Marcnovac, CC BY-SA 4.0, via Wikimedia Commons

Cajas de inyección en eventos en directo

Vamos a empezar el año, ahora que ha pasado la vorágine de eventos de todo tipo en Zoom, Instagram y similares que surgieron el año pasado, tratando de retomar la publicación periódica de nuestros artículos técnicos. 2020 ha sido un año muy duro para este sector, pero no queda otra que tirar hacia adelante poco a poco.

Para inaugurar el blog este 2021 quería escribir sobre las cajas de inyección directa, esos dispositivos tan frecuentes en los escenarios pero a los que a veces no se les presta la suficiente atención. ¡Vamos a ello!

Para que sirven las cajas de inyección directa

Las cajas de inyección directa, que también se llaman Direct Inject o, en su abreviatura, D.I., aparecen a medidados de los años 60 con la eclosión de los instrumentos eléctricos. Habitualmente, estos instrumentos (guitarras, bajos…) ofrecen señales de alta impedancia no balanceadas, y las entradas de micrófono de los previos que había en las mesas de mezclas esperaban generalmente señales de baja impedancia balanceadas.

Por tanto, la función principal de una caja de inyección directa es convertir una señal no balanceada de alta impedancia en una señal balanceada de baja impedancia. Esto hace que podamos conectar un instrumento como un bajo eléctrico, por ejemplo, a una entrada de micrófono de nuestra mesa de mezclas tras haber pasado por una caja de inyección.

Cuando conectamos un instrumento que tiene señal de alta impedancia (hi-z) a una mesa de mezclas, se crea un circuito en serie. Y según la ley de Ohm, el elemento del circuito con mayor impedancia se lleva mayor voltaje en la transmisión de la señal. Por tanto lo ideal sería siempre que la entrada de la mesa de mezclas tuviese más impedancia que el elemento conectado a la misma. En el caso de los micrófonos, suele ser así, pues tienen impedancias de entre 100 y 600 Ohms, mientras que las entradas de micrófono de una mesa de mezclas suele ser mucho más alta (podría estar de 2500 Ohms hacia arriba, aproximadamente, aunque depende del fabricante). Por tanto, en ese caso, la mesa de mezclas al tener una impedancia más alta en la entrada de micrófono que el propio micrófono que conectamos, se lleva el mayor voltaje en la transmisión de la señal.

Pero si conectamos un instrumento de alta impedancia a una entrada de micrófono directamente, sin caja de inyección, parte de la señal generada por el instrumento no llegará a la mesa de mezclas (al tener más impedancia el instrumento que la propia entrada de micrófono o de línea de la mesa de mezclas) y esto afectará, principalmente a la alta frecuencia. Nuestra señal no sonará como debe, y perderemos principalmente agudos.

La solución, por tanto, es situar una caja de inyección entre el instrumento y la entrada de micrófono. La caja de inyección tiene una impedancia de entrada muy alta y proporciona una salida de baja impedancia, así que soluciona el problema que hemos explicado anteriormente, además de convertir la señal de instrumento no balanceada en señal balanceada.

Por último, las cajas de inyección realizan una última función: aislamiento de tierra.

Un bucle de tierra es el flujo de electricidad a través de un cable de tierra de un punto a otro. Cuando dos puntos del circuito tienen un potencial diferente entre tierras se forma un bucle de tierra. Pongamos por ejemplo un teclado, que conectamos a nuestro sistema de sonido: En el caso del teclado, el primer camino hacia la toma de tierra será a través del propio cable de alimentación del instrumento que llega hasta la toma de tierra de la red. El segundo camino en este caso es a través del cable de audio que llega a la mesa de mezclas (o a cualquier otro equipo), y de allí por el cable de alimentación de dicho equipo llega también a la toma de tierra. Si estas tomas de tierra tienen un potencial diferente entre ellas, estamos expuestos a tener bucles de tierra, que se manifestarán con zumbidos no deseados en nuestro equipo de sonido.

Sin embargo, una caja de inyección puede proporcionar aislamiento mediante un transformador entre el cableado de tierra de la entrada y el de la salida. Esto evita, por tanto, que se produzcan bucles de tierra.

Resumiendo: una caja de inyección convierte señal de alta impedancia en baja impedancia, balancea las señales y proporciona aislamiento de tierra.

Muchas cajas de inyección suelen llevar funciones extra como atenuador de la señal de entrada (también llamado PAD), inversor de polaridad o filtro pasa altos.

Sobre la invención de las cajas de inyección se cuenta que Ken Townsend, ingeniero de sonido de los míticos estudios Abbey Road, quería conseguir mejorar el sonido de las grabaciones del bajo eléctrico, por lo que se le ocurrió tratar de conectar el instrumento directamente a la mesa de mezclas. Sabía que para hacer eso de una forma adecuada necesitaba un transformador 1:1, por lo que fue a ver a Bill Livy, uno de los técnicos de mantenimiento del estudio, y juntos diseñaron la primera caja de inyección pasiva.

Una de las primeras cajas de inyección que se fabricaron en Abbey Road. El conector de salida era Tuchel, puesto que era el conector que utilizaban las mesas del estudio.

Cajas de inyección activas y pasivas

Existen dos tipos de cajas de inyección: activas y pasivas.

Las cajas de inyección pasivas se basan principalmente en un transformador para realizar el cambio de impedancia y balancear la señal. Son diseños electrónicamente más limpios, no necesitan alimentación para funcionar, no amplifican la señal y, al no trabajar con alimentación, es un circuito que funciona en ambos sentidos: aunque lo habitual es convertir de alta a baja impedancia, si conectamos al revés podremos convertir de baja a alta impedancia (aunque para eso hay cajas específicas que funcionan mejor). El transformador es una parte fundamental, y evidentemente, cuanto mejor sea el mismo mejor sonará la caja.

Además, los transformadores utilizados en las cajas de inyección pasivas funcionan muy bien para eliminar bucles de tierra: Crean un flujo magnético que permite que el audio pase mientras bloquean el paso a la corriente contínua. Esto es parecido a los conocidos ISOXL de Whirlwind, que son unos transformadores que se utilizan para evitar este tipo de problemas (eso sí, estos últimos no adaptan impedancias ni balancean señales). Sin embargo, si la caja DI pasiva se coloca cerca de otro campo magnético fuerte, como el que irradia el transformador de alimentación en un amplificador de escenario, es probable que el zumbido de alimentación también se induzca magnéticamente en la señal de audio de la caja de inyección. Así que es conveniente mantener las cajas de DI pasivas bien lejos de los campos magnéticos fuertes.

Las cajas de inyección activas llevan incorporado un preamplificador para aumentar ligeramente la señal de salida y necesitan alimentación, que normalmente se puede proporcionar mediante alimentación Phantom de +48V o mediante batería. Generalmente, lo más cómodo es utilizar alimentación phantom, para que la pila no se agote en el momento menos deseado y para beneficiar al medio ambiente.  Otra de las ventajas de las cajas activas es que por lo general pueden construirse de una forma más barata que una caja de inyección pasiva de calidad, que necesita un excelente transformador y eso puede ser bastante caro. De hecho, las cajas de inyección activas baratas no suelen llevar ningún transformador. Y como último detalle, las cajas de inyección activa suelen tener mayor impedancia de entrada que las cajas pasivas.

Finalmente, deberemos tener en cuenta que si entramos con demasiada señal a cualquier caja de inyección (activa o pasiva), ambas generarán distorsión, pero la distorsión de la caja de inyección pasiva será menos desagradable. Pero antes de distorsionar, siempre es más conveniente aplicar el PAD de atenuación que suelen llevar todas las DIs.

Conexiones habituales

Las cajas de inyección son equipos sencillos, con una conexión de entrada «Input» donde conectaremos la señal de alta impedancia que queremos convertir y un conector de salida «Output» que conectaremos a una entrada de micrófono.

Es habitual que las señales de las cuales queremos obtener la línea también necesiten conectarse a otros equipos (por ejemplo, en el caso de un bajo eléctrico: podemos querer tener en la mesa la señal directa del bajo, pero también conectar esa señal a un amplificador). Por ello, las cajas de inyección también llevan una salida directa (muchas veces denominada como «thru») que es una copia exacta de la señal que conectamos a la caja, tanto en nivel como en impedancia. De esta forma, conectamos el instrumento a la entrada de la caja de inyección («Input»), por la salida directa («Thru» o «Link») conectamos la caja al amplificador y por la salida de la caja de inyección («Output») conectamos la caja de inyección a nuestra entrada de micrófono de la mesa de mezclas.

Esquema de conexionado típico de caja de inyección en bajo eléctrico

Si conectásemos la salida de la caja de inyección a una entrada de línea, en primer lugar no podríamos alimentar desde la mesa de mezclas las cajas de inyección activas que precisan de alimentación (por las entradas de línea nunca sale alimentación phantom) y en segundo lugar, para señales no muy altas (por ejemplo, un bajo Fender pasivo) quizás necesitásemos más ganancia de la que nos puede proporcionar un previo de línea, que espera recibir una señal bastante más fuerte que una entrada de micrófono.

 

¿Qué debemos utilizar?

Tradicionalmente, se han utilizado siempre en directo cajas de inyección directa activas, principalmente por el aumento de ganancia que realizan sobre la señal original. Cuanto más corto sea el camino de una señal hasta su preamplificador, mejor, pues menos posibilidades de degradación de la señal habrá (es lógico, cuanto menos nivel tenga una señal, más le pueden afectar los ruidos o interferencias externas).

Sin embargo, hoy en día cada vez es más habitual utilizar stage racks digitales en el escenario, y por tanto hemos reducido la distancia a los previos de micrófono una barbaridad, lo que nos vuelve a facilitar el utilizar cajas de inyección pasivas en eventos en directo sin preocuparnos demasiado por la transmisión de señales débiles durante muchos metros de cableado.

Si lo que queréis tener una caja de inyección que os sirva para todo, sin duda yo optaría por una caja activa.

Así que ahora ya es cuestión de probar y decidir. A mi las cajas de inyección pasivas de calidad, con un buen transformador, me parece que suenan genial con muchas fuentes, especialmente con bajos. Si tenéis la oportunidad de comparar, os animo a hacerlo y quizás os llevéis una sorpresa. Pero tened en cuenta una excepción importante: Los instrumentos que llevan incorporados transductores piezoeléctricos. Estos dispositivos suenan mejor cuando se conectan a un dispositivo con una impedancia de entrada muy alta, obteniendo un sonido más cálido y con una respuesta en frecuencia más amplia. Y por lo general, las cajas de inyección activas tienen mayor impedancia de entrada que las pasivas, por lo que son perfectas para este tipo de transductores.

 

¿Qué caja de inyección comprar?

Podemos encontrar cajas de inyección de precios muy distintos. Por ejemplo, en modelos activos, tenemos desde una Behringer DI100 por menos de 30€ hasta por ejemplo, una Radial J48 por poco más de 200€. ¿Cuál es la diferencia? Pues evidentemente, los componentes y las calidades. Desde luego suena muchísimo mejor la Radial que la Behringer. ¿Pero hasta qué punto es significativa la diferencia? Pues depende un poco del uso que le queramos dar. Por ejemplo, para uso doméstico la Behringer es perfecta, pero para grabación en estudio la Radial es una bestia. Cosas como la distorsión del circuito, el rango dinámico que pueden manejar y la calidad constructiva marcan las diferencias.

Para uso en directo, a mi personalmente me gustan especialmente las dbx, tanto el modelo activo dbx db12 como el modelo pasivo dbx db10. No es lo más barato, tampoco lo más caro, pero son componentes de muy buena calidad y muy robustas. En alta gama, tenemos la mencionada Radial J48 como caja activa y la impresionante Radial JDI como caja pasiva, que suena espectacular, imagino que por el transformador Jensen que lleva.

Por otro lado, el estándar en todos los riders es la BSS AR133, que para las cajas de inyección es algo similar al SM58 en cuanto a micrófonos.

 

Agradezco, como siempre, los comentarios si este artículo os ha sido útil y os animo a compartirlo con las personas a las que creáis que les pueda interesar 🙂

La foto que encabeza el artículo pertenece a Marcnovac, CC BY-SA 4.0 <https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0>, via Wikimedia Commons

7 comentarios
  1. Dani
    Dani Dice:

    Si una caja de inyección activa no tiene transformador ¿Debemos entender que entonces no aísla de un bucle de tierra o lo hace de otra manera?

    Muchas gracias por el artículo, es claro y completo

    Responder
    • Jorge Sastrón
      Jorge Sastrón Dice:

      Hola Dani,
      las cajas activas sin transformador no son tan eficaces para aislar los bucles de tierra como las pasivas. No soy ningún experto en electrónica (a partir de ahora puesto estar equivocándome, que alguien me corrija si me equivoco), pero creo que lo que suelen hacer las DIs es levantar el pin 1 cuando pulsas el botón de «Ground» que suelen llevar las cajas activas. El problema es que como se alimentan por phantom, tienen primero que alimentar el circuito y levantar la tierra dentro de la fuente de alimentación (si desconectasen el pin 1 en el conector XLR no llegaría phantom al circuito) y esto no es tan eficiente, aparte de que si no tienen transformador no tienen nada que bloquee el paso de esa inducción no deseada.

      Responder
      • Dani
        Dani Dice:

        Pues le he dado vueltas! jejeje. Porque claro, si levantas el pin 1 no hay phantom, pero puedes tirar de alguna pila. Lo que no tengo tan claro es si sólo con hacer eso te libras del bucle de tierra, porque aunque desconectes la tierra, la referencia de los pines vivos pasa a ser con respecto a la tierra del previo, con lo que no tengo ahí ¿volverías a tener diferencia de potencial?

        No sé, se me ocurre que igual usan un optoacoplador. Ya me pica la curiosidad, jejeje.

        Responder

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