Señal balanceada y señal desbalanceada

El paso de la señal de audio de un punto A a un punto B, o de un punto B a un punto C (o a cualquier otra letra del alfabeto), se produce principalmente de dos maneras: simétricamente o asimétricamente. A continuación hablaremos sobre estas variantes del «sonido» y los diferentes formatos que tenemos para ello: cable balanceado y  no balanceado.

El cable simétrico (o balanceado) se inventó para resolver un problema fundamental en la transmisión sonora:  la interferencia externa (por ejemplo la interferencia eléctrica) presente en el exterior del cable. Eliminar la interferencia desde la raíz es físicamente imposible, por lo tanto hay que buscar una alternativa para solucionarlo: duplicar la señal antes de que esta sea transmitida a través del cable, y enviarlo por dos vías independientes.

Una de las dos señales viene con la polaridad invertida. Este proceso se llama «balanceado»:

Al llegar al final del cable, las dos señales en cuestión no se pueden acoplar y mezclar ya que se anulan entre sí a causa de la polaridad invertida de uno de los dos. En este punto, la fase de una de las dos se recupera y se mezcla con la original. ¿Pero y entonces ahora dónde surge la magia? El ruido de fondo o interferencia se captura a través de ambas señales. Cuando el efecto se invierte de nuevo el ruido se cancela. En matemáticas, se representaría así: x+ (-x) = 0.

Como se puede ver, el cableado balanceado es una opción perfecta para reducir las interferencias y obtener una buena calidad de sonido, sobre todo en casos de largas distancias y presencias de aparatos electrónicos a lo largo de la ruta recorrida por el cable. Por desgracia el clásico «zumbido» de 50Hz no se puede eliminar, ya que es un ruido generado por la masa del sistema eléctrico y no se puede eliminar invirtiendo la fase.

Con el propósito de que la señal se transmita correctamente, es fundamental contar con un equipo adaptado a ambos extremos del cable en cuestión. Por ejemplo la señal producida por el micrófono está casi siempre balanceada, ya que tiene un nivel de salida moderadamente bajo y vulnerable al ruido externo antes de entrar en el pre-amplificador. La señal de los instrumentos eléctricos más habituales está casi siempre balanceada. Afortunadamente las interfaces de audio modernas permiten tratar la señal según el tipo y el control de Line/Instrument. A menudo las entradas de línea se presentan en formato XLR, aceptando conexiones balanceadas, pero también permite conectar cables TRS/Jack y por lo tanto también acepta señales sin balancear. No es posible contar con una señal balanceada en presencia de simples enlaces «TS»,  perdiendo el contacto adicional que transmite la señal invertida de la que hablábamos un poco más arriba.  Este tipo de situaciones no son habituales y son más bien raras, y suele pasar cuando utilizamos interfaces de bajo coste.

Increíblemente, se habla de señal balanceada y no balanceada para el mundo digital, donde la interferencia o ruido puede ser todavía más invasiva ya que no permite a la interfaz usada interpretar adecuadamente la señal.  El formatos coaxial S/PDIF y el formato AES/EBU no difieren mucho en tamaño como en las diferencias físicas de transmisión: el primero utiliza el conector balanceado («RCA»), mientras que el AES/EBU se presenta con el clásico conector tripolar típico del cable balanceado XLR.

Concluimos

La transmisión balanceada es la opción preferida para obtener una señal exenta de problemas.  En el mundo de la microfonía es la única transmisión posible, mientras que en otros sectores se prefiere tener sistemas compatibles (conectores XLR o TRS). Cuando se tienen que utilizar cables realmente largos  (hablamos de decenas de metros) recurrir al cable balanceado es prácticamente obligatorio. Además los cables balanceados son capaces de suministrar la potencia requerida por los micrófonos o cajas directas (D.I. BOX).  En resumen: todo lo que se encuentra bajo el manto de la  microfonía requiere cables balanceados.

Este tipo de cables tienen una aplicación profesional, su característica principal es que tiene tres conductores de cobre, los conectores que se usan son los XLR (Canon) y Plug de ¼ (TRS). En un conductor se manda la señal de audio (positivo o Hot) y en el otro se manda la misma señal, pero de forma invertida (negativo o Cold), el tercer conductor es una malla que protege a los dos anteriores de interferencias electromagnéticas y de RF.

Con este tipo de conexión logramos eliminar el ruido y obtener un audio de mayor volumen y amplitud, mismo que se logra de la siguiente manera: Al momento de conectar el cable a una mezcladora o preamplificador, el equipo invierte la señal que viene en el conductor “Cold” convirtiéndola en una señal igual a la señal “Hot”, con la característica de que el ruido que lleva se queda en la misma forma.

El equipo suma la señal del conductor “Hot” con la señal “Cold”, el resultado es una señal de audio del doble de amplitud y una cancelación de ruido, ya que están en sentido contrario. 

Los beneficios que tenemos son: Menos pérdida de señal en cables largos, señal limpia con menos ruido, mejor protección contra interferencias electromagnéticas y RF.

Por el contrario, el funcionamiento de la guitarra o del bajo eléctrico, los pedales y los amplificadores se ha basado siempre en la señal no balanceada. 

Su uso principalmente es doméstico y los podemos encontrar en los conectores RCA, plug de ¼ (que comúnmente se utiliza para los instrumentos musicales); la señal se lleva a través de un cable de dos conectores, un conductor lleva el audio (“hot” o +) y el otro es la malla que los protege de interferencias electromagnéticas.

La configuración es muy simple, por lo tanto, el costo del cable y conectores llegan a ser más económicos en comparación con los cables balanceados.

Sin embargo, tenemos algunas desventajas: La longitud recomendada de cables balanceados es no mayor a 7 metros, pasando esta longitud tendremos perdida de señal y más ruido por interferencia, son más susceptibles a interferencias electromagnéticas y de RF.

El uso de estos cables lo podemos ver en conexiones de equipos de audio caseros, tales como reproductores de DVD, Minicomponentes, Instrumento musicales, etc.

Se recomienda en el ambiente profesional usar cables y conectores balanceados, sin embargo, existen métodos para convertir una señal desbalanceada en balanceada, pero eso lo veremos en otro tema “Cajas Directas”.

Los teclistas normalmente utilizan cables no balanceados, considerando que el cableado para ellos suele ser extremadamente simple y corto.  Además muchos teclados solo vienen con una entrada TS. Para distancias más largas es mejor usar una DI-Box, que en este caso un cable balanceado que va hasta la mesa de mezclas.