Unidad: Audio II

Unidad

• El Decibel eléctrico Un tema común de nuestra profesión es el de las magnitudes que se utilizan para relacionar los niveles de las señales de audio. En la calibración de equipos, en la regulación de niveles, en la homogeneización de componentes de la cadena de sonido, etc. siempre necesitaremos adaptar los valores que toman las señales para poder acoplar las etapas convenientemente. Vamos a estudiar solamente tres unidades que son las más usadas en el desempeño de nuestras tareas; estas son: dBm, dBV y dBu. Para poder hablar de ellas se hace necesario recordar la definición primaria del decibel. El Db Es La Décima Parte De Un Bel Y Expresa Ganancias O Pérdidas De Transmisión Y Niveles De Potencias Relativas. Numéricamente Es Diez Veces El Logaritmo Decimal De Un Cociente Entre Una Magnitud Y La Magnitud De Referencia. Se Usan Varias Unidades Pero Por Definición La Relación Se Realiza Con La Razón De Potencias.

Donde: P: es la potencia medida. PR: es la potencia de referencia. dBm: en este caso la magnitud de referencia es 1 mW. Se creó para la mensura de las pérdidas de potencia en las líneas telefónicas. Está basada sobre una carga con impedancia de 600 Ω y una frecuencia de 1004 Hz. O sea, 0 dBm equivale a 1 mW con una frecuencia de 1004 Hz conectado a una impedancia de 600 Ω. Sabemos por ley de Ohm que:

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Entonces para los fines prácticos lo que debemos medir con un multímetro es 0.775V para estar en presencia de 0 dBm. dBV: se trata del incremento o disminución de tensión independientemente de la impedancia de carga. El valor de referencia es 1V. De esta manera 0dBV corresponde a la lectura de 1V en nuestro voltímetro. Cuantitativamente el valor que adopta también corresponde a 10 veces el logaritmo decimal del cociente, pero, el único tema es que como la relación debe ser de potencias y la tensión varía de forma cuadrática; por propiedad de los logaritmos nos queda veinte veces el logaritmo del cociente de tensiones.

Donde: V: es la tensión medida. VR: es la tensión de referencia (1 V). dBu: dadas las complicaciones que acarreaba la adaptación de los niveles medidos en diferentes escalas se decidió adoptar una unidad que comprenda las ventajas de las mencionadas anteriormente. Dichas cualidades son: •En el caso del dBm la amplia estandarización que tenía desde bastante tiempo atrás, debido al amplio uso en la industria telefónica. •En el dBV, la ventaja consistía en la facilidad que resultaba el trabajo sin relación a la impedancia de carga y la frecuencia. Hagamos algunas relaciones:

0 dBm = 0.775 V = -2.21 dBV 0 dBV = 1 V = 2.21 dBm 4 dBm = 1.29 V = 1.79 dBV 6 dBV = 2 V = 8.2 dBm Como pueden apreciar los valores no son fáciles de manipular y con base en ese problema se halló la siguiente solución: al igual que el dBV, se utilizó la independencia de la impedancia de carga, pero en este caso, se tomó como tensión de referencia 0.775 V. Cuantitativamente el valor que adopta corresponde a 20 veces el logaritmo decimal del cociente de tensiones, pero, la referencia es 0.775 V. Donde: V: es la tensión medida. VR: es la tensión de referencia (0.775 V).

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Los medidores de nivel de señal en audio, comúnmente llamados vúmetros, en general están ponderados en dBm (por la relación antedicha con respecto a la industria telefónica). Cuando se puede leer “VU” sin especificar ninguna otra unidad, ésta es el dBm o dBu, con la salvedad que tiene fijado un tiempo de integración determinado (alrededor de 300 ms dependiendo de la marca). En el caso de que la constante de amortiguación sea del orden de las decenas de ms, estamos en presencia de un “medidor de picos”. La sigla VU se refiere a “Volume Units” (unidades de volumen). Bien, conociendo todas las relaciones antedichas, a partir de ahora podremos realizar mediciones para calibrar nuestros equipos con la ayuda de un simple voltímetro. (Carlos Indio Gauvron/Docente F.I.U.B.A.)

Conexiones de audio Una interesante mensura electrónica de un sistema de Audio ya instalado es la relación Señal (valor pico) a Ruido (valor rms) que el mismo posee. ¿Qué haríamos en el caso de certificar que la misma no es la que nos permiten los sistemas de grabación, reamplificación o reproducción de hoy en día? Veámoslo de otra manera: ¿Qué sucedería si descubrimos que dentro de los conductores de señal de Audio de nuestro sistema está presente una parte de la señal de energía eléctrica (220VCA o 110VCA) y sus infinitas componentes armónicas? Las mismas quedarán registradas (en el caso de tratarse de un estudio de grabación) en varios canales o, quizás, en todos... Peor aún si tenemos en cuenta la distorsión por intermodulación (la transitoria y la estacionaria) de los dispositivos activos de todo sistema, la que desparramará las componentes del ruido en cuestión por todo el espectro haciéndolo más audible, por lo tanto más molesta su presencia. Una señal acumula ruido a medida que recorre los diferentes equipos y cables del sistema. Una vez que se contaminó con ruido es prácticamente imposible eliminarlo sin degradar la señal. Por esto es que debemos minimizar el ruido y las interferencias sobre la misma a lo largo de todo el trayecto de la señal de Audio. Alguien comentó una vez: “Un cable es una fuente de problemas potenciales que conecta otras dos fuentes de problemas potenciales”... Analicemos entonces estos fenómenos, pero antes definamos algunos nombres y conceptos: “Hum”: Se denomina así al ruido producido directamente por la fundamental y las primeras armónicas de la señal de la línea de energía. Su contenido espectral es de baja frecuencia. “Buzz”: Se denomina así al conjunto de componentes de distorsión de alta frecuencia de la señal de línea (energía). Estas componentes de distorsión se generan en cargas que drenan corriente sólo durante una porción del ciclo de tensión (luces fluorescentes o controladas por dimmers, cargas intermitentes, motores, interruptores, relays, etc.).

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En la siguiente figura observamos algunas de las deformaciones causantes de la contaminación de la señal de energía.

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Utilizando la analogía emisor– canal-receptor el acoplamiento de EMI (Electro Magnetic Interference) puede ocurrir tanto a través de radiación, donde el aire es el canal, o por conducción, en el cual el trayecto de entradas / salidas del dispositivo afectado incluye uno o más cables de interconexión con otros componentes del sistema. En la práctica ambos tipos de acoplamientos están presentes. Puede haber acoplamiento de EMI por radiación a pesar de aplicar esfuerzos significantes para blindar el equipamiento, especialmente a muy altas radiofrecuencias (RFI). Por otro lado, el acoplamiento de EMI por medios conductivos puede convertir a un blindaje perfecto en uno esencialmente inefectivo para todas las frecuencias. Un fenómeno particular de acoplamiento de EMI por medios conductivos ocurre cuando un conductor es compartido por dos circuitos independientes. Este fenómeno es conocido como acoplamiento por impedancia común (common impedance coupling). “Loop” eléctrico: lazo, malla o porción de un circuito cerrado por la cual circula una corriente. Como consecuencia de esto se cumple la ley de Kirchoff que predice las sucesivas caídas de potencial sobre cada impedancia involucrada dentro de la misma. Los campos magnéticos existen alrededor de todo conductor que transporte corriente eléctrica. El acoplamiento de campos magnéticos entre circuitos cercanos puede ser descrito y cuantificado en términos de su inductancia mutua. Todo lo que se necesita es que cada circuito forme un loop eléctrico conductivo. El campo magnético resultante de la circulación de corriente en un loop puede inducir un flujo de corriente en otros loops cercanos. El acoplamiento magnético puede ser minimizado reduciendo el área del loop de cada circuito lo máximo posible y manteniendo los circuitos de potencia lejos de los de baja señal. Los campos eléctricos envuelven a todos los conductores en los cuales existe una carga, independientemente de la presencia o ausencia de flujo de corriente. El acoplamiento de campo eléctrico entre circuitos cercanos puede ser descrito y cuantificado en términos de su capacitancia mutua. Este tipo de acoplamiento puede ser eliminado efectivamente por medio de un apropiado blindaje (shielding) y puesta a tierra (grounding). La inevitable formación de campos eléctricos y magnéticos producidos por cableados de energía y equipos eléctricos en los edificios es la fuente principal de ruido en sistemas electrónicos incluyendo los de Audio.

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“Pin 1”: Se lo define como aquel terminal de cualquier conector de entrada o salida al cual el blindaje de los cables está conectado cuando se inserta el conector solidario al mismo, independientemente del tipo de conector usado.“Tierra”: Se define como un potencial de referencia absoluto. Una tierra ideal es un punto equipotencial que sirve como potencial de referencia para un circuito o sistema. También se la define como aquel trayecto de baja impedancia para que la corriente retorne a la fuente. “Masa”: Se la define como un potencial de referencia relativo. Todos los conductores tienen una impedancia finita que generalmente consiste tanto de resistencia como de inductancia. Como resultado de esto, hasta para frecuencias de la señal de energía (220 VCA o 110 VCA), dos puntos de tierra separados difícilmente tengan el mismo potencial. Se debe dejar claro que los sistemas de tierra son efectivos para controlar la EMI sólo para muy bajas frecuencias y DC. Un cable resonará (por lo tanto se convertirá en antena) a aquella frecuencia cuyo _ de longitud de onda sea su longitud física (un cable de 2,4m se convertirá en circuito abierto para aproximadamente 31MHz). Recordemos entonces que las técnicas que se utilizan hoy en día de puestas a tierra fueron desarrolladas para controlar problemas con la frecuencia de la señal de línea más de 100 anos de atrás cuando el término “altas frecuencias” significaba 20 KHZ. Analizando microscópicamente un circuito encontraremos capacitancias, que nunca se muestran en los esquemas circuitales, entre la línea de energía y el gabinete (o chasis). Existen las capacidades propias del bobinado del transformador de fuente. Si el equipo cuenta con filtros de RFI y EMI para la línea, también se sumarán a la capacitancia mencionada. La misma permite que fluya corriente de línea hacia el gabinete (chasis) dentro de cada pieza de equipamiento. Esta corriente se denomina “corriente de fuga”.

Ground Loop: Los dispositivos con conexión a tierra utilizan tres cables de energía. La corriente de ruido de energía de cada dispositivo fluye a través del cable de tierra hacia la conexión de tierra del toma de energía. Dado que el cable tiene resistencia e inductancia, una caída de tensión aparecerá sobre él, causando que el chassis tenga una pequeña diferencia de tensión respecto de la tierra del toma de energía.

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Como muchos dispositivos pueden estar enchufados a la misma rama circuital de energía, por lo que se acumularán las diferentes corrientes de ruido de cada uno en la conexión a tierra de dicha rama. Esto creará diferencias de tensión entre los terminales de tierra de distintos tomas en una rama circuital. Este ruido de tierra “entre tomas” generalmente se incrementa con distancia física entre ellos. Estas tensiones pueden alcanzar 1V o más. Generalmente la tensión de ruido es mayor entre dos dispositivos enchufados en diferentes ramas circuitales, y mayor aún si algún dispositivo también está conectado a alguna tierra externa (por ejemplo CATV). Cualquier cable que conecte el chassis de dos dispositivos forma lo que se denomina un Ground Loop. Conceptualmente lo que logra es generar una malla cerrada (leyes de kirchoff) por donde circulan corrientes de masa o tierra. La corriente de un Loop puede alcanzar 100mA o más.

Ground Loops “invisibles”: Los dispositivos que utilizan dos cables de energía son de tipo flotantes. Por no tener tierra de seguridad sus chassis alcanzan tensiones de circuito abierto de hasta 120 Volts aC con respecto a la tierra de seguridad. Un cable que conecte dicho dispositivo a una tierra de seguridad o dos de esos dispositivos entre si, forman lo que se denomina un Ground Loop transportando una pequena corriente de fuga usualmente de menos de 1mA.

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En general, en el mundo del High End encontraremos dentro de cada equipo con supuestas sofisticaciones electrónicas de gran performance que justifican un altísimo precio pero con conexionados de tipo desbalanceados. Entradas y salidas desbalanceadas: Una entrada o salida desbalanceada conecta uno de los conductores de señal a tierra y el otro a una impedancia distinta de cero. Las entradas y salidas desbalanceadas son muy populares en la electrónica de tipo consumidor (CONSUMER), electrónica de instrumentos musicales, y equipamiento semi-profesional. Los valores generalmente utilizados para RL van desde 10K½ hasta 100K½ independientemente del tipo de equipamiento. RL es la resistencia que determina la impedancia de entrada del circuito. Los valores generalmente utilizados para RS van desde 330½ a 1K½ y para CC van desde 4,7uF hasta 47uF en equipos electrónicos de tipo consumidor e instrumentos musicales. Generalmente se especifica que este tipo de salida puede ser cargada con una impedancia mínima de 10 K½. En equipamientos semi-profesionales generalmente se especifica una carga mínima de 600½, con valores de Rs desde 47½ hasta 220½ y Cc desde 47μF hasta 220μF. Una de las debilidades de las interconexiones desbalanceadas es la malla, la cual oficia de trayecto conductor para corrientes de ruido de líneas de energía. La caída de tensión en la resistencia de la malla y de los conectores se suma directamente a la señal produciendo los familiares e indeseados ruidos llamados hum y buzz. Por lo tanto el uso de interfases desbalanceadas, las cuales son extremadamente susceptibles al acoplamiento de ruido de la línea de energía, hace imposible (el armado de un sistema libre de ruido).

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En la figura anterior al conectar dos piezas de equipamiento a través de un cable con fichas RCA en sus extremos (interfase desbalanceada) la tensión de ruido entre los dos chassis causa un flujo de corriente a través de la malla del conductor del cable. De esta forma aparece una pequeña tensión de ruido a través del largo del cable la cual se sumará con la señal en el extremo receptor sobre la impedancia de entrada de la etapa siguiente. Dado que la impedancia del cable es común tanto para el trayecto de señal como para el de ruido este mecanismo de acoplamiento se llama “common impedance coupling”. Veamos un ejemplo con un cable de 7,5m de longitud con una resistencia de malla de 1½ (cable típico de audio para conexiones desbalanceadas). Si la corriente entre los chassis es de 300μA (valor lógico de una instalación cualquiera), la tensión de ruido es de 300mV. Sabiendo que la señal de referencia para audio de tipo consumidor es de 300mV, el ruido estará sólo 20log(300μV/300mV)= -60dB debajo de la señal, convirtiendo al sistema en un de una relación señal a ruido muy pobre. El “common impedance coupling” puede ser muy importante entre dos dispositivos conectados a tierra (“grounded”), dado que el ruido de la tierra del edificio está forzado a cruzar a través del mallado del cable que transporta la señal. ¡En algunas situaciones el nivel de tensión de ruido puede ser mayor que la señal de referencia!. Nótese que en la mayoría de los casos el ruido no es “captado del aire” como se cree. Pero los cables de instalaciones desbalanceadas captan ruido a través de inducción magnética o electroestática. Este tipo de ruidos no es cancelado (ni eliminado) en el extremo receptor (a diferencia de las interconexiones balanceadas). •Todos los conductores que trabajan con ALTA TENSIÓN ALTERNA (por ejemplo: señales de neon) irradian potentes campos electroestáticos. En general la potencia disminuye con la distancia a la fuente. Los cables de corriente alterna, son una fuente muy común. Una antena de radio u otro tipo de fuente de RF (incluyendo chispazos) pueden también generar grandes campos electroestáticos. Si el mallado externo del cable envuelve completamente al conductor que transporta la señal se evitará que los campos electroestáticos externos se induzcan en la señal en forma de ruido. Mallados de “Foil” (papel de aluminio) generalmente tienen este 100% de protección. Los mallados trenzados, tienen pequeñas aberturas por los que su protección varía entre 80% y 95%. Como conclusión, para todo caso que no sea extremo, es adecuado un 90% de cubrimiento o protección del cable de señal.

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•Todo conductor que opera con altas CORRIENTES ALTERNAS irradia potentes campos magnéticos. El cableado de los edificios, los transformadores, los motores eléctricos, etc. son algunas posibles fuentes de campos magnéticos de AC. En general la potencia de los campos magnéticos decrece con la distancia a la fuente. Potentes campos de AC cercanos a cables de señal inducirán una significante cantidad de ruido. Una salida o entrada balanceada utiliza dos conductores de señal, los cuales presentan igual impedancia contra masa. Este tipo de entradas y salidas son utilizadas en el mundo del Audio profesional porque los amplificadores diferenciales de entrada pueden en teoría anular la señal de ruidos de masa la cual existe en igual forma en ambas líneas. En la siguiente figura vemos una entrada balanceada típica: Como dijimos antes, la clave de este tipo de circuito está en el amplificador diferencial el cual, como bien dice su nombre, amplifica sólo las diferencias entre una entrada y la otra. Esta configuración de balanceo activo arriba mostrada es de uso muy común dado su reducido costo y tamaño. Las resistencias de 10K son calibradas o seleccionadas hasta alcanzar una diferencia entre ellas del 0.01% para poder anular el ruido de masa. En el mundo real, donde ningún sistema es invariante en el tiempo, este circuito es especialmente sensible a los desbalanceos de las impedancias de la fuente de señal (y hay casos en que cuando las R de entrada son de carbón, con el paso del tiempo se altera el ajuste mencionado entre ellas. Es por esto que se utilizan resistencias de metal film las que presentan una gran estabilidad). Esto compromete seriamente el rechazo del ruido de masa o técnicamente “rechazo de modo común” del sistema. A modo de conclusión podemos decir que todo desbalanceo de las impedancias de entrada provocarán que señal de modo común se convierta en señal diferencial. Este es el caso, muy común desde ya, de las resistencias de phantom para alimentar los micrófonos a capacidad, las cuales no siempre están bien apareadas. Una salida balanceada tiene por objeto proveer dos señales de igual amplitud pero de polaridad opuesta (simétricas) e iguales impedancias de salida. Los valores de Rs y de Cc son del mismo rango tanto para equipos profesionales como para equipos semi-profesionales y sus tolerancias son típicamente de ± 5% para Rs y de ± 20 % para Cc. A pesar de que el balance de estas impedancias de fuente controlan fuertemente el CRMM del sistema, especialmente cuando se usan con entradas balanceadas activas, muy pocos fabricantes reconocen su importancia. De esta forma vemos que la simetría de la señal no tiene nada que ver con el rechazo del ruido de masa. Sí el apareamiento de las impedancias.

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El estudio del ruido en las interconexiones implica un minucioso análisis de: •La conexión física. •Las topologías de las interfases. •Las variables que influyen en el CMRR. •Los mallados y los cables. Respecto de la conexión física podemos resumir muy escuetamente su comportamiento mediante un consejo: utilicen conectores de buena calidad que tengan un contacto mecánico fuerte y asegúrense que los puntos de contacto eléctrico estén limpios y libres de óxido. En el caso particular de entradas balanceadas profesionales, el pin 1 del conector de entrada generalmente se lo conecta al chasis del equipo, basado en una práctica convencional. En sistemas de audio grandes, de alta performance que utilizan interconexiones balanceadas se observa que la práctica anterior puede degradar el CMRR e introducir crosstalk en el sistema o llevarlo a la oscilación. Se ha propuesto para evitar esto incluir interruptores denominados “ground lift” en todos los circuitos de entrada de nivel de línea, pero nunca en entradas de micrófonos o salidas de línea. Common Mode Reject Ratio: Un sistema balanceado genérico se muestra en la siguiente figura. Desde su punto de vista el receptor ve al ruido de masa interferir en sus dos entradas. Dado que el ruido es común a ellas, es que se llama señal de modo común. Por otro lado, una entrada balanceada utiliza un dispositivo receptor diferencial, que puede ser tanto un amplificador diferencial como un transformador, el cual responde sólo a la diferencia de señal entre sus entradas. De esta forma vemos que por definición este tipo de entradas rechazará, o no funcionará, para señales de modo común, puesto que éstas son idénticas en sus dos entradas. Una interfase perfecta puede rechazar completamente el ruido provocado por la diferencia de tensiones entre chasis. Pero una interfase real, con drivers reales (fuentes de señal) y receptores reales poseen impedancias de modo común mostradas en la figura como Zcm y Zo/2 respectivamente, las cuales limitan la performance de los mismos.

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Una medida de cuán bien una entrada rechaza el ruido interferente de modo común es el CMRR (Common Mode Reject Ratio). En general está expresado en dB, donde cuanto mayor es el número mejor es el rechazo. En salidas de Audio balanceadas típicas, Zo/2 puede variar desde 25W hasta 300W cada una y no están apareadas (se encuentra comúnmente una tolerancia en ellas de ±5%). Cuando estas salidas alimentan entradas balanceadas electrónicas, los dos divisores de tensión que conforman Zo/2 y Zcm convierten a esas entradas, originariamente apareadas, en desapareadas, por lo que no podrán ejercer el CMRR mostrado en sus especificaciones. Esto se debe a los bajos valores de Zcm en las entradas, los que típicamente van desde los 5KW a los 50KW. Aunque dicha entrada exhiba un CMRR de 80dB en las pruebas de laboratorio, se deteriorará a 20 o 30dB cuando se lo utilice en sistemas reales donde su fuente no sea de laboratorio. Este argumento es utilizado para mostrar las ventajas de las entradas con transformador debido a que es prácticamente inmune a este deterioro del CMRR. Originariamente un transformador presenta un CMRR de 100dB en laboratorio y difícilmente se reduzca de 80dB en condiciones de funcionamiento reales. Esto no significa que a las entradas balanceadas activas les sea imposible alcanzar esta performance pero siempre dependerá de topologías electrónicas mucho más elaboradas. Concluyendo: el desempeño de un sistema real en funcionamiento dependerá de cómo interactúan el driver de señal, el cable y la entrada del siguiente dispositivo.

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Distorsión armónica (THD)

La distorsión se define como la señal o el conjunto de señales que se suman o se generan (dependiendo de sí es intencional o no) a una señal madre o primitiva (descontando siempre el ruido). Quiere decir esto que al inyectar una señal a la entrada de un amplificador; el conjunto de señales nuevas que aparezcan a la salida del mismo, sumada a la original que esta siendo amplificada, conforma la distorsión. La distorsión puede ser deseada, como en el caso de los procesadores de efectos, o indeseada, como producto de los componentes electrónicos. Se la llama distorsión armónica a la distorsión que aparece en forma de armónicos (múltiplos de la fundamental), que se agregan a la señal ya existente. Cuando la distorsión cae dentro de los armónicos pares de una señal, se aprecia esta última instancia como más aceptable al oído. También sucede que los armónicos superiores terminan siendo más agradables que los próximos a la fundamental.

Distorsión de una Válvula (arriba) y un Transistor (abajo)

La distorsión generada por una válvula termo-iónica (válvula para los amigos), es una distorsión de armónicos pares e impares, comparada con la de transistor que es mayormente impar aunque en este último generalmente es de menor valor. Un factor que favorece a la distorsión en válvulas, es el hecho de que la distorsión más alta se produce en el segundo armónico, siendo este él más propenso a ser enmascarado que el tercero o el cuarto como ocurre con las distorsiones de transistores.

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Distorsión por intermodulación

La IMD (Inter Modulations Distortions) se produce por la heterodinación Batido (modulación) entre dos o más señales de frecuencias distantes, 60Hz y 7kHz por ejemplo, dentro de un equipo, que genera nuevas señales “distorsiones” generalmente no armónicas, que no se enmascaran. Al igual que la THD esta también es producida por la alinealidad de los dispositivos. Siempre que se produce THD, aparece IMD ya que son parte del mismo proceso. Los amplificadores mal diseñados suelen ser la fuente principal de distorsión por intermodulación, aunque también puede ser producida por el efecto Doppler de un parlante. Es la distorsión armónica más indeseable.

Distorsión por Intermodulación

Existe tambien otros tipos de distorsión que no analizaremos en este curso; como la TIM (Transient Intermodulation), DIM (Dynamic Intermodulation), la Distorsión por Fase, etc.

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• Cables y conectores Los conductores nos permiten enviar las señales eléctricas desde su origen a su destino consiguiendo que dos puntos que están físicamente separados, se unan al menos desde el punto de vista eléctrico.

Tipo de conductores Podemos distinguir dos tipos de conductores según su constitución física Los hilos: Los cables: Los cables pueden ser individuales (unipolar) o estar unidos en forma paralela (bipolar, tripolar, multipolar). Todos poseen una vaina aislante que puede ser plástica o de una mezcla en base al caucho. De acuerdo al tipo de aislamiento, será mayor o menor la resistencia mecánica del conductor. Existen cables que poseen doble aislamiento, como los “tipo taller”, que internamente pueden tener dos o mas conductores aislados; los telefónicos, que generalmente poseen conductores de a pares; o los de instalaciones subterráneas, dónde se aprecia una capa aislante externa muy importante. También pueden tener un recubrimiento interno blindado, como el caso del cable coaxial o el cable apantallado, utilizando además una malla o trenzado, evitando de alguna manera las interferencias de bajas señales por el cable de masa.

Tenemos entonces: –cables de aislamiento común: –cables de aislamiento especial:

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– cable de aislamiento de RF:

• Niveles de señal Hablando de la señal de audio, podríamos hacer una clasificación de acuerdo a los niveles de tensión nominales que presentan a lo largo de un sistema de audio: -NIVEL DE MICRÓFONO (mic level) -Nivel bajo.............. -NIVEL DE INSTRUMENTO (Inst. level) –Nivel medio-bajo.............. -NIVEL DE LINEA (Line level) – Nivel medio o normal.............. -NIVEL DE PARLANTE (speaker level) – Nivel alto.............. La importancia de conocer los niveles de señal, (especialmente los tres primeros) se verá en la unidad de consolas profesionales, aquí solo nos importa comprender el tipo de cable y conector que se usa en cada caso. Lo cierto es que para los primeros tres niveles, como son de pequeño voltaje están afectados por las interferencias; teniendo en cuenta que todo cable se comporta como una antena por donde, en tendidos largos, se cuelan interferencias (radio frecuencias o señales de baja frecuencia proveniente de motores eléctricos, equipos de comunicación, etc.). También se cuelan interferencias en los cables de parlantes, pero como transportan una señal elevada, el nivel de ruido o interferencia queda despreciado. Teniendo en cuenta éstas consideraciones veremos a continuación que tipo de conector de utiliza en cada aplicación y como se transporta la señal y que recursos existen para evitar las interferencias.

• Conectores El objetivo de los conectores es obviamente el de conectar y desconectar líneas de transmisión en forma práctica y sobre todo segura. Por esto es que en determinadas funciones predomina el uso de determinadas fichas con respecto a otras.

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Conector 1/8”):

TRS

(1/4”

o

Este tipo de conector se utiliza para señales de nivel de línea balanceada, siendo las conexiones de su cableado de la siguiente manera: La Punta: Transmite la información en fase. Conocido como positivo o fase (TIP). El Anillo: Transmite la información desfasada 180º. Conocido como Negativo o fase invertida (RING). Malla: Es la masa o la Tierra (SLEEVE). Este tipo de conectores también se pueden utilizar para cables no balanceados conectando la punta (TIP) a la señal y la malla (SLEEVE) a masa.

XLR (Cannon) El XLR-3 o Cannon es un tipo de conector que suele conectarse en líneas balanceadas. De hecho, es el conector balanceado más utilizado para aplicaciones de audio profesional, y también es el conector estándar usado en equipos de iluminación, para transmitir la señal digital de control "DMX". Su apodo cannon, se debe a que los primeros que se usaron eran fabricados por la marca ITT/CANNON.

Pin 2: Transmite la información en fase. Conocido como positivo o fase (HOT). Pin 3: Transmite la información desfasada 180º. Conocido como Neutro o fase invertida (COLD).

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PIN 1: Es la masa o la Tierra (SLEEVE). Un dato interesante de este conector es que la pata 1 se conecta primero que las demás.

Tambien hay XLR de 4, 5 y 6 contactos y las digitales XLR-D Conector XLD usado en micrófonos digitales. Especificado en AES42-2001. Se basa en el conector XLR con el agregado de una ranura dispuesta entre los pines 2 y 3. Además se puede añadir una llave o traba de usuario entre los contactos 1 y 2.

Por el lado de las señales no balanceadas son comunes las fichas TS ¼" y la ficha Phono RCA (comúnmente denominadas MONO). La ficha TS ¼" (T = TIP y la S = SLEEVE) esta diseñada para tratar con señales de línea desbalanceadas. Este tipo de fichas se pueden utilizar para operar con equipos que puedan llegar a dar entre 100 mV y 4 Volts. De la misma manera trabajan las fichas PHONO RCA muy utilizadas en los equipos hogareños. La Punta: Transmite la información en fase. Conocido como positivo o fase (TIP). Malla: Es la masa o la Tierra (SLEEVE).

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Conector SPEAKON: Conectores de alta potencia para parlantes. La empresa Neutrik utiliza el nombre Speakon para esta ficha. El estándar que la define es: AES45-2001 Puede ser de 4 o de 8 contactos

Conector TOSLINK: (Toshiba Link) usado para audio digital en los protocolos S/PDIF (TTL) y ADATpor fibra óptica.

ETHERCON: Conector utilizado en transmisión de datos. En audio se utiliza para transmitir protocolos como Cobranet o EtherSound

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Adaptadores Su función es convertir un conector en otro. Pueden ser causante de ruido e interferencias, por la zona descubierta o de falsos contactos ya que su zona de conexión en general es delicada y se gasta con facilidad. Se los recomienda utilizar solo en caso de especiales.

• Formas de transporte de señal Existen dos maneras básicas de transportar la señal de audio. La primera es de forma no-balanceada; dónde la señal se lleva a través de un cable de dos conductores. Los conectores de señal no-balanceada tienen dos pines, como el RCA y el de 1/4" no balanceado. (Los conectores de más pines también pueden llevar señal no-balanceada, aunque no usarán todos los pines). Por ejemplo un conector XLR (Cannon) de tres pines podría llevar señal no-balanceada, dejando un pin sin usar. Los equipos domésticos usan en su práctica totalidad conexiones no balanceadas. Las conexiones no-balanceadas son muy simples, y se usan habitualmente y sin problemas para la conexión de muchos instrumentos musicales. La razón por la que este tipo de conexiones no son consideradas "profesionales" es que son muy susceptibles que contaminarse por interferencia electro-magnética, particularmente cuando las distancias del cable son largas. La otra manera es la conexión balanceada, en la cual se necesita enviar dos veces la señal. Por un conductor viaja la señal positiva; por el otro la señal se envía invertida de fase (negativa) y un tercer conductor que es la malla protectora puesta como neutro. Las interferencias electro-magnéticas que no rechace el apantallamiento del cable, afectarán lo mismo a los dos cables que llevan la señal; lo cual se observa que el ruido se filtra en fase en ambos conductores (+ y -). Al final del circuito, (en la entrada de la consola por ejemplo) se encuentra un amplificador diferencial que utiliza la diferencia de ambas señales, obteniendo una resultante del doble de amplitud (6dB en tensión), pero no logra “ver” el ruido, ya que esta en fase en ambas entradas. Obviamente la señal resultante carece de ruido y posee el doble de amplitud que la inicial. En la práctica la atenuación de las interferencias es muy compleja y no siempre se consiguen los resultados esperados, aunque en cualquier caso el transporte balanceado de señal es el preferible para aplicaciones profesionales. El parámetro CMRR (Common Mode Rejection Ratio, Relación de Rechazo en Modo Común) expresa la atenuación de una interferencia que se cuela en igual cantidad en los conductores que llevan la señal, y suele oscilar entre -60 y -80 dB, que vienen definidos por las tolerancias del circuito de desbalanceado de la entrada, y que definen la exactitud de la suma del desbalanceado. La siguiente ilustración explica de forma gráfica el balaceado:

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El dispositivo de salida produce dos copias de la misma señal una de la cuales está invertida; si existe interferencia se produce de igual manera en las dos señales que se transportan por el cable; en el dispositivo de destino las señales se invierten y se suman, cancelándose la interferencia.

Son necesarios conectores de tres pines para llevar señal balanceada, tales como XLR y 1/4" (estéreo). Habitualmente se nombran los terminales como positivo o caliente (el inglés, hot), negativo o frío (cold) y malla o masa (sleeve o ground). En el conector de 1/4" lo usual es conectar el positivo a la punta (en inglés, tip), el negativo al anillo (ring) intermedio y la masa a la malla (sleeve) del cable. Al conector de 1/4" con tres terminales se le denomina en inglés TRS, abreviatura de tip-ring-sleeve (punta-anillo-malla). En cualquier caso a veces es conveniente asegurarse de que los fabricantes de nuestros dispositivos siguen las convenciones habituales de asignación de pines, sea cual sea el conector.

Asignación habitual de pines en conector de 1/4"

En el conector XLR hoy en día lo más habitual es asignar los terminales según la norma AES, de forma que se conecta el pin 2 al positivo, el 3 al negativo y el 1 a malla. En el pasado muchos fabricantes conectaban de forma inversa el 2 y el 3 (casualmente esta era la forma descrita por el fabricante original, Cannon), de manera que la interconexión de equipos podía ocasionar problemas de desfase, aunque hoy en día casi todos los fabricantes parecen haber adoptado la polaridad AES.

Asignación habitual de pines en conector XLR

Dentro de las conexiones balanceadas, podemos distinguir las balanceadas con transformador y balanceadas electrónicamente.

Balanceadas electrónicamente: Para ello necesitaremos un dispositivo con salida balanceada y otro con entrada balanceada. A menudo la tierra se levanta en la entrada para impedir bucles de masa, causantes de zumbidos. Es la forma más común de balanceado, implementada habitualmente en los equipos profesionales.

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Unidad: Audio II Sistema balanceada electrónicamente

Balanceadas con transformador: Para ello necesitaremos un transformador de

entrada o de salida. Normalmente no tiene sentido poner tanto en la entrada como en la salida, puesto que con un extremo tenemos aislamiento eléctrico que nos permitirá evitar zumbidos por bucles de masa. El inconveniente principal de los transformadores es que es difícil encontrarlos con características de linealidad y distorsión que se aproximen a las de un sistema balanceado electrónicamente. Los de calidad suficiente suelen muy caros. En general, el balanceado por transformador no se utiliza muy a menudo, y solo los equipos de muy alta gama los incorporan, a menudo solamente como opción. Quizá la opción mas racional al usar balanceado con transformadores sea utilizarlos en la entrada solamente, lo cual combina las ventajas del balanceado electrónico con las de transformador, proporciona aislamiento de masa. Además los transformadores de entrada son menos voluminosos y pesados que los de salida. Sistema balanceado por transformador

Puesto que es habitual que incluso las instalaciones profesionales utilicen fuentes de sonido no-balanceadas, particularmente instrumentos musicales en aplicaciones de sonorización de música en directo, es necesario seguir unos procedimientos que minimicen la posibilidad de ruidos. En general, podemos recurrir a dispositivos disponibles comercialmente que convierten las salidas no-balanceadas de alta impedancia y -10 da (lo habitual en aparatos no profesionales) a salidas balanceadas de +4 da y baja impedancia (lo habitual es uso profesional). O bien las entradas no balanceadas en balanceadas. Estos adaptadores se deberán colocar lo más cerca posible de los dispositivos nobalanceados. En aplicaciones de sonido en vivo, por ejemplo, es habitual el uso de cajas de "Inyección Directa" (en inglés, DI o DB por Direct box) en el escenario para llevar las señales de los instrumentos por toda la longitud de la manguera hasta la consola de sala. Para las conexiones que realicemos sin este tipo de adaptador, la conexión recomendada de una salida no-balanceada a una entrada balanceada se ilustra en el gráfico. Nótese que el negativo y la malla (que no se conecta a la entrada) se unen.

Sistema Desbalanceado en una punta y balanceado en la otra

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Interconexión con cajas directas y sistemas balanceados y no-balanceados

Consideraciones sobre conexiones

Con respecto a la polaridad de todos los conectores y dispositivos una recomendación de AES: la AES26-2001 tiene todas las especificaciones correspondientes para cada caso. En relación a los niveles de línea más usados tenemos: • -10 dBV (0.316 V) Nivel Consumer, Hogareño o Semi-profesional • +4 dBu (1.23 V) Nivel profesional • +8 dBm (1.95 V)

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Tipos de conexiones

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Algunas consideraciones zumbidos:

para

la

prevención

de

ruidos

y

-Usar cables gruesos para conexiones de tierra; mínimo 2,5mm2 -Usar filtros de línea (Transfosmadores 220-220) -Separar los cables de señal de audio de los cables de iluminación en el escenario. -Controlar el uso de dimmers en la misma fase de audio. -Separar los cables de señal de cualquier tipo de transformador. -Evitar el uso de grandes extensiones de cable desbalanceado, especialmente en bajos y guitarras (alta impedancia). -Usar fichas metálicas de buena calidad para cables de señal. -Mantener la polaridad de la línea de alimentación (respetar el neutro) -Verificar la inexistencia de vueltas de masa. -Utilizar los volúmenes de instrumentos y teclados por encima de 3/4 del máximo. -Alejar cajas directas e instrumentos de la influencia de transformadores (o de equipos que los contengan) -Utilizar un solo punto de tierra en común, asimismo para el neutro de la alimentación. -Usar jabalina a tierra.

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