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 Technical 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 fotodetectores. 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.
Impressão 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 nanômetros. 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.
