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Conexionado de sistemas de audio (I)

El éxito de una instalación de audio y video depende en gran medida de una buena conexión. Este aspecto es tan importante como los cimientos en un edificio para garantizar la resistencia y calidad de la estructura.

Por: Alejandro Bidondo*

Ya han pasado más de 60 años desde las primeras instalaciones de sistemas de sonido con altavoces distribuidos, micrófonos y amplificación en la Alemania del ‘40. Analizando con una vista retrospectiva, la tecnología indudablemente ha realizado un sinfín de avances que muy frecuentemente encandilan a los usuarios distanciándolos de los fundamentos de la física y la electrónica básica. Esta amnesia inducida es la que muchas veces provoca diversos problemas, como la reducción del óptimo rendimiento para el que fueron diseñados los sistemas.

Se dice que los cimientos determinan la resistencia y calidad estructural de un edificio. Si hacemos la analogía con la construcción, en los sistemas de audio y video nuestros cimientos son los conexionados eléctricos y de señales, los cuales, de estar apropiadamente proyectados y realizados, permitirán instalaciones seguras y de máxima relación señal a ruido.

La instalación eléctrica
El origen de toda instalación eléctrica profesional, permanente o transitoria, principia con energía eléctrica limpia, suficiente y que permita realizar conexiones seguras.

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Limpia: porque un importante porcentaje de los ruidos que pueden ingresar en las líneas de audio provienen de la línea de energía.

Suficiente: porque las demandas transitorias de energía que un sistema de audio tiene durante su funcionamiento a plena potencia son muy importantes. Dado que la industria, en busca de maximizar los ingresos, limita el tamaño de los capacitores de las fuentes de alimentación y que por lo general se tiende a sub-dimensionar las secciones de los conductores en toda instalación, el resultado es la limitación del rango dinámico de las señales amplificadas.

Segura: porque será necesario referenciar todo el sistema a un único potencial eléctrico (salvo que el sistema a conectar sea de iluminación) llamado tierra, el que brinda fundamentalmente seguridad al derivar las corrientes de fuga que reciben los gabinetes (o chassis) directamente a ella, minimizando la posibilidad de electrocución de seres humanos.

La puesta a tierra “grounding” de los sistemas de audio o de video es el arte de realizar una conexión eléctrica exitosa a un potencial eléctrico absoluto de 0V (cero voltios). Comúnmente este potencial también es llamado “tierra”. Dentro de este proceso será necesario probar opciones para la ubicación física de la misma, las que deben ser determinadas principalmente por medio de la visualización y la evaluación, aplicando un proceso analítico probado.

La conexión a tierra debe ser tratada como un semiconductor a pesar de que aparente ser (y en realidad lo sea) simplemente un conductor. El primer paso para confeccionar este tipo de conexión es conocer el tipo de tierra y sus condiciones de humedad, temperatura y resistividad.

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Una vez establecido el punto referencial y confeccionada una instalación eléctrica segura (línea, neutro y tierra), con energía limpia y suficiente, se inicia la interconexión de sistemas (y la consecuente lucha contra el ruido producto de ella). Los diferentes tipos de conexionados son potenciales fuentes de ruido, dado que establecen nuevos circuitos eléctricos por los que fluyen corrientes de fuga no proyectados y de difícil predicción.


Conexionado eléctrico de sistemas de audio y video
El ruido en toda cadena de audio o video depende del eslabón más débil, de aquel sub-sistema que introduzca o genere mayor nivel de ruido, limitando así el rango dinámico del conjunto. El rango dinámico es la relación, en dB, entre la máxima señal admisible por el sistema - sin distorsión -, y el nivel de ruido del mismo.

Si bien cierta cantidad (o magnitud) de ruido blanco generado es inherente a todo sistema electrónico y se espera su existencia, es deseable que ningún otro tipo de ruido se introduzca en la señal útil.

El ruido blanco es una señal de génesis aleatoria, de igual amplitud para todas las frecuencias y en sistemas de audio es perceptible como un “hiss”, mientras que en sistemas de video se percibe como nieve o gránulos de diversas escalas de grises, uniformemente distribuidos en la proyección de la imagen.

La magnitud de ruido tolerable o aceptable en una cadena de sistemas interconectados entre sí, dependerá de los objetivos de la misma y de sus entornos económicos. De esta forma, si los entornos económicos son aproximadamente los ideales, el sistema de monitoreo de un estudio de grabación requerirá de un nivel de ruido mucho menor al que un sistema de voceo de un centro comercial. Mientras que en un sistema de audio de alto desempeño el rango dinámico podría alcanzar hasta 120dB, en el caso de sistemas de video de buena calidad, no es necesario mucho más de 50dB.

Visto lo anterior, cada sistema introducirá su propio ruido y además, sus interfases también lo harán dado que se están conectando diferentes referencias eléctricas entre sí, diferentes potenciales eléctricos establecidos en los diversos gabinetes, cada equipamiento con diferentes aislamientos entre primario y secundario de los transformadores de fuente, entre otras cosas.

Será de gran importancia que el departamento técnico pueda diagnosticar mediante mediciones objetivas los rangos dinámicos alcanzados por una instalación, y además poder determinar las fuentes de ruido durante todo el ciclo de vida de la misma. Muchos métodos míticos se han desarrollado desde antaño para tratar de eliminar las corrientes de ruido o anular las diferencias de potencial entre subsistemas. Éstos plantean conceptos erróneos como los siguientes:

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  • “Todas las tierras poseen 0V (cero Volt)”: es erróneo presumir que todas las tierras poseen 0V, dado que entre ellas existe resistencia (hay decenas de ohms entre diferentes puntos de tierra). Por ello situar diversos puntos de tierra en sistemas de audio y video no es la solución a este tipo de problemas.

  • “Los cables poseen impedancia cero”: según este supuesto, los cables extenderían una tensión de referencia de 0V a diversas regiones dentro de un circuito con sólo conectarlas a dicho cable. La resistencia de un cable se aplica sólo para valores de corriente continua y muy bajas frecuencias, y es directamente proporcional a su longitud (L), a la resistividad propia del material (?) e inversamente proporcional a su sección, según lo describe la ecuación 1:

, ecuación 1.


La inductancia de un único conductor es aproximadamente independiente de su diámetro pero es directamente proporcional a su longitud, y se incrementa si el conductor se tuerce o se espira (loop). Para nuestro ejemplo anterior, la inductancia será de 96.6 .
La magnitud de la impedancia en función de la frecuencia, para un circuito RL serie, estará dada por la siguiente ecuación:

,ecuación 2.

Su gráfica asociada es la de la figura 1.

Referencias

Whitlock, Bill. “Understanding, finding & eliminating ground loops in Audio & Video
systems”, Jensen Transformers, 2005.

Macatee, Stephen. “Grounding and Shielding Audio Devices”. Rane note #151. Rane corporation. 1995; revise don 2002.

Kuphaldt, Tony. “Lessons in electric circuits, Vol II – AC”. http://www.faqs.org/docs/electric/AC/index.html.


*El ingeniero Alejandro Bidondo es Doctor en Ingeniería Acústica de la UPM y hace parte del área de ingeniería y ventas de Ingeniería de Sonido

Richard Santa, RAVT
Author: Richard Santa, RAVT
Editor
Periodista de la Universidad de Antioquia (2010), con experiencia en temas sobre tecnología y economía. Editor de las revistas TVyVideo+Radio y AVI Latinoamérica. Coordinador académico de TecnoTelevisión&Radio.

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