Alimentación fantasma

La alimentación fantasma , en el contexto de los equipos de audio profesionales , es la alimentación eléctrica de CC aplicada por igual a ambos cables de señal en cables de micrófono balanceados , formando un circuito fantasma , para operar micrófonos que contienen circuitos electrónicos activos. ^[1] Es más conocida como una fuente de alimentación conveniente para micrófonos de condensador , aunque muchas cajas directas activas también la utilizan. La técnica también se utiliza en otras aplicaciones donde el suministro de energía y la comunicación de señales se realizan a través de los mismos cables.

Las fuentes de alimentación fantasma suelen estar integradas en las consolas de mezclas , los preamplificadores de micrófono y equipos similares. Además de alimentar los circuitos de un micrófono, los micrófonos de condensador tradicionales también utilizan la alimentación fantasma para polarizar el elemento transductor del micrófono.

La alimentación fantasma se utilizó por primera vez para el servicio telefónico tradicional basado en cables de cobre desde la introducción del teléfono de disco en 1919. Una de esas aplicaciones en el sistema telefónico era proporcionar una ruta de señalización de CC alrededor de amplificadores conectados a transformadores, como los sistemas de transmisión de línea analógica.

El primer micrófono con alimentación fantasma disponible comercialmente fue el modelo CMT 20 de Schoeps , que salió al mercado en 1964, construido según las especificaciones de la radio francesa con alimentación fantasma de 9 a 12 voltios de CC; el polo positivo de esta alimentación estaba conectado a tierra. Los preamplificadores de micrófono de las grabadoras de cinta de la serie Nagra IV ofrecían este tipo de alimentación como opción durante muchos años y Schoeps siguió admitiendo la "alimentación fantasma negativa" hasta que se discontinuó la serie CMT a mediados de los años 70, pero ahora está obsoleta.

En 1966, Neumann GmbH presentó un nuevo tipo de micrófono transistorizado a la Norwegian Broadcasting Corporation , NRK. La radio noruega había solicitado el funcionamiento con alimentación fantasma. Como la NRK ya tenía disponible una alimentación de 48 voltios en sus estudios para sus sistemas de iluminación de emergencia, se utilizó este voltaje para alimentar los nuevos micrófonos (modelo KM 84) y es el origen de la alimentación fantasma de 48 voltios. Esta disposición se estandarizó posteriormente en la norma DIN 45596.

El documento "Sistemas multimedia: guía de las características recomendadas de las interfaces analógicas para lograr la interoperabilidad" (IEC 61938:2018) del Comité de Normas de la Comisión Electrotécnica Internacional especifica los parámetros para la alimentación fantasma de los micrófonos. ^[2] El documento define tres variantes: P12, P24 y P48. Además, se mencionan dos variantes adicionales (P12L y SP48) para aplicaciones especializadas. ^{[3] [4]} La mayoría de los micrófonos utilizan actualmente el estándar P48 (la potencia máxima disponible es de 240 mW). Aunque todavía se utilizan sistemas de 12 y 48 voltios, el estándar recomienda una alimentación de 24 voltios para los sistemas nuevos. ^[5]

La alimentación phantom consiste en un circuito fantasma en el que se aplica corriente continua de manera uniforme a través de las dos líneas de señal de un conector de audio balanceado (en los equipos modernos, ambos pines 2 y 3 de un conector XLR ). La tensión de alimentación se referencia al pin de tierra del conector (pin 1 de un XLR), que normalmente está conectado al blindaje del cable o a un cable de tierra en el cable o a ambos. Cuando se introdujo la alimentación phantom, una de sus ventajas era que el mismo tipo de cable de micrófono balanceado y blindado que los estudios ya utilizaban para los micrófonos dinámicos podía utilizarse para los micrófonos de condensador. Esto contrasta con los micrófonos con circuitos de tubo de vacío , la mayoría de los cuales requieren cables especiales de múltiples conductores. ^[a]

Con la alimentación fantasma, el voltaje de suministro es prácticamente invisible para los micrófonos balanceados que no la utilizan, lo que incluye la mayoría de los micrófonos dinámicos. Una señal balanceada consiste únicamente en las diferencias de voltaje entre dos líneas de señal; la alimentación fantasma coloca el mismo voltaje de CC en ambas líneas de señal de una conexión balanceada. Esto contrasta marcadamente con otro método de alimentación ligeramente anterior conocido como "alimentación en paralelo" o "alimentación T" (del término alemán Tonaderspeisung ), en el que la CC se superponía directamente a la señal en modo diferencial. Conectar un micrófono convencional a una entrada que tenía habilitada la alimentación en paralelo podría dañar el micrófono.

La norma IEC 61938 define la alimentación fantasma de 48 voltios, 24 voltios y 12 voltios. Los conductores de señal son positivos, ambos alimentados a través de resistencias de igual valor (6,81 kΩ para 48 V, 1,2 kΩ para 24 V y 680 Ω para 12 V), y el blindaje es tierra . El valor de 6,81 kΩ no es crítico, pero las resistencias deben coincidir dentro del 0,1% ^[6] o mejor para mantener un buen rechazo de modo común en el circuito. La versión de 24 voltios de la alimentación fantasma, propuesta bastantes años después de las versiones de 12 y 48 V, también se incluyó en la norma DIN y está en la norma IEC, pero nunca fue ampliamente adoptada por los fabricantes de equipos.

Casi todas las mesas de mezclas modernas tienen un interruptor para activar o desactivar la alimentación fantasma; en la mayoría de los equipos de alta gama, esto se puede hacer individualmente por canal, mientras que en mezcladores más pequeños, un solo interruptor maestro puede controlar la entrega de energía a todos los canales. La alimentación fantasma se puede bloquear en cualquier canal con un transformador de aislamiento 1:1 o condensadores de bloqueo. La alimentación fantasma puede provocar un mal funcionamiento del equipo o incluso daños si se utiliza con cables o adaptadores que conectan un lado de la entrada a tierra, o si se conecta a ella cierto equipo que no sean micrófonos.

Los amplificadores de instrumentos rara vez proporcionan alimentación fantasma. Para utilizar equipos que la requieran con estos amplificadores, se debe insertar una fuente de alimentación independiente en la línea. Estos se encuentran fácilmente disponibles comercialmente o, alternativamente, son uno de los proyectos más fáciles para el constructor de electrónica aficionado.

Algunos micrófonos ofrecen la opción de alimentación por batería interna o alimentación fantasma (externa). En algunos de estos micrófonos, es recomendable quitar las baterías internas cuando se utiliza la alimentación fantasma, ya que las baterías pueden corroerse y perder sustancias químicas. Otros micrófonos están diseñados específicamente para cambiar a las baterías internas si falla una fuente de alimentación externa.

La alimentación fantasma no siempre se implementa de forma correcta o adecuada, incluso en preamplificadores, mezcladores y grabadoras de calidad profesional. En parte, esto se debe a que los micrófonos de condensador con alimentación fantasma de 48 voltios de primera generación (finales de la década de 1960 hasta mediados de la década de 1970) tenían circuitos simples y requerían solo pequeñas cantidades de corriente de funcionamiento (normalmente menos de 1  mA por micrófono), por lo que los circuitos de alimentación fantasma que normalmente se incorporaban a las grabadoras, mezcladores y preamplificadores de esa época se diseñaron asumiendo que esta corriente sería adecuada. La especificación original de alimentación fantasma DIN 45596 exigía un máximo de 2 mA. Esta práctica se ha mantenido hasta el presente; muchos circuitos de alimentación fantasma de 48 voltios, especialmente en equipos portátiles y de bajo coste, simplemente no pueden suministrar más de 1 o 2 mA en total sin averiarse. Algunos circuitos también tienen una resistencia adicional significativa en serie con el par estándar de resistencias de alimentación para cada entrada de micrófono; Esto puede no afectar mucho a los micrófonos de baja corriente, pero puede deshabilitar los micrófonos que necesitan más corriente.

Los micrófonos de condensador de mediados de la década de 1970 y posteriores diseñados para alimentación fantasma de 48 voltios a menudo requieren mucha más corriente (por ejemplo, 2-4 mA para los micrófonos sin transformador Neumann, 4-5 mA para la serie Schoeps CMC ("Colette") y los micrófonos Josephson, 5-6 mA para la mayoría de los micrófonos de la serie KSM de Shure , 8 mA para CAD Equiteks y 10 mA para Earthworks). La norma IEC establece 10 mA como la corriente máxima permitida por micrófono. Si la corriente requerida no está disponible, un micrófono aún puede emitir una señal, pero no puede ofrecer el nivel de rendimiento deseado. Los síntomas específicos varían un poco, pero el resultado más común será la reducción del nivel máximo de presión sonora que el micrófono puede manejar sin sobrecarga ( distorsión ). Algunos micrófonos también mostrarán una menor sensibilidad (nivel de salida para un nivel de presión sonora determinado).

La mayoría de los interruptores de desconexión de tierra tienen el efecto no deseado de desconectar la alimentación fantasma. Siempre debe haber una ruta de corriente continua entre el pin 1 del micrófono y el lado negativo de la fuente de alimentación de 48 voltios para que la energía llegue a los componentes electrónicos del micrófono. Al desconectar la conexión a tierra, que normalmente es el pin 1, se interrumpe esta ruta y se desactiva la fuente de alimentación fantasma.

Existe la creencia común de que conectar un micrófono dinámico o de cinta a una entrada con alimentación fantasma lo dañará. Hay tres posibilidades de que ocurra este daño. Si hay una falla en el cable, la alimentación fantasma puede dañar algunos micrófonos al aplicar un voltaje a través de la salida del micrófono. ^[7] También es posible que se produzcan daños en el equipo si una entrada con alimentación fantasma se conecta a un micrófono dinámico no balanceado ^[8] o a instrumentos musicales electrónicos. ^[9] El transitorio generado cuando un micrófono se conecta en caliente a una entrada con alimentación fantasma activa puede dañar el micrófono y posiblemente el circuito de preamplificador de la entrada ^[10] porque no todos los pines del conector del micrófono hacen contacto al mismo tiempo, y hay un instante en el que la corriente puede fluir para cargar la capacitancia del cable desde un lado de la entrada con alimentación fantasma y no desde el otro. Esto es particularmente un problema con los cables de micrófono largos. Se considera una buena práctica desactivar la alimentación fantasma para los dispositivos que no la requieren. ^{[11] [12]}

Los micrófonos digitales que cumplen con la norma AES 42 pueden contar con alimentación fantasma de 10 voltios, aplicada tanto a los cables de audio como a la toma de tierra. Esta fuente puede suministrar hasta 250 mA a los micrófonos digitales. Se puede utilizar una variante codificada del conector XLR habitual , el conector XLD , para evitar el intercambio accidental de dispositivos analógicos y digitales. ^[13]

La alimentación T, también conocida como alimentación AB ^[14] o T12, descrita en la norma DIN 45595, es una alternativa a la alimentación fantasma que todavía se utiliza ampliamente en el mundo del sonido cinematográfico de producción. Muchos mezcladores y grabadores destinados a ese mercado tienen una opción de alimentación T. ^{[ cita requerida ]} El método se considera obsoleto ya que el ruido de la fuente de alimentación se agrega a la señal de audio de salida. ^[15] Muchos micrófonos Sennheiser y Schoeps más antiguos utilizan este método de alimentación, aunque los grabadores y mezcladores más nuevos están eliminando gradualmente esta opción. Los barriles adaptadores y las fuentes de alimentación dedicadas están hechos para acomodar micrófonos alimentados por T. En este esquema,  se aplican 12 voltios a través de  resistencias de 180 ohmios entre el terminal "activo" del micrófono (pin XLR 2) y el terminal "frío" del micrófono (pin XLR 3). Esto genera una diferencia de potencial de 12 voltios con una capacidad de corriente significativa entre los pines 2 y 3, lo que probablemente causaría daños permanentes si se aplicara a un micrófono dinámico o de cinta.

Plug-in-power (PiP) es el suministro de baja corriente de 3-5 V proporcionado en el conector de micrófono de algunos equipos de consumo, como grabadoras portátiles y tarjetas de sonido de computadora . También se define en IEC 61938. ^[16] Es diferente a la alimentación fantasma, ya que es una interfaz no balanceada con un voltaje bajo (alrededor de +5  voltios) conectado al conductor de señal con retorno a través del manguito; la alimentación de CC es en común con la señal de audio del micrófono. Se utiliza un condensador para bloquear la CC de los circuitos de frecuencia de audio posteriores. A menudo se utiliza para alimentar micrófonos electret , que no funcionarán sin energía. Es adecuado solo para alimentar micrófonos diseñados específicamente para su uso con este tipo de fuente de alimentación. Pueden producirse daños si estos micrófonos se conectan a una alimentación fantasma real (48 V) a través de un adaptador de 3,5 mm a XLR que conecta el blindaje XLR al manguito de 3,5 mm. ^[17] La ​​alimentación enchufable está cubierta por la norma japonesa CP-1203A:2007. ^[18]

A estos esquemas de alimentación alternativos a veces se los denomina incorrectamente "alimentación fantasma" y no deben confundirse con la verdadera alimentación fantasma de 48 voltios descrita anteriormente.

Algunos micrófonos de condensador pueden alimentarse con una celda de 1,5 voltios contenida en un pequeño compartimento en el micrófono o en una carcasa externa.

Los trabajadores de la aviónica a veces utilizan la alimentación phantom para describir el voltaje de polarización de CC que se utiliza para alimentar los micrófonos de aviación, que utilizan un voltaje más bajo que los micrófonos de audio profesionales. La alimentación phantom que se utiliza en este contexto es de 8 a 16  voltios de CC en serie con una  resistencia de 470 ohmios (nominal), como se especifica en la norma DO-214 de RTCA Inc. ^[19] Estos micrófonos evolucionaron a partir de los micrófonos de carbono utilizados en los primeros días de la aviación y el teléfono, que dependían de un voltaje de polarización de CC a través del elemento del micrófono de carbono.

La alimentación fantasma también se utiliza en otras aplicaciones además de los micrófonos:

• Antenas activas
• Convertidor reductor de bloque de bajo ruido
• Alimentación a través de Ethernet

• Camiseta bies
• Comunicación por línea eléctrica , comunicación de datos a través de la red eléctrica
• Señalización simplex

• El micrófono Schoeps CMT 20 de 1964: el primer micrófono con alimentación fantasma del mundo
• Alimentación fantasma: líneas equilibradas, alimentación fantasma, conexión a tierra y otros misterios arcanos. Loud Technologies Inc, 2003
• Alimentación de micrófonos: recopilación de información y circuitos para alimentar cápsulas de micrófonos electret
• Diseño y funcionamiento del micrófono: contiene técnicas alternativas de alimentación de micrófonos de condensador, incluidas alimentación T/12T/AB/DIN 45595
• Comprobador de bricolaje: para detectar la presencia de alimentación fantasma y realizar pruebas de cableado limitadas