Audio balanceado

El audio balanceado es un método para interconectar equipos de audio mediante interfaces balanceadas. Este tipo de conexión es muy importante en la grabación y producción de sonido porque permite el uso de cables largos y reduce la susceptibilidad al ruido externo causado por la interferencia electromagnética. La interfaz balanceada garantiza que el ruido inducido aparezca como voltajes de modo común en el receptor que pueden ser rechazados por un dispositivo diferencial.

Las conexiones balanceadas suelen utilizar cable de par trenzado blindado y conectores de tres conductores. Los conectores suelen ser XLR de tres pines o 1⁄4 conectores telefónicos TRS de 6,35 mm (pulgadas). Cuando se usa de esta manera, cada cable transporta un canal, por lo tanto, el audio estéreo (por ejemplo) requeriría dos de ellos.

Un concepto erróneo común es que el audio balanceado requiere que la fuente de señal entregue formas de onda iguales de polaridad opuesta a los dos conductores de señal de la línea balanceada. Sin embargo, muchos dispositivos balanceados activan activamente solo un lado de la línea, pero lo hacen con una impedancia que es igual a la impedancia del lado no activado de la línea. Este balance de impedancia permite que el receptor de línea balanceada (etapa de entrada del siguiente dispositivo) rechace las señales de modo común introducidas a los dos conductores por acoplamiento electromagnético.

Aplicaciones

Muchos micrófonos funcionan con niveles de voltaje bajos y algunos con una impedancia de salida alta (hi-Z), lo que hace que los cables de micrófono largos sean especialmente susceptibles a las interferencias electromagnéticas. Por lo tanto, las interconexiones de micrófonos son una aplicación común para una interconexión balanceada, que permite que el receptor rechace la mayor parte de este ruido inducido. Si los amplificadores de potencia de un sistema de megafonía están ubicados a alguna distancia de la mesa de mezclas, también es normal utilizar líneas balanceadas para las rutas de señal desde el mezclador hasta estos amplificadores. Muchos otros componentes, como ecualizadores gráficos y unidades de efectos, tienen entradas y salidas balanceadas para permitir esto. En la grabación y para tramos de cable cortos en general, es necesario un compromiso entre la reducción de ruido proporcionada por las líneas balanceadas y el costo introducido por el circuito adicional que requieren.

Algunos dispositivos, generalmente con una salida de transformador, proporcionan una salida balanceada que es "flotante" con respecto a tierra; la impedancia a tierra desde cada lado de la salida es alta. Más comúnmente, los dispositivos manejan uno o ambos lados de la interfaz balanceada con una señal referenciada a tierra. Cuando un lado no está accionado, se tiene cuidado de asegurar que la impedancia a tierra sea igual a la impedancia del lado accionado.

Reducción de interferencias

Las conexiones de audio balanceado utilizan varias técnicas para reducir el ruido.

Un cable balanceado típico contiene dos hilos idénticos, que se retuercen y luego se envuelven con un tercer conductor (lámina o trenza) que actúa como blindaje. Los dos cables forman un circuito que puede transportar una señal de audio.

El término equilibrado proviene del método de equilibrar la impedancia de cada cable en el circuito; la línea y todos los circuitos directamente conectados a ella (como el controlador y el receptor) deben tener impedancias idénticas con respecto a algún punto de referencia. Esto significa que gran parte de la interferencia electromagnética inducirá un voltaje de ruido igual en cada cable. Dado que el dispositivo diferencial en el extremo receptor solo responde a la diferencia de voltaje entre las dos líneas de señal, se rechaza el ruido que es idéntico en ambos cables. Este método se puede implementar con un amplificador diferencial. También se puede usar un transformador en lugar de una etapa de entrada activa.

Un par trenzado hace que el área del bucle entre los conductores sea lo más pequeña posible y garantiza que un campo magnético que pasa por igual a través de bucles adyacentes induzca niveles iguales de ruido en ambas líneas, que es cancelado por el dispositivo diferencial en el receptor. Si la fuente de ruido está extremadamente 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. ruido que es igual en ambas líneas.

El blindaje separado que suele proporcionarse en un cable de audio balanceado también brinda una ventaja de rechazo de ruido sobre una disposición de dos conductores no balanceada (como la que se usa en los estéreos domésticos típicos) donde el blindaje también debe actuar como el cable de retorno de la 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 será. Esto también evita problemas de bucle de tierra, al separar el blindaje/chasis de la señal de tierra.

Señalización diferencial

Las señales a menudo se transmiten a través de conexiones balanceadas usando el modo diferencial, lo que significa que los cables transportan señales que son de igual magnitud pero de polaridad opuesta entre sí (por ejemplo, en un conector XLR, el pin 2 transporta la señal con polaridad normal, y el pin 3 lleva una versión invertida de la misma señal). A pesar de la creencia popular, este arreglo no es necesario para el rechazo de 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. Un método simple de conducir una línea balanceada es inyectar la señal en el "caliente" cable a través de una fuente de impedancia conocida y conecte el cable "frío" cable a la referencia de tierra local de la señal a través de una impedancia idéntica. Debido a los conceptos erróneos comunes sobre la señalización diferencial, esto a menudo se denomina salida cuasi balanceada o balanceada de impedancia, aunque, de hecho, está completamente balanceada y rechazará interferencia de modo común.

Sin embargo, existen algunos beneficios menores al impulsar la línea con una salida totalmente diferencial:

• Aunque el nivel de señal no se cambiaría debido a la estandarización de nivel nominal, la salida máxima de los controladores diferenciales es el doble de la cantidad, dando 6 dB espacio adicional.
• Aumentar la capacitancia del cable sobre las largas tiradas de cable disminuye el nivel de señal en el que las frecuencias altas están atenuadas. Si cada alambre lleva la mitad del oscilación del voltaje de la señal como en salidas completamente diferenciales, se pueden utilizar carreras de cable más largas sin la pérdida de frecuencias altas.
• El ruido que está correlacionado entre los dos amplificadores (por ejemplo, el rechazo de la fuente de alimentación imperfecta) sería cancelado.
• A frecuencias más altas, la impedancia de salida del amplificador de salida puede cambiar, dando lugar a un pequeño desequilibrio. Cuando se conduzca en modo diferencial por dos amplificadores idénticos, este cambio de impedancia será el mismo para ambas líneas, y así se cancelará.

Diseño de audio balanceado internamente

Los productos de audio profesional (grabación, megafonía, etc.) generalmente brindan entradas y salidas balanceadas, generalmente a través de conectores telefónicos XLR o TRS. Sin embargo, en la mayoría de los casos, el circuito interno está completamente desequilibrado.

Se ha diseñado una pequeña cantidad de productos de audio con una ruta de señal completamente balanceada desde la entrada hasta la salida; el circuito mantiene su equilibrio de impedancia en todo el dispositivo. Este diseño se logra al proporcionar rutas de señal internas idénticas (reflejadas) tanto para el "caliente" y "frío" conductores En aplicaciones críticas, un diseño de circuito 100 % balanceado puede ofrecer una mejor integridad de la señal al evitar las etapas de amplificación adicionales o los transformadores necesarios para el desbalanceo frontal y el rebalanceo final.

Conectores

Los conectores XLR de tres pines y los conectores telefónicos TRS de un cuarto de pulgada (¼" o 6,35 mm) se usan comúnmente para interfaces de audio balanceadas. Muchos jacks ahora están diseñados para aceptar conectores telefónicos XLR o TRS. Los equipos destinados a una instalación a largo plazo a veces utilizan regletas de terminales o conectores Euroblock. Algunas conexiones de auriculares balanceadas también utilizan un conector TRRRS Pentaconn de 4,4 mm.

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  2.5, 3.5 y 6.35mm enchufes de teléfono TRS

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  Conectores XLR de tres puntas, hembra a la izquierda y macho a la derecha

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  XLR de tres puntas más 6.35Un gato híbrido de teléfono TRS.

Con conectores XLR, los pines 1, 2 y 3 generalmente se usan para el blindaje (idealmente conectado al chasis) y los dos cables de señal, respectivamente. (La frase "tierra, vivo, retorno", correspondiente a "X, L, R", a menudo se ofrece como ayuda para la memoria, aunque el segundo cable de señal no es un "retorno" en el caso de señalización diferencial) En los enchufes telefónicos TRS, la punta es de señal/no inversora, el anillo es de retorno/inversor y el manguito es la conexión a tierra del chasis.

Si se conecta una señal estereofónica o binaural a un conector de este tipo, un canal (generalmente el derecho) se restará del otro (generalmente el izquierdo), dejando una señal L − R (izquierda menos derecha) inaudible en lugar de normal monofónico L + R (izquierdo más derecho). Invertir la polaridad en cualquier otro punto de un sistema de audio balanceado también producirá este efecto en algún momento cuando se mezcle más tarde con su otro canal.

Las líneas telefónicas también transportan audio a través de circuitos balanceados, aunque esto generalmente ahora 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. Dado que los teléfonos requieren alimentación de CC para funcionar y permitir una detección sencilla de colgado/descolgado, se desarrolló un circuito adicional en el que un cable de señal se alimenta desde el bus de alimentación de la central, normalmente −50 voltios, y el otro se conecta a tierra, ambos a través de inductores de igual valor que tienen alrededor de 400 ohmios de resistencia de CC, para evitar un cortocircuito en la señal de CA deseada y para mantener el equilibrio de impedancia.

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 una impedancia de 110 ohmios. Por el contrario, la interfaz coaxial S/PDIF que se suele ver en los equipos de consumo está desequilibrada.

Convertidores

Los circuitos balanceados y no balanceados se pueden interconectar mediante el uso de un balun, a menudo a través de una unidad DI (también llamada "caja DI" o "caja directa").

Como último recurso, se puede conectar una línea de audio balanceada a una entrada no balanceada y viceversa, siempre que se conozca el diseño electrónico utilizado para la etapa de salida. En el caso de salida balanceada a entrada no balanceada, la salida negativa puede conectarse a tierra, pero en ciertos casos la salida negativa debe dejarse desconectada.