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Gravação e reprodução do Som


  Biofísica

O primeiro protótipo do fonógrafo foi obtido pelo francês Léon Scott em 1857, quando estudava as características do som. Somente vinte anos depois, no entanto, graças a uma máquina inventada por Thomas Alva Edison, foi possível ouvir a reprodução de uma gravação. No século XX, desenvolveram-se muito as técnicas de gravação e reprodução acústica, o que resultou numa série de aparelhos domésticos destinados ao lazer.
Gravação do som é a estocagem, numa base de gravação (um disco, por exemplo) das vibrações produzidas no ar pelo som. Na reprodução, o processo se inverte, de maneira que as vibrações estocadas novamente se convertem em ondas sonoras. Os sistemas de gravação e reprodução do som visam à conservação documental de determinadas informações sobre meios físicos que permitam sua reedição posterior. A finalidade desses registros varia amplamente e pode ser tanto o lazer musical, como o comércio ou o estudo.
Entre as técnicas de gravação e reprodução do som existentes, destacam-se os sistemas de base mecânica, de que são exemplo os fonógrafos e eletrolas; os de base magnética, como os gravadores e toca-fitas que utilizam fitas cassete; e os de base óptica, caso das trilhas sonoras de filmes cinematográficos e dos discos compactos digitais, ou compact discs.

Sistemas mecânicos. O primeiro aparelho mecânico de reprodução do som, inventado por Thomas Edison em 1877 e patenteado no ano seguinte, constava de um cilindro coberto com papel de estanho e um pavilhão, que tinha no fundo um diafragma ao qual se fixava uma agulha. Uma manivela imprimia ao cilindro um movimento de rotação e outro, mais lento, de translação, de modo que a agulha, apoiada sobre o papel de estanho, nele produzia um sulco ao riscar uma curva espiral ininterrupta. Quando se emitia um som, como a voz de uma pessoa, diante do pavilhão, as ondas sonoras provocavam vibrações no diafragma, que as transmitia à agulha. Esta produzia no papel uma série de elevações e depressões decorrentes das oscilações. Desse modo, o som original era "inscrito", na forma de sulcos, sobre o papel. Ao passar a agulha do diafragma pelo sulco traçado durante a gravação, ela acompanhava as sinuosidades existentes e tornava a vibrar de modo idêntico. Essas oscilações se transmitiam ao diafragma e depois ao próprio ar, onde novamente se formavam ondas sonoras audíveis, que repetiam os sons originais.
A máquina de Edison, embora de concepção genial, tinha algumas limitações além da imperfeição da reprodução: a gravação na folha de estanho só podia ser tocada poucas vezes, não permitia cópias nem a possibilidade de o papel ser retirado e guardado. Em 1885, Alexander Graham Bell, seu primo Chichester A. Bell e Charles Sumner Tainter substituíram o papel de estanho por um invólucro de papel encerado, que se podia recolher com facilidade.
A primeira gravação sobre um disco plano se deve ao alemão naturalizado americano Emil Berliner, que traçou num disco de zinco uma linha espiral (partindo das extremidades para o centro do disco), sobre a qual deslizava a agulha. De acordo com as patentes, porém, Edison tinha os direitos da gravação com sulcos, e Bell-Tainter os da impressão em cera. Assim, Berliner foi levado a procurar uma solução nova: sobre um disco de zinco recoberto com uma fina camada de cera, um serpenteador transversal registrava as vibrações; depois, aplicava-se um ácido que atacava somente o metal e, desse modo, produzia uma estria nos lugares em que a agulha havia retirado a cera. O disco ficava pronto depois que se derretia a cera restante.
Berliner, porém, prosseguiu com as pesquisas, pois seu sistema ainda apresentava o inconveniente de só permitir a produção de um disco de cada vez. A possibilidade de cópias surgiu depois que ele teve a idéia de recobrir o disco original com um metal mais duro e obteve um molde, isto é, uma reprodução em negativo do original, com o qual pôde fabricar outros discos.
Outra inovação importante ocorreu em 1890, quando foram instalados mecanismos de corda nos aparelhos de cilindro de Edison e de Bell-Tainter, que já encontravam boa aceitação no mercado. O próprio Berliner teve a idéia de apresentar um tipo diferente de aparelho, de preço mais baixo. Com a colaboração do mecânico Eldridge Johnson, inventou o gramofone, aparelho que em 1896 já era vendido em todos os Estados Unidos. Iniciou-se então a produção de discos aos milhares.
Feitas por meio do poder mecânico das ondas sonoras, essas gravações eram denominadas mecânicas ou acústicas. Os discos também eram tocados mecanicamente. O grande êxito do sistema fonográfico de discos planos nos Estados Unidos e na Europa incentivou o rápido aperfeiçoamento dos materiais, bem como melhoramentos estruturais, como a incorporação de motores elétricos, que resultou num aparelho denominado toca-discos.
Apesar do grande interesse suscitado pela reprodução de sons ainda nos primeiros anos do século XX, ela era ainda estridente e barulhenta, com uma gama limitada de tons. A sonoridade dependia diretamente da intensidade da voz ou do instrumento musical, pois não se conhecia nenhum processo de controle do volume acústico do disco, para aumentá-lo ou diminuí-lo, nem de regulagem da velocidade de rotação. Além disso, era impossível gravar uma seleção musical executada por uma orquestra ou um grupo numeroso de músicos e cantores, já que cada executante devia cantar ou tocar seu instrumento perto da boca de um objeto semelhante a uma corneta, usado para concentrar a energia do som.
Em 1915 houve uma verdadeira revolução quando o americano Lee De Forest inventou um amplificador de tubo a vácuo. A invenção marcou a transição da gravação acústica para a elétrica, o que imprimiu uma considerável melhora no método que, unido à utilização de novos materiais na confecção dos discos e das agulhas e ao desenvolvimento tecnológico dos sistemas de reprodução (alto-falantes, amplificadores etc.), permitiu uma excelente qualidade sonora final. Padronizou-se então a gravação de discos de 4min30s de duração e 78rpm (rotações por minuto), originalmente feitos de goma-laca e depois de resinas sintéticas termoplásticas.
A gravação de longa duração (long-playing), conhecida como LP e lançada comercialmente em 1948 pela marca Columbia, foi projetada para tocar à velocidade de 33 1/3rpm. Por usar microssulcos, permitia um tempo de reprodução de trinta minutos para cada lado do disco. Essa técnica foi uma verdadeira revolução, pois apresentava a vantagem da economia e da fabricação com vinil, material plástico flexível e resistente, que produz muito pouco ruído pela fricção. Os discos compactos de 45rpm tocavam até oito minutos por lado e foram introduzidos em 1949. Gravações estereofônicas, com dois canais separados de som gravados no mesmo sulco, foram feitas a partir de 1958. No início da década de 1970, surgiram os discos quadrafônicos, com dois canais adicionais, mas não tiveram sucesso comercial.

Sistemas magnéticos. A idéia de empregar um material magnético como base de gravação de sons, antecipada pelo inventor dinamarquês Valdemar Poulsen em 1898, só foi posta em prática pela indústria na década de 1920, quando começaram a ser utilizadas fitas magnéticas. Os primeiros gravadores usavam um arame, que era passado sob velocidade uniforme de um carretel para outro, através do campo magnético de um eletroímã. As ondas sonoras de um fone eram transformadas em impulsos elétricos e passavam para o eletroímã, que magnetizava o arame, segundo as ondas sonoras originais. Para reproduzir os sons da gravação magnética, fazia-se passar o arame pelo campo de um eletroímã semelhante, com a mesma velocidade e na mesma direção anterior. As partes então imantadas do arame produziam um impulso elétrico transmitido ao fone, onde o som era reproduzido.
Posteriormente, começaram a ser utilizadas fitas magnéticas constituídas de tiras de papel às quais se aplicava o resultado da secagem de um líquido saturado de partículas magnetizadas. Na Alemanha e nos Estados Unidos se desenvolveu, na década de 1930, um processo de gravação magnética sincronizada com as películas cinematográficas, base do sistema denominado magnetofone.
As modernas fitas de gravação magnética consistem num filme de base plástica recoberto de material magnético, geralmente óxido de ferro, embora se usem também o dióxido de cromo e partículas de metal puro. A gravação sobre essas fitas se faz por meio do gravador, que efetua a conversão do som em sinal elétrico, depois aplicado sobre uma espira enrolada ao redor de um núcleo de ferro magnetizado. Os gravadores podem ter várias velocidades e números de pistas, mas todos baseiam-se no mesmo princípio: uma bobina magnética, chamada cabeçote de gravação, atua como um ímã e magnetiza as partículas de óxido que constituem a base magnética da fita.
Nos sistemas magnéticos, o sinal elétrico a ser gravado é emitido por uma fonte, que pode ser microfone, disco, rádio etc. Depois de amplificado num circuito eletrônico, esse sinal elétrico é enviado à fita através de um cabeçote, bobina construída sobre um núcleo de ferro magnetizado, sobre cuja superfície a fita se move. A corrente na bobina produz uma força que magnetiza as partículas da fita. Para fazer a reprodução do som, basta passar o mesmo trecho da fita sobre o cabeçote de reprodução. As porções magnetizadas da fita provocam alteração do fluxo magnético no núcleo, gerando uma voltagem que é amplificada e enviada para os alto-falantes, os quais, ao vibrarem, reproduzem o som original.
Os principais tipos de fitas de gravação são a de rolo e a cassete. Os gravadores de fitas de rolo foram os primeiros a serem desenvolvidos e são usados principalmente para gravações profissionais. Podem operar a diferentes velocidades e têm grande flexibilidade, inclusive capacidade de gravar até 24 trilhas separadas. A fita cassete consiste num jogo de dois carretéis de fita dispostos num estojo retangular fechado. Embora o sistema de fitas cassete seja menos flexível e de maneira geral apresente menos fidelidade que os de fitas de rolo, os gravadores de cassete tornaram-se mais populares, principalmente devido à facilidade de operação.


Sistemas ópticos. O primeiro sistema óptico foi inventado por De Forest, que em 1923 desenvolveu técnicas de transcrição de ondas sonoras em impulsos de luz que podiam ser fotografados sobre uma tira de filme. Quando se passava o filme entre uma fonte luminosa e uma célula fotoelétrica num projetor cinematográfico, as imagens se transformavam novamente em voltagens elétricas que podiam se converter em som por um sistema de alto-falantes.
Outro tipo de gravação óptica é a de disco compacto digital (compact disc ou CD). Os métodos de gravação, leitura e reprodução sonora mediante raios laser determinou uma autêntica revolução tecnológica desses aparelhos. A durabilidade, a precisão de leitura e a qualidade do som dos compact discs determinaram a troca gradual, em determinados círculos, dos sistemas de audição fonográfica e magnética pelos de tecnologia a laser. Diferentemente dos demais métodos de gravação e reprodução, que criam "analogias" do som original e são por isso chamados de métodos analógicos, a gravação digital reproduz amostras do som a intervalos determinados e as converte em números binários, que são então gravados em fita sob a forma de uma série de pulsos. Os compact discs tornaram-se disponíveis comercialmente a partir do início da década de 1980 e alcançaram grande popularidade no início da de 1990. Outros sistemas digitais são o digital audio tape (DAT) e o digital compact cassette (DCC).


Equipamentos auxiliares. A gravação de discos e fitas magnéticas em escala industrial é realizada em estúdios e requer uma série de operações executadas por pessoal técnico e mediante o uso de aparelhos especiais. As fitas magnéticas podem ser gravadas também por amadores, por meio de processo mais simples, com aparelhagem reduzida e sem necessidade de estúdio e de conhecimentos especializados. Nas operações profissionais de gravação e reprodução do som, empregam-se instrumentos adicionais que permitam verificar as sucessivas transformações do sinal desde a emissão acústica até a gravação, e desde a leitura até sua reprodução sonora.
Os instrumentos conversores da potência acústica em elétrica se denominam microfones; neles, o som faz vibrar um diafragma, e essa vibração se transforma em pulso elétrico. As sucessivas conversões do sinal original provocam uma perda de potência que, tanto nos processos de gravação como nos de reprodução, se corrige com o emprego de amplificadores. Os elementos finais dos sistemas de reprodução são os alto-falantes, cujo funcionamento é basicamente inverso ao dos microfones.
A utilização de sistemas elétricos de conversão do sinal produz perturbações intrínsecas denominadas ruídos, que podem ser reduzidos por mecanismos de filtro e pelo uso de amplificadores de sinais. O termo alta fidelidade (ou hi-fi, do inglês high fidelity) designa um estado de qualidade mínima que se requer de uma reprodução. As condições necessárias para os sistemas de alta fidelidade são a adequação do espectro de audição a todas as freqüências de som presentes na gravação, a faixa de volume suficiente para distinguir o sinal dos ruídos e distorções, a fidelidade na reprodução temporal dos sons e na reprodução aproximada do ambiente acústico durante a gravação.
A reprodução do som pode ser monoacústica, quando se faz através de um único canal de saída; monofônica, que se vale de um canal tradutor simples, utilizada geralmente em sistemas fonográficos e radiofônicos; estereofônica, que utiliza os microfones de gravação; e quadrifônica, capaz de reproduzir fielmente o ambiente sonoro da gravação.


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