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Manutenção de Unidades de CD - Parte 1
Inicialmente quero dizer que o objetivo principal deste
trabalho é proporcionar uma base fundamental nos processos técnicos
de manutenção de aparelhos de CDs genéricos. Para tanto, será
necessário recorrermos a uma base teórica indispensável para
um melhor entendimento do trabalho de manutenção, visto que
todos têm um mesmo princípio, as diferenças entre eles serão
oportunamente comentadas. Este material será uma soma de várias
literaturas especializadas, manuais de serviços e um pouco da
experiência acumulada nestes 14 anos de trabalho. Não é
necessário dizer que o assunto não se esgotará aqui, já
visto sua complexidade e contínuo aprimoramento. Assim, espero
que a obra seja útil a todos os colegas da classe!
Introdução
Antes de falar sobre tecnologias de CD, vale lembrar que, ao
contrário do que muitos pensam, as pesquisas e experimentos com
a luz servindo como veículo de informação datam de antes do
início da década de 20. O próprio Einstein, já em 1917,
desenvolveu fantásticas teorias sobre o efeito fotoelétrico e
emissão estimulada por radiação, teorias que seriam tomadas
como base para muitos dos futuros estudos sobre laser. Muitas
anos depois se conseguiu o domínio do laser, hoje algo comum na
vida de todos nós.
Sem dúvida alguma o advento do compact disc representa para
todas as pessoas ligadas ou não ao mundo tecnológico um marco
na evolução das técnicas de leitura e gravação de informações.
Em 1967 registraram-se os primeiros experimentos quanto a gravação
digital do som, desenvolvida pela NHK Techical Research
Institute. A técnica ficou conhecida como PCM (Pulse Code
Modulation). Em meados de 1972, a Denon, uma divisão da mega
empresa Nippon Columbia fez em definitivo a primeira gravação
digital para servir de matriz a um LP: nascia o primeiro disco
pseudo-digital. Baseadas nestes experimentos três empresas
japonesas (Sony, Mitsubishi e Hitachi) desenvolveram o primeiro
equipamento DAD (Digital Audio Disc). Em 1977 estas mesmas
empresas demonstraram publicamente o novo sistema que, comparado
com o atual CD, era um tanto ou quanto primitivo, pois
utilizavam discos do tamanho de LPs comuns e com pouca
capacidade (cerca de meia hora de musica contínua). O disco
laser tal como conhecemos hoje surgiu nos laboratórios da
Philips em Eindhoven, Holanda. Foram nestes laboratórios que se
aprimoraram as técnicas de gravações ópticas e digitalização
de dados. A Sony, empresa que também desenvolvia pesquisas
nesta área tecnológica, em meados de 1980 uniu-se à Philips
para a troca e soma de tecnologias e assim, juntas, criam o que
o mundo conheceria como CD player. Nesta divisão de trabalho, a
Sony se dedica ao desenvolvimento de todo o software do sistema
(algoritmo) enquanto a Philips se aplicava ao projeto de
hardware.
A apresentação oficial do CD para mundo só ocorreu em
outubro de 1982, quando levado para Tóquio e apresentado num
stand de novidades internacionais de tecnologia (All Japan Audio
Fair), que logo consolidou-se como a revelação do ano. Nesta
feira de áudio foram lançados 30 modelos de toca-discos
digitais e 145 títulos de discos produzidos pela CBS/Sony e por
gravadoras européias lideradas pela Polygram. Em março de
1983, a novidade tecnológica entra na Europa e brilha em Paris.
Nos EUA o áudio digital só chegou em junho de 83, no Consumer
Electronics Show, realizado em Chicago. Os primeiros modelos
comercializados tiveram preços que variavam entre U$ 900 e U$
7.500. A abertura de vendas, em nível mundial, só ocorreu no
final de 83. Em 1984, a Sony lançou o Discman , anunciado como
o sucessor do Walkman - e que na verdade frustraria a todos. Ao
final de 5 anos, já haviam sido vendidos mais de 30 milhões de
leitores de CD e aproximadamente 450 milhões de discos
digitais. Para nós simples mortais do Brasil, a Philips lançou
em outubro de 84 o primeiro CD player (CD-204) que chegou as
lojas em novembro, vencendo a corrida contra a Gradiente, que só
lançou seu modelo no natal daquele ano.
É notória e indiscutível a superioridade do compact disc
sobre os aparelhos analógicos, porém esses equipamentos de
alta tecnologia, grande precisão e incrível fragilidade têm
uma duração muito menor do que realmente gostaríamos.
Enquanto os discos ópticos duram décadas, o leitor poderá
durar apenas algumas mil horas! É isso mesmo, muitos destes,
durante o uso, já apresentam problemas muito antes de completar
sua primeira milésima hora . Só para esclarecer, uma unidade
óptica era projetada, no início, para durar até 10.000 horas.
Infelizmente, na prática, pelo mau uso e com a queda de
qualidade da produção, estas unidades duram entre 3.000 e
5.000 horas, com otimismo. Assim, pagamos um preço alto pelos
benefícios do laser. A troca da unidade é algo crítico devido
a seu preço, as unidades de CD mais baratas custam cerca de US$
42 , já unidades de CD-ROM tem valores mais elevados, em torno
de US$ 58, e as unidades de DVD podem superar a quantia de US$
200. No caso de unidades ópticas de CD-R o problema é maior,
visto que no modo gravação aumentamos a corrente sobre o diodo
laser, desgastando-o mais rapidamente.
É importante dizer que nem sempre a falha de leitura se dá
por esgotamento do cristal oscilador, principalmente quando as
unidades são mais novas. Existem muitos outros fatores, como
sujeiras e oxidações, que geram problemas idênticos, sem
falar na necessidade dos ajustes. Por todas essas razões
veremos durante nossa série de aulas como proceder para uma
manutenção correta nestas frágeis unidades, com alguns
cuidados podemos mantê-las funcionando por mais tempo.
Como não poderia faltar, a padronização do CD-DA (áudio)
veio rápido. Para sua internacionalização através de códigos
e normas, adotou-se o padrão Red Book A origem deste nome
deve-se a um fato pitoresco: todas as anotações dessa
tecnologia eram feitas em livros de capa vermelha. Com o passar
dos anos e o aparecimento de novos formatos de CD, obviamente,
houve a necessidade de novas padronizações, as principais que
regem o mundo do CD são:
CD-DA
(1982): Red Book
CD-ROM
(1985): Yellow Book
CD-I
(1987): Green Book
CD-ROM
MO/WO (1990): Orange Book
DVD(1994):
White Book
Só a título informativo, as primeiras experiências com
gravação de vídeo disco foram feitas nos antigos VLDs (Video
Laser Disc). O processo básico de leitura/gravação era
similar à tecnologia empregada hoje, mas as semelhanças param
por aí. Os tamanhos do VLDs variavam de 7 a 30 cm (famosos
bolachões). Num disco de 30 cm de diâmetro era possível
colocarmos até 2 H de filme por lado. Oportunamente, serão
feitas comparações entre estas várias modalidades de discos
digitais.
Por fim, fica fácil perceber que o advento do laser, junto a
fotônica, representa o que o transistor proporcionou à eletrônica
no final da década de 40.
Princípios de Lasers
Laser Rubi
O primeiro Laser colocado em funcionamento data de 1960,
desenvolvido pelo cientista Theodore Maiman. Nesta época, foi
utilizado um cristal de rubi como oscilador e ficou conhecido
como laser de bombeamento óptico.
Laser a Gás
Em um tubo aplicava-se uma mistura de gases nobres He-Ne (Hélio
e Neônio) na proporção de 80% e 20%, respectivamente. Eram
feitas descargas elétricas nestes elementos fazendo com que
seus átomos se chocassem uns contra os outros. Desta colisão,
obtinha-se diferentes níveis energéticos (liberação de fótons).
No interior deste tubo existiam micro espelhos que aumentavam a
concentração do feixe inicial, orientando-o.
Laser semicondutor
Consiste em um bloco semicondutor (junção PN-GaAlAS), que
por intermédio de uma baixa corrente produzirá oscilações
nesta junção. Estas oscilações gerarão colisões e
recombinarão elétrons e lacunas, emitindo fótons ou elementos
de luz. Por se mostrar o mais econômico, estável, com poucas
dimensões e boa durabilidade, tornou-se o modelo mais popular
para a aplicações técnicas em leitura de dados.
Laser corante
Dispositivo que possui líquido circulante em suas estruturas
que são excitados por lâmpadas ou outros tipos de lasers. Um
dos materiais mais empregados é o RH 6G, elemento altamente
fluorescente, largamente utilizado no início da era espacial. A
grande vantagem deste tipo de laser é a de podermos variar sua
freqüência bastando para isso girarmos um elemento chamado
grade de difração que altera filtros internos deixando passar
apenas a freqüência desejada. Estes lasers podem gerar pulsos
extremamente curtos.
Um Pouco Sobre Discos Ópticos
Antes de mais nada é importante conhecermos alguns detalhes
técnicos sobre o tão falado disco digital.
O disco compacto, como foi batizado no final da década de
70, é formado por uma quantidade gigantesca de micro cavidades
dispostas em sua superfície na forma de espiral. Esta espiral
é dividida em setores, cada setor possui rigorosamente o mesmo
tamanho e, portanto, o mesmo volume de dados. No início e no
fim de cada setor existem bits de sinalização para
identificarem as mudanças de setores durante a leitura. Só
como exemplo, um quadro de áudio digital (frame) gravado no
disco possui 588 bits, divididos entre dados (408 bits),
sincronismo (27 bits), canais (17 bits) e codificação de erros
(136 bits). As dimensões destas micro cavidades ficam mais
claras quando damos exemplos como: na largura de um fio de
cabelo humano cabem 30 trilhas de disco óptico, sem falar que
um feixe laser é 50 vezes mais fino que um fio capilar. Estas
comparações nos permitem entender as dimensões envolvidas
nesta tecnologia. Um CD convencional de áudio possui 34 milhões
de frames, cada 3mm de trilha do disco tem 30 mil bits de correção
de erros.
O mais fantástico ainda é o fato de que na combinação
entre largura e comprimento destas micro cavidades, obteremos a
informação digital. Sim, é exatamente isso: de acordo com o
tamanho da cavidade e no conjunto delas, teremos mais ou menos
luz refletida, assim como maior ou menor variação desta luz
refletida para a unidade óptica, compondo a base da informação
gravada (código binário).
O processo físico de fabricação e gravação dos discos
envolveria uma análise bastante abrangente, fugindo do objetivo
maior do nosso estudo. Sendo assim, farei uma rápida abordagem
do tema.
Etapas resumidas do processo básico de fabricação
de CDs
Pré - masterização
Primeira etapa do processo onde a informação gravada em
fita analógica ou digital é transferida para uma mídia
especial (fita u-matic), utilizando um equipamento denominado
editor/processador de sub-códigos. Neste momento são atribuídos
aos dados já gravados informações complementares como: títulos,
índices, tempo de cada faixa, etc
Masterização
Este é o processo na qual utilizamos o LBR (Laser Beam
Record) ou seja, o gravador a feixe laser. Um feixe especial de
maior potência é aplicado a superfície foto-resistiva
recoberta eletricamente com prata, alumínio, entre outros
elementos, a fim de marcar ou formar uma estampa metálica. E
uma das partes mais longas e complexas de todo o processo.
Vencida esta fase, o disco e levado a um banho químico para
retirada das áreas expostas ao feixe. Será aplicado um
revestimento metálico, geralmente com alumínio vaporizado
sobre esta camada foto-resistiva final.
O processo eletrônico de gravação em CD (masterização)
é bastante complexo. Para termos uma breve idéia, o sinal analógico
que será convertido em informação digital sofrerá um
processo denominado quantização. Esta etapa é dividida em
dois blocos: 1. Amostragem; 2. Retenção. A amostragem nos CDs
de áudio é realizada a 44,1 KHz, já no disco de CD-ROM a 48
KHz e, nos DVDs, passa a ser 96 KHz, segundo um teorema específico
(Nyquist). Após este procedimento a informação será
codificada por um processo denominado CRC, a fim de reduzir as
margens de erros no processo de leitura, sendo então, espalhada
em forma de FRAMES (quadros de informações) seguindo uma ordem
preestabelecida. Ao final, todos os dados serão somados e
modulados (EFM) para que, entre outros fatores, a informação
gravada no disco tenha mais densidade, aumentando o clock e
reduzindo as tensões contínuas nos foto-detetores. Para
entendermos a base da correção de erros no disco, devemos
sempre lembrar que no CD existe, grotescamente falando, um cálculo
matemático pronto, uma soma, onde já temos o resultado final.
Qualquer número perdido desta conta poderá ser recuperado
(respeitando certos limites), bastando refazer a soma tendo como
base o resultado final.
Recobrimento elétrico
Uma vez concluído o revestimento metálico, o disco será
submetido a eletrólise, sendo emergido em uma solução eletrolítica
de sulfato de níquel, onde gradualmente é aplicada uma pequena
corrente elétrica (microàmpéres) que revestirá o disco com
uma fina camada de óxido. Todo o processo pode levar horas.
Moldagem
É a técnica empregada para duplicação do disco original
em milhares de cópias. O material escolhido para as cópias foi
o policarbonato, devido a sua transparência, estabilidade
dimensional, pureza e resistência a impactos. O policarbonato
é aquecido a 350 graus celsius para ser moldado, com alta
precisão para serem planos, centrados e livres de qualquer
distorção óptica. Com um meticuloso processo de resfriamento,
o CD torna-se uma espécie de disco plástico transparente com
microscópicas cavidades no seu interior.
Impresão e revestimento
Ao final de todo este incrível processo tecnológico, é
fundamental que o disco possa ser lido por um feixe laser, sendo
assim, alguns metais podem servir para seu revestimento final, são
eles: ouro, prata, cobre, alumínio e outras substâncias
derivadas ou ligas, tendo como base os materiais já
mencionados. Geralmente o alumínio é o mais empregado, devido
ao seu excelente desempenho e, claro, baixo custo. A camada
final tem espessura entre 50 e 100 nanomêtros. Uma camada de
acrílico transparente é aplicada para a proteção final,
sendo secada sob luz ultravioleta. Agora sim, finalmente está
concluído o processo, basta receber rótulo e estampa.
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