Digital Compact Cassette (NT027)
Digital Compact Cassette (NT027)
Em 1992 a Philips lançou um sistema de gravação digital em fita cassette que deveria revolucionar a tecnologia da reprodução de som. Em lugar de gravar sinais analógicos na fita cassette então o meio popular de gravação de sons, os sinais seriam gravados digitalmente obtendo-se assim uma qualidade de som muito maior. No entanto, o que a Philips não contava é com o aparecimento do CD que jogou por terra a idéia de ir avante com o novo sistema. Depois de um lançamento com muito estardalhaço no mundo inteiro, incluindo uma seção de apresentação com almoço no Maksoud Plaza, um dos hotéis mais luxuosos de São Paulo, na qual estivemos presentes, não se falou mais no assunto e o DCC morreu antes de nascer. Na época fizemos um artigo descrevendo a novidade, o qual reproduzimos aqui, muito mais por curiosidade e valor histórico do que por qualquer outra utilidade.
Você já ouviu falar do DCC ou Digital Compact Cassette? Depois de quase 30 anos a fita cassette tem sido o meio mais popular de gravação e nos automóveis sua presença é hoje indispensável. Se o leitor pensa que este processo atingiu o máximo em termos de desempenho, fidelidade e preço, e nada mais há a ser acrescentado é porque certamente ainda não conhece o DCC da Philips. Criado para inovar a gravação em fitas cassete, este sistema deve estar presente já no mercado nos próximos meses, abrindo um novo conceito para o som gravado de uso portátil. Baseados em ampla documentação fornecida pela Philips, vamos levar ao leitor em pormenores o que é o DCC e o que de tão revolucionário ele mostra ser.
Para quem não sabe a fita cassette comum foi inventada pela Philips em 1963. Desde então este sistema de gravação e reprodução de sons se tornou tão popular que não se pode pensar de modo algum na sua extinção ou substituição a curto prazo por qualquer outro sistema.
Os enormes números de aparelhos e fitas vendidos, mostram a dimensão do mercado atingido: mais de 180 milhões de aparelhos gravadores ou reprodutores e mais de 2 bilhões e 600 milhões de fitas gravadas e virgens.
O sucesso do sistema se deve basicamente as qualidades do sistema.
Com a fita cassette as vibrações do aparelho que impedem a utilização de discos no automóvel e de forma portátil, não são sentidas, o tamanho reduzido facilita o transporte e o grande tempo possível para a gravação concorrem para sua popularidade.
Mesmo com o aparecimento do Compact Disc (*), as fitas ainda são usadas e o sistema não mostra sinais de enfraquecimento devendo antes ser aperfeiçoado do que extinto.
(*) Não era esperado que o CD se tornasse o meio único de gravação de sons na época, mesmo porque ainda não era popular. Os CD-PLayers eram caros.
Mas que tipo de aperfeiçoamentos podem ser feitos num sistema que aparentemente atingiu seu máximo?
Acreditando que algo mais pode ser feito em termos de gravação em fita cassete a Philips chegou a algo que parecia antes impossível de ser feito:
Sua nova invenção, o DCC (Digital Compact Cassete) consegue reunir todas as vantagens da gravação em fita cassete convencional (Compact Cassete) às vantagens do som digital num único sistema.
A idéia básica do sistema DCC consiste em transformar a informação analógica de que é formado um sinal de áudio, em informação digital que então é gravada numa fita magnética.
Na reprodução, o sistema digital não apresenta ruídos e a distorção pode ser detectada e eliminada por meio de procedimentos numéricos.
Um byte que tenha um bit diferente do original na reprodução, o que significa uma distorção, pode ser eliminado e não é reproduzido com prejuízo para o som.
Quanto maior for a quantidade de bits que usamos na digitalização do som, maior será a fidelidade que obtemos, daí falarmos na "resolução" de um som digital como elemento indicador de sua qualidade.
O DCC da Philips, utiliza o sistema de codificação denominado PASC que possui uma resolução de 18 bits. Isso significa uma qualidade de som semelhante a de um Compact Disc.
Um outro elemento que vem mostrar as vantagens que o novo sistema
DCC apresenta é que, gravando digitalmente uma fita passamos a ter acesso a um outro tipo de recursos que pode ser incluído na fita de uma forma precisa: tempos e posições, o que não ocorre com as fitas cassetes do sistema tradicional.
As fitas cassette DCC podem ter gravados códigos de tempo e localização que associados a função auto-reverse, permitem a seleção de faixas de uma forma muito fácil e rápida.
O usuário não precisa ter a preocupação em saber se uma música se encontra no lado A ou B da fita: uma vez programada ou solicitada, o aparelho toca-fitas a localiza e reproduz.
Uma preocupação importante quando se lança um produto do porte do DCC é que ele não venha desbancar totalmente o seu antecessor. Com uma quantidade tão grande de fitas e aparelhos reprodutores existente no mercado não pode simplesmente abolir seu uso com o lançamento de um novo sistema.
Outra preocupação importante e que faz parte do novo processo é que os aparelhos que vão reproduzir as novas fitas em DCC também sejam compatíveis com o antigo sistema.
O usuário pode continuar a usar as fitas antigas do sistema cassete convencional nos equipamentos DCC, mas é claro que a qualidade de áudio tradicional se mantém neste caso.
O avanço tecnológico que o sistema representa não se limita ao processo de gravação.
O formato das fitas foi re-estudado de modo a desempenhar melhor as novas funções. Além de serem menores, possuem uma caixa fechada integral que protege a fita contra os problemas de embaraçamento de fitas, tão comuns no sistema tradicional.
O novo formato também as torna mais robustas.
O equipamento DCC estará disponível como um sistema completo que compreende o toca-fitas e o gravador.
Este equipamento será produzido pelos principais fabricantes do mundo o que permite ao usuário manter sua opção de escolha pela marca que lhe agrade mais.
Da mesma forma, as gravações para o DCC serão editadas pelos principais selos musicais do mundo.
Mas, porque o DCC é um sistema tão revolucionário?
Para os nossos leitores é mais fácil chegar a esta conclusão dada a possibilidade de entrarmos numa análise técnica de seu princípio de funcionamento e é isso o que faremos a partir de agora.
a) O cassete DCC
O cassete DCC é um Compact Cassette ou Cassete tradicional com uma diferença: tem as mesmas dimensões básicas, grava nas duas faixas (ida e volta) e utiliza fitas convencionais de cromo ou equivalente. No entanto, seu formato e o material levam a um aspecto mais bonito e mais prático.
A função do auto-reverse é integrante do sistema DCC. Isso significa que o cassete nunca precisa ser virado para o outro lado manualmente. As aberturas para encaixe do pino tracionador da fita são necessárias apenas na face inferior, deixando uma das faces do cassete perfeitamente plana e lisa. Nesta face podem ser colocadas ilustrações, informações e outros elementos referentes ao aspecto promocional integrado ao cassete digital.
Na foto 1 remos um exemplo desta fita, mostrando ao leitor o novo aspecto ditado pelo sistema DCC.
Aspecto da fita
A porção da fita que permanece normalmente exposta, assim como as engrenagens condutoras da fita, é coberta por uma tampa de encaixe o que garante um sistema de proteção incorporado, capaz de proteger a fita contra sujeira e arranhões.
Esta tampa também serve para bloquear os carretéis da fita, solucionando assim um velho problema dos cassetes convencionais: num cassete DCC há pouca possibilidade de uma fita se desenrolar, ficar embaraçada e travar o funcionamento do aparelho.
Quando o cassete DCC é colocado no gravador/toca-fitas, a tampa de encaixe é automaticamente empurrada para o lado, expondo internamente a fita ao sistema de gravação/leitura.
Graças a este sistema, os cassetes podem ser transportados e manuseados sem problemas quando fora de seus estojos. Assim, não somente os cassetes são mais atraentes visualmente, como também são mais fáceis de pegar e utilizar em todas as suas aplicações, requerendo menos espaço para serem guardados.
Mesmo assim, o estojo de jeito nenhum é supérfluo. Em contraste com a velha caixinha do Compact Cassete tradicional, o estojo do DCC é do tipo gaveta corrediça, muito mais rígida e com arestas arredondadas, mas ainda assim fino e compacto.
A face superior do estojo pode ser totalmente vazada para deixar à vista a ilustração no corpo do próprio cassete e pode-se incluir no mesmo um folheto informativo.
Na verdade, o cassete DCC aproveita o que há comprovadamente de bom nos 30 anos na tecnologia do cassete convencional (Compact Cassete) e acrescenta inovações tecnológicas que somente agora se tornam possíveis.
Os mecanismos do DCC são derivados diretamente dos mecanismos de auto-reversão já existentes. O Desempenho confiável, a resistência aos choques e a robustez do conjunto são elevadas devido ao pequeno número de peças móveis.
Obtém-se com isso uma excelente relação custo/desempenho e uma eficiência muito grande o que é ponto extremamente favorável a difusão do produto.
Uma característica importante a ser ressaltada no DCC é a presença de pinos de Fixação de Azimute ou Azimuth Looking Pins (ALPs). Juntamente com o mecanismo de Azimute Fixo por Guia de Fita ou Fixed Azimuth Tape Guidance (FATG), montado na cabeça de gravação/reprodução, os ALPs garantem não só um melhor contacto entre a fita e a cabeça, como também um alinhamento perfeito das faces da fita com as cabeças de gravação.
Na figura 1 mostramos em pormenores como ocorre a ação dos ALPs.
Ação dos ALPs
Os ALPs aumentam o "ângulo de contato" da fita com a cabeça, o que implica também num aumento da superfície de contato da fita com a cabeça, otimizando as condições físicas necessárias para a gravação e reprodução de sinais.
A fita também fica bem esticada na área de atuação do sistema de guia da fita, o que contribui para assegurar a altíssima precisão do mecanismo FATG.
No mecanismo FATG, o conjunto gravação/reprodução está provido de encaixes especiais de cada lado da cabeça. As duas saliências superiores dos encaixes formam duas superfícies de referência que servem para alinhar a fita com a cabeça.
Simultaneamente o perfil inclinado das saliências inferiores, força suavemente a fita esticada contra as duas superfícies de referência.
O resultado final é que este sistema simples elimina os desvios de azimute. O projeto dos ALPs/FAGT não exige nenhum mecanismo complicado nem tolerância muito justa. Sua extrema simplicidade assegura um alinhamento exato e permanente da fita com a cabeça. Novos materiais serão empregados na construção do cassete DCC.
Suas especificações são tais, de modo a permitir a utilização numa faixa de temperaturas bem mais ampla que a dos cassetes convencionais.
O comprimento da fita ou duração de uma gravação DCC virgem, podem ser indicados por furos na parte traseira do corpo do cassete. Isso permite aos toca-fitas DCC calcular e mostrar o tempo de gravação remanescente.
Uma chave para proteção da gravação impede que se exceda acidentalmente o tempo de gravação da fita. A fita em si é de qualidade comprovada.
E revestida com uma camada padrão igual a das fitas de vídeo, de dióxido de cromo ou cobalto com óxido de ferro de 3-4 mm de espessura resultando numa espessura total de 12 mm.
Como nas fitas convencionais de cassete, a fita DCC tem 3,78 mm de largura e é dividida em dois o reduz o tempo de acesso, já que há menos quantidade de fita para ser rebobinada, além de possibilitar a reprodução continua das músicas gravadas.
A Cabeça de Gravação e Reprodução do DCC
No sistema DCC o sinal de áudio é gravado em trilhas paralelas, cada uma com 185 mm de largura. Porem a Iargura de faixa necessária para a reprodução é de apenas 70 mm.
Este fator contribui para reduzir a sensibilidade da cabeça aos desvios de azimute. Uma trilha adicional contém a gravação sub-codificada para controle do sistema de exibição de informações.
Para conseguir chegar a estas dimensões reduzidas, a cabeça de gravação/reprodução do sistema DCC se utiliza da tecnologia denominada "thin-fiIm" que já é utilizada com pleno êxito nos equipamentos profissionais de gravação com canais múltiplos.
Numa única cabeça de gravação/reprodução "thin-film" estão montados três conjuntos elementos, conforme mostra a figura 2.
Tecnologia thin-film
Nove cabeças integradas de gravação (IRH) para gravação digital.
Nove cabeças magnetorresistivas (MRH) para reprodução digital Duas cabeças Magnetorresistivas (MRH) para reprodução analógica.
As cabeças digitais ocupam uma metade da face de contato do conjunto, enquanto que as cabeças analógicas ocupam a outra. Assim, tanto fitas digitais quanto analógicas, podem ser processadas pelo sistema de cabeça auto-reverse.
Numa cabeça de gravação integrada o condutor de corrente que produz o sinal é envolvido por um guia de fluxo magnético que concentra o campo magnético dentro do vão de gravação da forma convencional.
A cabeça de reprodução MRH por sua vez tem um elemento magnetorresistivo avançado, cuja resistência varia de acordo com o campo magnético transferido pela fita guia de fluxo magnético.
A figura 3 mostra em pormenores esta cabeça.
A cabeça magnetorresistiva
Uma corrente continua é transmitida através do elemento, de maneira que a tensão que aparece na saída varia de acordo com o campo magnético dos elementos da fita.
As cabeças magnetorresistivas são excelentes para este tipo de aplicação onde se deseja a identificação da transição de bits do DCC.
Na reprodução analógica a elevada estabilidade e a ausência de ruídos e de histerese das cabeças magnetorresistivas também são importantes para assegurar a mais alta qualidade de som.
Ao mesmo tempo, a capacidade inerente de registro de uma altíssima velocidade de transição de bits permite uma ampla resposta de frequências.
A face de contacto da cabeça tem um finíssimo revestimento anti-desgaste, a passagem contínua da fita pela cabeça de gravação/reprodução não causa dano nenhum.
a) Codificação PASC
As técnicas de codificação e decodificação do sistema DCC derivam dos mesmos princípios gerais dos sistemas de som digitais, já existentes.
As reconhecidas técnicas de conversão analógica para digital e depois de digital para analógico, detecção e correção de erro e modulação e demodulação de canal foram otimizadas para utilização no sistema de som DCC.
As curvas da figura 4 mostram as características de que falaremos.
Curvas de detecção
Uma primeira diferença a ser ressaltada está no fato de que o sistema DCC introduz num sistema de codificação digital revolucionário: o "Precision Adaptive Sub-Coding" ou PASC.
O PASC consegue um registro de som de alta eficiência por meio da aplicação de dois princípios completamente novos no som digital: é adaptado às características naturais do ouvido humano e utiliza um sistema auto-adaptável altamente"inteligente" e eficiente. Melhor explicando:
O ouvido somente é capaz de captar sons acima de certo nível denominado de limiar da audição. Isto significa que é necessário registrar apenas os sons acima desse limiar, contanto que esse limiar seja tomado como referência tanto para a gravação como para a reprodução.
Não é preciso registrar sons cujas intensidades estejam abaixo deste valor pois eles não serão percebidos pelos nosso sistema de audição.
Além do mais, os sons altos podem esconder ou mascarar os sons mais suaves em sua vizinhança. Um murmúrio perfeitamente audível num aposento silencioso, fica inaudível numa rua barulhenta.
De fato os sons mais altos adaptam dinamicamente o limiar da audição.
O PASC calcula e acompanha essa adaptação dinâmica do limiar. Utiliza sua "inteligência" e sua eficiência para codificar os sons audíveis acima desse limiar dinâmico.
Desta maneira, o PASC consegue fazer um registro de sons realmente eficiente com apenas 1/4 da velocidade de bits do sistema PCM (Pulse Code Modulation) utilizado pelo Compact Disc. Esse nível de eficiência cria as condições adequadas para o registro exato daquilo que o ouvido humano ouve na realidade, sendo, portanto, que a qualidade de som do DCC é comparável sob todos os aspectos ao som do Compact Disc.
b) Funcionamento da Codificação PASC
Começamos a análise do sistema pelo processador do PASC que determina o limiar dinâmico. Para conseguir isso, divide-se a faixa de sinal sonoro (PCM) em 32 subfaixas de igual Iargura.
Depois, com base nos níveis de sinal de cada subfaixa em relação aos das subfaixas adjacentes, calcula-se o limiar de "mascaramento" de cada subfaixa.
Os sinais da subfaixa que estejam acima do limiar dinâmico são codificados digitalmente com todo o refinamento de resolução de que necessitam, proporcionalmente às suas amplitudes.
Os sinais da subfaixa abaixo do limiar dinâmico são deixados de lado, eles não precisam de codificação. Esta codificação "inteligente" e eficiente do PASC utiliza uma representação do tipo "Ponto Flutuante".
O Ponto Flutuante, exprime cada amostra em forma de dois componentes: o expoente ou fator de escala e a mantissa ou resolução.
O procedimento é semelhante ao que se usa para se expressar uma distância, por exemplo, em termos de milímetros metros ou quilômetros.
O fator de escala é o multiplicador que indica a dimensão da medição, neste caso, a escala com comprimento de 6 bits cobre intensidades que vão de -118 dB até +6 dB com passos de 2dB. A figura 5 mostra isso em pormenores.
A mantissa fornece o valor da medição da amostra (a ser multiplicado pelo fator de escala). Um valor de amostra de 50, por exemplo, pode ser expresso por um fator de escala de 100 e uma mantissa de 0,5.
O comprimento da mantissa é determinado pelo nível de quantização atribuído a amostra. Isso depende da amplitude da amostra acima do limiar, da velocidade de variação da forma de onda e da capacidade de dados disponível.
O comprimento da mantissa pode variar de 2 a 15 bits. Como o sinal de áudio varia relativamente devagar em relação a velocidade de amostragem, tanto o limiar de mascaramento como o fator de escala são calculados de uma vez para cada grupo de 12 amostras obtidas que formam um quadro PASC e não uma por vez.
Para a mantissa, o número de bits de informação a serem codificados varia de amostra para amostra, de acordo com o nível de quantização. Os valores digitais resultantes são distribuídos ao longo de toda a capacidade de dados do quadro PASC por ordem de importância.
Esse processo, chamado de "atribuição adaptável" otimiza a resolução da amostra em relação à capacidade de dados disponível.
A representação com ponto flutuante e a atribuição adaptável melhoram drasticamente a eficiência de codificação obtida pelo PASC.
O PASC não se baseia somente nas características naturais do ouvido. Durante seu desenvolvimento ele foi constantemente avaliado por ouvidos treinados.
Parâmetros críticos, tais como: as dimensões de um quadro PASC, o refinamento da resolução e a extensão e dimensão dos degraus do fator de escala, foram determinados em última instância não por meio de cálculos, mas por meio dos mais extensos e intensos testes de audição.
Assim, o PASC foi otimizado pelo lado do desempenho sonoro, não pelo lado da eficiência. O resultado é uma qualidade de som equivalente a do Compact Disc.
Mais do que isso: com sua representação por ponto flutuante, o PASC pode estender à qualidade do som digital para escalas dinâmicas ainda maiores.
c) A codificação do DCC
Os sinais DCC são gravados em nove trilhas paralelas na fita. Oito trilhas de "Dados Principais" contém todos os dados PASC, os dados para correção de erros e informações utilizadas pelo próprio sistema.
A nona trilha de "Dados Auxiliares" contém principalmente informações relativas a trilha e tempo de informação, similar ao Compact Disc, com marcações adicionais na fita para uma operação ainda mais fácil.
As marcações de início de música, por exemplo, tornam o acesso a uma determinada faixa bem mais fácil, enquanto que as marcações de reversão são detectadas pelo sistema para dar início ao auto-reverse.
Os dados auxiliares ainda podem ser visualizados enquanto se faz correr a fita de maneira acelerada, para uma maior comodidade.
Todos os dados DCC que estão na fita são agrupados em "Quadros de Fita' autônomos separados por Espaços lnterquadros" (ElOs). Para acomodar pequenos desvios na frequência de amostragem durante a gravação os espaços lnterquadros podem variar ligeiramente no comprimento.
Eles também ajudam a localizar os pontos de partida dos quadros de Fita.
Cada Quadro de Fita DCC contém 12 288 bytes de informação não incluindo a sincronização. Os dados PASC ocupam 8192 bytes e as informações do sistema, 128 bytes.
Os dados PASC são distribuídos através do quadro de Fita numa disposição parecida à de um Tabuleiro de Xadrez, conforme mostra a figura 6, o que aumenta a imunidade do sistema contra drop-outs.
Esta técnica guarda relação com a intercalação utilizada nos Compact Disc com a diferença de que o tabuleiro de xadrez é distribuído dentro de cada quadro de fita Individual.
As informações do sistema fornecem dados para as mensagens na função texto que aparecem no display, bem como dados de identificação tais como, informações relativas a direitos autorais ou tipo de fita em utilização.
Os 3 968 bytes remanescentes constituem uma reserva de 40/50% de informações redundantes, destinadas a detecção e correção de erros.
Um código Reed-Solomon de Intercalagem Cruzada (CIRC) protege os dados principais contra erros aleatórios e de "transbordamento".
As duas camadas de dados CIRC são distribuídas através das 8 trilhas de dados principais.
Este poderoso código de correção de erros permite corrigir "drop-outs" de até 1,45 mmm de diâmetro, cobrindo quase que inteiramente as oito faixas.
Ele pode até compensar um "drop-out" maior do que uma trilha inteira de dados.
Finalmente, para otimizar a detecção da transição de bits durante a leitura da fita o sinal DCC é adaptado com extrema precisão às características do meio de reprodução.
Isto é realizado por meio de uma modulação de "oito-para-dez" que traduz bytes de 8 bits em símbolos de 10 bits livres de corrente contínua para gravar.
Este processo é compatível com a modulação "oito-para-quatorze" (EFM Eight-to-Fourteen Modulation) do Compact Disc.
Observem que todas as técnicas que tornaram o Compact Disc sinônimo de excelência em som foram aplicadas ao sistema DCC. Todas estão intimamente integradas e otimizadas para a gravação/reprodução em fita.
Estas técnicas são fundamentais para o altíssimo grau de qualidade e confiabilidade deste novo sistema digital de som.
d) Função Texto (Display)
Esta é uma nova característica que só é possível no DCC pela utilização da técnica digital de gravação e reprodução. Por meio desta nova característica, cassetes DCC pré-gravados podem transmitir vários tipos de informação na forma de textos, que podem ser mostrados no display de um toca-fitas DCC ou na tela de monitores de vídeo ou aparelhos de TV acoplados.
Na função Texto, a informação é organizada por itens: até 255 itens diferentes podem ser incluídos numa fita DCC.
Alguns itens fornecem categorias definidas de informação:
Lista completa dos títulos das músicas
Nome do artista de cada música
Letras de músicas podem ser exibidas na tela em sincronismo com a música
Os textos podem ser gravados na fita em até sete idiomas, dando ao usuário a possibilidade de selecionar o que lhe interessar.
Efeitos gráficos simples podem ser obtidos ja que, I6 cores, varias fontes de tipos e efeitos visuais como o "scrolling" (texto que corre dentro do display) fazem parte da função texto.
Os textos são formatados para 3 tipos de tela:
1 linha de 12 caracteres
2 linhas de 40 caracteres
21 linhas de 40 caracteres
A função texto oferece informações interessantes e úteis, consistindo numa característica única do DCC.
A extraordinária praticidade de poder identificar o cassete e ler informações a respeito das músicas constitui-se num acréscimo de valor muito evidente para o futuro comprador do DCC.
Além do mais a função texto abre as portas para novas aplicações e para versões aperfeiçoadas das já existentes.
e) Gravação de fita máster e duplicações
Como uma união entre o Cassete tradicional e o sistema digital de som, o sistema DCC é baseado num rico acervo de tecnologias já existentes. E o caso certamente do sistema de duplicação de fitas para cassetes pré-gravados.
A mesma velocidade normal de copia - 64 vezes - é utilizada com o mesmo sistema flexível de estações dedicadas e "master". Contudo estas utilizam uma cabeça de duplicação de alta velocidade especialmente desenvolvida.
Um sistema de gravação e edição de originais de fácil utilização, basedo na tecnologia existente de gravação de fitas "master" para Compact Disc já foi projetado e implementado. Novas características tais como a função texto são basicamente os únicos elementos de maior complexidade a serem incorporados.
Este novo sistema, que vem ancorado numa ampla base de tecnologia comprovada, foi implementado com um mínimo de problemas. Esta aberto o caminho para um novo repertório musical de cassetes pré-gravados DCC.