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Conexionado de sistemas de audio (II)

Publicamos en esta edición la segunda parte de este interesante artículo en el que el autor destaca el papel protagónico que desempeñan las conexiones en una solución de audio y video.

Por: Alejandro Bidondo*

Un cable resuena (se convierte en antena) para frecuencias cuya cuarta parte de longitud de onda es igual a la longitud física del mismo, o sea que los 50m resonarán, se convertirán en “circuito abierto”, a una frecuencia de 900KHz.

Refiriéndonos a cables para conexionados entre sistemas, con uno o dos vivos, malla y materiales aislantes, los equivalentes eléctricos son más complejos (parámetros concentrados o distribuidos en función de las longitudes de los mismos) y también presentarán magnitudes de sus impedancias variables con la frecuencia.

Nota: Un término cuyo concepto no debe dejar de ser recordado es el de impedancia: “es la resistencia aparente de corriente alterna de un circuito que contiene capacitores y/o inductores, además de componentes resistivos puros.”

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El objetivo de toda puesta a tierra es conectar eléctricamente objetos conductivos (Ej: gabinetes de los equipos), para minimizar las diferencias de tensión (voltaje) entre ellos. Una buena definición rezaría: “Tierra es sólo un trayecto de retorno para la corriente eléctrica”. Complementariamente, cabe mencionar que la corriente eléctrica siempre retorna a la fuente, a través de trayectos físicos proyectados o accidentales (estos últimos en referencia a contactos eléctricos o “fugas” no previstas o no tenidas en cuenta en la etapa de proyección del sistema). En la figura 2 se observa un esquema simplificado del típico conexionado eléctrico de la energía domiciliaria de 3 conductores.

Uno de los casos más comunes de falla en los equipos eléctricos y electrónicos es la pérdida de aislamiento, por lo que la corriente eléctrica muy probablemente circulará en importantes cantidades hacia el gabinete metálico. Si el equipo eléctrico / electrónico está conectado a la red de canalización de energía domiciliaria por medio de un conector comúnmente llamado “de tres patas” o de tres contactos, uno de ellos es la señal de línea, el otro es el neutro y el tercero es la tierra (o “ground”). Algunos ejemplos de éstos se pueden observar en la figura 3, cortesía de Brocade (http://www.foundrynet.com).

El contacto de tierra debe estar conectado eléctricamente al neutro en el tablero principal del edificio para que funcione apropiadamente.

Cabe mencionar que no es recomendable desconectar adrede el tercer contacto eléctrico correspondiente a la tierra de todo equipo que la posea, dado que pone en riesgo de electrocución a los usuarios del equipo al que corresponda.

Para el caso de instalaciones sin conexión eléctrica de los gabinetes a tierra (ej: 3er contacto inexistente), es recomendable utilizar un interruptor diferencial en la entrada del circuito domiciliario. Éste compara permanentemente la corriente del vivo o línea y la del neutro. Si la diferencia entre ellas supera cierta magnitud, el interruptor diferencial abre el circuito a modo de seguridad dado que aquella estaría derivándose por trayectos no previstos, como por ejemplo a través de una persona, electrocutándola.

Nota: Una corriente de aproximadamente 1mA atravesando un ser humano le producirá a éste sólo un cosquilleo. Una de aproximadamente 10mA provocará contracciones musculares involuntarias. Una de más de aproximadamente 50mA puede provocar la muerte.

Si se presenta el caso de un cortocircuito debido a la pérdida de aislamiento eléctrico de algún componente, el circuito equivalente sería el de la figura 4, en el cual la conexión a tierra no está involucrada.


Capacidades parásitas y circuitos generadores de ruido

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En todo equipamiento electrónico o eléctrico existen capacidades parásitas (llamadas así por no haber sido proyectadas ni pretendidas) entre la línea de energía y el gabinete o chasis. Éstas existen entre los bobinados del primario y secundario del transformador (CP) de la fuente de alimentación y nunca son mostradas en los diagramas circuitales. Además aparecen otras capacidades parásitas si el equipo bajo análisis tiene filtros de RF (CF). Estas capacidades parásitas provocan la circulación de una corriente de fuga entre la línea de energía, los conductores de masa del equipo bajo análisis y su gabinete.

Conocido esto, el origen del ruido tipo “hum” y “buzz” no se deben a malos sistemas de tierra o masa sino a las capacidades parásitas (CP y CF) de toda fuente de alimentación.

Según la normativa de seguridad estadounidense UL (Underwriters Laboratories), para equipamientos sin conector de tierra se permite un máximo de 0.75mA de corriente de fuga desde las fuentes de energía hacia los gabinetes. Para equipamientos con conector de tierra, esta corriente está limitada a un máximo de 5mA.

No es un dato menor el comprender a la línea de distribución de energía (220VCA o 110VCA) como una línea de transmisión mal cargada (esto significa que la impedancia de la línea de transmisión no es igual a la impedancia de carga de la misma), lo que genera ondas estacionarias y reflexiones entre las impedancias de carga y de salida del generador de energía. O sea, la línea de energía no sólo transporta la señal pura de 50 ó 60Hz sino también la infinidad de eventos transitorios que sobre ella se suman, como se observa en las figuras 6 y 7.

En la figura 7 se observa el espectro de una corriente de fuga a través de un capacitor de 3nF alimentado por un sistema de 110VCA, 60HZ (Cortesía de Jensen Transformers y Bill Whitlock, http://www.jensen-transformers.com).

Expuestas sucintamente las razones que introducen ruido en la interconexión de sistemas, sólo restaría conocer las metodologías para detectar los circuitos establecidos  para eliminarlos eficientemente.

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.

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*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.

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