Durante décadas, el enigma del ruido del motor o el lloriqueo del alternador en sistemas estéreo de vehículos ha intrigado a muchos. Desde los años 70 hasta nuestros días, cada instalación de un amplificador o procesador de señales profesional concluye con una verificación de ruidos indeseados. Aunque la fuente de estos sonidos molestos solía ser evidente, resolverlos podía consumir innumerables horas de trabajo técnico. Por fortuna, los avances tecnológicos y el diseño de productos de audio de alta calidad han mitigado este problema considerablemente. Exploraremos las causas de estos ruidos y por qué ahora son menos frecuentes.
El Origen del Ruido: Los Alternadores
El ruido comienza en el alternador del vehículo, cuyo funcionamiento es fundamental para entender el problema. Dentro de un alternador, un rotor gira entre las bobinas del estator, generando electricidad. Sin embargo, esta corriente es inicialmente alterna y llena de fluctuaciones hasta que se rectifica a corriente continua, pero aún con cierta "ondulación".
Podemos observar las partes del alternador
Este es un Equematico sobre el alternador, enfoquemos nuestra atención en el estator que tiene 3 bobinas.
Esta imagen nos muestra como se ve cuando el alternador esta funcionamiento y genera corriente alterna por sus 3 bobinas para entregárselas a los diodos rectificadores.
La salida de un alternador después del rectificador de diodo, que se muestra en violeta.
Aquí podemos ver la salida del alternador está llena de contenido armónico de alta frecuencia (son las ondas violeta). La batería ayuda a suavizar esta salida hasta cierto punto, pero permanece presente en los 12V que alimenta toda la electrónica de un vehículo.
Causas del Ruido en Sistemas de Audio
Los amplificadores de audio en los vehículos amplifican indiscriminadamente tanto la señal musical como cualquier ruido eléctrico presente, como el generado por el alternador. Este ruido, que varía con la velocidad del motor, puede infiltrarse a través de los cables RCA o por interferencias de componentes electrónicos del vehículo.
Los bucles de tierra surgen cuando distintos componentes electrónicos del vehículo se conectan a tierra en diferentes puntos, creando diferencias de potencial que se manifiestan como ruido audible.
Cuando un técnico agrega un amplificador a un sistema de audio, generalmente está conectado a tierra en algún lugar cerca de donde está montado el amplificador. Esta ubicación podría estar debajo del asiento trasero de un automóvil, en el área de carga de una camioneta o en el maletero de un automóvil. A diferencia de la radio, la corriente del amplificador tiene que pasar a través de varios paneles de cuerpo de metal adicionales antes de llegar a la conexión a tierra de la batería. Si hay más resistencia en esas conexiones (que habrá), el voltaje de tierra efectivo del amplificador podría ser diferente al de la radio.
Un Poco De Matemáticas Sobre Los Bucles De Tierra.
Vamos a armar un ejemplo sencillo. Supongamos que hay 0.01 ohmios de resistencia entre el punto de puesta a tierra de la radio y el terminal negativo de una batería. La radio extraerá tal vez 5 amperios de corriente, lo que significa que 50 milivoltios estarán presentes a través de esa conexión a tierra.
0.01 Ohms X 5 Amperios = 0.05 Voltio ó 50 milivoltios
Ahora, su instalador añade un amplificador en el área de carga de un sedán. Esa conexión a tierra añade otro 0,01 ohmios de resistencia, para un total de 20 miliohmios. Sin embargo, el amplificador podría extraer 10 amperios de corriente con música a todo volumen. Eso dará como resultado 200 milivoltios de caída a través de la conexión a tierra.
0.01 Ohms x 2 = 0.02 ohms
0.02 ohms x 10 amperios = 0.2 Voltios ó 200 milivoltios.
Ahora hay una diferencia en el potencial de tierra entre el chasis de la radio y el chasis del amplificador de 150 milivoltios. Cuando hay una diferencia en el potencial (voltaje) y un conductor en su lugar, la corriente fluirá a través de ese conductor.
Aquí es donde las cosas van de lado. En la mayoría de los casos, el escudo de las salidas del preamplificador RCA de una radio está conectado al chasis de la radio. A veces, es una conexión directa; a veces, es a través de una resistencia, un condensador o incluso un pequeño fusible. Si está utilizando un amplificador con entradas RCA de un solo extremo, el escudo del RCA también está conectado al chasis y a la conexión a tierra. Esa diferencia de 150 mil voltios podría hacer que la corriente fluya fácilmente en el escudo RCA. Debido a que esa corriente proviene del ruidoso alternador, contiene información de alta frecuencia. El amplificador ve esa información de alta frecuencia como música y la envía a los altavoces.
¿Cómo entra el ruido en un sistema de audio ?
¿Cómo entra el ruido del escudo en la señal? Bueno, el conductor de la señal de audio, que es el pin central de la RCA, está justo al lado del cable de tierra o del escudo. Están juntos de 12 a 18 pies, lo que es suficiente para que parte de la información se transfiera de uno a otro. Cuando la corriente fluye en un conductor, produce un pequeño campo magnético. Al mismo tiempo, cuando un conductor está en presencia de un campo magnético, hace que la corriente fluya.
Los amplificadores que utilizan entradas de un solo extremo son una fuente fácil de ruido del motor y de lloriqueo del alternador.
Ruido inducido por componentes eléctricos
Otra fuente de ruido podría ser de cables de interconexión de baja calidad cerca de una fuente de ruido de alta frecuencia. Los motores del aire acondicionado eran conocidos por crear ruido de alta frecuencia. Del mismo modo, los reguladores de luz media o los circuitos de luz de funcionamiento diurna que utilizan la modulación del ancho de pulso para reducir los niveles de salida están llenos de ruido de alta frecuencia. Si utiliza un amplificador sin entradas diferenciales con una interconexión que no tiene mucho blindaje, existe la posibilidad de que su sistema tenga zumbidos y silbidos que no forman parte del sistema.
Amplificadores de entrada diferencial
Una de las formas más fáciles de evitar ruidos no deseados del sistema es utilizar un amplificador o procesador de señal con entradas equilibradas o diferenciales. Estos amplificadores tienen un circuito simple en la parte delantera de la etapa de entrada que compara la señal en el pin central de la RCA con el escudo. El amplificador reduce drásticamente la amplitud de cualquier señal común a ambos conductores.
Si un cable RCA pasa por una fuente de ruido y recoge algún zumbido, el circuito de entrada diferencial puede atenuar ese ruido en 50 o 60 dB. Sin embargo, hay una condición: el ruido debe ser común tanto al escudo RCA como al pasador central para que el circuito diferencial funcione.
Un segundo beneficio del equipo de audio del coche con entradas diferenciales es que no hay conexión a tierra desde el escudo RCA hasta el chasis. Podrías tener dispositivos de audio instalados en vehículos completamente separados y ninguna corriente fluirá a través del escudo de interconexión. Este aislamiento de tierra es uno de los beneficios más significativos de tener entradas diferenciales en un amplificador.
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El uso de un amplificador o procesador con entradas de un solo extremo requiere interconexiones coaxiales RCA. Este diseño de cable ayuda a mantener el ruido alejado del conductor central.
RCA Coaxial
Algunas interconexiones coaxiales de primera calidad podrían tener un diseño direccional. En estos casos, un escudo secundario suele estar alrededor de la capa de escudo. Este escudo adicional debe conectarse exclusivamente al escudo RCA en el extremo de la fuente del cable. El propósito es dar una ruta para que el ruido vuelva a una conexión a tierra que no esté en la entrada del amplificador.
Por otro lado, si tiene un amplificador de audio para automóvil o un procesador de señal con entrada equilibrada, debe usar una interconexión RCA con geometría de par trenzado. En este diseño, si el ruido se recoge en el camino hacia el amplificador, el ruido debe ser común a ambos conductores para ser atenuado por el circuito de entrada diferencial.
La peor solución para eliminar el ruido
No hay nada más frustrante para un instalador de audio que completar el proceso de integración del equipo en el vehículo de un cliente solo para saber que tiene ruido del motor. El proceso de corrección a menudo puede tardar horas en completarse, y no es el tiempo el que normalmente se puede facturar al cliente. Una solución rápida popular es añadir un aislador de bucle de tierra. Estos dispositivos utilizan un par de transformadores para eliminar la trayectoria de tierra entre la conexión de entrada y salida. A menudo tienen éxito en términos de eliminación de ruido. Sin embargo, añaden una gran cantidad de distorsión a la señal de audio. En resumen, funcionan, pero suenan terribles.
Prevención del ruido en los sistemas de audio
Si tiene ruido no deseado en el sistema de audio de su coche, hay tres causas comunes: un bucle de tierra, equipos sin entradas diferenciales o tipos de interconexión incorrectos.