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Fase y polaridad

Arriba: señal original. Abajo: Señal con polaridad invertida.polaridad.

Muchas veces se las confunde, pero su concepto es diferente. En este post se describe la diferencia entre fase y polaridad.

La polaridad puede ser definida de manera binaria: es 1 ó 0. Va en una dirección o en otra, positivo o negativo. Para que todos los equipos trabajen en concordancia, se estableció cómo se debía referenciar una señal eléctrica a una acústica. De esta manera se fijó que cuando un frente de presión positiva se aplica al diafragma de un micrófono la tensión que crea a la salida debe ser positiva. Análogamente si una tensión positiva se le aplica a un altoparlante el cono o diafragma debe moverse hacia afuera (hacia el oyente). En los altoparlantes se define entonces que aplicando una tensión positiva al terminal rojo o +, el diafragma debe moverse hacia fuera. En altoparlantes medianos y grandes es fácil comprobar esto conectando el positivo de una pila al rojo y el negativo el negro (figura 1).

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Fig1: colores de los terminales indicando polaridad.

En cualquiera de los casos si ocurre una inversión de polaridad, ya sea a propósito o por omisión, la señal eléctrica y la acústica van a estar fuera de polaridad. Esto puede traer problemas si se quieren combinar señales eléctricas o acústicas. Por ejemplo si en un redoblante se coloca un micrófono por arriba y otro por debajo, las señales registradas van a presentar polaridad inversas (cuando el parche de arriba va hacia dentro, el de abajo hacia fuera). Intentar sumar estas señales resulta en una cancelación casi total (nunca es total debido a las diferencias de micrófonos y parches). Por eso es que la mayoría de las consolas cuentan con el botón Ø para invertir la polaridad, convierte toda tensión negativa en positiva y viceversa (figura 2).

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Fig2: Arriba: señal original. Abajo: Señal con polaridad invertida.polaridad.

En el caso de los parlantes, de manera análoga, si uno se encontrase con la polaridad invertida la cancelación acústica es prácticamente total (mismos parlantes y señal).

Es importante entonces revisar todos los cables y conexiones para evitar esto.

Por otro lado la fase se re ere al tiempo. Dado que las ondas senoidales son oscilaciones cíclicas, la fase re ere a la posición de esa oscilación. Se especi ca en grados por la relación con la circunferencia, siendo 360 grados un giro completo. Pero la velocidad de giro (y por ende la fase) está ligada a la frecuencia, que depende del tiempo.

Esto quiere decir que al invertir la polaridad de toda una señal se genera una rotación de 180 grados en todas las frecuencias. Pero no se puede lograr lo mismo con tiempo, debido a que la cantidad de tiempo que significa medio ciclo (180 grados) es diferente para todas las frecuencias.

Por ejemplo, 50 Hz completan un ciclo en 20 ms. Si se realiza la suma de la señal directa con la señal retrasada 10 ms (180 grados de rotación), la cancelación es total. Ahora si la señal se compone por 50 y 100 Hz, y se aplica el mismo retraso, 50 Hz se van a cancelar pero 100 Hz va a sumar 6dB. Esto se debe a que 10 ms corresponde a 360 grados de rotación para 100 Hz, es decir que se encuentran en la misma posición, salvo que separadas un ciclo. Si ahora la señal contiene todas las frecuencias se forma el famoso filtro peine, con cancelaciones y refuerzos (figura 3).

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Fig3: Filtro peine al combinar la misma señal pero retrasada 10 ms.

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