El blog de Moebius

El registro de sonido magnetico

Valdemar Poulsen (23 de noviembre de 1869 - 23 de julio de 1942) fue un inventor  danés.

Comenzó siendo un empleado de la compañía de teléfonos de Copenhague, en 1898, inventó  la primer máquina capaz de registra el sonido en un soporte magnético.

Dicha máquina la llamó Telegraphone,, ya que la intención de Poulsen era grabar un mensaje de voz en el caso de que una llamada telefónica se produjera en su ausencia del usuario. O sea, en cierto modo era un adelantado a su tiempo ya que años más tarde esto se conoció como contestador automático telefónico.

Poulsen registró su patente en Dinamarca en 1898, y antes de 1899 también lo hizo en Estados Unidos (patente No. 661.619), Inglaterra (patente No. 8.961) y en otros países para evitar que otros investigadores se apropiaran de sus descubrimientos.

Detalle de la cabeza de grabación.

1911 el Telegraphone, grababa el sonido sobre un hilo de acero que se desplazaba entre los polos de un electroimán. El hilo de acero que empleó era el mismo que se utilizaba en las finas cuerdas de piano.

El equipo Telegraphone,  constaba de un micrófono de carbón, que era el transductor que convertía las ondas sonoras en variaciones de voltaje debida a la pila en serie. Estas señales eléctricas eran registradas en el hilo de acero que a su vez se arrollaba sobre un carrete. El carrete era cilíndrico y giraba bajo el electroimán. En el proceso, registraba la variación de intensidad del campo magnético sobre el hilo de acero donde quedaban registradas dichas variaciones debido a la reorientación de las distintas zonas de magnetización

Luego, invirtiendo el proceso, al pasar el hilo magnetizado por delante del entre hierro del electroimán, estas variaciones magnéticas eran reconvertidas en señales eléctricas que volvían a convertirse en sonido a través de un transductor electro acústico.

En Dinamarca y Alemania se fabricaron un reducido número de telegráfonos, pues el invento tenía grandes inconvenientes:

Poca fiabilidad, el  hilo  a menudo se rompía, teniendo que juntarlo de nuevo con un nudo.

La señal era débil, pues carecía de ningún tipo de  amplificación.

En 1902 Poulsen sustituyó el hilo de acero por una cinta de tela cubierta de polvo magnético, anticipándose a las investigaciones de Fritz Pfleumer y al sistema de grabación que utilizarían los magnetófonos modernos, inventados en 1935. Sin embargo, después de 1902 Poulsen abandonó la investigación sobre grabación magnética para centrarse en sus investigaciones sobre radiodifusión.

Poulsen vio recompensadas sus investigaciones cuando obtuvo uno de los premios en la exposición Universal de París en 1900. La grabación magnética más antigua que aún se conserva fue la realizada por el telegráfono de Poulsen en esta exposición de París y corresponde a la voz del Emperador Francisco José I de Austria. Esta grabación se conserva en el Museo danés de Ciencia y Tecnología.

La American Telegraphone Company adquirió los derechos de la patente del telegráfono en 1905 y fabricaron el llamado dictáphone (máquina de dictado). El dictáphone aunque se fabricó hasta 1924, nunca llegó a cuajar del todo, pues los fonógrafos eran mucho más baratos y fiables.

En la década de 1920, el inventor alemán Kurt Stille se le ocurrió la idea de grabar en cinta de acero, una mejora, pero el medio era caro y todavía no podía coincidir con la fidelidad de un disco de 78 rpm.

En 1921 1921:Carlson y Carpenter desarrollaron el método de la pre magnetización con una corriente alterna, mejorando considerablemente la calidad de las grabaciones.

En 1928, Fritz Pfleumer Pfleumer utilizó un papel muy fino que él cubrió con el polvo de óxido de hierro usando laca como pegamento. Recibió la patente alemana DRP 500,900 el 31 de enero de 1928. Para reproducir su cinta el construyó la primera grabadora de cinta en el sentido moderno, nombró al reproductor “soundingpaper” (reproductor de papel).

Utilizó  cinta de papel de 16 milímetros de ancho grabó en una dirección los primeros 8 mm. de un lado, volteando los carretes de la cinta, los 8mm restantes del otro lado. Con una bobina de 300 metros se podía grabar una duración de 20 minutos (2 veces de 10 minutos con una velocidad de reproducción de cinta de 0.5m/s).

Al darse cuenta que necesitaba ayuda para desarrollar comercialmente su producto, solicitó a muchas compañías y varios editores de periódicos de Berlín mencionaron a la grabadora con buena recomendación periodística.

La compañía AEG mostró gran interés y en 1932 firmaron contrato con Pfleumer quien cedió los derechos de su patente, El directivo de AEG Herman Bücher, tuvo interés personal en el proyecto de la grabadora de cinta para complementar las actividades de la radio de la AEG. Uno de los materiales empleados por la AEG fue el Hierro Carbónico, polvo que contenía partículas esféricas de hierro que producía la I.G. Fabernindustrie Aktiengesellschaft mejor conocida como BASF.

En 1933, Eduard Schuller (a la izquierda), un joven ingeniero que  trabajó en el Instituto Heinrich Hertz, fue el encargado de diseñar un dispositivo de grabación y reproducción de cintas de papel. Fue elegido por el título de su tesis fue: Los estudios de las bandas de acero para grabar sonido magnético.

La invención principal fue la cabeza de anillo ideada por Eduard Schüller. En esta cabeza de anillo, la cinta reducía al mínimo el esfuerzo de roce mecánico contra la cabeza debido a un campo magnético muy concentrado en el entre hierro de dicha cabeza, tenía 3 funciones: grabar, reproducir y borrar.

BASF desarrolla primera cinta para AEG Magnetophon.

La cinta consistía en una lámina de acetato de celulosa como material de soporte, recubierto con una laca de óxido de hierro como pigmento magnético y acetato de celulosa como aglutinante, fue lo suficientemente fuerte como para soportar el par de fuerza de la tracción de los motores de transporte de dicha cinta.

En 1935, el alemán Willy Müller patentó un grabador de conversaciones telefónicas que puede considerarse el precursor de los contestadores automáticos. Curiosamente, el aparato  apuntaba al mercado de los judíos ortodoxos que, por las restricciones religiosas del Shabbath, no podían atender el teléfono.

En 1958, el Dr. Kazuo Hashimoto, un prolífico inventor japonés, desarrolló su primer modelo de contestador automático. Sus invenciones, posteriormente patentadas en Estados Unidos, son la base de los aparatos utilizados en la actualidad.

El primer Magnetophon fue el K1 fue presentado en la Feria de Radio Berlín de 1935. La primera grabación seria con esta grabadora portátil, autónoma fue en noviembre de 1936, Sir Thomas Beecham  de la Filarmónica de Londres en la sala de conciertos de BASF cerca de su planta de fabricación en Ludwigshaven. Otras mejoras siguieron, tal como una cinta de óxido férrico de BASF y el redescubrimiento por Walter Weber en la aplicación de alta frecuencia de pre magnetización, que había sido conocido desde la década de 1920, dando a los Magnetófonos un ancho de banda de 10 kHz, con tal calidad la grabadora se convirtió en una alternativa viable para los estudios de radiodifusión.

Magnetofono prototipo 1934.

Magnetofono K1, 1935.

En 1935, AEG en el IFA de Berlín, presenta la primera grabadora de fabricación industrial del mundo. Se registró un grave incendio en una sala de exposiciones y se destruyeron 5 prototipos. En la fábrica, se encontraron todavía suficientes elementos para ser capaz de hacer otra copia. La cinta utilizada era 6,5 ​​mm de ancho y la velocidad de la cinta fue de 1 m / s, el dispositivo podría grabar frecuencias de hasta 6000 Hz. El tiempo de reproducción de una banda era de unos 20 minutos.

Hay que tener en cuenta la anchura de la cinta: Dado que las empresas estadounidenses se apoderaron después de 1945 del principio, utilizaron cintas de anchura 1/4 pulgadas, que son 6,35 mm, 0,15 mm más estrechas que las bandas anteriores, por lo que las primeras desarrollaron el desgaste lógico en los bordes, y luego se tuvo que unificar a las fabricadas en Estados Unidos en todos los dispositivos.

En la jerga técnica, el ¼ Zoll Tonband era debido de su color marrón original.

 

Magnetófono versión militar.

Parte electrónica.

Magnetophon K2, 1936.

1936, el AEG antes de desarrollarse desde el K1 al K2 que constaba de cuatro partes: la unidad, amplificadores, altavoces, micrófono. Externamente tenían diferencias visibles con el K1 como la disposición de los cuatro botones de la izquierda en una fila, así como la forma de la cubierta de las cabezas de la cinta.

Esta grabadora fue la que en 1936 grabó el llamado "Beecham concierto" con la Orquesta Filarmónica de Londres bajo su fundador y director de orquesta Sir Thomas Beecham en Feierabend casa en Ludwigshafen.

Magnetófono FT 3, 1939.

El FT4 es una máquina mejorada del FT3. Es operado por los mandos a distancia. El funcionamiento es posible de forma manual, pero limitado a un avance rápido / rebobinar y detener. El interruptor a la derecha del transporte selecciona el modo manual o remoto. A diferencia de la FT3, FT4 no tiene un altavoz integrado: es externo, como la serie K1/K2, pero el amplificador está construido en la máquina. El amplificador utiliza tres tubos: AZ1, AF7 y AL4.

El cabrestante es más pequeño que la serie K. Como cuestión de hecho, las máquinas de FT se utilizaron para grabar discursos largos, por lo que la duración de la cinta se aumentó a un poco más de una hora en una velocidad reducida de 25 cm / s. Por lo tanto, la velocidad del motor se reduce a 680rpm y el diámetro del cabrestante se redujo a 7 mm de diámetro.

El soporte de cabezales es giratorio al igual que las máquinas K1/K2. Esto se hace por un electroimán que acciona el conjunto.

El indicador permite el control de la cantidad de cinta que queda. Una palanca tensora de cinta realiza una pequeña tensión sobre la cinta para su mejor desfile y una constante presión de la misma sobre la cabeza.

El control a distancia.

Equipo completo montado en un mueble.

Magnetófono K3, 1937.

1936, AEG. El "K3" fue uno de las primeras grabadoras de cinta móviles que se utilizaron en todo el mundo. El paquete incluía un micrófono de carbón, un amplificador y altavoces. Todo el sistema pesaba aproximadamente 50 kg.

1938 el K4.

Se propaga rápidamente entre los estudios de radio porque ofrecía ventajas significativas en el manejo y almacenamiento de una obra de teatro de duración significativamente más larga. El valor seleccionado de la AEG de 77 cm / s era la velocidad estándar en la radiodifusión por muchos años. Cuando llegó a los Estados Unidos después de la AEG Grabadoras guerra, se orientaron allí en los primeros modelos propios en gran medida de los electrodomésticos AEG. Sin embargo, la conversión de 50-Hz a 60 Hz de alimentación de CA (otra velocidad del motor) y las dimensiones métricas de la AEG en el medio en las dimensiones de Estados Unidos pulgadas mostró una velocidad de la cinta ligeramente menor de 76,2 cm / s (igual a 30 pulgadas por segundo), que pronto se rompió internacional.

Los avances en la década de 1950 redujo a la mitad la velocidad a 38,1 cm / s, que se convirtió en el nuevo,  estándar en la radiodifusión y aplicaciones de estudio válido hasta el final de la era de la tecnología de cinta analógica. Al reducir a la mitad tambien aparecieron nuevos valores de velocidades, 19,05 cm / s, 9,5 cm / s y 4,75 cm / s, que ganaron reconocimiento por los amateurs.

Magnetophon K7

1943 aparece el K7 por primera vez en 1940 por Walter Weber y Hans-Joachim von Braunmühl encontraron al azar el sesgo de alta frecuencia, el ruido de la cinta y, especialmente, el tintineo se  redujo significativamente. Los oyentes de radio a partir de este momento no podían diferenciar entre la calidad entre  la onda larga y onda media y no se podía distinguir las grabaciones, de la transmisión directa.

Con un dispositivo de este tipo, equipado con una cabeza 2-pista, 1943 y con la ayuda de dos micrófonos Neumann  se hicieron las primeras grabaciones en estéreo. Algunas de estas cintas se han descubierto recientemente en Rusia.

Magnetofon AW1/ AW2, 1950.

Los dispositivos AW1 / 2 (1950) fueron algunos de los muy pocos en ese momento que ya eran casi semi-profesionales para uso doméstico.

Magnetophon F15

En 1951, AEG en la exposición industrial en Berlín con el F15, el primer grabador de cinta desarrollado para el público en general. El costo unitario de 770 marcos alemanes, equivalentes al día de hoy alrededor de 2.000 euros.

La velocidad de la cinta era 19 cm / s La unidad pesa aproximadamente 20 kg. Si bien la mecánica y la electrónica para la grabación y la reproducción, estaban  montados en el chasis, el amplificador de  estaba  junto con los altavoces y controles de bajos, agudos y volumen en la tapa del dispositivo

Teoría técnica del registro magnético

Remanencia magnética

Los materiales utilizados para la grabación magnética han de ser de alta remanencia magnética. El ciclo de histéresis (histéresis magnética) es el fenómeno que explica la remanencia, es decir, que la información magnética permanezca aún en ausencia del campo magnético que la creó. Por tanto, la histéresis es la que permite el almacenamiento de información. La remanencia es fundamental. Es obvio. De nada sirve inducir el magnetismo sobre una superficie, si ésta queda desmagnetizada inmediatamente. Si no hay remanencia, tal cual se grabase algo, se borraría

Curva de histéresis y señal de bias o premagnetización.

La grabación sobre un soporte magnético no es lineal de principio a fin, sino que una inducción magnética no siempre corresponde a una magnetización idéntica.

La curva de histéresis muestra la curva de magnetización de un material. Sea cual sea el material específico, la forma siempre es la misma. Al principio, la magnetización requiere un mayor esfuerzo eléctrico (es la llamada zona reversible); hasta que llegado a un punto, la magnetización se produce de forma proporcional (zona lineal). Finalmente, se llega un instante a partir del cual, por mucha fuerza magnética que apliquemos la cinta magnética de audio ya no se magnetiza más, es el llamado punto de saturación que determina el inicio de la llamada zona de saturación.

La señal de audio hay que grabarla solo en la zona lineal, de modo contrario, por arriba o por abajo, sufriría deformaciones. Para sobrepasar la zona reversible se graba una frecuencia que se conoce con el nombre de Bias (señal de bias) o premagnetización.

Se trata de una señal no audible que induce el magnetismo en la zona lineal Sin la señal de bias la cinta contaría con una menor remanencia, lo que implicaría mayores niveles de distorsión. Esta frecuencia es la que se usa en el proceso de borrado.

La señal de bias es una frecuencia que cuanto mayor sea la amplitud de esta señal, mayor será la profundidad en que se grabe el sonido en la capa de óxido. Los requisitos de polarización varían dependiendo del tipo de cinta, por ello, antes de iniciar una grabación hay que realizar un ajuste de bias. Un mal ajuste de las bias podría comprometer las altas frecuencias en la grabación.

Si el flujo magnético adquiere altos niveles se produce distorsión y saturación.

Si por el contrario, el flujo magnético tiene un nivel en exceso bajo se produce ruido.

Para obtener una grabación óptima, el margen de rango dinámico útil ha de situarse entre un nivel de salida máximo (MOL –maximum output level) y uno mínimo (nivel típico de ruido).

Las cifras exactas entre ambos dependen del magnetófono y del tipo de cinta magnética utilizada.

El nivel de flujo magnético puede ajustarse controlando la relación entre el nivel de voltaje a la entada del grabador y el nivel de flujo magnético sobre la cinta. Para poder realizar este ajuste se utilizan las cintas de prueba (test tape). Estas cintas de prueba recopilan niveles de referencia estandarizados y contienen tonos pregrabados a un nivel de flujo magnético concreto.

Existen cintas de prueba para todas las velocidades de arrastres y anchos de cinta y para el estándar necesario:

CCIR estándar europeo  320 nWb m-1.

NAB estándar americano 200 nWb m-1.

DIN estándar alemán  250 nWb m-1.

Es muy importante conocer exactamente el estándar estamos usando, porque por ejemplo, si ajustamos el nivel de la grabación en función de una test tape NAB y luego realizamos la grabación en una cinta cuyo estándar es el IEC estaremos grabando 4dB por encima de lo recomendado.

Durante el proceso de ajuste, lo que se hace es poner la entrada del equipo un tono determinado (habitualmente 1kHz a O dbu) y ajustar la salida para que también lea esos 0 db, lo que nos asegura que estamos grabando con un nivel de flujo de 320 nWb m-1 (nivel IEC). Estos 0 dbu, normalmente, a un nivel de 4 en el picómetro (PPM 4) o de -4 en el vúmetro (-4 VU).

Un decibelio (dB) no es un valor absoluto siempre hace referencia una comparación entre señales. La unidad de medida dbu es una unidad logarítmica de nivel de voltaje. Cuando un voltímetro indica 0 VU, está indicando un estándar profesional de +4 dbu que se corresponden a 1,228 V a 600 ohms de impedancia.

El nivel de flujo magnético se mide en nanowebers por metro (nWb m-1). El weber es la unidad de flujo magnético.

El MOL para una cinta de alta calidad está en un nivel magnético de alrededor de 1.000 nWb m-1.

Las velocidades del registro magnético.

15 pulgadas,  38 cm, de 30Hz a 22KHz  de respuesta en frecuencias.

7 y media de pulgada, 19 cm, de 30 Hz a 18 KHz.

3 tres cuartos de pulgada, 9,5 cm, de 30Hz a 14Hz.

El cabezal de borrado.

Realiza el proceso de desmagnetización de la cinta que puede hacerse de dos modos:

Por imantación uniforme. La cinta se re magnetiza por cualquier campo exterior constante. Para ello, al acercar a una cinta un imán o a un campo magnético generado por cables eléctricos, ésta se borra.

Este modo es desaconsejable en los sistemas de alta fidelidad porque deja un fuerte ruido de fondo.

Para dejar las partículas magnéticas en estado neutro, el cabezal genera un campo magnético alterno ya que está conectado a un oscilador local de entre 40 y 120 KHz según modelos, desorientando las partículas ferromagnéticas. Así se elimina la información que hubiera registrada. La frecuencia del cabezal de borrado es fija.

Cabezal de grabación

El cabezal grabador magnetiza la cinta según el patrón deseado en función de la señal de audio. Para ello, cuando la cinta pasa por el hueco (entrehierro) que hay entre los polos de la cabeza se producen campos magnéticos que reproducen la señal eléctrica. La frecuencia de polarización o premagnetización (AC Bias) es de 40 Khz. Esta frecuencia se suma a la frecuencia de la señal que vaya a ser grabada.

Cabezal de lectura o reproducción

Al reproducir, la señal magnética esta se transforma en señal eléctrica. Para la reproducción de la cinta, la cinta se mueve nuevamente en el hueco (entrehierros) que hay ente los polos del electroimán, revirtiendo los campos magnéticos nuevamente en un voltaje alterno. Esta señal eléctrica se amplifica y es reproducida por los altavoces. El entrehierro del cabezal de reproducción  suele ser un poco más estrecho que el de la grabación.

La curva es la bien conocida curva de histéresis de los materiales magnéticos. El trazo entre A y B corresponde a la relación entre la excitación magnética o intensidad de campo H que origina la bobina y la imanación obtenida en el núcleo magnético, cuando el material es virgen.

La inducción crece al principio en forma lenta para luego hacerlo en forma casi uniforme, hasta alcanzar un punto en el que llega a la saturación. Esto es consecuencia de que todas las partículas están orientadas en la dirección impuesta por la excitación.

Ahora si disminuye la corriente aplicada a la bobina, comienza a disminuir la inducción, pero no lo hace recorriendo el mismo camino trazado en el gráfico, por el contrario, todo ocurre como si solo una parte de las moléculas volviesen al desorden primitivo y otras quedaran orientadas como si aún actuara el campo de la bobina. Esto se hace más notorio donde la excitación magnética es cero, sin embargo, la inducción conserva un valor [Br] nada despreciable. Este efecto se denomina remanencia magnética.

La curva de histéresis, especialmente al tramo C  D, donde se ha invertido el sentido de la corriente y por lo tanto de la intensidad de campo, logrando así la disminución de la inducción, hasta lograr finalmente anularla. Hemos vuelto a un núcleo totalmente desimantado, pero para ello, nos vemos en la necesidad de aplicar una corriente en sentido contrario al inicial. Este punto o valor de excitación Hc se denomina fuerza coercitiva.

En el trazo D  E, se puede apreciar la imantación del material pero en sentido contrario, nuevamente la inducción crece hasta alcanzar el valor de saturación, por las mismas causas anteriores. Solo que ahora las moléculas se han orientado en sentido opuesto. Continuando con la evolución de la corriente de excitación, encontraremos el mismo efecto de remanencia descripto anteriormente, pero, ahora en sentido opuesto, y, seguramente si aumentamos ahora la corriente, lograremos un punto donde se requiere una fuerza coercitiva para anular el campo, tramos E  F y F  G. El lazo se cierra con el tramo G  H, donde se obtiene nuevamente la saturación en sentido positivo.

De este estudio surgen cuestiones importantes. El lazo de histéresis es variable de acuerdo con el material. Si se tratara  de un hierro dulce ideal, sin remanencia tal como convendría para una inductancia con núcleo de hierro o un transformador en general, el lazo se transforma en una simple curva en forma de "S". Por el contrario si se desea que el material retenga la mayor remanencia posible, para obtener un imán permanente, el lazo debe transformarse en un rectángulo. Entre estos dos casos ideales se encuentran todos los materiales.