Click!

Hay que ver lo que dan de sí las psicofonías.

En anteriores entradas estuvimos viendo qué tipo de ruido eléctrico y electromagnético puede haber en una grabadora, y cómo estos ruidos podían estar a su vez presentes en los sonidos que identificaban a las supuestas psicofonías. También vimos cómo una jaula de Faraday no es un elemento mágico, sino que tiene sus limitaciones y puede dejar pasar radiación externa, por muy perfecta que se construya. Ahora vamos a tratar otro tipo de ruido, en concreto qué tipo de ruido o "huella" puede dejar una vibración del cabezal de grabación.

Para ello vamos primeramente a conocer cuál es la física en la que se basa el proceso de grabación de una cinta, que siempre es interesante saberlo.

Magnetismo

Todos sabemos que la materia está compuesta de átomos. Éstos átomos, en su forma más simple, se pueden entender como un núcleo central con carga positiva alrededor del cual giran electrones con carga negativa. Este giro es por definición una corriente eléctrica, que a su vez genera un campo magnético. Así, cuando se habla de magnetismo, la forma más simple de imaginar la materia es como compuesta por una multitud de pequeños imanes llamados dipolos magnéticos, que se caracterizan por tener un valor (momento dipolar, u) y una orientación, o sentido en que el campo magnético atraviesa el átomo:

En un material sólido, todos estos dipolos tomados en conjunto se describen por una propiedad llamada "magnetización", que llamaremos M, que describe el valor y orientación promedio de todos los dipolos. Si el material tiene una densidad N (átomos/m³), entonces, M=N[u], donde [u] es el promedio de todos los dipolos considerados. En ausencia de un campo magnético (que llamaremos H), todos estos dipolos están orientados al azar, de forma que en promedio, los campos creados por cada uno se cancelan mutuamente, y entonces [u]=0 y M=0.

Cuando se aplica un H externo, el valor u cambia su valor u orientación de forma que que tomado en promedio este cambio propicia la aparición de una magnetización neta. La respuesta depende del tipo de material.

Tenemos primeramente materiales diamagnéticos: al aplicar un H, éste afecta a la velocidad de giro de los electrones, de forma que todos los dipolos cambian su valor,(pero no su orientación) para oponerse al campo H que le está afectando: Se consigue una magnetización neta negativa, que crea un campo magnético en sentido contrario a H. Si el dipolo está originalmente alineado en la dirección del campo, entonces su momento dipolar se reduce, y si está en sentido contrario, entonces aumenta.

En segundo lugar, tenemos materiales paramagnéticos: además del cambio en el giro de los electrones, los dipolos se reorientan para colocarse alineados con el campo H, de forma que ahora al tomar el promedio de los momentos dipolares no se cancelan, sino que se refuerzan, apareciendo una magnetización positiva (crean un campo en el mismo sentido que H).

En estos dos tipos materiales, M desaparece cuando se elimina H. Pero tenemos un tercer tipo de materiales, que son los que nos interesan de verdad, los ferromagnéticos: Se comportan como los paramagnéticos, pero son capaces de mantener la magnetización cuando se elimina el campo magnético que la crea. Si no existieran estos materiales, no existirían los imanes permanentes, ni motores de grabadoras, ni las cintas de cassette donde grabar psicofonías.

En estos materiales, unos pocos dipolos crean un campo tan fuerte que son capaces de hacer orientarse a los que tienen en su entorno más cercano. De esta forma, el material se divide en muchas zonas, más o menos grandes llamadas dominios, con una magnetización neta, pero con distinta orientación, de forma que tomado en su conjunto, el material puede tener una magnetización nula. Al aplicar un campo externo, algunos de estos dominios se reorientan para alinearse con H, creando una M positiva. Cuando se quita el campo, permanecen con esa orientación, y el material mantiene una magnetización total distinta de cero.

Esta figura representa la curva típica de un material ferromagnético. Representa el valor de M en función de H

Si partimos del punto a de la gráfica, es decir, cuando M=0, y aplicamos un campo magnético externo pequeño, algunos dominios se reorientan creando una magnetización, que se mantiene al retirar H. El valor de M aumenta con H, hasta que llega al punto b, donde todos los dominios estarían totalmente orientados, y alcanzaríamos un valor de saturación, que no se puede superar porque no quedan dominios o dipolos que orientar. Al eliminar H, siempre hay un pequeño descenso del valor de saturación de M debido a que por temperatura, algunos dipolos pueden desorientarse, quedando un valor de la magnetización de saturación cuando H=0, que se llama magnetización remanente, Mr (punto c)

Si ahora aplicamos un campo H en sentido contrario, la magnetización se reduce poco durante un pequeño intervalo, hasta que el campo es lo suficientemente intenso como para comenzar a reorientar los dominios. En esta reorientación, hay un punto (punto d) para el cual se puede anular M, es decir, tenemos tantos dipolos orientados en un sentido, como en el contrario, y por tanto el promedio es cero. El valor de este campo Hc, es llamado campo cohercitivo. Si se aumenta más la intensidad del campo, los dominios se siguen reorientando hasta alcanzar de nuevo la saturación, pero esta vez en sentido opuesto (punto e). Este tipo de curva es típica de materiales ferromagnéticos, y se llaman curvas de histéresis, que son importantes dependiendo del uso que se le de al material.

Cintas de cassette

Una cinta de cassette es un material ferromagnético, que se magnetiza para "recordar" la información. Un sonido se convierte en electricidad. Esta corriente eléctrica se convierte en un campo magnético, y éste en un valor de magnetización sobre la cinta. A la hora de reproducir, la magnetización crea un campo magnético, que genera una corriente eléctrica que es transformada en sonido.

Un cabezal de grabación es como en la figura: una espira, enrrollada en un hierro que tiene un hueco en el otro extremo.

La corriente por la espira crea un campo magnético que es guiado por el hierro. Al llegar al hueco, el campo magnético sale de éste, creando un campo no solo en el hueco, sino también alrededor. Este campo de alrededor es el que magnetiza la cinta. La magnetización producida depende de la intensidad del campo magnético, que a su vez depende de la intensidad de la corriente eléctrica de la espira.

La cinta se divide en pequeñas zonas con dominios que mantienen la magnetización. Al grabar, a cinta pasa primero por un cabezal de borrado, que provoca una magnetización de saturación en cada uno, pero con una orientación aleatoria, de forma que sólo se obtiene ruido sin información. Al tener cada zona una magnetización previa, no se puede grabar directamente la señal, ya que el resultado final depende del estado inicial.

Dependiendo del valor obtenido en el borrado, al aplicar un campo con el valor marcado por la línea de puntos, se podría obtener una magnetización final en el grabado entre C y D. Como esto no es aceptable, en el grabado se añade una señal alterna de alta frecuencia (referida como bias) que recorre el ciclo entero de la histéresis, y hace que en promedio la magnetización sea nula. De esta forma, cuando no hay señal a grabar, la magnetización final es cero. Si hay señal, entonces el valor promedio se desplaza hasta una magnetización proporcional a ésta.

Más información sobre el grabado de cintas, aquí.

Vibración del cabezal

La magnetización de la cinta depende de la intensidad de campo magnético que llega a la superficie de la cinta, y que es proporcional a la señal que se quiere grabar. Las condiciones de trabajo son además tales que hay linearidad entre M y H: es decir, si se aumenta al doble H, entonces M también aumenta el doble (siempre que no superemos el valor de saturación). Además, el campo magnético creado por una espira es proporcional a la intensidad que va por ella, así que al final, la magnetización será directamente proporcional a la corriente I que va por la espira del cabezal.

La intensidad de campo magnético depende no solo de la intensidad de la corriente, sino también de la distancia entre el cabezal de grabado y la cinta (r). A mayor corriente, mayor campo, pero a mayor distancia, menor intensidad. Se puede escribir la dependencia de M con I y r:

(donde k es una constante. Supondremos 1/r porque es el caso "más favorable": la disminución de M es más lenta que si fuera 1/r², 1/r³, o cualquier otra potencia mayor que 1)

Para grabar una señal dependiente del tiempo, M debe variar entre dominio y dominio de la cinta, lo cual se hace normalmente a través de I. Si solo se está grabando ruido, la intensidad se puede escribir de esta forma:

donde I₀ es la amplitud del ruido, y fi(t) es una fase aleatoria. Si el cabezal se mantiene a una distancia r₀ constante de la cinta, la magnetización que queda grabada es simplemente un ruido de amplitud constante kI₀/r₀:

¿Qué ocurre al desplazar el cabezal, por una vibración o un golpe?

Si suponemos un desplazamiento muy pequeño, y que además éste tiende a recuperar su posición inicial a una distancia r₀ de la cinta, r(t) se puede describir de la forma más sencilla así:

Representa una oscilación de frecuencia f₀ en torno al valor r₀ que se va apagando con una constante de tiempo característico t₀, hasta recuperar el valor constante normal. A es la amplitud del la oscilación, entendida de esta forma:

Si A=1, entonces la oscilación tiene una amplitud r₀, y r(t) varía entre 0 y 2r₀.
Si A=2, entonces la oscilación tiene una amplitud 2r₀, y r(t) varía entre -r₀ y 3r₀

Y así sucesivamente... Un valor menor que cero no tiene sentido. Cuando r=0, hay que suponer que el cabezal empuja la cinta, y se la lleva con él manteniendo la distancia constante, hasta que vuelve a rebotar hacia arriba.

¿Qué valor puede tener r₀, la distancia entre cabezal y cinta? Muy pequeña. Por hacernos una idea, pongamos que medio milímetro (que posiblemente sea demasiado). Con A=1, la distancia del cabezal oscilaría entre 0 y 1 milímetros. Si r₀=0.1 mm, entonces oscilaría entre 0 y 0.2 mm

Ahora la magnetización se puede escribir de esta forma:

Si a partir de la primera ecuación, multiplicamos y dividimos por r₀, y reagrupamos los términos, nos queda la magnetización original sin vibración, que tiene una amplitud M₀, pero modulada por la cantidad r₀/r(t). Esto es interesante: la vibración es un ruido que no se añade (se suma) al ya existente, sino que lo modula, hace variar la amplitud del ruido original.

Imaginemos que se está grabando una señal de ruido constante, y al coger la grabadora, o por una vibración que se transmite por el suelo, el cabezal sufre una vibración, que se amortigua y desaparece en menos de medio segundo. La magnetización sufrirá esta modulación, aunque la corriente sea constante. Pero al reproducir la cinta, si el cabezal mantiene una posición fija, la modulación del ruido producirá un cambio en la intensidad eléctrica, se interpretará como tal, y será convertida a sonido en los altavoces: la vibración se interpretará al reproducir como si se hubiera grabado un sonido.

¡Click! Probando un dos tres... ¿Se me oye?

Por no ser muy pesados, en una segunda parte veremos que al simular estas vibraciones aparece este sonido:

Click

Que recuerda bastante a los clicks que se escuchan en algunas psicofonías, y que los entendidos del tema dicen que es habitual que aparezcan justo antes de oírse una psicofonía de las de verdad.

No cambien de canal.