Energía fantasma

La alimentación fantasma , en el contexto de los equipos de audio profesionales , es una corriente continua (CC) que se aplica por igual a ambos cables de señal en los cables de micrófono balanceados , formando un circuito fantasma , para alimentar micrófonos que contienen circuitos electrónicos activos. ^{[ 1 ]} Es más conocida como una fuente de alimentación práctica para micrófonos de condensador , aunque muchas cajas de inyección directa activas también la utilizan. Esta técnica también se emplea en otras aplicaciones donde la alimentación y la transmisión de señal se realizan a través de los mismos cables.

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

La alimentación fantasma se utilizó por primera vez en líneas telefónicas fijas con cable de cobre tras la introducción del teléfono de disco en 1919. Una de estas aplicaciones en el sistema telefónico consistía en proporcionar una ruta de señalización de CC alrededor de amplificadores conectados mediante transformadores, como los sistemas de transmisión de línea analógica.

El primer micrófono con alimentación fantasma disponible comercialmente conocido fue el modelo Schoeps CMT 20, lanzado en 1964, fabricado según las especificaciones de la radio francesa con alimentación fantasma de 9 a 12 voltios 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 ofrecieron este tipo de alimentación como opción durante muchos años, y Schoeps continuó ofreciendo la "alimentación fantasma negativa" hasta que la serie CMT se descontinuó a mediados de la década de 1970, pero ahora está obsoleta.

En 1966, Neumann GmbH presentó un nuevo tipo de micrófono transistorizado a la Corporación de Radiodifusión Noruega (NRK). La radio noruega había solicitado alimentación fantasma. Dado que la NRK ya disponía de 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), lo que dio origen a la alimentación fantasma de 48 voltios. Esta configuración se estandarizó posteriormente en la norma DIN 45596.

La norma «Sistemas multimedia : Guía de las características recomendadas de las interfaces analógicas para lograr la interoperabilidad» (IEC 61938:2018) de la Comisión Electrotécnica Internacional especifica los parámetros para la alimentación fantasma de 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 ahora utilizan 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 fuente de alimentación de 24 voltios para los sistemas nuevos. ^{[ 5 ]}  

La alimentación fantasma consiste en un circuito fantasma donde se aplica corriente continua por igual a través de las dos líneas de señal de un conector de audio balanceado (en equipos modernos, los 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 fantasma, una de sus ventajas fue que el mismo tipo de cable de micrófono balanceado y blindado que los estudios ya utilizaban para micrófonos dinámicos podía usarse para micrófonos de condensador. Esto contrasta con los micrófonos con circuitos de válvulas , la mayoría de los cuales requieren cables especiales multiconductores. ^{[ a ]}

Con la alimentación fantasma, la tensión de alimentación es prácticamente invisible para los micrófonos balanceados que no la utilizan, lo que incluye a la mayoría de los micrófonos dinámicos. Una señal balanceada consiste únicamente en las diferencias de tensión entre dos líneas de señal; la alimentación fantasma aplica la misma tensión continua a ambas líneas de señal de una conexión balanceada. Esto contrasta notablemente con otro método de alimentación ligeramente anterior, conocido como «alimentación en paralelo» o «alimentación en T» (del alemán Tonaderspeisung ), en el que la corriente continua se superponía directamente a la señal en modo diferencial. Conectar un micrófono convencional a una entrada con alimentación en paralelo activada podría dañarlo gravemente.

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 con una tolerancia de 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 varios 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 gama alta, esto se puede hacer individualmente por canal, mientras que en las mesas de mezclas más pequeñas, un único interruptor maestro puede controlar la alimentación de 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 fallos de funcionamiento o incluso daños en el equipo si se utiliza con cables o adaptadores que conectan un lado de la entrada a tierra, o si se conecta a ella algún equipo que no sean micrófonos.

Los amplificadores de instrumentos rara vez proporcionan alimentación fantasma. Para utilizar equipos que la requieran con estos amplificadores, es necesario conectar una fuente de alimentación externa. Estas fuentes se encuentran fácilmente en el mercado o, alternativamente, son uno de los proyectos más sencillos para los aficionados a la electrónica.

Algunos micrófonos ofrecen la opción de alimentación mediante batería interna o alimentación fantasma (externa). En algunos de estos micrófonos, es recomendable retirar las baterías internas cuando se utiliza la alimentación fantasma, ya que pueden corroerse y derramar sustancias químicas. Otros micrófonos están diseñados específicamente para cambiar a las baterías internas si falla la 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 de primera generación (finales de la década de 1960 hasta mediados de la década de 1970) con alimentación fantasma de 48 voltios 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 en las grabadoras, mezcladores y preamplificadores de esa época se diseñaron bajo el supuesto de que esta corriente sería suficiente. La especificación original de alimentación fantasma DIN 45596 exigía un máximo de 2 mA. Esta práctica se ha mantenido hasta la actualidad; muchos circuitos de alimentación fantasma de 48 voltios, especialmente en equipos portátiles y de bajo costo, 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 de resistencias de alimentación estándar para cada entrada de micrófono; Esto puede no afectar mucho a los micrófonos de baja corriente, pero puede inutilizar los micrófonos que necesitan más corriente.   

Los micrófonos de condensador de mediados de la década de 1970 en adelante, diseñados para alimentación fantasma de 48 voltios, suelen requerir mucha más corriente (por ejemplo, de 2 a 4  mA para los micrófonos Neumann sin transformador, de 4 a 5  mA para la serie Schoeps CMC ("Colette") y los micrófonos Josephson, de 5 a 6  mA para la mayoría de los micrófonos Shure de la serie KSM, 8  mA para los CAD Equitek y 10  mA para los Earthworks). La norma IEC establece 10  mA como la corriente máxima permitida por micrófono. Si no se dispone de la corriente necesaria, un micrófono puede seguir emitiendo una señal, pero no podrá ofrecer el nivel de rendimiento previsto. Los síntomas específicos varían ligeramente, pero el resultado más común será una reducción del nivel máximo de presión sonora que el micrófono puede soportar sin sobrecargarse ( distorsión ). Algunos micrófonos también mostrarán una menor sensibilidad (nivel de salida para un nivel de presión sonora determinado).

La mayoría de los interruptores de aislamiento de tierra tienen el efecto indeseado de desconectar la alimentación fantasma. Para que la alimentación llegue a la electrónica del micrófono, siempre debe existir un circuito de corriente continua entre el pin 1 del micrófono y el polo negativo de la fuente de alimentación de 48 voltios. Al desconectar la tierra, que normalmente es el pin 1, se interrumpe este circuito y se desactiva la alimentación fantasma.

Existe la creencia generalizada de que conectar un micrófono dinámico o de cinta a una entrada con alimentación fantasma lo dañará. Hay tres posibilidades para que se produzca 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 dañar 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 preamplificación 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 problemático con cables de micrófono largos. Se considera una buena práctica desactivar la alimentación fantasma en los dispositivos que no la requieren. ^{[ 11 ] [ 12 ]}

Los micrófonos digitales que cumplen con el estándar AES 42 pueden recibir alimentación fantasma de 10 voltios, aplicada tanto a los cables de audio como a tierra. Esta alimentación puede suministrar hasta 250 mA a los micrófonos digitales. Se puede utilizar una variante con llave 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. Muchos mezcladores y grabadores destinados a ese mercado tienen una opción de alimentación T. El método se considera obsoleto, ya que se añade ruido de la fuente de alimentación a la señal de audio de salida. ^{[ 15 ]} Muchos micrófonos Sennheiser y Schoeps antiguos utilizan este método de alimentación, aunque los grabadores y mezcladores más nuevos están eliminando esta opción. Se fabrican adaptadores y fuentes de alimentación dedicadas para micrófonos con alimentación T. En este esquema, se aplican 12 voltios a través de resistencias de 180 ohmios entre el terminal "caliente" del micrófono (pin 2 del XLR) y el terminal "frío" del micrófono (pin 3 del XLR). Esto da como resultado 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. La fuente de alimentación de 12 voltios puede estar flotante o conectada a tierra. ^{[ 16 ]}  

La alimentación enchufable (PiP) es la  fuente de alimentación de baja corriente de 3 a 5 V que se proporciona en la toma de micrófono de algunos equipos de consumo, como grabadoras portátiles y tarjetas de sonido de ordenador . También está definida en la norma IEC 61938. ^{[ 17 ]} Es diferente de la alimentación fantasma, ya que es una interfaz no balanceada con un bajo voltaje (alrededor de +5  voltios) conectado al conductor de señal con retorno a través de la funda; la alimentación de CC es común con la señal de audio del micrófono. Se utiliza un condensador para bloquear la CC de los circuitos de audiofrecuencia subsiguientes. Se usa a menudo para alimentar micrófonos electret , que no funcionan sin alimentación. Es adecuada 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 a la  funda de 3,5 mm. ^{[ 18 ]} La alimentación enchufable está cubierta por la norma japonesa CP-1203A:2007. ^{[ 19 ]}

Estos sistemas de alimentación alternativos a veces se denominan erróneamente "alimentación fantasma" y no deben confundirse con la verdadera alimentación fantasma de 48 voltios descrita anteriormente.

Algunos micrófonos de condensador pueden alimentarse con una pila de 1,5 voltios que se encuentra en un pequeño compartimento dentro del micrófono o en una carcasa externa.

La alimentación fantasma es utilizada a veces por los técnicos de aviónica para describir la tensión de polarización de CC que alimenta los micrófonos de aviación, los cuales utilizan una tensión menor que los micrófonos de audio profesionales. La alimentación fantasma en este contexto es de 8 a 16  voltios de CC en serie con una  resistencia de 470 ohmios (nominal), según lo especificado en la norma DO-214 de RTCA Inc. ^{[ 20 ]} Estos micrófonos evolucionaron a partir de los micrófonos de carbono utilizados en los inicios de la aviación y la telefonía, que dependían de una tensión de polarización de CC aplicada al elemento de carbono del micrófono.

La alimentación fantasma también se utiliza en aplicaciones distintas a los micrófonos:

• Antenas activas
• convertidor descendente de bloque de bajo ruido
• Alimentación a través de Ethernet

• camiseta al 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 del mundo alimentado por energía fantasma.
• Alimentación fantasma: líneas balanceadas, alimentación fantasma, puesta a tierra y otros misterios arcanos . Loud Technologies Inc., 2003.
• Alimentación de micrófonos: una recopilación de información y circuitos para alimentar cápsulas de micrófonos electret.
• Diseño y funcionamiento del micrófono: incluye técnicas alternativas de alimentación para micrófonos de condensador, como alimentación T/12T/AB/DIN 45595.
• Probador casero: para la detección de alimentación fantasma y pruebas de cableado limitadas.