Sítio do Piropo

B. Piropo

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Um acionador ("drive") de CD é um dispositivo mecânico que faz o disco girar com uma velocidade variável, porém precisamente controlada e contém uma pequena plataforma dotada de movimento de translação capaz de gerar um feixe de raio laser e captar seu reflexo na superfície espelhada do disco.

Um aspecto das partes principais do interior de um acionador de CDs é mostrado na Figura 1.

Figura 1: Acionador de CDs

O objeto circular escuro, à esquerda, é o suporte onde se encaixa o orifício central do CD, cuja superfície refletora permanece voltada para baixo. A leitura dos dados é feita pelo dispositivo retangular que desliza sobre dois eixos cilíndricos paralelos acionado por um motor de precisão. Este dispositivo de leitura contém um gerador de raio laser que projeta um fino feixe de laser para cima, voltado para a superfície do disco, e contém também uma célula fotoelétrica que capta esse mesmo raio quando refletido em sua direção por esta mesma superfície (já veremos detalhadamente como isso pode recuperar os bits armazenados no CD).

LASER é o acrônimo de "Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation", ou amplificação da luz por emissão estimulada de radiação, um dispositivo que gera um feixe de luz monocromática quando estimulado por uma fonte externa de radiação. A luz utilizada nos acionadores de CDs é de cor vermelha, cujo comprimento de onda mede 0,65m. Um feixe de raio laser pode ser extremamente "fino", atingindo um ponto microscópico da superfície sobre a qual é projetado.

Agora imagine que o disco gira enquanto o dispositivo de leitura se desloca, deslizando sobre seus suportes no sentido do centro para a periferia, projetando seu feixe de raio laser para cima, na direção da superfície refletora do disco. Como a velocidade de translação do dispositivo de leitura é absolutamente constante, rigorosamente controlada por um motor e um sistema de engrenagens de precisão, o feixe de raio laser irá incidir sobre a superfície do disco giratório de tal forma que a cada volta o ponto em que o raio toca o disco está um pouquinho mais distante do centro. O resultado disso é que o feixe varrerá a superfície do disco formando uma espiral como a mostrada na Figura 2 da coluna anterior, porém com as espiras muito mais próximas umas das outras, como exibido em detalhe na Figura 4 da mesma coluna. A combinação dos dois movimentos, o de rotação do disco e o de translação do dispositivo de leitura, tem o efeito mostrado na Animação 1, que é vista "de baixo para cima". Não se esqueça que no interior do acionador ("drive"), a face refletora do disco fica voltada para baixo.

Animação 1: Disco ótico e seu dispositivo de leitura

Agora, vamos discutir um ponto importante. Sabemos que o dispositivo de leitura se desloca com velocidade de translação absolutamente constante (como resultado disso, a distância entre espiras é rigorosamente igual). Mas e o disco? Caso ele gire com velocidade angular constante, a cada volta o feixe de laser percorrerá um caminho muito mais curto quando o dispositivo de leitura estiver próximo do centro que o percorrido quando o dispositivo de leitura estiver próximo da borda. Isso é uma conseqüência óbvia do fato de que o comprimento de uma circunferência é tanto maior quanto maior for o seu diâmetro (circunferência é o nome que se dá à linha que limita um círculo, enquanto círculo é o nome que se dá à superfície limitada por uma circunferência). Portanto, se a velocidade de rotação do disco fosse constante, o raio percorreria as espiras da região central muito mais lentamente que as espiras da região próxima à periferia. E isso não pode acontecer, já que o fluxo de bits lidos tem que ser constante, ou seja, a trilha tem que ser percorrida pelo feixe de laser em uma velocidade linear constante.

A única forma de resolver o problema é compensar a diferença de comprimento da trilha lida à cada volta fazendo o disco girar mais rapidamente quando o dispositivo de leitura está próximo do centro e mais lentamente quando o dispositivo de leitura está próximo à periferia, como mostra a animação. Para ser exato, a rotação quando a leitura se faz no início da trilha, junto ao centro, é duas vezes e meia mais rápida que quando ela se dá no final. Os fabricantes de acionadores de CDs, quando se referem à sua velocidade de rotação, anunciam sempre a maior, naturalmente...

Convertendo ressaltos em música (ou dados)

Já sabemos que um CD contém uma longa trilha formada por ressaltos microscópicos em uma superfície refletora e que, no interior do acionador ("drive") de CDs, essa trilha é "varrida" – ou seja, percorrida do início ao fim – por um feixe de raios laser.

Laser, como vimos, é luz (na verdade, luz "pura", de uma determinada cor; no caso dos CDs, usa-se laser vermelho). E quando um raio de luz incide sobre uma superfície refletora, ele é refletido. Essa reflexão segue rigorosamente as leis da chamada "ótica geométrica", a ciência que estuda o caminho percorrido pelos raios de luz ao se propagarem, serem refletidos ou refratados em meios transparentes. E a ótica geométrica diz que o ângulo formado pelo raio incidente com a superfície refletora é exatamente igual ao ângulo formado pelo o raio refletido com essa mesma superfície (ver Figura 2).

Figura 2: Reflexão de um raio luminoso

Então, é perfeitamente possível conceber um dispositivo que dispare um raio luminoso na direção de uma superfície refletora e capte o raio refletido. Se o raio luminoso for disparado por um "canhão laser" (dispositivo que gera um raio laser), focalizado na superfície refletora por um sistema de lentes e o raio refletido for captado por uma célula fotoelétrica (um dispositivo opto-eletrônico que gera uma corrente elétrica sempre que recebe um feixe de luz, ou seja, transforma energia luminosa em energia elétrica), teremos algo parecido com o mostrado na Figura 3. Em uma situação como essa, sempre que o raio laser atingir a célula fotoelétrica, será registrada a passagem de uma corrente elétrica pelo condutor elétrico que nela se origina.

Figura 3: Reflexão do raio laser

Neste ponto já sabemos todo o necessário para compreender como os bits armazenados nas trilhas de um CD podem ser recuperados. O procedimento é o exibido esquematicamente na animação 2

Animação 2: Reproduzindo um disco ótico

Do lado esquerdo da animação temos um sistema semelhante ao exibido na Figura 3, constituído de um canhão laser e uma célula fotoelétrica, porém montados sobre o dispositivo de leitura de um CD. Na medida que o dispositivo executa seu movimento de translação e o disco gira, o raio laser emitido pelo "canhão" vai se focalizar exatamente sobre uma trilha, que é "varrida" pelo raio. A trilha, como sabemos, é constituída por uma série de ressaltos na superfície refletora do disco. O efeito é o mostrado na animação: o raio refletido, que normalmente é captado pela célula fotoelétrica e gera uma corrente elétrica, quando encontra um ressalto é desviado para longe da célula, fazendo com que a corrente seja interrompida. Do ponto de vista da célula, é como se uma luz estivesse "piscando" em frente a ela: acesa, quando o raio incide sobre ela, apagada, quando dela é desviado por um ressalto. O resultado prático é a emissão de uma série de pulsos de corrente elétrica formando a "onda quadrada" mostrada no primeiro círculo escuro da animação. Nesta onda, cada pulso de corrente representa um bit "um" e a ausência de corrente representa um bit "zero". Se o CD contém dados, esses pulsos são enviados diretamente para o computador, onde são interpretados como bits, reunidos oito a oito para formar os bytes correspondentes e processados pela unidade central de processamento. Se o CD é um CD de áudio, esses pulsos são enviados para um DAC (Digital/Analog Converter, ou conversor digital/analógico) onde são convertidos em uma corrente elétrica de amplitude variável formando uma "onda" representada no segundo círculo negro da animação. Essa onda é enviada para um amplificador de onde é encaminhada para um alto-falante, que a converte no som da música gravada.

Em princípio, é isso. O resto são detalhes técnicos desinteressantes sobre padrões de gravação e formato de dados. Mas os pontos principais foram abordados aqui. E, como acontece sempre que o assunto é tecnologia, parecem muito mais simples e menos misteriosos depois que seus conceitos básicos são entendidos.