Cuándo debe un preamplificador de audio utilizar una entrada diferencial

Question

Como guitarrista, muy familiarizado con los diversos tipos de ruido que pueden causar estragos en las guitarras eléctricas, me ha desconcertado la poca frecuencia con que las entradas de los amplificadores de guitarra han empleado etapas diferenciales. Por supuesto, las entradas de micrófono de baja impedancia lo han hecho durante mucho tiempo, específicamente para rechazar la mayor cantidad de ruido de modo común posible, especialmente dado el uso típico de cables largos. Ahora entiendo que la mayoría de las pastillas magnéticas utilizadas en las guitarras tienen salidas comparativamente más altas que los micrófonos. Pero estas pastillas de guitarra suelen funcionar mejor cuando se conectan a entradas de alta impedancia, lo que siempre va en contra de la inmunidad al ruido, y sus amplificadores tienen que cubrir un rango dinámico muy amplio. Por supuesto, muchas guitarras emplean pastillas "humbucking" de doble bobina, que ayudan a anular tanto el ruido eléctrico como el inducido por el campo magnético. Pero todos estos enfoques cambian el sonido, y muchos músicos prefieren la calidad tonal de las pastillas simples de bobina simple.

Así que mi pregunta aquí es simplemente si el fracaso de la transición a las entradas diferenciales balanceadas para las guitarras se debe a alguna desventaja que no estoy teniendo en cuenta, o si es simplemente una cuestión de lo difícil que es cambiar el "status quo" con cualquier cosa relacionada con el audio y la psicoacústica. He hecho muchos amplificadores caseros a lo largo del tiempo, y he recableado suficientes guitarras como para considerar todo tipo de cambios experimentales. Y, por supuesto, una entrada diferencial puede seguir funcionando con un cable coaxial monoconductor a la vieja usanza. Pero todavía me gustaría escuchar a otros en esto. Si las entradas diferenciales tienen inconvenientes que no estoy considerando, no sería la primera vez que pienso que tengo una mejor manera de hacer las cosas, y luego se demuestra que estoy totalmente equivocado.

Answer 1

Si la pastilla de la guitarra fuera todo lo que hay en el cuerpo de la guitarra, entonces tendría sentido conectarla diferencialmente al amplificador de entrada diferencial. Ahí es donde termina la historia porque para hacer que los potes de volumen, los potes de tono y la conmutación de la pastilla estén equilibrados se necesita mucha más complicación.

Entonces, ¿qué pasa con una guitarra estándar que alimenta una entrada balanceada? No hay grandes beneficios. Para ser balanceada necesitas: -

• Una entrada equilibrada
• Una unidad equilibrada - no, una guitarra estándar no hace esto
• Una impedancia equilibrada a tierra y una guitarra con cable estándar simplemente no lo hacen.

Por lo tanto, no hay ningún beneficio al cablear una señal e impedancia no equilibrada (con respecto a la tierra) a una entrada equilibrada. De hecho, es probable que se produzcan problemas de modo común en la entrada debido a toda la capacidad a tierra a través del cuerpo cuando se tocan intermitentemente las cuerdas.

Answer 2

La razón principal por la que las conexiones de "instrumentos" han seguido siendo de alta impedancia y no balanceadas es simplemente la TRADICIÓN (o la INERCIA, si se quiere).

Sin duda, hay ALGUNOS instrumentos (sintetizadores, etc.) que tienen salidas de baja impedancia, balanceadas, incluso XLR. Especialmente cuando se espera que se conecten a sistemas de refuerzo de la casa, de monitorización del escenario o de grabación en el estudio.

Supongo que se necesitaban muchos bobinados en las bobinas de la pastilla para producir suficiente voltaje para sobrevivir ~1m de cable hasta el amplificador de la guitarra. Es de suponer que en los tiempos modernos, con imanes de tierras raras mucho mejores, se necesitan menos vueltas, lo que da lugar a una menor impedancia de la fuente.

Y como la conexión es de alta impedancia, y MUY sensible a la capacitancia paralela en el cable (por eso hay "cables de guitarra" especiales), hacer las señales balanceadas/diferenciales haría que la señal fuera DOS veces más vulnerable a la pérdida de alta frecuencia por la capacitancia del cable.

Por supuesto, se podrían utilizar transformadores de cambio de impedancia para convertir la fuente de alta impedancia en una de baja impedancia (y equilibrada). Este es el método utilizado en muchos de los primeros micrófonos que eran de alta impedancia. Y hay un equivalente activo que se puede encontrar en cualquier micrófono de condensador. La impedancia de la cápsula del micrófono es incluso un orden de magnitud superior a la de cualquier pastilla de guitarra. Pero los circuitos activos se utilizan para amortiguar la señal, bajar la impedancia de la fuente y, normalmente, equilibrar la señal para que parezca una salida de micrófono convencional de baja impedancia equilibrada.

Answer 3

¿Cuándo debe un preamplificador de audio utilizar una entrada diferencial? En general, cuando la señal diferencial es débil, comparada con la señal común. La señal común suele provenir del entorno electromagnético, normalmente el cableado de alimentación electromagnético, la luz, los transformadores, los motores, etc. Todo sensor de campo magnético débil (también conocido como micrófono, pastilla de teléfono y pastilla de guitarra, etc.) se beneficia de la amplificación de la señal diferencial. Pero esto no está en contradicción con lo que se dice en otras respuestas. En todas las respuestas se responde a uno o más aspectos prácticos. Soy un guitarrista que investiga y diseña (desgraciadamente, no suele construir) preamplificadores de guitarra activos, así que permítanme centrarme en las pastillas de guitarra. En resumen: tiene mucho sentido construir en un preamplificador diferencial en la guitarra, también para los efectos mediante la mezcla de las señales de las pastillas (la adición / en fase o la sustracción / fuera de fase), pero una vez externo, mejor de una señal normal de un solo cable, principalmente debido a la conectividad y la portabilidad con efectos y amplificadores. Lo que nadie menciona aquí es que la carga por la impedancia de entrada del amplificador y la capacitancia del cable tiene un efecto de atenuación acústica en las cuerdas de la guitarra. La corriente (causada por la carga) en los elementos de la pastilla provoca una fuerza de reacción en las cuerdas, por lo que destruye el sustain y el brillo de la señal. Lo que hay que hacer para evitar esto, es hacer que la impedancia del preamplificador sea lo más alta posible. No demasiado alta porque eso recogería mucho de ese ruido electromagnético del entorno. Sin embargo, si se utiliza una amplificación de entrada diferencial, esta señal común debe ser eliminada y la impedancia de entrada puede ser varias veces mayor. Tenga en cuenta que este tipo de preamplificador diferencial es especialmente eficaz con pastillas de bobina simple, ya que no cancelan la señal común como lo hacen las humbuckers (aunque éstas también se beneficiarían). Tener preamplificadores diferenciales, uno para cada elemento de la pastilla antes de que su señal se combine y proporcionando una baja impedancia de salida para conducir el cableado externo, daría en mi opinión los mejores resultados. "Mejor" es subjetivo - ciertamente para los guitarristas -, pero asegúrese de tener más sustain :-)

Answer 4

En parte es por inercia, pero también porque en la mayoría de las situaciones la parte del león de la captación de ruido NO está en el cable.... Además, los amplificadores de guitarra tienen que ser vistos como parte del instrumento, lo que hace que sea difícil cambiarlos mucho sin que aparezca todo tipo de conservadurismo por parte de los músicos (No sin alguna causa, los primeros amplificadores de transistores y los primeros de modelado eran horribles).

En su mayor parte, el ruido que captan las guitarras eléctricas se debe a la captación electrostática debida a las cavidades de la pastilla y de la electrónica sin apantallar en el instrumento, para lo que el equilibrado a posteriori no hará nada (pero para lo que la aplicación adecuada de cinta de cobre suele ser una cura casi total, el equilibrado también podría ayudar, pero...), o la captación magnética por las propias bobinas de la pastilla, que de nuevo no es algo realmente solucionable a posteriori.

Ahora bien, una pastilla podría diseñarse razonablemente con una bobina humbucking como un devanado separado en la estructura y la electrónica activa a continuación, se utiliza para combinar los dos que bien puede reducir el zumbido sin impactar el sonido tanto como una humbucker hace, pero estoy teniendo problemas para ver el equilibrio de ayudar a cualquiera de las fuentes de ruido comunes.

Las guitarras son (cuando los controles de a bordo están totalmente abiertos) unos pocos k de resistencia en serie con cientos de mH de inductancia, y es esto último lo que hace que los cables de las guitarras sean complicados (y en realidad uno de los pocos lugares en el audio donde el cable realmente importa, los cartuchos de fono son el otro por la misma razón), y es esta inductancia la que puede hacer que el filtrado de la RFI de la etapa de entrada sea un dolor cuando se diseñan los amplificadores.

El audio no balanceado es todo un asco, pero en el caso de una guitarra probablemente no sea la mayor fuente de problemas.

Por cierto, cuando se trabaja en una guitarra, la colocación de unos pocos nF de tapa de clase Y en el cable de tierra del puente proporciona cierta reducción de daños útil en caso de que algún idiota con una tierra desconectada en el amplificador tenga un accidente.

Answer 5

Es un tema muy interesante. Mis dos partes son las siguientes,. Si se ve la pastilla de la guitarra como un transductor magnético.. con sólo una impedancia en serie con el tono/volumen (resistencia + capacitancia) se podría reducir a una red de dos puertos de RLC simple. La respuesta en frecuencia de tal red está limitada por la inductancia de la bobina y la capacitancia en paralelo.. asumiendo una posición constante del pote. Por lo tanto, el diagrama de frecuencia será esencialmente el mismo en una etapa de entrada simple o diferencial. Por lo tanto, una etapa de entrada diferencial no supondría ninguna diferencia en la respuesta en frecuencia. Las cifras de ruido tampoco tienen ninguna diferencia apreciable en los preamplificadores diferenciales o de un solo extremo con respecto al transductor de entrada. Sin embargo, el problema principal (en la práctica) es la frecuencia de la red eléctrica (zumbido) que se recoge junto con la captación de la guitarra .... la solución para esto es de varias maneras... La más sencilla que se me ocurre es la cancelación diferencial... en resumen... derivar una frecuencia de red de la fuente de alimentación e introducir una señal desfasada en la propia entrada. El nivel de esta señal puede ser ajustado manualmente o si uno tiene el brío técnico...!! una solución elegante sería tener un DSP para rastrear la frecuencia de la red, analizar la salida del preamplificador, y luego introducir una señal de cancelación desfasada a escala. Yo recomendaría un preamplificador de entrada diferencial de mosfet, no por el tema del ruido, sino por la alta impedancia que proporciona dicho sistema, la respuesta en frecuencia de una entrada de alta impedancia supera cualquier otra cosa. Las guitarras acústicas o la guitarra eléctrica con sonido acústico sonarán más originales... sin embargo el tipo de rock contemporáneo puede no apreciar todo eso.