Audio equilibrado

El audio balanceado es un método para interconectar equipos de audio mediante interfaces balanceadas. Este tipo de conexión es fundamental en la grabación y producción de sonido, ya que permite el uso de cables largos y reduce la susceptibilidad al ruido externo causado por interferencias electromagnéticas. La interfaz balanceada garantiza que el ruido inducido se presente como voltajes de modo común en el receptor, los cuales pueden ser rechazados por un dispositivo diferencial.

Las conexiones balanceadas suelen utilizar cable de par trenzado apantallado y conectores de tres conductores. Los conectores suelen ser XLR de tres pines o conectores telefónicos TRS de 6,35 mm (1/4 de pulgada ) . En este caso, cada cable transmite un canal; por lo tanto, para audio estéreo (por ejemplo) se necesitarían dos cables. 

Un error común es creer que el audio balanceado requiere que la fuente de señal genere ondas iguales de polaridad opuesta para los dos conductores de la línea balanceada. Sin embargo, muchos dispositivos balanceados solo alimentan un lado de la línea, pero con una impedancia igual a la del lado no alimentado. Este equilibrio de impedancias permite que el receptor de la línea balanceada (etapa de entrada del siguiente dispositivo) rechace las señales de modo común introducidas en los dos conductores por acoplamiento electromagnético.

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

Algunos dispositivos, generalmente con salida de transformador, proporcionan una salida balanceada que queda "flotante" con respecto a tierra; la impedancia a tierra de cada lado de la salida es alta. Lo más común es que los dispositivos alimenten uno o ambos lados de la interfaz balanceada con una señal referenciada a tierra. Cuando uno de los lados no está alimentado, se debe tener cuidado de asegurar que la impedancia a tierra sea igual a la impedancia del lado alimentado.

Las conexiones de audio balanceadas utilizan diversas técnicas para reducir el ruido.

Un cable balanceado típico contiene dos conductores idénticos, que se trenzan entre sí y luego se envuelven con un tercer conductor (lámina o trenza) que actúa como blindaje . Los dos conductores forman un circuito que puede transmitir una señal de audio .

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

Un par trenzado minimiza el área del bucle entre los conductores y garantiza que un campo magnético que se propaga por igual a través de bucles adyacentes induzca niveles de ruido iguales en ambas líneas, los cuales son cancelados por el dispositivo diferencial del receptor. Si la fuente de ruido se encuentra muy cerca del cable, es posible que se induzca en una de las líneas con mayor intensidad que en la otra, y que la cancelación no sea tan efectiva; sin embargo, la cancelación se producirá en la medida en que la cantidad de ruido sea igual en ambas líneas.

El blindaje independiente que se suele incluir en un cable de audio balanceado también ofrece una ventaja en la supresión de ruido con respecto a una configuración de dos conductores no balanceada (como la que se usa en los equipos de música domésticos típicos), donde el blindaje también debe funcionar como cable de retorno de la señal. Por lo tanto, las corrientes de ruido inducidas en un blindaje de audio balanceado no se modularán directamente en la señal, mientras que en un sistema de dos conductores sí lo harán. Esto también evita problemas de bucle de tierra , al separar el blindaje/chasis de la tierra de la señal.

Las señales se suelen transmitir a través de conexiones balanceadas utilizando el modo diferencial , lo que significa que los cables transportan señales de igual magnitud pero de polaridad opuesta (por ejemplo, en un conector XLR , el pin 2 transporta la señal con polaridad normal y el pin 3 transporta una versión invertida de la misma señal). Contrariamente a la creencia popular, esta configuración no es necesaria para el rechazo de ruido. Siempre que las impedancias estén balanceadas, el ruido se acoplará por igual a los dos cables (y será rechazado por un amplificador diferencial), independientemente de la señal presente en ellos. ^{[ 1 ] [ 2 ]} Un método sencillo para controlar una línea balanceada consiste en inyectar la señal en el cable "caliente" a través de una impedancia de fuente conocida y conectar el cable "frío" a la referencia de tierra local de la señal a través de una impedancia idéntica. Debido a conceptos erróneos comunes sobre la señalización diferencial, a menudo se la denomina salida cuasi balanceada o balanceada en impedancia , aunque, de hecho, es totalmente balanceada y rechazará la interferencia de modo común.

Sin embargo, existen algunas ventajas menores al accionar la línea con una salida totalmente diferencial:

• Aunque el nivel de la señal no cambiaría debido a la estandarización del nivel nominal , la salida máxima de los controladores diferenciales es el doble, lo que proporciona 6  dB de margen adicional . ^{[ 1 ]}
• Al aumentar la capacitancia del cable en tramos largos, disminuye el nivel de señal al que se atenúan las altas frecuencias. Si cada cable transporta la mitad de la amplitud de la señal, como en las salidas totalmente diferenciales, se pueden usar cables más largos sin pérdida de altas frecuencias.
• El ruido correlacionado entre los dos amplificadores (debido , por ejemplo, a una atenuación imperfecta de la fuente de alimentación ) se cancelaría.
• A frecuencias más altas, la impedancia de salida del amplificador puede variar, lo que produce un pequeño desequilibrio. Cuando se utiliza en modo diferencial con dos amplificadores idénticos, esta variación de impedancia será la misma para ambas líneas y, por lo tanto, se cancelará. ^{[ 1 ]}

Los productos de audio profesionales (grabación, megafonía, etc.) suelen ofrecer entradas y salidas balanceadas, normalmente mediante conectores XLR o TRS . Sin embargo, en la mayoría de los casos, el circuito interno es completamente desbalanceado.

Un pequeño número de productos de audio se han diseñado 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 proporcionando rutas de señal internas idénticas (reflejadas) para los conductores "calientes" y "fríos". En aplicaciones críticas, un diseño de circuito 100% balanceado puede ofrecer una mejor integridad de la señal al evitar las etapas de amplificación o transformadores adicionales necesarios para el desbalanceo en la entrada y el rebalanceo en la salida. ^{[ 3 ]}

Los conectores XLR de tres pines y los conectores TRS de 6,35 mm (¼"  ) se utilizan comúnmente para interfaces de audio balanceadas. Muchos conectores ahora están diseñados para aceptar conectores XLR o TRS. Los equipos destinados a instalaciones de larga duración a veces utilizan regletas de terminales o conectores Euroblock . Algunas conexiones de auriculares balanceadas también utilizan un conector Pentaconn TRRRS de 4,4 mm . 

• 
   Conectores telefónicos TRS de 2,5, 3,5 y 6,35 mm
• 
  Conectores XLR de tres pines, hembra a la izquierda y macho a la derecha.
• 
  Conector híbrido XLR de tres pines más  conector telefónico TRS de 6,35 mm.

En los conectores XLR, los pines 1, 2 y 3 se utilizan normalmente para el blindaje (idealmente conectado al chasis) y los dos cables de señal, respectivamente. (La frase "tierra, fase, retorno", que corresponde a "X, L, R", se suele ofrecer como ayuda mnemotécnica, aunque el segundo cable de señal no es un "retorno" en el caso de señalización diferencial). En los conectores telefónicos TRS, la punta es la señal/no inversora, el anillo es el retorno/inversor y la funda es la tierra del chasis.

Si se conecta una señal estereofónica u otra señal binaural a dicha entrada, un canal (normalmente el derecho) se restará del otro (normalmente el izquierdo), lo que dará como resultado una señal L − R (izquierda menos derecha) inaudible en lugar de la señal monofónica L + R (izquierda más derecha) normal. Invertir la polaridad en cualquier otro punto de un sistema de audio balanceado también producirá este efecto al mezclarse posteriormente con el otro canal.

Las líneas telefónicas también transmiten audio a través de circuitos balanceados, aunque esto generalmente se limita al bucle local . Se denomina así porque los dos cables forman un bucle balanceado por el que viaja la llamada telefónica en ambos sentidos . Dado que los teléfonos requieren alimentación de CC para funcionar y para 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 a -50 voltios, y el otro se conecta a tierra, ambos mediante inductores de igual valor con una resistencia de CC de aproximadamente 400 ohmios, para evitar cortocircuitos en la señal de CA deseada y mantener el equilibrio de impedancia.

Las conexiones de audio digital en entornos profesionales suelen ser balanceadas, siguiendo normalmente el estándar AES3 (AES/EBU). Este utiliza conectores XLR y cable de par trenzado con una impedancia de 110 ohmios. En cambio, la interfaz coaxial S/PDIF, común en equipos de consumo, no es balanceada.

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 de la etapa de salida. En el caso de una salida balanceada a una entrada no balanceada, la salida negativa se puede conectar a tierra, pero en ciertos casos debe dejarse desconectada. ^{[ 4 ]}

• Señalización diferencial
• AES3
• Energía fantasma

• Comunidad de Sonido e Iluminación del Reino Unido: Artículo sobre líneas equilibradas
• Ray Rayburn: "Del equilibrio al desequilibrio: cómo hacerlo bien"