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El ruido en la interconexión de equipos

En post anteriores se introdujo la temática de las conexiones de masa de los equipos desde la mirada de la seguridad eléctrica (masa, neutro y tierra). En este post se va a abordar el tema desde la problemática del ruido.

A medida que una señal fluye por diferentes equipos y sus cables, acumula ruido. Una vez que la señal se encuentra contaminada es prácticamente imposible “limpiarla” sin alterarla o degradarla. Transmitir la señal de un equipo a otro puede parecer simple, pero en general es la interconexión o la interface entre ambos equipos, el eslabón más peligroso en lo que al ruido se refiere.

Una cantidad de ruido blanco (ruido aleatorio de igual energía en todas las frecuencias) es inherente al movimiento de electrones en cualquier dispositivo.  En audio, este ruido suena como un siseo o silbido constante. Por otro lado los ruidos de masa están relacionados a zumbidos y chasquidos, constantes o esporádicos, y no son inherentes a los dispositivos electrónicos. Son debidos a causas externas y pueden ser periódicos, intermitentes o aleatorios.

INTEREQUIPOS

Fig 1: Corrientes parásitas en la interconexión de equipos.

En las instalaciones y equipos reales existen capacitancias e inductancias parasitas que generan diferencias de potencial. Por ejemplo entre la línea de 220 y el cable de tierra, o el transformador y el chasis de un equipo. Estas capacitancias permiten que se generen corrientes. Por ejemplo, es posible encontrar diferencias mayores a 50 Volts entre los chasis de equipos que no están interconectados, esto quiere decir que al conectarlos va a circular corriente (ver fig 1).

Si bien uno de los mayores problemas son los 50Hz, pueden además aparecer armónicos debido a rectificaciones, impulsos por picos en el consumo y otros tipos de ruido; como pueden ser causados por dimmers, motores, relés y fuentes de alimentación.

En las líneas desbalanceadas, la referencia de la señal es directamente la masa del equipo. Al conectar dos equipos las diferencias de tensión de los chasis van a hacer circular una corriente de fuga por la malla o el neutro de la señal de audio. Debido a la resistencia del cable la corriente va a generar una caída de tensión (ruido) que se suma directamente a la señal que queremos transmitir.

Fig 2: Conexión desbalanceada.

Una manera de reducir considerablemente este tipo de ruido es con un aislamiento galvánico. En definitiva se trata de un transformador que separa galvánicamente los equipos. Es importante remarcar que estos dispositivos deben instalarse en donde se origina el ruido, y no en cualquier parte de la cadena de audio, de otra manera no serán efectivos. Salvo en determinadas situaciones, no es necesario balancear la señal a la salida de los equipos y luego desbalancearla a la entrada, de hecho es probable que de esta manera el rechazo al ruido sea peor.

loop

Fig 3: Bucle de tierra.

Si los equipos comparten la masa mediante el cable de audio y además en la puesta a tierra se pueden generar los bucles de tierra/masa (ground loops). Básicamente se cierra un circuito compuesto por los chasis de los equipos, el cable de señal y el cable de tierra. Muchos fabricantes proveen un interruptor para desconectar la conexión a tierra (ground/earth lift) y así eliminar el bucle (ver fig 3).

Las líneas balanceadas utilizan una técnica para reducir los posibles ruidos. Se basa en transmitir vía dos conductores que se restan de manera pasiva o activa, de esta manera si la misma cantidad de ruido se induce en ambos conductores se cancela al restarlos. La señal que queremos transmitir esta invertida en uno de los dos canales, de esta manera al restarlas se suman. Para que esta solución funcione bien es muy importante que los circuitos tengan la misma impedancia a masa (diferente a cero), de esta manera el ruido inducido en ambos conductores es el mismo y se puede cancelar prácticamente en su totalidad. Esta solución puede rechazar cualquier tipo de interferencia, ya sea por diferencias de tensión en los chasis, campos eléctricos y magnéticos; siempre y cuando produzcan igual tensión en ambos conductores.

Tradicionalmente los cables de audio balanceados también llevan un mallado, con cada punta del mismo conectado a masa de los equipos.

Esto conlleva al problema del pin 1. Donde y de qué manera se debería conectar la malla (pin 1), por el cual va a circular corriente. Muchos fabricantes de audio conectan el pin 1 a la masa de la señal de audio (ya desbalanceada), quiere decir que cualquier tensión en la malla va a introducirse directamente en la señal. Para evitar esto, el mallado debería estar separado del circuito de audio, como se observa en la figura 4. De esta manera conviven dos masas, una del chasis (en general conectada a tierra por seguridad eléctrica), y otra de señal (sirve como referencia de 0 V para la electrónica).

Fig 4: Conexión balanceada.

Es difícil diferenciar ambas masas dado que en general se encuentran unidas. Esto es debido a que ayuda a reducir el ruido por acoplamiento parásito, y a mantener la referencia de varios equipos prácticamente en el mismo potencial. Esto previene la perdida de rango dinámico en la cadena de audio.

Ahora solo resta pensar de qué forma unir la masa del chasis con la masa de la señal, una de las ideas más aceptadas es hacer una conexión del tipo estrella (ver fig 5), para evitar que circule corriente por donde no debe (por ejemplo el circuito electrónico).

estrella

Fig 5: Conexión tipo estrella.

 

Ing. Eduardo Sacerdoti

Investigación & Desarrollo – Equaphon

Eduardo Sacerdoti

One Comment

  1. Muy bueno el articulo Eduardo! Creo que alguna vez nos conocimos ahora que leo tu nombre! Saludos!

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