de la cinta una respuesta en
frecuencia plana hasta su componente mas alta.
Finalmente, en reproducción, la cinta se mueve sobre la correspondiente
cabeza, esta viene fabricada con un entrehierro pequeño para maximizar la
respuesta de altas frecuencias. Como la señal obtenida es la derivada del
flujo, por lo tanto, la señal debe ser integrada. Además se le debe agregar la
post- ecualización, para compensar perdidas en el proceso de lectura. Para
altas frecuencias, lográndose una respuesta plana.
Como se vio antes, la relación entre campo magnético H y la inducción
resultante M es netamente alineal. En consecuencia se usa una corriente de
dolarización alterna, considerablemente mayor que la señal, para linealizar la
relación. Haciendo que el campo pico sea aproximadamente mayor a la
coercitividad, se crea una curva mucho mas lineal, para valores bajos de H Esto
es llamado magnetización remanente antihisteresis Mar. La frecuencia típica de
polarización suele ser de 100KHz.
La curva antihisteresis suele seguir una ley polinomica de quinto orden
y suele ser muy similar en la mayoría de los soportes magnéticos
longitudinalmente orientados.
Gran variedades de soportes magnéticos han sido usados con el correr de
los años. En los primeros grabadores se uso alambre ferroso (wire recorder),
sin embargo, en los equipos modernos se usa una delgada capa de material
ferromagnético que es soportada por un sustrato no magnético. La capa magnética
puede estar formada de partículas magnéticas en una matriz polimérica.
El uso de película magnética delgada permite varias configuraciones
posibles para el sustrato. Las grabaciones de audio son hechas ampliamente en
cinta, pero también es posible en tambores y discos rígidos. La grabación
digital en un momento fue completamente en cinta, pero hoy se usa muchísimo mas
el disco flexible y el disco rígido.
Estos soportes magnéticos suelen diferenciarse en medios duros y medios
blandos. Los medios duros requieren campos aplicados grandes para lograr el
magnetismo permanente. Y una vez magnetizados, otros campos intensos son
requeridos para revertir la magnetización y borrar el material. Estos medios
son de gran saturación remanente y alta corecitividad y tienen gran aplicación
en computadoras y almacenamiento de datos.
Los medios blandos requieren relativamente bajos campos para lograr la
magnetización, estas bajas remanencias y baja corecitividad son apropiados para
aplicaciones de audio.
Dependiendo el soporte
magnético, será la forma del entrehierro a utilizar para grabar.
Es el medio que se utilizo comúnmente en audio. Para asegurar la
compatibilidad entre grabación y lectura, la señal de polarización ,como a si
también la frecuencia de ecualización se estandarizan, de manera de ajustar la
coercitividad, la remanencia magnética y el grosor de cinta. Para conseguir
distintos rendimientos se crearon distintos estándares.
El material mas usado es un oxido de hierro llamado Gamma-Fe2O3. .Aunque se
podrían usar metales o aleaciones es más difícil de controlar la morfología de
los metales que los óxidos. Los metales y las aleaciones son mejor
aprovechables para deposición de películas.
La gama oxido ferrico debe ser preparado a partir de oxido ferroso por
oxidación, el proceso lleva varios pasos pues la magnetita sintética no forma
fácilmente elipsoides alargadas.
Sustitutos para cinta o medios flexibles es el poliéster, y para medios
rígidos, el aluminio.
Fueron desarrollados entre 1940 y 1950. aunque estos tipos de maquinas
han sido casi suplantados por completo en el mercado de consumidores, aun sigue
en uso como maquinas de estudio y profesionales.
La grabación de carrete abierto multipista de alta calidad es todavía el
estándar industrial para audio
profesional.
Un dispositivo llamado capstan debe girar a velocidad constante, de lo
contrario se producirían variaciones de baja frecuencia (WoW) y de alta
frecuencia (flutter). Las velocidades de giro, típicas son:
3.75 pps
7pps
15pps
30pps
Los motores proveen el mantenimiento del torque durante la grabación y
reproducción, y también provee alta velocidad durante el avance rápido y el
retroceso.
Además se suelen incluir dispositivos para reducir la vibración de la
cinta.
En estos grabadores se usan casi exclusivamente la cinta de oxido
ferrico antes mencionada.
Los producto para consumidor usan una base de poliéster grueso de
25micras y 5 a 7 micras de material magnético. Las cintas para estudio
incrementan el grosor magnético a 10 micras, para mejorar el rendimiento de
largas longitudes de onda. También el espesor es de 38 micras, en estos casos.
Los dispositivos de estudio entregan una relación S/N de 60dB a 1KHz
mientras que los de uso de consumo de 35 a 40 dB.
En el mercado de consumidores se usan cintas con 4 pistas (canales I y D
para avance y sendos canales para la inversa. Las cintas de estudio usan mas
canales, por ejemplo , las cintas de 2” usan de 16 a 24 canales separados.
Fueron introducidos en los 70 y remplazaron a los de carrete abierto en
los 80, en el mercado de consumidores.
El cassette contiene 2 carretes de cintas que son conducidos por un eje
externo, con muy baja fricción.
En la gran mayoría de los cassettes, se utilizan 4 pistas, que son las
de los canales izquierdo y derecho en un sentido y en el sentido inverso.
Los cassettes de uso domestico típicos tienen materiales con 3.75 micras
de espesor magnético sobre mas de 6 micras de espesor de cinta de poliéster.
En los 70 se usaban cintas con gamma oxido ferrico, luego se paso a usar
oxido de cromo y en los 80 cintas de cobalto. Actualmente hay cintas con doble
capa magnética.
Los cassettes de alta calidad entregan una relación S/N de 50 dB a
600Hz.
Un VCR codifica señales estándar de video (NTSC, PAL, SECAM) sobre cinta
magnética. Las señales son grabadas en forma analógica. El principal inconveniente de la grabación
de video es la longitud de la cinta requerida para lograr contener suficiente
tiempo de grabación.
Para lograr un ahorro considerable de cinta, se decidió rotar la cabeza
de video bajo la cinta. La cinta se moverá a una cierta velocidad, y la cabeza
de video rotara a una velocidad mucho mayor.
Hay 2 cabezas de escritura
montadas para video, separadas en 180 grados. La cinta abraza al tambor
porta cabezales en algo mas que 180 grados. , Lo que permite un pequeño
solapado (overlap) entre las cabezas. Cuando las cabezas giran, lo hacen de
manera inclinada, generando pistas inclinadas. Las pistas son exploradas
alternativamente por las cabezas. Cada pista corresponde a un campo de la señal
de video entrelazada. Existe una leve redundancia, entre las exploraciones, por
lo que la envoltura de mas de 180 grados de la cinta sobre el tambor. Las 3
ultimas líneas horizontales (“negro mas negro que el negro” de la imagen)
corresponde a las 3 primeras líneas de la siguiente exploración. Durante la
reproducción de la cinta, las cabezas de video son conmutadas para evitar una
doble reproducción de la región redundante. Los pulsos de conmutación de la
cabeza de video, caen en la región no visible de3 la imagen de TV.
Sin embargo puede observarse un desajuste vertical, o sea, los pulsos de
sincronismo vertical se mueven dentro del área visible.
Es importante para las cabezas, leer solo la señal sobre sus propias
pistas y no las adyacentes. Por lo tanto, en modo SP, se incorporan bandas de
guarda entre pistas, sin señal grabada. Sin embargo, las bandas de guarda
reducen significativamente el tiempo de reproducción de la cinta. Entonces, se
recurre a un truco para evitar que las
cabezas señales adyacentes: las cabezas son orientadas con ángulos diferentes
respecto de la cinta. La cabeza A esta típicamente orientada a –6 o –7 grados y
la cabeza B a +6 o +7 grados (dependiendo del tipo de cinta). No confundir este
Angulo con el Angulo que toma la pista respecto de la cinta de video.
La idea detrás del Angulo azimutal es maximizar la señal. El uso de
ángulos azimutales permite paquetes de pistas más cercanos.
En modo LP, las pistas son empaquetadas sin bandas de guarda y con 9
micras de solapamiento.
Cuando se introdujo el modo SLP (Super Long Play), las pistas fueron
empaquetadas a muy alta densidad. Para
poder cumplir con esto, se crearon cabezas más pequeñas, lo que significo que
la calidad de la imagen fuera reducida en modo SP.
Entre los fabricantes introdujeron 2 juegos de cabezas (las maquinas de
4 cabezales); 2 para SP y 2 para LP/EP y se dieron cuenta que mezclando tamaños
de cabezales resulto una mejor reproducción.
Cuando se presiona el botón 2pausa”, la cinta se detiene pero el tambor
porta cabezales sigue girando, de manera que la misma pista sea leída y
releída. Bajo condiciones normales, el Angulo de la pista es la suma vectorial
de la velocidad de la cinta y el Angulo de inclinación de la cinta sobre la
cabeza.
Al pararse la cinta, el ángulo se vuelve un poco más empinado, porque la
velocidad de la cinta es removida.
A pesar de la ayuda provista por el ángulo azimutal, en “pausa”, la
imagen es degradada.
En estos casos, la velocidad de la cinta es incrementada de 3 a 10
veces.
Durante el avance, varios cuadros aparecen bajo la cabeza de lectura
como si fuera la exploración de la
cinta.
Lo mismo pasa durante el retroceso, pero la dirección es tal que el
ángulo de exploración es aumentado.
Recordar que la señal NTSC (algo semejante pasa con PAL) esta codificada
con una portadora de luminancia Y y otra portadora de crominancia C (o
subportadora color). La intensidad de la portadora Y esta relacionada con la
intensidad de la señal y la fase de la portadora color esta relacionada con la
información de color de la imagen.
El ancho de banda del canal de TV es 8en general) de 6MHz. La
subportadora color esta a 3.58Mhz ((4.43Mhz en otros sistemas) de la portadora
Y. Para evitar interferencias con canales adyacentes (cross-talk) hay una
separación de 0.25Mhz al borde superior y 1.25Mhz al inferior.
El problema es que la información de color esta ubicada a muy alta
frecuencia dentro del canal, frecuencias a la que la cinta magnética
distorsiona.
Entonces para grabar con un VCR, se hacen 2 grandes cambios en la señal:
1)
la señal Y es modulada en FM y centrada en aproximadamente 3.5MHz
2)
La señal C es movida hacia abajo en frecuencia y centrada en 600 Hz.
Los valores exactos de las portadoras de Y y C cambian según la
tecnología del VCR.
La señal C se mantiene intacta,
solo se cambia la subportadora.
Las mejores resoluciones, como se dan en formato S-VHS y SuperBeta se
obtienen con la rotación de las regiones espectrales de las bandas laterales de
la señal Y.
Trabajo de investigación de:
R.G. Bosco
Ing. Electrónico
Buenos Aires
Argentina
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