Las cintas magnéticas para casetes compactos se dividen en tres tipos principales, que difieren en el nivel de polarización durante la grabación y la constante de tiempo de los circuitos de corrección de frecuencia durante la reproducción.
Las características y designaciones de tipos de cintas están reguladas por el estándar IEC-94 (IEC-60094). Históricamente, el tipo IEC-I (IEC I) incluía cintas basadas en óxido de hierro gamma , el
tipo IEC-II - cintas basadas en dióxido de cromo y cintas de ferrocobalto cercanas a ellas en propiedades magnéticas , las las cintas con núcleo metálico tipo IEC-IV más avanzadas y caras . En la década de 1980, aparecieron cintas con capas de trabajo ultrafinas de metal pulverizado (ME) , cintas con núcleo de metal MEK-II y MEK-I se generalizó . La brecha de calidad entre los tres tipos de cintas se redujo: las mejores cintas IEC-I desarrolladas en la década de 1980 compitieron en igualdad de condiciones con las cintas con núcleo metálico.
Las cintas ferrocrómicas de dos capas, estandarizadas bajo la designación IEC-III , no han recibido distribución . La designación tipo 0 , no prevista por IEC-94, fue utilizada por la prensa técnica para cintas obsoletas de la década de 1960 que no cumplían con el estándar, así como para cintas falsificadas o de baja calidad [1] .
Para garantizar la grabación magnética en la capa de trabajo de la cinta, se utilizan ferroimanes o ferriimanes de polvo magnético duro, materiales que requieren efectos de magnetización externos significativos y retienen ("graban") una magnetización residual significativa después de eliminar la influencia externa [3] . Las principales características magnéticas de las cintas son [comm. 1] :
Las principales características electroacústicas utilizadas para evaluar la calidad de los casetes compactos son [comm. 3] :
El rango de frecuencias grabadas y reproducidas no es en sí mismo una característica significativa de la cinta. A bajos niveles de magnetización [comm. 6] todas las cintas de alta calidad son capaces de grabar y reproducir el rango de frecuencia de 30-16000 Hz y garantizan una transmisión de sonido sin distorsiones. Sin embargo, a niveles de señal altos, el límite superior se estrecha debido a la reducción del límite. A nivel Dolby, va desde los 8 kHz para las cintas de dióxido de cromo hasta más de 12 kHz para las cintas con núcleo metálico (que, en el caso de las cintas de dióxido de cromo, se compensa con el bajo nivel de ruido absoluto). En la práctica, no es tanto el valor del límite superior del rango de frecuencia lo que es importante, sino la suavidad difícil de formalizar de la respuesta de frecuencia en la región de frecuencias medias y altas [17] .
La primera especificación para cintas de cassette compactas fue compilada en 1962-1963 por Philips; en ese momento, solo tres cintas de 3M, BASF y Kodak cumplían con los requisitos de Philips. A principios de la década de 1970, entraron en el mercado muchas cintas que no cumplían con el estándar establecido. Las grabadoras sintonizadas en la fábrica con las últimas cintas mejoradas demostraron ser incompatibles con las cintas "normales" y económicas [19] . La estandarización de las características de las cintas fue asumida por el Instituto Alemán de Normalización (DIN), que estableció los modos de grabación y reproducción de las cintas de dióxido de cromo, y luego por la Comisión Electrotécnica Internacional , desarrolladora de la norma IEC-94 (IEC 60094) [com. 7] . La división final de casetes compactos en cuatro tipos (IEC-I, IEC-II, IEC-III e IEC-IV) fue establecida por IEC en 1979 [21] .
El estándar IEC-94 define dos características importantes de las rutas de cinta:
Una parte obligatoria del estándar son las cintas estándar primarias [comm. 3] CEI. Las cintas primarias IEC-I e IEC-II de todas las generaciones son fabricadas por BASF , las cintas primarias IEC-III e IEC-IV por Sony y TDK respectivamente [24] . Estos no son productos producidos en masa que ingresaron al mercado de un año a otro, sino cintas de lotes únicos, una vez fabricados y que ya no se reproducen [24] [17] . Era imposible repetir las características del lote con la debida precisión, por lo que el proveedor autorizado por la Comisión Electrotécnica produjo una vez y luego mantuvo un stock de cintas primarias en función de las necesidades de la industria en todo el mundo durante muchos años [24] . De vez en cuando, el IEC ha revisado el conjunto de cintas primarias; la revisión más reciente tuvo lugar en abril de 1994 [17] .
Cintas IEC-I (IEC I o Normal): el primer tipo de cinta, el más común y asequible, que se usa con mayor frecuencia en la producción de casetes con grabación. La capa magnética de la cinta MEK-I consta de aproximadamente un 30 % de aglutinante sintético y un 70 % de polvo magnético: partículas oblongas en forma de aguja de óxido gamma de hierro III ferrimagnético con una longitud de 0,25 a 0,75 micrones . Las partículas de este tamaño pueden considerarse dominios magnéticos únicos [25] . La masa del polvo tiene un color marrón, y su intensidad y tonalidades están determinadas por el tamaño medio de las partículas [25] . En el extranjero, las empresas productoras de pigmentos minerales [25] producían óxido de goethita sintética ; en la industria soviética, debido a la incapacidad de garantizar la pureza química adecuada en las empresas de la industria de pinturas y barnices, los fabricantes de cintas producían directamente polvo de óxido [26] .
El estándar IEC 60094 para el tipo I especifica un nivel de polarización normal (bajo) y una constante de tiempo de corrección de frecuencia de 120 µs. El conjunto de casetes IEC-I producido consta de tres subtipos principales: cintas de nivel básico, cintas avanzadas de óxido de hierro gamma III y cintas de óxido de hierro gamma III dopado con cobalto de alta calidad . Los valores de la inducción residual y el factor cuadrado, que determinan los niveles límite de registro, aumentan constantemente de subtipo a subtipo, y la fuerza coercitiva permanece sin cambios (alrededor de 380 Oe ) [27] . Común a todas las cintas IEC-I es una pequeña disminución en el nivel máximo a bajas frecuencias en comparación con IEC-II e IEC-IV: cediendo a las cintas más caras en el nivel de grabación de componentes de alta frecuencia, ganan en las bajas [13 ] .
En la base de la pirámide se encuentran las cintas básicas y baratas basadas en gamma-óxido de hierro (III) puro, sin modificar ni dopar. Las bajas características de estas cintas son consecuencia del apilamiento isotrópico suelto de partículas grandes de forma irregular en la capa magnética [8] . Las cintas de esta clase, a menudo etiquetadas como de "bajo ruido" (Low Noise), tienen el peor nivel de ruido absoluto, baja inductancia residual ( ≈1400 gauss ) y un factor cuadrado bajo (≈0,75), lo que establece un nivel de grabación máximo relativamente bajo. y rango dinámico estrecho [27] [28] . La sensibilidad de las cintas baratas también suele ser baja, y el nivel óptimo de polarización es 1-2 dB más bajo que el de las cintas IEC-I mejoradas [28] .
Es a este grupo al que pertenece el "tipo IEC-0" informal: un grupo combinado de cintas de óxido que no cumplen con IEC-I [1] . Históricamente, incluía cintas de la “era anterior al casete” que no se adaptaban a los requisitos específicos de los equipos de casete y, por regla general, requerían menos corriente de polarización en comparación con IEC-I [1] [29] . Con la configuración estándar del canal de grabación, todas las cintas sonaban aburridas, y solo algunas de ellas se "revelaban" al ajustar la corriente de grabación [1] . En el siglo XXI, en lugar del significado anterior, la designación "tipo IEC-0" se utiliza para todo tipo de casetes falsificados, de baja calidad y de baja calidad [30] .
A medida que la tecnología ha evolucionado, las cintas de nivel de entrada de los principales fabricantes han superado las limitaciones de su subtipo y han entrado en la categoría avanzada. Las cintas de este subtipo ( ing. microferrics [28] ) diferían en la forma correcta y el tamaño de partícula más pequeño, alrededor de 0,3 micras de longitud [27] . El primer cassette compacto de este tipo, TDK SD [comm. 9] , ingresó al mercado en 1971; en 1973, apareció el polvo magnético de grano fino [32] de Pfizer , que se convirtió en el estándar . Luego, los fabricantes dominaron el apilamiento anisotrópico de partículas magnéticas bajo la influencia de un poderoso campo magnético, lo que mejoró significativamente la linealidad (el factor cuadrado se acercó a 0,9) y la reproducción de alta frecuencia [27] [28] [33] . La inducción residual típica de la cinta mejorada desarrollada en la década de 1980 es de aproximadamente 1600 gauss , el nivel de grabación máximo es 2 dB más alto que el de las cintas de nivel de entrada y el nivel de ruido absoluto es algo más bajo [28] . La desventaja de las cintas mejoradas es que el efecto de copia aumenta entre 3 y 6 dB [28] [com. 10] .
El subtipo IEC-I más avanzado son las cintas basadas en óxido gamma de hierro (III) enriquecido con cobalto . Había varias tecnologías diferentes para su producción, y se ha generalizado un proceso económico y flexible de encapsulación a baja temperatura de óxido con una fina capa de ferrita de cobalto (II) a partir de una solución acuosa de cloruro de cobalto [35] [25] . Las partículas resultantes tienen una forma de aguja regular y pueden empaquetarse densamente en capas magnéticas anisotrópicas de alta calidad [25] [27] . Los primeros casetes compactos de ferrocobalto de la empresa americana 3M aparecieron en 1972 y competían de igual a igual con las cintas de dióxido de cromo; los comentaristas notaron una sensibilidad excepcionalmente alta y un nivel de grabación máximo récord de nuevas cintas [19] .
La inducción residual de las composiciones de ferrocobalto MEK-I es de aproximadamente 1750 gauss [28] . El nivel de grabación máximo es 4 dB más alto y la sensibilidad es 2-3 dB más alta que las cintas de nivel de entrada; el nivel de ruido es casi el mismo que el de las cintas mejoradas [28] . Las mejores cintas de esta clase ("superferrics") no son inferiores a las cintas IEC-IV en términos de combinación de características dinámicas y de frecuencia. Es una alternativa asequible a las cintas con núcleo de metal, especialmente cuando se graba música acústica con un alto rango dinámico [36] . El rango dinámico es de 60 ... 62 dB, con un nivel excepcionalmente alto, al nivel de las cintas IEC-IV, el máximo nivel de grabación a bajas frecuencias [37] .
El tipo IEC-II (IEC II o High Bias, Chrome Bias, etc.) combina dos subtipos principales: cintas a base de dióxido de cromo y cintas de ferrocobalto [1] ; además, existe un pequeño subtipo de cintas con núcleo metálico IEC-II .
Las cintas IEC-II, según el estándar, están diseñadas para grabar con un alto nivel de bias (150% del nivel IEC-I) y reproducir con una constante de tiempo de 70 µs. La cinta DIN estándar primaria instalada antes de la adopción de IEC-94 es BASF C401R, las cintas primarias IEC son BASF S4592A (desde 1981 [24] ) y BASF U564W (desde 1988).
Las cintas a base de dióxido de cromo modificado ferromagnético [38] , destinadas a la tecnología informática y la grabación de vídeo, aparecieron en 1968; dos años más tarde, comenzó la producción de cassettes compactos de dióxido de cromo [39] . Las primeras cintas de dióxido de cromo eran "famosas" por su mayor abrasividad , pero en 1977 este problema se había resuelto [40] . La complejidad y el alto costo de la síntesis de dióxido de cromo a alta temperatura, junto con la necesidad de pagar regalías al titular de los derechos de autor, DuPont , llevaron a precios minoristas elevados para los casetes y estimularon la búsqueda de otros materiales magnéticos alternativos [38] [41] .
Una cinta típica de dióxido de cromo se caracteriza por una fuerza coercitiva de 600 Oe , una inducción residual de 1300 gauss y un factor cuadrado de bucle de histéresis casi ideal (0,9) [27] . Su principal ventaja es el bajo nivel y la composición espectral armoniosa del ruido, especialmente el ruido de modulación a altas frecuencias [42] . Niveles de ruido bajos sin precedentes entre todos los casetes: para cintas de dióxido de cromo de dos capas [42] ; el nivel de ruido de tales casetes no es inferior a las características de las cintas convencionales a una velocidad de 19,05 cm/s [40] . La sensibilidad a altas frecuencias es notablemente más alta, sin embargo, los niveles máximos de grabación no son altos, no más altos que los de las cintas base IEC-I, y mucho más bajos que las capacidades de "microferrics" y "superferrics". Superar el nivel máximo es absolutamente inaceptable, y acercarse a él es indeseable, ya que en la "zona roja" las distorsiones no lineales de las cintas de dióxido de cromo crecen más rápido que las de otro tipo de cintas [42] . Debido a la rápida caída del nivel máximo en las regiones de alta y baja frecuencia, las cintas de dióxido de cromo no son universales; son más adecuados para grabar música enérgica con matices fuertes pero niveles de graves relativamente bajos [42] .
Los casetes compactos de dióxido de cromo son los menos duraderos y los más susceptibles a la degradación prematura [43] . En condiciones normales de almacenamiento, la cinta sigue siendo utilizable, pero el nivel de la señal grabada disminuye lentamente, unos 2 dB durante el período de almacenamiento estimado (10-30 años) [43] [44] . Con el aumento de la temperatura, el cromo , agente oxidante de los ligantes de poliéster y poliuretano , inicia un proceso irreversible de descomposición de las macromoléculas poliméricas . Fragmentos de moléculas flotan hacia la superficie de la cinta, lo que al principio solo empeora sus propiedades de fricción , luego aumenta el nivel de ruido y, al final de la descomposición, la capa de trabajo de la cinta se convierte en una masa viscosa inestable [45] [ 44] . Se observó un " síndrome de desprendimiento de pegajosidad " similar en varias cintas para grabadoras de carrete a carrete, sin embargo, casi no es característico de los casetes compactos MEK-I y los casetes de ferrocobalto MEK-II [46] .
Poco después de la introducción de casetes de dióxido de cromo en la producción, los fabricantes japoneses, que no querían pagar derechos de licencia a DuPont, comenzaron a buscar una alternativa sin patente : era la misma encapsulación de óxido gamma de hierro (III) con ferrita de cobalto. . Las propiedades de la capa de ferrocobalto se pueden controlar dosificando la proporción de cobalto: cada porcentaje adicional de su contenido aumenta la fuerza coercitiva en aproximadamente 133 Oe [48] . Para la transición del tipo MEK-I al tipo MEK-II, fue suficiente construir una capa de ferrita de cobalto para que la fuerza coercitiva aumentara a los valores característicos de MEK-II [49] .
En 1974-1975, TDK y Maxell lanzaron al mercado los clásicos "pseudocromos" de ferrocobalto TDK SA [comm. 11] y Maxell UD-XL [com. 12] , y redujo la producción de cintas de dióxido de cromo. La "guerra" de los casetes compactos de dióxido de cromo y ferrocobalto fue relativamente tranquila, ambos tipos de cintas coexistieron hasta el final de la era del casete. La competencia por el mercado de las cintas de video, por el contrario, fue tormentosa y ya en 1976 terminó con la victoria completa de las composiciones de ferrocobalto [52] [25] . En la década de 1980, proliferaron las cintas de ferrocobalto de dos capas "premium" con niveles máximos y límite particularmente altos; a mediados de la década de 1990, se lanzó la primera y única cinta TDK SA-XS [47] [53] de tres capas .
No es difícil distinguir el "pseudocromo" de las cintas de dióxido de cromo reales: estas últimas tienen un olor característico a cera caliente, que está ausente en otros tipos de cintas. Las características electroacústicas de las cintas de ferrocobalto MEK-II son similares a las de las cintas MEK-I de alta calidad. El nivel de ruido es menor debido al uso de una constante de tiempo de 70 µs, sin embargo, por la misma razón, también se ha reducido el nivel máximo de grabación en altas frecuencias [28] . El rango dinámico real, según mediciones independientes en 1990, es de 60...65 dB [54] .
Las características magnéticas de las cintas de ferrocobalto MEK-II (fuerza coercitiva 580–700 Oe, inducción residual 1300–1550 G [55] ) difieren ligeramente de las características de las cintas de dióxido de cromo, pero esta diferencia es suficiente para que las corrientes de polarización óptimas difieran significativamente . De hecho, cintas con modos de grabación incompatibles coexisten dentro del mismo tipo IEC. Los fabricantes de equipos japoneses, siguiendo a los líderes del mercado de casetes compactos, sintonizaron los canales de grabación de las grabadoras de cinta no a la cinta principal IEC-II, sino a los "pseudocromos" japoneses TDK SA [comm. 13] . La incompatibilidad de las cintas japonesas con el estándar actual creó problemas para los usuarios de grabadoras de cinta fabricadas en Europa [57] y socavó la posición de las empresas que producían cintas de dióxido de cromo, principalmente BASF. A principios de la década de 1990, incluso ellos cambiaron a la producción de composiciones de ferrocobalto [58] . La IEC "resolvió" el problema de la compatibilidad asignando a la nueva cinta primaria MEC-II una cinta de ferrocobalto producida por la misma BASF, de características cercanas a los "pseudocromos" de TDK, recién en 1994 [28] .
La fuerza coercitiva de un polvo de hierro y cobalto precipitado de una solución acuosa de sales depende de su composición. Al variar la fracción de masa de cobalto de cero a 10%, el fabricante puede ajustar la fuerza coercitiva en el rango de aproximadamente 400 a 1300 Oe ; la fuerza coercitiva de las aleaciones de hierro-cobalto puede llegar a 2200 Oe [59] . Debido a la flexibilidad de la tecnología, los fabricantes podían tanto aumentar como disminuir la fuerza coercitiva de las cintas con núcleo metálico en relación con el nivel establecido para las cintas IEC-IV, incluso hasta el nivel IEC-II [59] .
En la práctica, solo las empresas japonesas Denon , Taiyo Yuden (esa es una marca comercial) y TDK, que producían casetes de polvo metálico IEC-II raros y costosos, aprovecharon esta oportunidad . Con una alta inducción residual del tipo IEC-IV (2600 G), estas cintas tenían una fuerza coercitiva relativamente baja, alrededor de 800 G, cercana a las características IEC-II [60] . Según las pruebas realizadas en 1990, los productos Denon y Taiyo Yuden se encontraban entre las mejores cintas IEC-II; sin embargo, su uso se complicó debido a una sensibilidad excepcionalmente alta y una corriente de polarización no estándar, significativamente más alta que la de la cinta IEC-II principal [61]. ] .
En 1973, Sony introdujo las primeras cintas de dos capas en el mercado, en las que una capa base de óxido de hierro gamma de cinco micras estaba recubierta con una capa de micras de pigmento de dióxido de cromo [62] ; Tal como lo concibieron los desarrolladores, se suponía que la cinta ferrocrómica de dos capas combinaría el alto nivel de grabación de baja frecuencia característico de las cintas IEC-I con las buenas propiedades de alta frecuencia del dióxido de cromo. La novedad entró en el clasificador de cintas como el tipo IEC-III, y Sony CS301 se convirtió en la cinta primaria del tipo [24] .
Además de Sony, solo BASF y AGFA se sumaron a la producción de cintas ferrocrómicas . Las cintas ferrocrómicas no pudieron competir con las mejores cintas IEC-I e IEC-II, y rápidamente desaparecieron de la escena [28] [24] . Los fabricantes de grabadoras, que inicialmente les proporcionaban el modo de grabación IEC-III, dejaron de hacerlo en 1983 [24] . BASF dejó de producir cintas de ferrocromo en 1984 [63] , Sony alrededor de 1988 [64] .
Los primeros intentos de crear una cinta magnética basada no en óxidos, sino en metales puros (no oxidados) se realizaron ya en 1946; en 1962 aparecieron cintas experimentales basadas en una aleación de hierro, cobalto y níquel [55] y, a principios de la década de 1970, Philips anunció el inicio del desarrollo de casetes compactos de polvo metálico ( partículas de metal en inglés , MP) [57] . La introducción de formulaciones de polvo metálico en la producción en masa ha demostrado ser una tarea difícil; los métodos conocidos de pulvimetalurgia no permitían alcanzar un tamaño de partícula submicrónico [65] . Los químicos frenaron la piroforicidad de los polvos pasivando las partículas de metal con una fina capa de óxido [65] . De acuerdo con la intención de los desarrolladores, la oxidación controlada en la producción también estabilizó las propiedades magnéticas y químicas de la cinta, evitando una mayor oxidación lenta durante la operación [65] . En la práctica, no lograron convencer al mercado: entre aficionados y profesionales, se estableció una opinión sobre la inevitable degradación lenta (oxidación) de las composiciones de polvo metálico [55] .
Los cassettes compactos de polvo metálico en serie entraron al mercado en 1979 [55] y se estandarizaron bajo la designación IEC-IV. El desgaste de los cabezales al tirar de cintas con núcleo metálico es mucho menor que el de otro tipo de cintas [5] .
La constante de tiempo de reproducción de 70 µs es la misma que para las cintas IEC-II, por lo que las cintas con núcleo metálico se pueden reproducir en cualquier grabadora capaz de reproducir cintas IEC-II [17] . La situación es diferente con el modo de grabación [17] . La fuerza coercitiva de una cinta MFC típica es de 1100 Oe , y la inducción residual es de 3300 G, dos o tres veces mayor que la de las cintas de óxido, lo que requiere una inducción de polarización y borrado particularmente alta [28] [55] [17] . Los cabezales tradicionales con núcleos de ferrita , que tienen un umbral de saturación relativamente bajo, no son adecuados para grabar cintas con núcleo de metal; por lo tanto, a principios de la década de 1980, fueron reemplazados por nuevos tipos de cabezales basados en sendust , permalloy y cabezales combinados de ferrita de vidrio. con el relleno del espacio magnético con una aleación magnética blanda [66] .
Las cintas con núcleo metálico, en particular las cintas insignia de doble capa, se caracterizan por niveles de grabación máximos y máximos sin precedentes y el rango dinámico más amplio con un bajo nivel de distorsión no lineal; manejan mejor que otras cintas los sutiles matices de la música en vivo que no ha sido sometida a una compresión agresiva [67] . Debido al alto precio, estas cintas nunca se produjeron en masa; su uso se justificó históricamente sólo en los modelos insignia, más avanzados de grabadoras de cinta [67] . Otro inconveniente de las cintas con núcleo metálico es la lenta autodesmagnetización (la disminución del nivel de la señal grabada en unos 2 dB durante el período de almacenamiento estimado) [43] [68] .
La tecnología de pulverización iónica de iones metálicos se introdujo en la producción en masa de cintas magnéticas para grabación digital y de video en la década de 1980, y los primeros microcassettes analógicos de un nuevo tipo ( Eng. Metal Evaporated , ME) aparecieron en 1979 [69] . El proceso de bombardeo iónico se lleva a cabo en una cámara de vacío [70] . La aleación de cobalto o cobalto - níquel se calienta mediante un potente haz de electrones y se rocía con un cono de dirección estrecha sobre un tambor de cinta enfriado [70] . Se suministra oxígeno a la zona donde los átomos de metal caen sobre la cinta, oxidando parcialmente el metal depositado y contribuyendo a la formación de una estructura de grano fino [71] .
Las capas magnéticas basadas en metal pulverizado tienen la mayor densidad de información de todos los portadores conocidos; en la década de 2010, solo las capas magnéticas basadas en ferrita de bario [69] compiten con ellos . Sin embargo, la resistencia mecánica de la capa depositada, cuyo espesor se mide en fracciones de micra, es muy inferior a la de las capas de óxido tradicionales [72] [73] [ ver enlace (ya 272 días) ] . Por esta razón, y también por el alto (un orden de magnitud superior al de las cintas con núcleo de metal [73] [ consulte el enlace (ya 272 días) ] ) el costo de la pulverización de metal en la producción de casetes compactos no echar raíces. El único fabricante de casetes compactos ME fue el desarrollador de la tecnología, Panasonic . Los japoneses lograron llevar a la producción en masa casetes adaptados a los requisitos de IEC-I, IEC-II e IEC-IV, pero se produjeron por poco tiempo y eran prácticamente inaccesibles fuera de Japón [74] .