El audio balanceado es un método de interconexión de equipos de audio mediante líneas balanceadas . Este tipo de conexión es muy importante en la grabación y producción de sonido porque permite el uso de cables largos al tiempo que reduce la susceptibilidad al ruido externo causado por interferencias electromagnéticas.
Las conexiones balanceadas suelen utilizar cable de par trenzado blindado y conectores de tres conductores. Los conectores suelen ser conectores telefónicos XLR de tres clavijas o TRS de 1 ⁄ 4 de pulgada (6,35 mm) . Cuando se usa de esta manera, cada cable lleva un canal, por lo tanto, el audio estéreo (por ejemplo) requeriría dos de ellos. [1]
Aplicaciones
Muchos micrófonos funcionan a niveles de voltaje bajo y algunos con impedancia de salida alta (hi-Z), lo que hace que los cables de micrófono largos sean especialmente susceptibles a las interferencias electromagnéticas . Las interconexiones de micrófonos son, por lo tanto, una aplicación común para una interconexión equilibrada, que cancela la mayor parte de este ruido inducido. Si los amplificadores de potencia de un sistema de megafonía están ubicados a cualquier distancia de la mesa de mezclas , también es normal usar líneas balanceadas para las rutas de señal desde el mezclador a estos amplificadores. Muchos otros componentes, como los ecualizadores gráficos y las unidades de efectos, tienen entradas y salidas balanceadas para permitir esto. En la grabación y para tendidos cortos de cable en general, es necesario un compromiso entre la reducción de ruido proporcionada por las líneas balanceadas y el costo introducido por los circuitos adicionales que requieren.
Reducción de interferencias
Las conexiones de audio balanceadas utilizan una serie de técnicas para reducir el ruido.
Un cable balanceado típico contiene dos alambres idénticos, que se trenzan y luego se envuelven con un tercer conductor (papel de aluminio o trenza) que actúa como blindaje . Los dos cables forman un circuito que puede transportar una señal de audio .
Cuando se aplica una señal, un cable tiene la misma polaridad con respecto a la señal fuente; el otro cable está invertido en polaridad. El primero se denomina no inversor , positivo o caliente , mientras que el segundo se denomina inverso , negativo o frío . Las conexiones de frío y calor se muestran a menudo como In + e In− ("en más" y "en menos") en los diagramas de circuitos . [2]
El término balanceado proviene del método de conectar cada cable a impedancias idénticas en la fuente y la carga . Esto significa que gran parte de la interferencia electromagnética inducirá un voltaje de ruido igual en cada cable. Dado que el amplificador en el extremo receptor mide la diferencia de voltaje entre las dos líneas de señal, se rechaza el ruido que es idéntico en ambos cables. El ruido recibido en la segunda línea invertida se aplica contra la primera señal vertical y la cancela cuando se restan las dos señales.
Esta recombinación de señal diferencial se puede implementar con un amplificador diferencial . También se puede utilizar un balun en lugar de un dispositivo amplificador diferencial activo.
Los cables también están trenzados para reducir la interferencia de la inducción electromagnética . Un par trenzado hace que el área del bucle entre los conductores sea lo más pequeña posible y asegura que un campo magnético que pasa por igual a través de bucles adyacentes inducirá niveles iguales de ruido en ambas líneas, que es cancelado por el amplificador diferencial. Si la fuente de ruido está muy cerca del cable, entonces es posible que se induzca en una de las líneas más que en la otra, y no se cancelará también, pero la cancelación seguirá ocurriendo en la medida de la cantidad de ruido que es igual en ambas líneas.
El blindaje separado de una conexión de audio balanceada también ofrece una ventaja de rechazo de ruido sobre una disposición de dos conductores no balanceada (como la que se usa en los equipos de sonido domésticos típicos ) donde el blindaje también debe actuar como cable de retorno de señal. Por lo tanto, cualquier corriente de ruido inducida en un blindaje de audio balanceado no se modulará directamente en la señal, mientras que en un sistema de dos conductores sí lo estará. Esto también evita problemas de bucle de tierra , al separar el blindaje / chasis de la tierra de la señal.
Señalización diferencial
Las señales a menudo se transmiten a través de conexiones balanceadas utilizando el modo diferencial , lo que significa que los cables transportan señales de polaridad opuesta entre sí (por ejemplo, en un conector XLR , el pin 2 lleva la señal con polaridad normal y el pin 3 lleva una versión invertida del misma señal). A pesar de la creencia popular, esta disposición no es necesaria para el rechazo del ruido. Siempre que las impedancias estén equilibradas, el ruido se acoplará por igual en los dos cables (y será rechazado por un amplificador diferencial), independientemente de la señal que esté presente en ellos. [3] [4] Un método simple de conducir una línea balanceada es inyectar la señal en el cable "caliente" a través de una impedancia de fuente conocida y conectar el cable "frío" a la referencia de tierra local de la señal a través de una impedancia idéntica. Debido a conceptos erróneos comunes sobre la señalización diferencial, a menudo se la denomina salida cuasi balanceada o con impedancia balanceada , aunque, de hecho, está completamente balanceada y rechazará la interferencia de modo común.
Sin embargo, existen algunos beneficios menores al conducir la línea con una salida completamente diferencial:
- El campo electromagnético alrededor de una línea diferencial es idealmente cero, lo que reduce la diafonía en cables adyacentes, útil para pares telefónicos.
- Aunque el nivel de la señal no se cambiaría debido a la estandarización del nivel nominal , la salida máxima de los controladores diferenciales es el doble, lo que proporciona un margen adicional de 6 dB . [3]
- El aumento de la capacitancia del cable en tramos de cable largos disminuye el nivel de señal en el que se atenúan las frecuencias altas. Si cada cable lleva la mitad de la oscilación del voltaje de la señal como en las salidas totalmente diferenciales, entonces se pueden usar tramos de cable más largos sin la pérdida de altas frecuencias.
- El ruido que se correlaciona entre los dos amperios (por el rechazo imperfecto de la fuente de alimentación , por ejemplo) se cancelaría.
- A frecuencias más altas, la impedancia de salida del amplificador de salida puede cambiar, dando como resultado un pequeño desequilibrio. Cuando se maneja en modo diferencial por dos amplificadores idénticos, este cambio de impedancia será el mismo para ambas líneas y, por lo tanto, se cancelará. [3]
- Los controladores diferenciales también toleran mejor los adaptadores o equipos mal conectados que desequilibran la señal al poner en cortocircuito el pin 2. [3]
Diseño de audio equilibrado internamente
La mayoría de los productos de audio (grabación, megafonía, etc.) proporcionan entradas y salidas balanceadas diferenciales, normalmente a través de conectores telefónicos XLR o TRS . Sin embargo, en la mayoría de los casos, una señal de entrada balanceada diferencial se convierte internamente en una señal de un solo extremo mediante un transformador o un amplificador electrónico . Después del procesamiento interno, la señal de un solo extremo se convierte de nuevo en una señal balanceada diferencial y se envía a una salida.
Se ha diseñado una pequeña cantidad de productos de audio con una ruta de señal balanceada completamente diferencial desde la entrada hasta la salida; la señal de audio nunca se desequilibra. Este diseño se logra proporcionando rutas de señal internas idénticas (reflejadas) para las señales de audio "no inversoras" e "inversoras". En aplicaciones críticas, un diseño de circuito equilibrado diferencial al 100% puede ofrecer una mejor integridad de la señal al evitar las etapas de amplificador adicionales o los transformadores necesarios para el desequilibrio del extremo frontal y el reequilibrio del extremo posterior. [5] Se ha promovido que los circuitos internos completamente balanceados producen 3 dB de mejor rango dinámico, aunque a un costo mayor que los diseños de un solo extremo.
Conectores
Los conectores XLR de tres clavijas y los conectores telefónicos TRS de un cuarto de pulgada (¼ "o 6,35 mm) se utilizan comúnmente para señales de audio balanceadas. Muchas tomas ahora están diseñadas para admitir enchufes telefónicos XLR o TRS. En ocasiones, los equipos destinados a una instalación prolongada regletas de terminales o conectores Euroblock .
Enchufes telefónicos TRS de 2,5, 3,5 y 6,35 mm
Conectores XLR de tres pines, hembra a la izquierda y macho a la derecha
XLR de tres clavijas más conector híbrido telefónico TRS de 6,35 mm.
Con conectores XLR, los pines 1, 2 y 3 se usan generalmente para el blindaje ( conectado a tierra o chasis ), la señal no inversora y la señal inversora, respectivamente. (La frase "tierra, vivo, retorno", correspondiente a "X, L, R", se ofrece a menudo como una ayuda de memoria, aunque la señal de inversión no es simplemente un "retorno"). En los enchufes de teléfono TRS, la sugerencia es no invertido, el anillo se invierte y el manguito está conectado a tierra.
Si se conecta una señal estereofónica u otra binaural en dicho conector, un canal (generalmente el derecho) se restará del otro (generalmente el izquierdo), dejando una señal L - R (izquierda menos derecha) no escuchable en lugar de L monofónica normal + R (izquierda más derecha). La inversión de la polaridad en cualquier otro punto de un sistema de audio balanceado también dará como resultado este efecto en algún punto cuando luego se mezcle con su otro canal.
Las líneas telefónicas también transmiten audio balanceado, aunque ahora generalmente se limita al bucle local . Se llama así porque los dos cables forman un bucle equilibrado a través del cual viajan ambos lados de la llamada telefónica . Tenga en cuenta que la línea telefónica está balanceada para señales de CA (audio) pero en realidad está desequilibrada en CC, ya que un cable se alimenta desde el bus de energía de la central, típicamente -50 voltios, y el otro está conectado a tierra, ambos a través de inductores de igual valor que tienen alrededor de 400 ohmios de resistencia de CC, para evitar cortocircuitos en la señal de CA deseada mientras se transmite energía de CC al teléfono y permite una detección simple de colgar / descolgar.
Las conexiones de audio digital en entornos profesionales también suelen estar equilibradas, normalmente siguiendo el estándar AES3 (AES / EBU). Utiliza conectores XLR y cable de par trenzado con impedancia de 110 ohmios. Por el contrario, la interfaz coaxial S / PDIF que se ve comúnmente en los equipos de consumo es una señal desequilibrada.
Convertidores
Las señales no balanceadas se pueden convertir en señales balanceadas mediante el uso de un balun , a menudo a través de una unidad DI (también llamada "caja DI" o "caja directa").
Si se debe alimentar audio balanceado a una conexión no balanceada, se debe conocer el diseño electrónico utilizado para la etapa de salida balanceada. En la mayoría de los casos, la salida negativa se puede conectar a tierra, pero en ciertos casos la salida negativa debe dejarse desconectada. [6]
Ver también
- Par diferencial
- AES3
Referencias
- ^ "¿Cuál es la diferencia entre equilibrado y desequilibrado?" . Blog de Aviom . 2014-03-27 . Consultado el 24 de septiembre de 2017 .
- ^ Sel, Douglas (2010). Diseño de audio de pequeña señal . Taylor y Francis EE. UU. pag. 344. ISBN 978-0240521770.
- ^ a b c d Graham Blyth . "Problemas de equilibrio de audio" . Libros blancos . Soundcraft. Archivado desde el original el 4 de diciembre de 2010 . Consultado el 30 de diciembre de 2010 .
- ^ "Parte 3: Amplificadores". Equipo de sistema de sonido (Tercera ed.). Ginebra: Comisión Electrotécnica Internacional . 2000. p. 111. IEC 602689-3: 2001.
Solo el equilibrio de impedancia de modo común del controlador, la línea y el receptor desempeña un papel en el rechazo de ruido o interferencia. Esta propiedad de rechazo de ruido o interferencia es independiente de la presencia de una señal diferencial deseada.
- ^ Karki, James (2016) [2002]. "Informe de aplicación de Texas Instruments SLOA054E: Amplificadores totalmente diferenciales" (PDF) . Instrumentos Texas. Archivado desde el original el 5 de noviembre de 2020 . Consultado el 10 de junio de 2021 .
- ^ Macatee, Steve. "Puesta a tierra y blindaje de dispositivos de audio" . www.rane.com . Archivado desde el original el 27 de diciembre de 2008 . Consultado el 4 de abril de 2019 .
enlaces externos
- Comunidad de iluminación y sonido del Reino Unido: artículo sobre líneas equilibradas
- Ray Rayburn: "Equilibrado a desequilibrado; cómo hacerlo bien"
- Blog de Aviom: la diferencia entre audio equilibrado y no equilibrado