Cómo conectar (bien) entradas y salidas balanceadas y no balanceadas

Muchas veces se simplifica más de lo debido en torno a la cuestión de cómo conectar entre sí sistemas balanceados y no balanceados. Incluso algunos adaptadores y cables a la venta pueden no ser idóneos según qué tipo de balanceo esté implicado. También encontraréis recomendaciones en internet o en libros que no son siempre todo lo precisas que deberían.

El problema nace de que hay varias formas diferentes de obtener un sistema balanceado. Y cada una de ellas funcionará mejor con una forma diferente de realizar el enganche con un sistema no balanceado. Intentaremos profundizar y aclarar esta cuestión.

Por cierto, hablamos de transmisión balanceada de señal analógica. Ideas parecidas pero mucho más sencillas existen también para enviar los unos y los ceros que forman una señal digital (por ejemplo las conexiones AES/EBU digitales profesionales usan transmisión digital balanceada, mientras la conexión SPDIF doméstica usa transmisión no balanceada). Pero para centrarnos y por representar un caso mucho más crítico, nos quedamos en el terreno del 'balanceo' analógico.

Ya lo hemos tratado en otras ocasiones, así que lo mencionaremos brevemente para refrescar conceptos. No se trata de 'balanceo' como ningún baile sino de equilibrio.

La transmisión de una señal audio en forma eléctrica no balanceada (unbalanced, 'unbal') necesita contar con dos hilos/conductores. Uno lleva la señal en sí (s) y el otro es la masa o referencia (GND).

La transmisión balanceada (balanced, 'bal') usa tres: dos hilos de señal y la pantalla. Dos hilos llevan la señal de interés (normalmente con nivel opuesto) y la pantalla ya no necesita establecer una conexión eléctrica entre las referencias de ambos sino que suele estar sencillamente conectada al chasis (a 'tierra'). Esta conexión ' a tres' ofrece ventajas, especialmente para señales débiles y entornos ruidosos, ventajas que podéis repasar en este otro tutorial. Principalmente, si llamamos s y -s a la señal y su opuesta, cualquier ruido r recogido por el cable de transmisión afectará casi por igual a ambos hilos (generando s+r y -s+r). El ruido será rebajado/eliminado en el receptor diferencial porque la entrada calcula la diferencia entre ambas señales: (s+r)-(-s+r) = s+r+s-r = 2s.

Pensad que, aunque solemos decir lo de s y -s, realmente lo que importa es que la señal viaje en la diferencia entre ambos cables (para que un receptor diferencial pueda extraerla) y que la impedancia de esos dos caminos sea lo más idéntica posible (para que el ruido que reciban sea igual y pueda ser cancelado en el receptor diferencial).

De hecho, y como veréis en este tutorial, hay formas de balancear que no usan s y -s. Una vesz que reconocemos que la razón de ser del balanceo es poder eliminar el ruido (no duplicar la señal), es posible concebir y son de hecho mucho más frecuentes de lo que pensamos, salidas balanceadas que envía la señal por el 'hot' y lo 0V (sí, los cero voltios) por el 'cold' (lo veréis detallado en el apartado sobre salida balanceada enimpedancia). Y también son posibles las salidas servobalanceadas, en las que la señal aparece como diferencia entre los pines 2 y 3, pero el nivel exacto de estos pines no es relevante (no tienen porqué ser s y -s). De nuevo os remito a un poco más adelante, apartado sobre salidas servobalanceadas.

En el caso de transmisión balanceada y en nuestro sector audio se suelen usar conector XLR de 3 pines o jack TRS (tip-ring-sleeve). En el caso de transmisión no balanceada el rey de reyes es el jack TS (tip-sleeve).

Evidentemente, el cableado bal-bal que implica sólo cambio de conector se hace respetando esa forma habitual de posicionar las señales s, -s y tierra, dando lugar a:

Puede haber ocasiones en las que algún cable tenga cambiados los dos hilos de Hot y Cold entre sí, pero eso no suele ser grave porque sólo ocasiona el que la señal esté invertida en polaridad. Si eso nos causa problemas (puede suceder en casos de uso de varios micros) están ahí los 'polarity switch' en previos y mesas.
Pero lo que nos interesa son las conexiones entre algo que sí es balanceado y algo que no lo es, desde 'bal' a 'unbal' o viceversa.

La respuesta es sí, pero haciéndolo adecuadamente: no sólo para no romper nada (las entradas y salidas típicas a día de hoy son muy tolerantes) sino también para no perder calidad en ello. No se trata sólo de diferencias en los conectores. No basta pensar 'sobra un hilo', hay más tela que cortar.

Generalmente dentro de los equipos (una mesa, una unidad de efecto, etc.) las señales que circulan van en forma no balanceada. También la salida 'natural' del sensor de un micrófono es casi siempre no balanceada. El que los micros y los equipos tengan salidas balanceadas y entradas diferenciales es porque en el diseño de esas entradas y salidas se incluye una electrónica específica para conseguir esa transmisión duplicada en oposición en las salidas o bien esa etapa diferencial en las entradas. Y cómo sea esa electrónica condiciona la mejor forma de romper su balance sin romper nada más.

La situación debe estudiarse separadamente para el caso (sencillo) de querer llevar una señal no balanceada a una enrtrada diferencial, o el caso (más complejo) de querer llevar una salida balanceada a una entrada que no lo sea.

Esto no es muy problemático. Aquí tenéis dos formas de resolver esta cuestión con resultados diferentes.

La de la izquierda es la más habitual pero la menos interesante. El truco típico de cortocircuitar (unir) el Cold y la tierra en extremo que va hacia la entrada balanceada. Es decir, unir 1 y 3 en el XLR o el ring y el sleeve en el TRS. Es tan habitual esta forma de conectar que muchos cables y conversores de XLR a jack usan esta estrategia. Sencilla, cable barato (no lleva dos hilos, sólo uno), ... pero no saca ningún provecho de la entrada diferencial. En el caso de ruido en el medio, lo que llega es s+r por el 2 y 0V por el 3. El amplificador diferencial trabaja sobre la diferencia: s+r - 0. O sea, s+r, con lo que el ruido está ahí, sin aminorarse en nada.

La estrategia de la derecha es algo mejor. No es tan idónea como una transmisión desde el emisor que sea balanceada de partida, pero algo ayuda. No me pidáis que entre en la explicación técnica de lo que pasa, sencillamente funciona mejor. Desde luego mucho mejor que la opción 'cara triste'. En el receptor la línea '1' del XLR no tiene papel alguno respecto a la señal, es sólo unión a tierra. La señal viene entre 2 y 3 y el ruido común a ambos se verá rebajado. El hecho de que además uno de esos hilos esté a través del conector TS unido a la tierra del extremo receptor impide que el beneficio sea idéntico a la verdadera transmisión balanceada, pero sí se nota un cierto rechazo de parte del ruido porque al menos la impedancia del recorrido de cable desde la salida sí es idéntica en las ramas 2 y 3, no está anulada en la rama 3 del receptor por haber cortocircuitado a tierra.

En definitiva, algo de mejora a cambio sólo de usar cable con tres conductores algo más caro, pero tampoco como para romper el bolsillo. El problema es que no es este el tipo de cable o adaptador que sueles poder comprar en las tiendas. Los cables y adaptadores que veréis en tiendas suelen ser del tipo de la cara triste. Pero nada os impide hacer (o encargar) unos cables 'cara feliz' con ese pequeño truco. No os olvidéis de marcarlos para no confundirlos con otros y guardadlos como oro en paño.

La siguiente mejora ya es más cara: hacer que la salida no balanceada pase a ser balanceada realmente. Típicamente usando una ‘DI’ o caja de inyección. Pero eso ya es meterse en algo más de gasto y no es simplemente una cuestión de conexionado/cableado que es en lo que se centra este artículo.

Si esto de llevar una salida sin balancear hacia entrada balanceada os ha parecido lioso, lo peor está por llegar. Realmente el meollo está en la conexión de una salida balanceada hacia una entrada no balanceada. Hay tal variedad de formas de balancear una salida que no hay una recomendación única sobre cómo conectarlas a entrada 'unbal'. Hemos de plantear varios casos típicos de uno en uno.

Durante mucho tiempo la forma de obtener la salida balanceada pasó por el uso de transformadores. Todavía hoy algunos tipos de micrófono usan esta estrategia, que en realidad funciona muy bien siempre y cuando el transformador sea uno de muy buena calidad y pensado para audio. El uso de un transformador es habitual en los dinámicos, porque así pueden seguir siendo pasivos y no requerir alimentación, pero hay también micros de condensador y de cinta que usan transformador en la salida para que el transformador aporte su coloración, resultado de la acción saturante / no lineal que presentan. Como ejemplo la figura muestra la salida balanceada típica en dinámicos. Es una buena forma de entender el caracter 'flotante' de la señal en este tipo de transmísión: la señal está entre dos hilos (el 2 y 3 del XLR) y no importa cuál sea la referencia que use el receptor (cuál sea su nivel 0 voltios da igual, al menos mientras no diste tanto de los otros como para causar algún problema eléctrico).

Para conectar este tipo de salida por transformador a una entrada no balanceada, necesariamente uno de los hilos (el ‘cold’) debe tomar el papel de ‘referencia’ en el lado no balanceado, por lo que necesita unirse a 0V. Esto en el fondo rompe el carácter balanceado de la emisión, que pasa a ser no balanceada, perdiéndose el rechazo al modo común que permite la eliminación del ruido, pero por lo demás mantiene sus características. Por ejemplo no se pierde nivel: no cae a la mitad la tensión que llega a la entrada (sigue siendo la existente entre 2 y 3). El cableado sería el mismo que habíamos presentado para la conexión salida unbal hacia entrada bal con carita triste (en este caso la carita feliz no ayuda ni empeora nada, pero es una solución más cara así que la pinto en pequeño):

Si la salida balanceada usa conector TRS es aún mas simple, puesto que emplear un cable con conector TS en ambos extremos ya materializa el cortocircuito necesario entre el ring y el sleeve del lado del transmisor (en caso de usar TRS deberíamos unir ring y sleeve).

Entre las estrategias más sencillas para el balanceo electrónico está la de usar dos amplificadores, uno en configuración directa y otro en configuración inversora. Da igual que no entendáis electrónica. Son típicamente dos amplificadores operacionales, uno para generar la señal ‘hot’ o ‘direct’ y el otro para la opuesta en signo que llamamos ‘cold’ o ‘inverted’. Que estén puestos en paralelo o en serie no afecta a lo que vamos a contar. El caso es que son dos elementos de amplificación diferentes a cargo de generar las señales hot y cold y las dos señales que generan se llevan al conector XLR o TRS de la salida.

En este tipo de casos la opción de cortocircuitar a tierra el pin 3 del cable no se lleva bien con algunos tipos de amplificador operacional (AO). En el caso peor puede estropearse la salida del AO que haya sido cortocircuitado, aunque no suele suceder porque hay protecciones que lo impiden. En otros casos el corto a tierra se refleja en mayor o menor medida hacia la entrada pudiendo generar distorsión o bien oscilaciones en frecuencias inaudibles pero que acaban generando productos de distorsión audibles en cualquier momento dentro de la cadena audio.

En estos casos es preferible no conectar el pin 3, dejarlo al aire en el conector de la parte balanceada (que no es lo que veíamos en los cables XLR a TS habituales, así que toca de nuevo hacer bricolaje o encargar). Al dejarlo sin conectar, como ya no estamos usando las señales s y –s (un total de 2s) sino sólo s, perdemos tensión. Respecto a los niveles que promete la salida balanceada (típicamente +4dBu) sólo veremos llegar a nuestra entrada no balanceada la mitad de tensión y por tanto 6dB menos.

Por cierto, ojo con las mediciones en vúmetros y demás: la salida balanceada está pensada para ofrecer los +4dBu entre 2 y 3, y eso son 6dB menos entre 2 y 1. No penséis que vuestra entrada analógica no balanceada vaya a señalar ‘0VU’ cuando la salida balanceada esté en su régimen nominal, marcará ‘-6VU’, y si os empeñais en subirlo hasta 0 os comeréis parte del margen de holgura que tiene el sistema para los picos de la señal analógica y entraréis en saturación antes de lo previsto.

Pero volvamos a los conectores. Si la salida está en TRS y la entrada usa una hembra TS, parecería que se puede usar un cable TRS-TRS y automáticamente el ‘ring’ quedaría desconectado (la hembra TS suele tomar su contacto de la parte ‘sleeve’ y no toca la zona que corresponde al ring en el macho). Pero no os la juguéis. Hay fabricantes que montan conector TRS aunque la entrada sea ‘unbalanced’ y lo hacen casi siempre ligando R y S internamente (porque se asumen que la salida balanceada lleva transformador y este sería el caso ‘carita feliz’ del que hablábamos antes). Si en esos casos si usáis un cable TRS-TRS al final habríais puesto en contacto el ‘cold’ con tierra, que es lo que queríamos evitar. Así que protegeos por si acaso: tomad un cable TRS y desconectad el ring en ambos extremos o montaros un TRS-TRS pero sin usar ningún conductor para el ring. Y atentos al tema de los vúmetros, que tensdréis que saber interpretar de forma correcta e inteligente.

Este tipo de salidas balanceadas activas son un poco más complicadas (más caras) en cuanto a la electrónica que exigen respecto a las anteriore. Ya no bastan dos amplificadores operacionales (AO) y hay que usar 3, pero a cambio consiguen generar una señal entre los pines 2 y 3 que mantiene su nivel incluso en el caso de que algunas de las salidas se cortocircuite a tierra, con lo que son algo así como 'transformadores virtuales'. Ese cortocircuito, lo mismo que sucede con los transformadores, no reduce a la mitad la señal que existe entre los pines 2 y 3 y no nos da la lata con los vúmetros.

A todos los efectos prácticos el conexionado de estas slidas servo balanceadas debe resolverse como en el caso de los transformadores. En particular si se va a atacar una entrada no balanceada dejar al aire el 3 no sería bueno. Es preferible cortocicuitarlo a tierra.

Cuando los fabricantes os ofrezcan servobalanceo ya fardarán de ello en la publicidad, así que normalmente lo sabréis y tendréis entonces que seguir la recomendación dada para el caso de salida con transformador.

Hay finalmente una forma de crear salidas balanceadas que es el colmo de la búsqueda de lo barato y por eso relativamente frecuente en según qué gamas de productos. Un único amplificador a cargo de generar señal, cuya salida se conecta entre los pines 2 y masa (1), y en el pin 3 se monta una resistencia a tierra del mismo valor que la resistencia de salida del circuito amplificador usado, para que así estén las dos ramas equilibradas ('balanceadas') en cuanto a impedancia. A veces veréis que lo llaman 'impedance balanced' por ello.

En esencia en este tipo de casos se está enviando la señal s por la rama 'hot' y señal nula o 0 por el conducto 'cold'. Pero como las impedancias están equilibradas el ruido r que reciben las dos es el mismo. En un receptor balanceado llegarían s+r y 0+r, pero como la entrada es diferencial calcula la resta y se opera la magia: s+r-(0+r) = s. Adiós ruido, gracias al receptor diferencial, que es de lo que se trata. En especial veréis esta estrategia en muchos equipos con salidas balanceadas sobre conector TRS.

Si este tipo de salida se va a conectar a un sistema de entrada no balanceada, basta usar un cable TS-TS que lo que hará es cortocircuitar el 'cold' con masa. En el fondo una solución sencilla: si está el conector TRS en la salida y usas cable hacia entrada balanceada en TRS montas, claro, un cable TRS-TRS, pero si esa salida en TRS va a ir a auna entrada no balanceada en TS, montas un cable TS-TS y todo funciona de la mejor manera posible.

Para colmo de bienes, si el nivel de esa salida se anuncia como +4dBu (o el que sea), ese es el nivel realmente entre la señla presente en el 'hot' y la referencia de 0 voltios, con lo cual al ir a una entrada no balanceada no se va a perder tensión y los medidores y vúmetros van a seguir dando indicacione sútiles, sin que tengamos que pensar en restar 6dB.

Si es servo o con transformador ya se habrá encargado el fabricante de anunciarlo a bombo y platillo. Para eso se ha gastado el dinero y para eso te lo cobra. Es un argumento poderoso de marketing. En esos casos, cortocircuitar 3 y 1 es lo mejor.

Así que la cosa está en si se trata de una salida de las activas 'baratas' (un ampli y una resistencia) o de las 'normales' (dos amplis). Cuando el conector sea jack y venga publicitado como válido como salida balanceada o no balanceada, posiblemente es 'impedance balanced', el tipo de un ampli + resistencia que se puede usar sin más con un cable TRS-TRS para balanceo o con un TS-TS para no balanceo.

En otros casos es mucho más difícil de saber. Si queréis indagar por vosotros mismos qué tipo de salida es una de dos: o lo veis en el manual (o preguntando al fabricante) o bien os tocará averiguarlo haciendo pruebas con polímetro y/o osciloscopio, para lo que tendríais que tener algún conocimiento de electrónica (y en ese caso podéis pensar las pruebas posibles con los esquemas y explicaciones anteriores).