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(Shielding and Grounding)

Blindaje y aterrizaje (Shielding and Grounding)

Reconocer la diferencia entre blindaje y aterrizaje puede reducir zumbido hum y eliminar efectos electrificantes. En este artículo explicaremos brevemente estos conceptos para tener una instalación adecuada en espacios como estudios de grabación.

Los profesionales del audio invariablemente nos hemos encontrado con una experiencia muy común trabajando con equipos de audio: los problemas de ruidos de tierra, que siempre implican una interferencia, usualmente representada por un zumbido (hum) de la línea de electricidad. Algunas veces, la reducción de hum y la seguridad personal suponen un problema y pareciera que debíamos escoger entre una u otra, pero cuando se observan los códigos eléctricos y prácticas correctas de instalación, esto hace que la seguridad sea lo primero a considerar. Corremos el riesgo, sin importar qué tan pequeño sea, de que dos equipos no aterrizados apropiadamente puedan tener una diferencia de potencial significante, lo que podría llegar a ser letal.

El propósito de un sistema de tierra es para asegurar una diferencia de potencial con un valor de cero entre los equipos. Este potencial también deberá de tener un potencial cero con respecto a la tierra general. El sistema de tierra no intenta ser una cura para la reducción de ruidos. El blindaje protegerá contra la interferencia de ruidos externos, la tierra no. Cuando se utilizan los términos blindaje y aterrizaje indistintamente, es justamente cuando los problemas comienzan.

Aterrizaje

En instalaciones relativamente pequeñas, de unos veinte contactos de electricidad o menos, podemos establecer una tierra común usando el cable verde y el tercer pin del contacto (tierra U), mismos que debemos conectar en las regletas que tienen su tercer pin conectados entre sí. Las líneas de corriente de estas regletas las conectaremos a los receptáculos de la pared, el cual debemos asegurarnos que está conectado a tierra. En instalaciones donde se cuente con dos o más fases de la energía eléctrica, si es posible, esos equipos debemos distribuirlos entre las fases para minimizar la circulación de corriente por el neutro.

Las instalaciones grandes se tratarán de manera diferente y deberán ser independientes de la tierra de la pared. Algunas personas cortan el tercer pin en los cables eléctricos del equipo o mejor aún, deben usarse adaptadores (3 a 2), que permiten no conectar la tierra, por supuesto sin conectar el cable de tierra extra que estos adaptadores proporcionan. Sin embargo, aunque esta práctica reduce considerablemente el hum de los bucles o loops de tierra, es potencialmente peligroso y por supuesto que se violan códigos eléctricos.

Un método seguro de aterrizaje es utilizar los receptáculos de color naranja tipo grado de hospital, en los que no existe continuidad entre la tierra y la parte metálica de las cajas de la instalación eléctrica. Esto es, que como el vivo y el neutro, la tierra no se encuentra en ningún otro punto disponible.

De cada terminal de tierra, un cable aislado individual (normalmente calibre #10 AWG), se lleva a un punto central de tierra, como puede ser una barra de cobre destinada para este propósito. En esta barra se conectarán todas las tierras de los distintos receptáculos y a su vez, será firmemente conectada a una línea de tierra apropiada. En caso de no contar con una tierra apropiada, entonces podrá usarse una tubería de agua fría. Siempre debemos considerar el riesgo de que puede haber conectores o tramos de tubo de PVC en la red de agua que harán imposible la conducción eléctrica.

Con un buen sistema de tierra, habrá una diferencia de potencial de cero volts entre dos superficies metálicas de equipos del estudio; por ejemplo, entre los racks de equipo, grabadoras, computadoras, consola y demás. Desde el punto de vista de la seguridad, el problema está resuelto; sin embargo, respecto a la inmunidad de hum o ruido, podemos apenas empezar a enfrentarla.

Ahora bien, el cableado de audio entre componentes del total del sistema, debemos conectarlos de manera que no existan conexiones paralelas con el sistema de tierra de CA descrito. Estos circuitos crearían los bucles o loops de tierra que normalmente causan problemas de hum aleatorios.

Cuando buscamos a los culpables de los loops de tierra, usualmente encontramos que es un cable de tierra de audio entre dos equipos. Si la tierra se conecta en ambos equipos, una tierra en paralelo está siendo creada. La conexión de doble extremo no mejora las propiedades del blindaje, pero definitivamente sí incrementará la producción del zumbido hum.

Para prevenir que el blindaje se convierta en una tierra, debemos asegurarnos de conectarlo solamente a un extremo de las conexiones. Una buena práctica es conectar las tierras únicamente a la salida de los equipos y asegurarnos de que los blindajes no estén conectados en las entradas del equipo subsecuente. Para claridad, se recomienda conectar el blindaje (pin 1 del conector XLR) solamente en las hembras y nunca en el pin 1 del conector XLR de los machos.

Ya que esté todo el cableado de audio en su lugar, podemos asegurarnos de que el blindaje esté en orden, desconectando las tierras de la línea de potencia del punto central de tierra. Deberá haber resistencia infinita de CD entre cada chasis de metal del sistema. Si no lo hay, entonces es probable que uno de los cables de audio interconectados tenga la culpa y tendrá que ser localizado y corregido.

Una vez que sea corregida la falla, es necesario reconectar uno por uno los otros cables, asegurándonos de que todo siga en orden. Eliminar loops o bucles de tierra de un sistema de tierra aleatoria existente, es una tarea desesperante. La regla general parece ser que cada solución provisional es sólo un problema más. Por lo general, es mejor y más rápido desconectar el sistema y volver a cablear. Cualquier otra cosa puede ser una pérdida de tiempo valioso.

Blindaje y acoplamiento electrostático

Señales no deseadas o interferencia pueden entrar al sistema de audio por acoplamiento electrostático o inducción electromagnética, como se puede apreciar en la figura 1.

El acoplamiento capacitivo o electrostático es más común en lo que se clasifica como radiofrecuencias, que incluyen televisión, FM, estática, fuentes conmutadas, ruidos de ignición y demás. El voltaje de interferencia está acoplado en paralelo en el loop o bucle del circuito y por ende, tendrá efecto mínimo si la impedancia de la fuente es baja, como lo es en la mayoría de los equipos.

Interferencia electromagnética

Los campos magnéticos alrededor de los equipos de audio provienen usualmente de las líneas de potencia (60 Hz), motores, transformadores (120 y 180 Hz). La interferencia inducida electromagnéticamente aparece en serie con el loop del circuito y por lo tanto es mayor en un circuito de baja impedancia. Sin embargo, la alta impedancia de entrada de los equipos de voltaje constante proporciona una alta impedancia del bucle.

En resumen, en un bucle de transmisión de audio, la baja impedancia de la fuente minimiza los voltajes de interferencia de alta frecuencia acoplados capacitivos y la alta impedancia de entrada del equipo de voltaje constante proporciona una alta impedancia total del bucle.

Los circuitos de tierra paralelos que mencionamos anteriormente, son circuitos de muy baja impedancia y por tanto, susceptibles a interferencia de bajas frecuencias únicamente. Un loop de tierra actúa como si fuera un secundario de transformador de una sola vuelta, para cualquier transformador de potencia en la cercanía. La corriente inducida causará una diferencia de potencial entre los dos equipos conectados, que será convertida a un voltaje de señal en la resistencia de entrada, en el extremo que recibe del bucle.

La mejor forma de protección de interferencia electrostática es, por supuesto, el blindaje. Y el método más común para producir bucles de tierra es conectar esos blindajes en ambos extremos (¡!).