Polaridad

La figura 1 muestra la simetría de una onda sinusoidal, como un tono continuo de un generador de señales.

Figura 1. Una señal sinusoidal.

En el aire, la amplitud fluctuante de la forma de onda se traduce en una alternancia de enrarecimiento y presurización (es decir, compresión) del aire (Figura 2). Esto, en sí mismo, desmiente una asimetría fundamental: a niveles de sonido altos, el aire solo puede diluirse hasta cero (vacío), mientras que el margen para comprimirlo es prácticamente ilimitado. Por lo tanto, en los pasajes musicales más intensos, podemos esperar que las partes positivas y presurizadas de una onda sonora transmitan las excursiones de pico con mayor fidelidad que los movimientos opuestos y enrarecidos.

Figura 2. Representación simbólica de las zonas de presión de una onda sinusoidal acústica.

Tan pronto como llega a nuestro micrófono, la onda sonora se convierte en una señal eléctrica analógica. Aquí, analógica significa que, idealmente, copiamos la forma de la onda, aunque podemos variar su tamaño. La palabra «analógico», por cierto, comparte las mismas raíces semánticas que «analogía» y «análogo».

Así, las porciones enrarecidas de la onda en el aire se convierten idealmente en las porciones negativas de la nueva forma de onda eléctrica. De igual manera, las porciones presurizadas de la onda acústica se convierten en la mitad positiva de la señal eléctrica que viaja a través de los cables del equipo de grabación (Figura 3). Y así sucesivamente, hasta que finalmente se proyecta desde el altavoz, como una onda de presión en el aire libre, muchos kilómetros-electrón y segundos luz después. Digo «idealmente», porque el problema que nos enfrentamos es que hay varios puntos en la cadena de señal donde las porciones positivas y negativas de la forma de onda (musical) pueden transponerse.

Figura 3. Una onda sinusoidal eléctrica

Una faceta reconfortante de la electricidad es que sus inflexiones positivas y negativas son totalmente simétricas: muestran paridad. Así que, desde un punto de vista puramente eléctrico, en realidad no importa si el chorro de aire presurizado inicial (positivo) de un saxofón, por ejemplo, se transmite como la porción positiva o negativa de la forma de onda (excepto que, en equipos con baja potencia, una mitad de la forma de onda puede distorsionarse a niveles más bajos que la otra). Pero pronto descubriremos que la señal puede tener consecuencias negativas si sigue "al revés" al salir del altavoz o si se mezcla con otras señales.

Figura 4. Asimetría en una forma de onda musical.

La Figura 4 muestra la asimetría en una muestra de forma de onda musical. A diferencia de la onda sinusoidal de la Figura 1, las porciones negativa y positiva difieren. Si la inflexión positiva se invierte en algún punto de la cadena de grabación (Figura 5), el sonido reproducido puede percibirse de forma diferente, incluso sin referencia a ningún otro sonido. La distorsión armónica natural del sonido en el aire por encima de unos 90 dB (decibeles acústicos) se manifiesta como asimetría y exagera los efectos de una inversión cuando un sonido musical ya asimétrico se invierte y se proyecta de nuevo al aire a 110 dB mediante potentes altavoces de monitorización.

Figura 5. Resultado de una inversión de polaridad. (Compárese con la Figura 4). También llamada, de forma general, «inversión de fase» o «reversión de fase».

Las baterías, las trompetas, los instrumentos de viento y los pianos son el sello distintivo de la asimetría en las formas de onda musicales. De hecho, cualquier instrumento tocado con percusión producirá asimetría. La voz humana es otro factor importante, sobre todo en intérpretes vocales que se desatan con sonidos ásperos, roncos o guturales. Si, por otro lado, buscas un tono puro y perfecto, en realidad buscas emular la simetría de una onda sinusoidal perfecta, como la de un instrumento de cuerda. Esto nos lleva a una regla general: la música con mayor proporción de componentes asimétricos es el rock (sobre todo si es particularmente percusiva o con un sonido agudo), mientras que la música orquestal, más suave, es la que menos contiene.

Polaridad y fase

La Figura 6 resume el efecto de lo que se denomina, de forma imprecisa (y engañosa), inversión de fase, utilizando una onda sinusoidal continua como referencia. Tras hacer algunas preguntas incómodas, es posible que solo encuentre respuestas monosilábicas, ya que la polaridad y la fase absoluta rara vez se abordan en los audiolibros. Pero, en algún momento, podría comprender que las palabras mágicas «inversión» o «reversión» están involucradas. Así que no nos apresuremos a llamar a la forma de onda desfasada de la Figura 6 un «desfase absoluto», aunque muchos ya lo hagan. Esto se debe a que la condición que analizamos no tiene nada que ver con los desfases.

Figura 6. Ondas sinusoidales puras, que muestran el efecto de la inversión de polaridad.

En primer lugar, los desplazamientos de fase son funciones continuas, lo que significa que pueden ser de cualquier número de grados, como 27½°, 156° o 555¾°. Un desplazamiento de fase puede imitar el efecto de la Figura 6, pero solo en un punto, donde alcanza exactamente ±180,00°.
En segundo lugar, el desplazamiento de fase viene acompañado de convulsiones en el dominio del tiempo, es decir, cantidades variables de retardo de tiempo a diferentes frecuencias. Este tipo de comportamiento es natural en ecualizadores, filtros de cruce o cualquier otro tipo de filtro.

No ocurre lo mismo con los circuitos y situaciones que vamos a analizar: dado que su aparente "desplazamiento" de fase altera la referencia de fase de nuestra señal (es decir, cualquier fase con la que queramos realizar nuestras mediciones) en exactamente + o -180° en todas las frecuencias, y no presenta un retardo de tiempo apreciable, es mucho menos ambiguo si simplemente lo llamamos por su verdadero significado: una inversión de la polaridad de la señal. Pero, si de verdad estás seguro de que no te engañará, siéntete orgulloso de llamarlo inversión de fase.

Si aún tienes dudas, aquí tienes una analogía fotográfica para resumir la diferencia: a grandes rasgos, hay dos maneras de distorsionar la imagen de un objeto familiar. Una es distorsionar la base de la película o "pintar" la emulsión (como en el arte Polaroid), y la otra es emplear una lente distorsionadora elaborada, como un ojo de pez. Estos efectos implican gradaciones continuas, al igual que los desplazamientos de fase y los retrasos de tiempo en los ecualizadores, y llevados al extremo, pueden hacer que un objeto se vuelva casi irreconocible. Pero hay una forma más sencilla de que se vea sorprendentemente diferente, sin ningún esfuerzo. La respuesta es la inversión, es decir, imprimir una imagen negativa. En un contexto de estudio cotidiano, esto equivale a una inversión de polaridad: cuando se golpea un bombo (por ejemplo), el cono del altavoz "succiona" hacia atrás, en lugar de impulsar el aire hacia adelante.

Algunas consecuencias de la inversión de polaridad

Una vez que hemos comprendido la naturaleza de la inversión de polaridad, es hora de explorar las situaciones en las que puede surgir y las consecuencias que conlleva.

Figura 7. Amplificador de potencia estéreo

Comenzando con una reproducción estéreo simple, la Figura 7 muestra dos altavoces conectados en oposición. El altavoz izquierdo está conectado de forma convencional, de modo que el terminal positivo proviene del terminal positivo del amplificador de potencia, mientras que el terminal positivo del altavoz derecho proviene del terminal de salida negativo del canal derecho. Cualquiera que haya tenido que conectar un sistema estéreo lo ha hecho alguna vez, y es fácil adivinar qué sucede: no hay graves profundos y el sonido puede adquirir una calidad hueca y de fase. Pero si desconectamos cualquiera de los altavoces, el restante sonará con normalidad. En esencia, cada altavoz intenta cancelar la salida del otro; pero solo lo consiguen si las señales entrantes originales, izquierda y derecha, tienen el mismo contenido y polaridad instantánea. Por lo tanto, el efecto de cancelación es más intenso en una señal mono, o con los componentes monofónicos en la mezcla, donde las señales izquierda y derecha son la misma, por lo que la conexión inversa de los altavoces los convierte en opuestos directos.

Cuando se invierte la polaridad de un altavoz, la cancelación de los componentes mono siempre es más intensa en las frecuencias bajas. Es menos efectiva en las frecuencias altas y varía a medida que nos movemos por la sala, ya que, en última instancia, depende de la relación de fase acústica entre los dos sonidos en el aire. Por ejemplo, a 100 Hz, donde la longitud de onda de un sonido es de 6,8 metros, un par de altavoces colocados a dos metros de distancia y cableados con polaridades opuestas están lo suficientemente cerca acústicamente como para cancelarse mutuamente. Cuanto más cerca estén los altavoces, más aguda será la frecuencia de graves a la que todo empieza a tener efecto. Sin embargo, a 3 kHz, donde la longitud de onda es de 12,7 cm, la cancelación se produce cada 12,7 cm, pero no entre ellos. Esto simplemente subraya que los cambios de fase son funciones continuas. La cancelación también ocurre en las frecuencias medias y superiores, independientemente de si la polaridad de los altavoces es correcta o no. En cualquier caso, la mezcla de sonidos idénticos de dos fuentes genera una coloración con picos, cuyo efecto exacto depende de nuestra posición. Una inversión de polaridad simplemente empeora las cosas, al generar interacciones innecesarias en las frecuencias bajas. En tercer lugar, en una señal estéreo pura, una inversión de polaridad elimina la imagen central, desplazándola hacia un lado o hacia atrás, según los altavoces. También potencia la sensación de espacio estéreo (a costa de la solidez y un vacío profundo), al enfatizar la información ambiental incoherente, que, al ser de bajo nivel, no es captada por el detector de polaridad dentro de nuestros oídos. Este tipo de comportamiento no tiene cabida en la monitorización estéreo cotidiana, pero sí resulta útil al crear y mezclar sonido.

Considerando la facilidad con la que dos altavoces pueden sufrir transposiciones de polaridad ocultas, no sorprende que el margen de error en monitores activos de 3 vías o sistemas de PA con docenas de altavoces alcance proporciones descomunales. En cualquier caso, cuando los altavoces adyacentes se activan en tándem, en el mismo rango de frecuencia (aunque desde amplificadores separados), una inversión de polaridad en uno de ellos puede hacer que ambos altavoces consuman cientos de vatios, anulándose mutuamente.

Errores en los cables y conectores

La polaridad de la señal se puede transponer siempre que los dos cables de la señal se puedan intercambiar sin pérdida de señal. Por lo tanto, si bien esto puede ocurrir fácilmente con líneas balanceadas y cables de micrófono y altavoz (ya que los altavoces, al igual que los micrófonos, suelen ser fuentes flotantes sin conexión a tierra), no se aplica a las conexiones no balanceadas, ya que comparten su ruta de retorno con la tierra de la señal. Esto significa que la señal se cortocircuita (y, por lo tanto, se silencia) si la malla de apantallamiento de la interconexión y el cable interno (activo) se transponen por error.

Figura 8. Transposición de pines XLR.

Comenzando con las interconexiones balanceadas, la Figura 8 nos recuerda los riesgos de las convenciones de pines, es decir, el pin 2 con corriente frente al pin 3 con corriente, para entradas y salidas balanceadas. Supongamos que el pin 2 es el lado "activo" (o +) de la conexión XLR balanceada, como es habitual. Sin embargo, observando con atención, observe que la entrada 1 se ha cableado según el antiguo estándar estadounidense, por lo que el pin 3 es el lado "activo". No importa mucho si esto ocurre en el extremo de la fuente, en el cable, o porque el cableado interno del equipo es incorrecto o se ha intercambiado accidentalmente durante una reparación. En cualquier caso, la polaridad del canal 1 no coincide con la de cualquier otra señal con la que esté directamente relacionado. En el estudio, esto podría aplicarse a la ruta de la señal estéreo de monitorización, con el mismo resultado que si las conexiones de los altavoces estuvieran despolarizadas. Pero si ocurre en la etapa de mezcla, es mucho más insidioso, y suele provocar una cancelación discreta y un debilitamiento del sonido del instrumento. La Figura 9, por ejemplo, muestra un par de micrófonos con una separación cercana que alimentan las entradas balanceadas de la consola. El XLR de uno de los micrófonos (no importa cuál) está conectado de atrás hacia adelante. Por lo tanto, las polaridades opuestas chocan al mezclar a partes iguales. Al ajustar los faders de los canales 1 y 2, se produce una curiosa sensación: al subir cualquiera de los faders, la cancelación aumenta, a veces lo suficiente como para que el sonido desaparezca por completo aproximadamente a la mitad del recorrido del fader.

Figura 9. Cancelación de fase acústica.

La Figura 10 se centra en fuentes balanceadas flotantes con transformadores, como micrófonos y cajas DI, que se han convertido para alimentar entradas no balanceadas de forma ad hoc. En cualquier caso, se realiza cortocircuitando una salida a tierra (pin 1), pero en este caso, es evidente que diferentes personas han optado por diferentes convenciones, utilizando el pin 2 o el pin 3 para transmitir la señal. Probablemente no importe si las señales no están relacionadas, pero si lo están, se puede prever coloración. Para complicar aún más las cosas, la polaridad de las conexiones de la cápsula del micrófono puede variar según las reparaciones previas y si el micrófono proviene de USA, Europa o Japón.

Figura 10. Inversiones de polaridad

Polaridad absoluta

En general, las inversiones de polaridad solo son audibles en sí mismas cuando el instrumento solista tiene una polaridad universalmente definida a la que el oído puede referirse, como con el bombo, el bajo slapped y sonidos de bajo percusivos similares. Gracias a lo que Robert Fripp llama locura multipista, junto con una falta histórica de conciencia sobre las consecuencias de la inversión de polaridad absoluta, la música compuesta (es decir, mezclada) se ejecuta (con pocas excepciones) con polaridad absoluta aleatoria; un desastre alegre, en otras palabras. Pero si tienes una pista que presenta alguna percusión de bajo directa a mano, puedes evaluar tu propia sensibilidad a la polaridad absoluta de la siguiente manera:

Reproduce la pista al nivel original de la grabación, en vivo, o al menos tan alto como puedas.
Escucha atentamente el instrumento bajo, prestando especial atención a los armónicos e inflexiones .
Ahora intercambia las conexiones a ambos altavoces y repite la pista .
Por objetividad, conviene contrarrestar el sesgo perceptual dejando los monitores con la polaridad "totalmente invertida" todo el día y repitiendo la prueba al día siguiente (si esto le preocupa, tenga en cuenta que el cableado intercambiado tiene un 50 % de posibilidades de tener la polaridad correcta, a diferencia de la polaridad aleatoria de la mayoría de las grabaciones). A continuación, repita los pasos 1 a 3 , pasando de "totalmente invertida" a las conexiones originales .

La sensibilidad a la simetría del audio varía según la persona. Al igual que con la percepción estéreo, que perciba una diferencia o no puede depender del tiempo de concentración, de su estado de salud o de la medicación... Así que, si no percibe ninguna diferencia la primera vez, no pierda el tiempo, inténtelo de nuevo. De igual modo, si está convencido de que no percibe ninguna diferencia, ¡no se apresure a concluir que el resto del mundo no la percibe!

Algunos remedios polares

Aunque las polaridades torcidas en una gran configuración de grabación pueden ser molestas y tediosas de desentrañar, las inversiones de polaridad individuales se corrigen fácilmente, e incluso se identifican a modo de prueba. Por ejemplo, cuando un ingeniero obtiene un sonido diferente al esperado, suele haber un interruptor que se puede accionar en cada uno de los canales de la consola. Marcado como Inversión de Fase (o algo similar), suele funcionar solo en la entrada de micrófono y tiene el mismo efecto de transposición de polaridad que intercambiar los cables de entrada y salida del micrófono. Solo que es más rápido y no es necesario soldar. Esto se aplica especialmente cuando se acaba de microfonear una combinación desconocida y siempre que haya dos o más micrófonos en un instrumento.

Para comprobar o corregir una interconexión de línea balanceada, es normal colocar un cable de inversión de polaridad. Para una configuración XLR, este dispositivo consta de un cable corto que conecta el pin 2 de un conector con el pin 3 del otro, y viceversa (Figura 11). Tenga en cuenta que el pin 1 está conectado normalmente.

Figura 11. Un cable de inversión de polaridad.

Los cables de inversión de fase se envuelven mejor con cinta roja a rayas, para que sean inconfundibles y así evitar desapariciones en la confusión general.

En altavoces estéreo, una inversión de prueba se logra simplemente intercambiando los cables en una unidad. En mi propia configuración de monitorización, me resulta útil tener un interruptor de inversión de polaridad (Figura 12), ya que escuchar con la polaridad invertida puede facilitar las evaluaciones críticas, revelando las facetas ocultas, ambientales y antifase de una grabación. A veces, las grabaciones suenan mejor con la polaridad invertida; por ejemplo, si la polaridad del bajo o del bombo estaba al revés al grabarse originalmente. A veces, el productor lo pretende así, pero no es raro que ocurra por accidente y pase desapercibido hasta el momento de la mezcla de prueba, cuando no es tan fácil de solucionar. ¡Así que cuidado!

Figura 12. Un interruptor de inversión de polaridad.

Probar la polaridad de los altavoces se realiza fácilmente con una batería de 4,5 voltios, la tradicional de tipo oblongo, con terminales de tornillo. Como alternativa, algunos medidores de prueba proporcionan 4,5 voltios cuando se configuran en su rango de "ohmios bajos". En cualquier caso, es necesario identificar el terminal positivo de la fuente de voltaje. Esto es bastante obvio en una batería, pero comúnmente son los cables negativos (negros) en los medidores de prueba analógicos, cuando se configuran en el rango de "ohmios". Ahora, aplique un pulso de voltaje a través de los terminales del altavoz, de modo que el lado positivo se conecte al terminal positivo del altavoz. Si es correcto, el cono del altavoz de medios-graves debería pulsar hacia adelante. De hecho, produce un ruido sordo bastante fuerte, ¡pero no se preocupe! Los 4,5 voltios que estamos usando son inofensivos para altavoces de más de 10W. Si el cono aspira en un altavoz, pero pulsa hacia adelante en el otro, es obvio que es necesario intercambiar los cables. Esto puede resultar incómodo, así que si ambas cajas están cableadas de forma que un voltaje positivo en el terminal rojo (o positivo, o pin 2) haga que el cono se incline hacia atrás, se puede evitar la carpintería y la soldadura simplemente marcando la caja con este efecto (es decir, '+ polaridad = pin 1'), para que los futuros usuarios sean conscientes de la peculiaridad.

Comprobar la polaridad de los micrófonos requiere un equipo especial, ya que necesitamos poder definir la polaridad de la forma de onda en el punto en que incide en el micrófono, o bien generar una forma de onda inequívocamente asimétrica.

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