La testina magnetica (tape head) è un tipo di trasduttore utilizzato nei registratori a nastro per convertire segnali elettrici in fluttuazioni magnetiche e viceversa. Questo principio fisico è alla base della memorizzazione e lettura delle informazioni in dispositivi come cassette, nastri a bobina, 8-tracks, VHS e persino floppy disk e dischi rigidi precedenti.
Le testine magnetiche possono anche essere impiegate per leggere carte di credito/debito/regalo, poiché la striscia di nastro magnetico sul retro di una carta di credito memorizza i dati allo stesso modo di altri nastri magnetici.
Principio di Funzionamento della Testina
Il funzionamento di una testina magnetica si basa sull'interazione tra il mezzo magnetico e un elettromagnete. Il nastro viene magnetizzato secondo uno schema e si muove poi a una velocità costante sulla testina.
Durante la riproduzione, un nastro magnetizzato passa sotto la testina, il cui materiale ferromagnetico viene magnetizzato dal campo magnetico del nastro. Questo campo magnetico variabile penetra in una bobina di filo avvolta attorno alla testina, inducendo una tensione nella bobina secondo la legge di Faraday.
La reversibilità della testina consiste in una fase di riproduzione e una di registrazione. Le due tecniche differiscono per il valore dell’impedenza utilizzato: la riproduzione preferisce valori di impedenza alti, mentre la fase di registrazione preferisce una impedenza bassa.
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Struttura e Componenti della Testina
Una testina magnetica è composta da un nucleo di materiale magnetico disposto a forma di ciambella o toroide, al cui interno è stata praticata una fessura molto stretta. Questa fessura è riempita con un materiale diamagnetico, come l’oro, che forza il flusso magnetico fuori dalla fessura nel supporto magnetico del nastro e viceversa, in modo più efficace di quanto farebbe l'aria.
Una bobina di filo avvolta intorno al nucleo, di fronte alla fessura, interagisce con il lato elettrico dell’apparecchio. Durante la registrazione, il segnale elettrico viene convertito in un campo magnetico che magnetizza il nastro che passa, mentre durante la riproduzione il campo magnetico del nastro induce corrente nella bobina.
L’ampiezza della fessura della testina è fondamentale per la qualità del suono: quanto più stretta è la fessura, tanto migliore sarà la qualità del funzionamento. Una fessura stretta offre una migliore trascrizione nel dominio magnetico, il che equivale a una maggiore produzione di segnali ad alta frequenza nel caso delle testine di riproduzione. La necessità di uno spazio ridotto fa sì che la maggior parte delle testine pratiche sia realizzata formando una stretta scanalatura a forma di V nella parte posteriore del nucleo e rettificando la parte anteriore fino a quando la scanalatura a V viene appena superata.
Il Nastro Magnetico: Componenti e Materiali
Il nastro magnetico, scritto da Samuel M., si compone di due strati principali: la pellicola di base e lo strato magnetico. Il supporto di registrazione è tipicamente realizzato incorporando minuscole particelle di ossido magnetico in un legante plastico su una pellicola di poliestere.
L’ossido di ferro è l’ossido più comunemente utilizzato, portando all’espressione comune di registrare su un “nastro di ruggine”. Tuttavia, l’ossido di cromo e le particelle metalliche offrono un migliore rapporto segnale/rumore e una gamma dinamica più ampia. Le particelle di ossido hanno dimensioni dell’ordine di 0,5 micrometri e il supporto del nastro di poliestere può essere sottile fino a 0,5 mil (0,01 mm). È importante notare che le particelle di ossido non si muovono durante la registrazione.
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Materiali della Pellicola di Base
Acetilcellulosa (CA)
L’acetilcellulosa è stata utilizzata dalla metà degli anni ’30 fino a svanire verso gli inizi degli anni ’70. Esistono due processi di deterioramento della CA, uno dei quali è l’idrolisi, nota come “sindrome acetica (vinegar syndrome)”. I nastri audio in CA sono generalmente meno soggetti a questo processo rispetto alle pellicole in CA, sebbene rimanga un problema.
L’idrolisi è legata ad alti livelli di umidità relativa, richiedendo uno stoccaggio a basso livello di umidità. I nastri audio in CA soffrono anche di varie deformazioni geometriche che impediscono un contatto ravvicinato tra il nastro e la testina, essenziale per recuperare un segnale ottimale. Un aspetto "rassicurante" dei nastri in CA è che si rompono senza allungarsi, a differenza dei nastri in PET.
Molti autori riferiscono che la riproduzione dei nastri più fragili può essere migliorata mediante la conservazione per un certo periodo in condizioni di alta umidità: il vapore compensa temporaneamente la perdita di plastificante. Recentemente sono stati sviluppati processi per rendere riproducibili i nastri fragili, ricostituendo l’elasticità permanentemente tramite la sostituzione del plastificante.
Polivinilcloruro (PVC)
I nastri in PVC furono prodotti soprattutto in Germania tra il 1944 e il 1972. Fino ad ora non hanno patito nessun processo di deterioramento chimico sistematico e mantengono la loro flessibilità non avendo subito perdita di plastificante. L’identificazione dei nastri professionali in PVC è facilitata dalla presenza di un’etichetta sul retro, mentre quelli non professionali possono essere identificati dall’etichetta in testa se ancora presente.
Polietilene Tereftalato (PET)
I nastri in PET hanno gradualmente sostituito i nastri in CA e PVC a partire dagli anni ’50 e da quel momento sono stati utilizzati per quasi ogni tipo di nastro magnetico. Meccanicamente sono robusti e non è stato osservato alcun deterioramento chimico sistematico. A differenza dei nastri in CA, il PET si estende (si allunga o “si sfilaccia”) prima di rompersi, rendendo impossibile ogni speranza di recupero del segnale in caso di danni.
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Lo spessore delle pellicole varia da 30 μm per i nastri audio standard a 6 μm per nastri di cassette audio e video. Le basi più sottili realizzate in CA e PVC sono per bobine aperte a doppia durata (15 μm di spessore), mentre basi più sottili sono possibili con PET e PEN. Per ottenere un legame stabile con gli strati del pigmento e con il rivestimento posteriore, le pellicole di base sono ricoperte da sottili strati (frazioni di μm) di primer, applicato dal fabbricante o durante l’applicazione dello strato magnetico.
Pigmenti Magnetici
Il primo vero pigmento magnetico utilizzato negli anni ’30 era il ferro carbonile, presto rimpiazzato dall’ossido ferroso (γFe2O3). Quest'ultimo è stato utilizzato per tutti i nastri magnetici su bobina aperta, le cassette compatte del tipo IEC I e il primo formato video (2 pollici Quadruplex). Il γFe2O3 è di colore ruggine e chimicamente stabile, ma la sua capacità di registrare l’aumentata densità di dati, dovuta alla riduzione della velocità di registrazione e della larghezza del nastro, risultò limitata.
Per consentire lo sviluppo di nastri più piccoli capaci di gestire la larghezza di banda dei segnali video, dagli inizi degli anni ’70 venne utilizzato il diossido di cromo (CrO2). Questo rese possibile una maggiore densità di dati, una minore velocità di registrazione e nastri più stretti. Il diossido di cromo e i suoi sostituti (cobalto stimolato Fe3O4) sono di colore grigio scuro e sono stati utilizzati principalmente per la registrazione di video analogici e per le cassette compatte del tipo IEC II. Fino ad oggi non sono state rilevate particolari criticità relative a un’instabilità chimica.
Dalla metà degli anni ’70, furono prodotte le cassette a doppio strato, con uno strato di ossido di ferro coperto da un sottile strato di CrO2. L’ultimo pigmento magnetico è composto da pure particelle di ferro (MP), utilizzato per formati video digitali, R-DAT e cassette compatte del tipo IEC IV. A causa della sua natura chimica, è potenzialmente soggetto all’ossidazione. Dopo i problemi di ossidazione delle cassette di prima produzione, sono stati sviluppati metodi per prevenirla. Nonostante ciò, nel medio e lungo periodo, i nastri MP, così come gli ME (nastri con uno strato magnetico prodotto mediante evaporazione sottovuoto), possono considerarsi potenzialmente a rischio.
Stabilità delle Informazioni Magnetiche: Coercitività
Un fattore determinante per la stabilità dell’informazione magnetica è la coercitività. La coercitività è la proprietà di un dato pigmento magnetico di resistere ai cambiamenti dell’orientamento magnetico o (ri)orientamento (cancellazione). Viene definita dal livello del campo magnetico necessario per il (ri-)orientamento, espresso in Oersted (Oe - un’unità di forza del campo magnetico pari a 79.58 ampere per metro).
Nel corso del loro sviluppo, sono stati impiegati pigmenti magnetici con coercitività sempre più elevate, come mostrato nella tabella seguente:
| Pigmento Magnetico | Coercitività (Oersted) |
|---|---|
| Ferro carbonile | Circa 150 |
| γFe2O3 | 300-400 |
| CrO2 | 600-700 |
| MP e ME | Oltre 1500 |
La magnetostrizione consiste nel disorientamento dell’allineamento magnetico mediante impatti meccanici. Tuttavia, fatta eccezione per i primi nastri Fe3O4, questo effetto è insignificante. La magnetostrizione viene impiegata positivamente per la cancellazione dei segnali indesiderati stampati sul nastro magnetico (IASA-TC04, 5.4.13). Contrariamente alle paure più diffuse, le informazioni magnetiche non svaniscono con il tempo.
Leganti per Pigmenti
I pigmenti magnetici sono polveri che devono essere legate tra loro e fissate sul nastro. Agli albori della produzione dei nastri a tale scopo veniva utilizzato l’acetato di cellulosa, subito seguito dai polimeri di poliuretano. I vecchi leganti in CA sono responsabili della perdita di pigmenti secchi e sono, quindi, considerati a rischio, così come generalmente i nastri in CA.
La maggior parte dei nastri degli ultimi anni ’50 e degli anni ’60 non ha mostrato seri problemi di deterioramento dei leganti. I nastri degli anni ’70 e ’80, però, soffrono frequentemente di un’instabilità degli strati pigmentosi.
Lubrificanti
I rivestimenti magnetici contengono anche lubrificanti, generalmente acidi grassi ed esteri, per ridurre al minimo la frizione tra il nastro e le testine. Il rivestimento agisce come una spugna che distribuisce il lubrificante attraverso i pori. La quantità di lubrificante è maggiore per il video rispetto all’audio a causa della maggiore velocità di scrittura e lettura. I pori e, quindi, l'adeguata distribuzione del lubrificante, sono determinati dalla calandratura in fase di produzione.
Alcuni lubrificanti hanno la tendenza a trasudare e cristallizzare sulla superficie del nastro, in particolar modo l’acido stearico a temperature inferiori agli 8° C. Questo causa il blocco delle testine di riproduzione. Il lubrificante in eccesso può essere rimosso meccanicamente, con l’aiuto di elevate temperature.
La ri-lubrificazione, come menzionato in numerosi siti web e pubblicazioni, deve essere considerata con molta cautela, essendo impossibile limitare i lubrificanti aggiunti anche per piccole quantità attualmente necessarie. Il lubrificante in eccesso diventa difficile da rimuovere dalle guide del nastro, dalle testine e dal capstan e potrebbe interferire successivamente con altri nastri riprodotti sulle stesse macchine (Schüller 2014). È fondamentale non utilizzare mai il WD40, in quanto non è un buon lubrificante per queste applicazioni e serve piuttosto a impedire la formazione di ruggine.
Strato Protettivo Posteriore
Lo strato protettivo posteriore ebbe origine in Germania per migliorare la capacità di gestire in sicurezza i nastri su nuclei senza flangia negli studi radiofonici. Questo strato assicura un confezionamento teso e sicuro del nastro senza rischi di svolgimento del nastro stesso.
Manutenzione e Risoluzione dei Problemi della Testina Magnetica e del Deck
Per garantire un funzionamento ottimale e una lunga durata del vostro registratore a cassette, è essenziale eseguire una corretta manutenzione.
Demagnetizzazione della Testina
La demagnetizzazione ("Tape head demagnetizing") della testina è una pratica essenziale. Se avete un registratore a bobine o a cassette, e non avete uno smagnetizzatore, è consigliabile acquistarne uno. È uno strumento economico e fondamentale per mantenere la qualità del suono. Un campo magnetico residuo sulle testine può causare un suono opaco o addirittura la perdita di frequenze alte. Un campo magnetico ancora più forte si può creare se si accende o spegne l'apparecchio con il nastro in contatto con la testina.
Come pulire e smagnetizzare le testine del tuo registratore a cassette
Potete anche tentare di costruirne uno usando un alimentatore a 12V da un vecchio modem e un po' di filo di rame, ma attenzione a ottenere la potenza desiderata e a maneggiare con cautela, poiché il rischio di danni all'apparecchio è minimo, ma è sempre meglio essere cauti. Non usate un lubrificante generico su quanto vi capita davanti! Usate solo lubrificanti specifici per meccanismi di precisione, come quelli per commutatori meccanici a pianoforte, alberini degli ingranaggi asciutti, o leve, solo se è strettamente necessario e si è certi che sia necessario.
Pulizia e Allineamento della Testina
Una testina sporca può causare un suono opaco. Per una risposta in frequenza ottimale e un suono naturale, è necessario allineare la testina in modo preciso. Posizionate un nastro preregistrato commerciale di buona qualità. Riproducete musica che conoscete bene; la musica strumentale o il jazz sono eccellenti per questo scopo. Con un piccolo cacciavite, ruotate la vite di allineamento finché non trovate la posizione che produce il suono migliore.
Dalla testina dovrebbero fuoriuscire quattro cavetti, due per il canale sinistro e due per il destro. Se un canale non produce alcun suono, verificate le connessioni. I cavetti sono saldati al circuito stampato all'interno dell'apparecchio. Se un canale non funziona, assicuratevi che non ci sia una cattiva connessione sulla presa, mantenendo però ben fermo lo spinotto. Non toccare o flettere il cavetto.
Problemi Meccanici e Motorici
Problemi meccanici possono provocare un suono debole e opaco. Se il nastro non gira o non viene azionato, è probabile che ci siano problemi ai motori o alla meccanica di trasmissione. Il motore potrebbe avere difficoltà a vincere l'attrito del nastro, o forse non viene azionato affatto. Questi sintomi indicano un problema meccanico, spesso dovuto a qualcosa di consumato o rotto, o a un perno deteriorato. Assicuratevi che le bobinette siano funzionanti e che i sensori di rotazione delle bobinette funzionino correttamente, dipendentemente dalla direzione di scorrimento del nastro.
Un nastro che scorre troppo lento o troppo veloce, un funzionamento anomalo del reverse, o il "mangiucchiamento" del nastro sono tutti sintomi di problemi meccanici. Questi sono spesso causati da una cinghia della cassetta che è diventata allentata o logora.
Come pulire e smagnetizzare le testine del tuo registratore a cassette
Problemi Elettronici
I problemi possono essere di natura sia meccanica che elettronica. L'elettronica dell'apparecchio (come il circuito di commutazione o un commutatore di registrazione) può causare un suono distorto, i cui contatti potrebbero aver raccolto dello sporco. Un potenziale problema è anche un sensore di registrazione bloccato che segnala che il deck sta registrando, impedendo il normale funzionamento.
Considerazioni sui Lubrificanti
I lubrificanti presenti nei rivestimenti magnetici dei nastri non necessitano di ulteriore lubrificazione nell'arco della loro vita, a meno che non siate assolutamente sicuri che sia necessario. È cruciale non utilizzare mai il WD40, poiché non è un lubrificante adatto per queste applicazioni, ma è piuttosto destinato a prevenire la formazione di ruggine. È importante usare lubrificanti specifici solo se strettamente necessario e per componenti appropriati, come commutatori meccanici, leve o alberini degli ingranaggi asciutti, e solo se si è certi della necessità e del tipo di lubrificante da usare.
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