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Come è fatto

Un registratore a nastro è un apparato composto da una parte elettronica ed una parte meccanica; il suo scopo+ memorizzare su un apposito supporto magnetico un segnale analogico (nel nostro caso audio) e riprodurlo nel modo più simile all'originale.

La parte meccanica ha la funzione di trascinare il nastro a velocità costante dalla bobina sinistra verso quella destra (alcune meccaniche sono bidirezionali ed evitano di dover girare il nastro alla fine, sono dette "autoreverse") facendolo passare davanti alle testine; queste trasformano il segnale elettrico proveniente dall'elettronica in un campo magnetico e viceversa, permettendo così la registrazione e la riproduzione del segnale audio.

In questo disegno, tratto dal manuale utente di un Teac X2000R, potete vedere la struttura del pannello frontale di un registratore a bobine, con indicate le parti principali.

  1. Supporti delle bobine, solitamente solidali con i motori che le fanno girare per l'avvolgimento del nastro.
  2. Braccetti di tensione, sono ammortizzati con una molla e servono a mantenere la tensione meccanica del nastro evitando rotture o strappi in caso di irregolarità nel movimento, al momento della partenza e dell'arresto, etc... su ogni braccetto è montato un rullo girevole sul quale passa il nastro.
  3. Rullo passivo, mantiene il tensionamento del nastro e ne regolarizza il movimento durante la marcia.
  4. Sistema capstan + pinch roller. Il capstan è un perno metallico che ruota a velocità costante, grazie ad un motore controllato con estrema precisione da un apposito circuito elettronico. Il nastro viene schiacciato contro il capstan dal pinch roller, ovvero un rullo di gomma posizionato opportunamente da un elettromagnete o da un motorino elettrico quando la macchina è in funzione.
  5. Gruppo testine. Possono essere tre o più di tre (fino a 6) se la macchina offre funzioni particolari come l'autoreverse o la lettura di diversi formati di traccia. Sono componenti delicati e devono essere trattate con molta cura, evitando graffi e l'uso di sostanze abrasive o attrezzi di qualsiasi genere quando devono essere pulite; dalle loro buone condizioni dipende strettamente il funzionamento dell'intero registratore e - in parte - anche la vita del nastro.
  6. Contatore digitale (o meccanico). Indica il tempo trascorso dall'inizio del nastro; contatori più evoluti hanno funzioni particolari come memorie, ritorno automatico allo zero, repeat di una sezione, etc...
  7. Tastiera di comando: pulsanti per la gestione delle funzioni meccaniche (marcia, stop, avvolgimento veloce, pausa...)
  8. Altri controlli: selettore velocità del nastro, bias, funzioni autoreverse
  9. Vu-meter: indicano il livello del segnale registrato sul nastro o quello in ingresso prima della registrazione. Un corretto utilizzo è fondamentale per ottenere una buona registrazione, priva di distorsione e di rumore di fondo.
  10. Controlli di livello di registrazione e di uscita.

 

Come si usa

L'uso di un registratore a bobine è semplicissimo, anche se in apparenza la macchina può sembrare un po' complicata. Se si è già usato un registratore a cassette, cosa del tutto probabile, sostanzialmente non c'è nessuna differenza a parte la procedura di caricamento del nastro. Occorre innanzitutto collegarlo all'amplificatore sfruttando le classiche prese "tape in" e "tape out"; di regola non ci sono problemi di adattamento di livello del segnale o di impedenza, perchè tutte queste macchine erano progettate per essere compatibili con gli impianti hi-fi dell'epoca. Il collegamento può essere fatto con due cavetti RCA standard (evitate i cavi da ennemila euro al metro, va benissimo un Tasker o qualcosa di analogo) o - se macchina e amplificatore ne sono forniti - con un unico cavo DIN. Quest'ultimo è però da evitare, se c'è la possibilità di usare la connessione RCA, in quanto di qualità decisamente minore a causa delle caratteristiche dei segnali in transito e del connettore.

Per ascoltare un nastro già registrato, è sufficiente caricarlo seguendo il corretto percorso indicato nel manuale e premere il tasto PLAY. Il regolatore del livello di uscita può essere posizionato in modo da avere un volume adeguato nella posizione in cui solitamente si tiene la manopola dell'amplificatore durante l'ascolto delle altre sorgenti, oppure nella posizione di calibrazione (solitamente "a ore tre") in cui i vu-meter indicano esattamente lo stesso livello del segnale che si aveva nel corso della registrazione.

Tastiera di un Akai GX747 (autoreverse, notare il doppio tasto di play per le due direzioni)

Al termine dell'ascolto il nastro può essere girato scambiando tra loro bobina piena e vuota (solo se a 4 tracce) oppure deve essere riavvolto per un ascolto successivo. I comandi di avvolgimento veloce nelle due direzioni devono essere usati con un certo criterio, evitando inversioni improvvise del senso di marcia o comunque operazioni che possono causare strappi del nastro. Le meccaniche migliori sono dotate di un sistema di controllo elettronico che impedisce di danneggiare il nastro, ad esempio forzando il passaggio per lo stop oppure controllando lo sforzo meccanico con dei sensori sui braccetti o sui motori e regolando l'alimentazione dei motori in modo adeguato.

La registrazione è operazione un po' più impegnativa, in quanto un errore nella regolazione del livello del segnale registrato sul nastro potrebbe compromettere il risultato con una distorsione più o meno forte se si esagera, oppure con la presenza di un sensibile soffio di fondo se il livello è regolato troppo basso. In questo senso l'uso dei vu-meter è essenziale, in quanto permettono - se ben tarati e di buona qualità - di sfruttare al massimo le capacità dinamiche del registratore.

Vu-meter professionali Studer, di grandi dimensioni e molto precisi

Vu-meter Akai, piccoli e solo indicativi del reale livello di magnetizzazione.

Come regola generale, bisognerebbe regolare il livello di ingresso in modo che gli aghi degli strumenti entrino nella "zona rossa" solo nei passaggi più forti del programma che si sta registrando; così si sfrutta al meglio la dinamica disponibile del nastro e del registratore. Questa è ovviamente solo un'indicazione di massima, perchè molto dipende dalle caratteristiche e dal tipo di taratura della macchina: un registratore professionali tarato in un certo modo potrebbe tranquillamente sopportare livelli di +10dB rispetto allo zero dei vu-meter, mentre qualche consumer già va in distorsione udibile a +3. In sostanza occorre fare qualche prova pratica e prendere un po' di confidenza con le caratteristiche del proprio registratore; una volta che si è imparato ad usarlo e ne sono chiari i limiti, sarà difficile sbagliare una registrazione in modo irrecuperabile.

Molto importante è la funzione del selettore di monitor tape/source: in corso di registrazione, questo permette di inviare all'uscita - e quindi di ascoltare - il segnale di ingresso oppure la registrazione appena effettuata. Si può così verificare in tempo reale cosa sta succedendo, e correre ai ripari regolando opportunamente la manopola del livello di registrazione.

Akai GX747 - Selettore tape / source monitor.

 

Tracce, velocità, bias e curve di equalizzazione

Le tracce sono delle suddivisioni in senso longitudinale del nastro; in ognuna può essere registrato un segnale audio distinto dalle altre. L'altezza del nastro audio in bobina "normale" è di 1/4 di pollice (circa 6.3mm) e tipicamente supporta 2 o 4 tracce separate da zone di guardia non registrate.

Un nastro a 4 tracce contiene due programmi stereofonici (due tracce per ciascun programma, una per il canale destro e un'altra per il sinistro), le tracce sono alternate tra loro e vengono lette in direzioni opposte. Una volta terminato il nastro nella direzione di marcia (tracce 1-3) le bobine vengono scambiate tra loro, e il nastro viene passato nella direzione opposta utilizzando le tracce 2 e 4 per una seconda registrazione diversa dalla prima.

Un nastro a 2 tracce può invece contenere un solo programma, viene utilizzato in una direzione sola e di conseguenza la sua durata totale (a parità di velocità di scorrimento) si dimezza rispetto ad un 4 tracce.

A fronte del dimezzamento del tempo di registrazione, il sistema a 2 tracce offre molti vantaggi: minore rumore di fondo (inversamente proporzionale alla larghezza della traccia), nessuna interferenza (diafonia) tra le due direzioni e diafonia ridotta tra i due canali, minore effetto sul segnale dellle irregolarità e dei difetti della superficie del nastro che possono provocare cadute momentanee di livello del segnale (drop-outs), minore sensibilità al disallienamento tra testine e nastro. Per queste ragioni, il sistema a 2 tracce è sempre impiegato nell'ambito professionale dove è richiesta la massima qualità; in ambito domestico invece si usa molto spesso il 4 tracce per ragioni di economia, anche se sono stati prodotti molti registratori consumer a 2 tracce destinati ad un pubblico più esigente.

Oltre a questi formati di base, sono state costruite numerose macchine con più tracce: 8, 16 ed anche 24. Queste macchine, praticamente inutilizzabili per la riproduzione, servivano in ambito professionale per le registrazioni dal vivo ed usavano nastri da 1 o 2 pollici di altezza.

Registratore a 24 tracce su nastro da 2 pollici Studer A827

La velocità di scorrimento del nastro si esprime in cm/s, le velocità standard sono:

Velocità Impiego
2.38 cm/s Parlato di bassa qualità, dittafoni.
4.75 cm/s Parlato, piccoli registratori domestici anni 60-70
9.5 cm/s Parlato di buona qualità. musica non hi-fi
19 cm/s Musica hi-fi
38 cm/s Qualità da studio, registrazioni dal vivo, produzione master.
76 cm/s Qualità da studio, registrazioni dal vivo, produzione master.

Le due più basse non sono da considerare per i nostri scopi: nessun registratore di buona qualità - a parte qualche raro modello per uso moblie destinato ad impieghi giornalistici - le ha; invece 9.5 e 19 cm/s sono tipicamente presenti nei registratori consumer hi-fi a 2 o 4 tracce, dato che garantiscono una qualità più che sufficiente per uso domestico (soprattutto la 19 cm/s) con un costo di esercizio ragionevole. Alcuni modelli offrono anche i 38 cm/s, oppure solo 19 e 38 (spesso si tratta di versioni hi-speed di macchine originariamente nate come 9.5/19 ). La velocità di 76 cm/s è destinata esclusivamente all'impiego in studio per la realizzazione dei master, anche se nella maggior parte dei casi veniva comunque usata la più bassa di 38 cm/s che offre comunque una qualità elevatissima, ed è presente solo su alcune macchine professionali.

La velocità di scorrimento del nastro determina strettamente la qualità della registrazione: a velocità maggiore corrisponde maggiore estensione alle alte frequenze, distorsione più bassa a parità di livello di magnetizzazione (oppure un livello di magnetizzazione tollerabile molto più alto a parità di distorsione), un minore wow and flutter (piccole variazioni istantanee di velocità del nastro dovute alla meccanica) ed una minore sensibilità ai drop-outs dovuti a difetti del nastro. Inoltre una registrazione ad alta velocità è più facile da montare con il metodo del "taglia e incolla il nastro", dato che il segnale è distribuito su uno spazio maggiore. Per finire, a velocità superiore di solito corrisponde un miglior rapporto segnale/rumore grazie alle diverse curve di equalizzazione che riducono il soffio alle alte frequenze ed allo spostamento di parte del rumore fuori dalla banda udibile.

Il BIAS è una corrente ad alta frequenza (100KHz e oltre) che viene sovrapposta al segnale audio inviato alla testina di registrazione. Tale corrente è necessaria in quanto la funzione di trasferimento del materiale ferromagnetico che costituisce la parte sensibile del nastro non è lineare, ovvero a pari incrementi del campo magnetico fornito dalla testina di registrazione non reagisce con pari incrementi della magnetizzazione residua.

Osserviamo questa figura cercando di capire cosa significa:

Registrazione magnetica senza bias

La sinusoide rappresentata in verticale è il campo magnetico generato dalla testina di registrazione quando ad essa arriva il segnale audio da registrare; la curva a zig-zag rappresenta la magnetizzazione residua del nastro in funzione del campo magnetico di registrazione. Come si vede, per valori ridotti del campo la magnetizzazione non è proporzionale al segnale, e di conseguenza la forma d'onda del segnale riprodotto dalla testina di lettura non sarà uguale a quella registrata. Questo è un problema molto grave, perchè di fatto impedirebbe la realizzazione pratica di un registratore funzionante.

Si osserva però che esiste un tratto lineare della curva, quindi se il campo magnetizzante fosse compreso tra i valori limite di questa zona lineare anche il segnale in uscita sarebbe linerare. La soluzione più semplice potrebbe essere quella di sovrapporre una corrente continua costante al segnale audio, spostando verso destra o verso sinistra tutta la curva di ingresso in modo da far ricadere il funzionamento nel tratto lineare.

Anche se questo trucco funziona, la magnetizzazione costante residua provoca svariati problemi pratici (in primo luogo un elevato rumore di fondo ed un fenomeno di cancellazione delle alte frequenze che limita la risposta del registratore) che di fatto ne impediscono l'uso. Solo alcuni apparecchi molto economici del passato hanno usato questo tipo di bias, ed erano adatti al massimo ad una registrazione di bassa qualità della voce.

La soluzione ottimale consiste nell'applicazione di una corrente alternata ad alta frequenza, che modifica la situazione come nella figura sottostante:

Registrazione con bias alternato ad alta frequenza

Notare come le "creste" del segnale ad alta frequenza rappresentano la forma del segnale audio, e si trovano tutte all'interno delle zone lineari. Questo sistema permette di ottenere il miglior risultato possibile in termini di distorsione, risposta in frequenza e rapporto segnale / rumore, ma ad una condizione: l'intensità del segnale di bias deve essere quella più adeguata al tipo di nastro usato ed alla sua curva di magnetizzazione, altrimenti tutti i parametri peggiorano in modo drastico. Un bias troppo alto o troppo basso porterà il segnale a cadere entro una delle zone non lineari, causando quindi un forte aumento della distorsione. Inoltre dal valore della corrente di bias dipende direttamente la curva di risposta in frequenza complessiva: un bias elevato comporta un effetto di cancellazione delle alte frequenze durante la stessa registrazione, mentre un bias basso inizialmente provoca una esaltazione della gamma alta ed a seguire un drastico crollo del livello di uscita associato ad una riduzione della massima frequenza del segnale registrabile.

E' quindi evidente come la taratura del bias sia una delle operazioni più importanti da fare su un registratore a bobine (in generale, su qualsiasi registratore a nastro magnetico) per ottenere le massime prestazioni possibili.

Nella maggior parte delle macchine consumer la regolazione si trova all'interno e viene fatta in fabbrica su un valore medio, adatto più o meno a tutti i nastri consigliati dal produttore. Ve ne tuttavia sono alcune dotate di una manopola esterna per la taratura fine, che permette di adattare al meglio il funzionamento su un'ampia gamma di nastri di tipo diverso. Evidentemente l'utente che non dispone della strumentazione necessaria (almeno un oscilloscopio, un voltmetro elettronico ed un generatore di segnali sinusoidali in banda audio) dovrà fare la regolazione "a orecchio" fidandosi della risposta alle alte frequenze percepita; con un minimo di pratica si possono comunque ottenere degli ottimi risultati.

Infine le curve di equalizzazione: a causa della risposta in frequenza propria del sistema nastro-testina, è necessario applicare una ben precisa equalizzazione al segnale prima della sua effettiva registrazione sul nastro, ovvero esaltare alcune bande di frequenza ed attenuarne altre. Se questo non venisse fatto, anche la migliore macchina presenterebbe un pessimo rapporto segnale / rumore ed una dinamica ridotta, risultando di fatto inutilizzabile. Per permettere lo scambio delle registrazioni tra macchine diverse e produttori diverse, sono state definite due curve standard di equalizzazione: l'europea IEC e l'americana NAB.

Le macchine consumer adottano tutte indistintamente la curva NAB, e i nastri originali commerciali d'epoca sono registrati tutti con questa equalizzazione. In ambito professionale europeo invece veniva adottata la curva IEC, che solitamente permette di ottenere una migliore linearità nella risposta complessiva alle basse frequenze; ciò significa che se si riesce a reperire un nastro master originale nella quasi totalità dei casi sarà equalizzato IEC ed occorrerà una macchina compatibile per riprodurlo al meglio. L'ascolto di un nastro IEC su una macchina NAB ha come risultato una discreta perdita alle basse ed alle alte frequenze; viceversa ascoltando un nastro NAB su una macchina IEC si otterrà un suono con un notevole effetto "loudness".

L'equalizzazione IEC si trova di solito su macchine professionali; molte di queste hanno l'elettronica predisposta anche alla curva NAB (sia in registrazione che in riproduzione) ed è possibile selezionare l'equalizzazione più adatta al nastro che si vuole riprodurre tramite un selettore. Tra i registratori consumer, solo Revox ha realizzato le versioni IEC dei suoi B77 ed A77; il modello A77 ha un selettore IEC/NAB che agisce solo sull'equalizzazione di riproduzione, e solo sulla versione 9.5/19 cm/s.

 

Nastri e bobine

Già che ci siamo, due parole sui nastri e sulle bobine. Il nastro è costituito da una fettuccia di materiale plastico sul quale è depositiato uno strato uniforme di ossido di ferro magnetizzabile, che memorizza l'informazione. Tale nastro ha tipicamente un'altezza di 6.3mm (1/4 di pollice) per le bobine audio a 2 o 4 tracce, ma altri formati usano nastri di altezza diversa (audio multitraccia fino a 2 pollici, video da 1/2 pollice, 3/4, 1, cassette da 1/8, etc...).

I nastri da 1/4 di pollice per uso audio vengono tipicamente venduti in due formati: in pancake e su flangia (quella che comunemente si chiama "bobina"). Il pancake è semplicemente il nastro avvolto su un nucleo di plastica o metallo, ben serrato in modo che non possa svolgersi da solo. Si usa montandolo in una flangia vuota oppure così come è su dei "piatti" metallici per evitare che un allentamento della tensione meccanica ne provochi lo srotolamento con conseguenze disastrose.

Due tipi di pancake: con attacco NAB a sinistra, attacco AEG a destra.

L'attacco centrale può essere di due tipi diversi: il NAB è quello più comunemente usato per le flange da 27 cm di diametro, e un pancake di questo tipo può essere infatti montato su flange di tali dimensioni e usato su qualsiasi registratore. L'attacco AEG, visibile nella foto a destra, richiede invece l'utilizzo di un apposito adattatore con tanto di "piatto" sul quale viene appoggiato il nastro, come visibile nella foto sotto. Un pancake in formato AEG contiene circa il 25% di nastro in più rispetto al NAB, grazie al diametro maggiore.

Montaggio di un pancake con piatto e attacco AEG

Più comunemente, nel campo consumer i nastri vengono forniti in bobina completa di flangia, cosa che li rende decisamente più maneggevoli e protetti da danni accidentali.

Nastri in bobina di vario formato

In passato sono stati prodotti nastri in bobina di svariate le dimensioni 7.5 cm, 8, 10, 13, 15, 18, 22, 27, 30. Questo era dovuto alla grande varietà di modelli diversi di registrarore; ogni costruttore creava un proprio "standard" (si fa molto per dire...) e le case costruttrici si adeguavano. Attualmente sono rimasti in commercio tre soli diametri: partendo da sinistra abbiamo una 13 cm per apparecchi professionali portatili, una 18 cm in plastica per consumer, infine due da 27 cm in plastica ed in metallo con attacco NAB. Esistono anche bobine da 27 cm in plastica con attacco NAB, ma al momento non ne ho nessuna da fotografare quindi fidatevi sulla parola.

L'attacco con il foro piccolo delle bobine da 13 e 18 cm è detto "attacco cine", i registratori in genere offrono l'attacco cine sui portabobina e degli adattatori per montare le bobine con attacco NAB.

Adattatori NAB Revox-Studer

Un consiglio pratico: evitate di montare su un registratore due bobine di diametro diverso. Lo sbilanciamento meccanico che ne risulta potrebbe essere dannoso per il nastro, specialmente in fase di frenata al termine di un avvolgimento veloce.

 

Principali caratteristiche

  • Risposta in frequenza, espressa da due valori limite entro i quali la risposta in frequenza è lineare entro 3dB. Lontano da questi estremi (diciamo ad un'ottava di distanza) la linearità deve essere molto migliore, anche 1 dB o meno, altrimenti la macchina introduce "colorazioni" nel suono. Varia in base al livello di registrazione adottato per la misura.
  • Distorsione armonica. Deve essere indicata la frequenza ed il livello di magnetizzazione di riferimento, altrimenti è un numero privo di un reale significato. Valori compresi tra 0.5% e 1% a 0VU sono abbastanza comuni nei modelli consumer, mentre le macchine professionali possono avere livelli di distorsione anche dimezzati.
  • Rapporto s/n. Dipende da numero e larghezza delle tracce, velocità, tipo di nastro, livello di magnetizzazione o VU a cui viene fatta la misura (dovrebbe essere indicato).
  • Wow e flutter: indica la presenza di variazioni istantanee della velocità di trasporto del nastro. Più è basso e meglio è.
  • Scarto di velocità: differenza tra velocità di scorrimento del nastro nominale e reale, dipende dalla precisione delle tarature.

A titolo di esempio riporto i dati di alcuni modelli di registratore:

AKAI GX215 (4 tracce consumer di fascia bassa)

19 cm/s 9.5 cm/s
Risposta in frequenza 30-25.000 Hz +/- 3dB a -20VU(*) 30-19.000 Hz +/- 3dB a -20VU(*)
Distorsione 1% a 185 nWb/m 1%a 185 nWb/m
Rapporto s/n 56 dB non indicato
Wow & flutter 0.09% 0.18%
Scarto di velocità non indicato  


REVOX B77 (2 tracce consumer di fascia alta)

  19 cm/s 9.5 cm/s
Risposta in frequenza 30-23.000 Hz +/- 3dB a -20VU (**) 30-19.000 Hz +/- 3dB a -20VU (**)
Distorsione 0.2% a 270nWb/m 0.5% a 270nWb/m
Rapporto s/n 67dB rif. 0VU 64dB rif. 0VU
Wow & flutter 0.08% 0.1%
Scarto di velocità 0.1% 0.2%


STUDER A810 (2 tracce professionale)
  38 cm/s 19 cm/s
Risposta in frequenza 30-31.000 Hz +/- 3dB a -10VU (**) 30-23.000 Hz +/- 3dB a -20VU (**)
Distorsione < 0.5% a 510nWb/m < 0.5% a 510nWb/m
Rapporto s/n 67dB rif. 0VU 65dB rif. 0VU
Wow & flutter 0.05% 0.08%
Scarto di velocità non rilevabile non rilevabile


(*) risposta in frequenza dichiarata dal costruttore
(**) risposta in frequenza effettivamente rilevata su un esemplare dopo taratura ottimale su nastro RMGI LPR35
 
 Notare come in apparenza un "piccolo" Akai di basso livello sembri avere una risposta in frequenza più estesa di una macchina professionale. Il punto chiave non è tanto "dove" si arriva, ma "come" ci si arriva: una risposta estesa fino a 25KHz con distorsione reale del 2% oltre i 10KHz, una linearità in banda centrale di 1-2 dB e un rapporto s/n di 56dB porta ad un risultato oggettivamente inferiore (e di molto) rispetto ai più limitati 23KHz dello Studer che però ha distorsione ridottissima, 10dB in più di dinamica utile più altri 5-6 di margine di overload e linearità (se ben tarato) inferiore al quarto di dB. In effetti, con quello che costava uno Studer ci si comprava un container di Akai...

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