Mitici cavi

di Mario Bon

4 dicembre 2011,   ultima revisione 17 aprile 2017

 

Le alterazioni provocate dai cavi sulla qualità generale della riproduzione musicale sono, in generale, di modesta entità (frazioni di dB).

Per percepire piccole variazioni timbriche è necessario utilizzare il suono del pianoforte con commutazioni rapide.  Se si deve interrompere la musica, alzarsi, cambiare i cavi, tornare  a sedersi e riascoltare è difficile percepire correttamente le differenze.

 

Peter J. Walker, inventore dei diffusori elettrostatici QUAD diceva: “I cavi non hanno suono proprio a meno che non siano molto lunghi o molto sottili”. Visto che produceva amplificatori e diffusori, e non cavi, se avesse avuto qualche cosa da dire la avrebbe detta. Evidentemente per Peter Walzer i cavi devono essere corti e di sezione adeguata.

Per capire se questa affermazione è fondata dobbiamo considerare

 

-          l’impedenza di uscita dell’amplificatore,

-          l’impedenza del cavo

-          l’impedenza del diffusore acustico.

 

L’impedenza di uscita dell’amplificatore si ottiene dal Fattore di Smorzamento.

La prima tabella che segue riporta il Fattore di Smorzamento (FS) e il corrispondente valore della impedenza di uscita dell’amplificatore. Di norma l’ FS dell’amplificatore viene misurato a 1kHz e riferito ad un carico di 8 ohm.

 

Un cavo è corto quando  è molto piccolo rispetto alla lunghezza d’onda della massima frequenza che lo percorre.

 

 

v/f >> lung

dove v è la velocità di propagazione del segnale nel cavo,

f la frequenza 

lung la lunghezza del cavo.

 

A 20000 Hz, con velocità di propagazione del segnale lungo il cavo pari a 0.5 volte la velocità della luce e 3 metri di cavo otteniamo: (0.5 3 10^8)/20000  = 7500 metri. Quindi la lunghezza d’onda è 7500 metri ovvero 1500 volte maggiore della lunghezza del cavo.   Questo cavo è corto. 

Ne segue che, sia i cavi di segnale che i cavi di potenza, anche se la velocità di propagazione è oggettivamente bassa (e 0.5c è molto bassa), sono “corti” e si possono quindi applicare una serie di semplificazioni. In particolare si può adottare il modello del cavo  a parametri concentrati e, a bassa frequenza, l’impedenza del cavo coincidere con la sua componente resistiva. Ne segue che almeno fino a 20kHz la caratteristica più importante del cavo è la sua resistività.

 

Nella tabella a destra sono riportate la sezione e la resistività in milliOhm/metro di 5 cavi di diversa sezione. Per calcolare la resistività di uno spezzone da tre metri di cavo si deve moltiplicare la resistività per metro per tre e poi ancora per due perché ci sono tre metri di conduttore in andata e altrettanti in ritorno.

 

 

FS complessivo

Riferito a  8 ohm

Zout

in milliOhm

10

800

20

400

50

160

100

80

200

40

400

20

 

Sezione

resistività in milliOhm x 3 metri

AWG 16

13.2 x 6 = 79.2

AWG 14

8.27 x 6 = 49.62

AWG 12

5.22 x 6 = 31.32

AWG 10

3.28 x 6 = 19.68

AWG 8

2.00 x 6 = 12

AWG 6

1.3 x 6 = 7.8

 

Come si vede l’impedenza di uscita di un amplificatore non è poi così bassa: con un FS pari a 20 l’impedenza di uscita dell’amplificatore vale 400 milliOhm che comporta, da sola, una attenuazione tipica di mezzo dB  su un carico di 4 ohm (massima teorica di 0.83 dB).

La resistività dei cavi di potenza più diffusi per diffusori acustici (AWG 16 - AWG 14) su spezzoni da tre metri non è abbastanza bassa. Come si vede confrontando i dati delle due tabelle, 3 metri di cavo AWG 16 presentano la stessa impedenza di uscita di un amplificatore con FS =100. In soldoni significa che, utilizzando 3 metri di AWG 16 per connettere i diffusori ad un amplificatore con FS = 100, si ottiene un fattore di smorzamento complessivo pari a  50 (la metà).

 

Affinché il cavo non alteri sensibilmente il fattore di smorzamento dell’amplificatore deve avere una resistività complessiva molto minore dell’impedenza di uscita dell’amplificatore stesso. In pratica questo si ottiene con cavi di sezione AWG 6 (meglio se AWG 5, 4 …).  E’ evidente che un cavo AWG 16 suona “diverso” da un AWG 6 ed è altrettanto evidente che è il cavo AWG 6 che va tenuto come riferimento.

E’ altrettanto naturale sentire differenze di qualità sonora con cavi diversi e amplificatori diversi. Quando la sezione del cavo è “piccola” (cioè quasi sempre) la qualità sonora ottenuta dipende dalla combinazione amplificatore-cavo-diffusore. Cambiando uno di questi elementi c’è da aspettarsi che cambi anche il risultato  complessivo. Per questo motivo conviene sempre utilizzare cavi di sezione generosa (a partire da AWG 12). Allo stesso tempo non ci si può aspettare che sostituendo un cavo AWG 7 con AWG 6 si possano ottenere risultati eclatanti (o anche solo udibili).

I cavi presentano sia una induttanza per metro (importante con i diffusori elettrostatici,   poco importante con gli isodinamici, praticamente trascurabile con tweeter  dinamici)  e una componente capacitiva. La componente capacitiva appare in parallelo ai morsetti dell’amplificatore. Questo potrebbe portare, in casi estremi, alla instabilità dell’ampli (suono più “lucido” sugli acuti). Per un motivo  o per l’altro sia la componente capacitiva che quella induttiva devono  essere ridotte al minimo. Questo si ottiene in un modo solo: scegliendo cavi con la massima velocità di propagazione del segnale.

 

Per  esempio

0.5c è un valore  molto basso

0.68c  è la velocità di propagazione in un cavo coassiale RG 58 (va presa come riferimento)

0.80c comincia ad essere un valore  buono

oltre 0.88 sono valori ottimi.

 

Più il fattore di smorzamento dell’amplificatore è alto tanto più “grosso” deve essere il cavo che connette i diffusore. E’ del tutto naturale, prevedibile e previsto, che cavi di sezione molto diversa (tipo AWG 16 e AWG 10) suonino in modo diverso e ancora diverso in funziona dell’amplificatore e dei diffusori. Se si desidera un cavo “trasparente” si deve puntare su cavi di sezione generosa (a partire da AWG 10 fino a  AWG 6). La dimensione della sezione deve essere quella di un singolo conduttore. Per essere chiari: un cavo AWG 10 è formato da due conduttori ciascuno con sezione di almeno 5.26 millimetri quadri.

 

E’ altrettanto chiaro che, utilizzando cavi di sezione  AWG 6 fino a tre metri di lunghezza, l’impedenza aggiunta dal cavo è trascurabile almeno fino a FS compresi tra 100 e 200.

 

FS complessivo su 8 ohm

Zout

milliohm

Impedenza Cavo

attenuazione su 4 ohm in dB

con cavo

attenuazione su 4 ohm in dB

senza cavo

10

800

7.8

0.7989

0.7918

20

400

7.8

0.4216

0.4139

50

160

7.8

0.1785

0.1703

100

80

7.8

0.0943

0.0860

200

40

7.8

0.0516

0.0432

cavo AWG 6 (3+3 metri) per complessivi 7.8 milliOhm

 

FS complessivo su 8 ohm

Zout

milliOhm

Impedenza Cavo

milliOhm

attenuazione su 4 ohm in dB

con cavo

attenuazione su 4 ohm in dB

senza cavo

10

800

19.68

0.8096

0.7918

20

400

19.68

0.4333

0.4139

50

160

19.68

0.1908

0.1703

100

80

19.68

0.1069

0.0860

200

40

19.68

0.0643

0.0432

cavo AWG 10 (3+3 metri) per complessivi 19.68 milliOhm

 

 

Nella tabella che segue è riportato il fattore di smorzamento in funzione della frequenza per un amplificatore retroazionato con banda passante ad anello aperto pari a 1kHz  e compensazione a polo dominante. 

 

Frequenza Hz

fattore di smorzamento FS

100

100

1000

70

10000

10

20000

7

 

 

 

 

Modello semplificato per amplificatore, cavo e diffusore acustico. Questo modello vale se l’amplificatore è privo di controreazione.

 

 

Modello amplificatore+cavo+diffusore acustico per un amplificatore retroazionato e con reti di compensazione in uscita. La presenza del carico riduce il guadagno ad anello aperto dell’amplificatore. La rete di Zobel (Rz Cz) viene inserita per garantire la stabilità  ed è a tutti gli effetti una compensazione (in uscita). La presenza della rete di Zobel riduce il margine di guadagno alle alte frequenza. L’impedenza composta da Lp//Rp  è fuori da loop di reazione e viene vista come parte del carico.

Per quanto possa sembrare strano il carico si riflette anche sull’impedenza di ingresso dell’amplificatore  ( e quello che c’è connesso all’ingresso dell’amplificatore si riflette sul carico).

 

Le componenti reattive del cavo (induttanza e capacità parassite) devono essere le più piccole possibile. Ciò si ottiene, per esempio, con cavi coassiali delle minima lunghezza possibile. Per i cavi di potenza coassiali lo schermo deve avere resistività uguale o maggiore rispetto al conduttore centrale. Questo porta a realizzare cavi molto rigidi che non sono graditi all’utilizzatore che predilige cavi flessibili, meno efficienti, più costosi e strutturalmente meno adatti allo scopo.

 

Quelli che seguono sono i dati di un cavo di potenza di riferimento con banda passante, attenuazione, velocità di propagazione sovradimensionati e probabilmente migliori di qualsiasi cavo di potenza per diffusori acustici in commercio. Questo cavo non è in commercio e non è in vendita

 

Cavo coassiale NABLA

Resistenza in continua del conduttore

 3.84   milliohm/metro (per andata + ritorno) 

AWG equivalente  

migliore di AWG 8 (per andata + ritorno) 

Capacità

76 pF/m       (288  pF per 3 metri)

Induttanza

0.190 μH/m (0.57 μH per 3 metri)

Massima frequenza utile

4.0 GHz (almeno 5 decadi oltre la banda audio)

Velocità di propagazione

0.88c

 

Il NABLA è un cavo molto “serio” e con caratteristiche di tutto rispetto ma non è flessibile quindi è inutile produrlo (non è quello che chiede l’utente). Tra l’altro costerebbe pure poco…

 

 

Nota #1:

 

Ci sono diffusori con impedenza talmente tormentata  (specie nelle rotazioni fase) che suonano meglio se il cavo presenta una certa resistività (per esempio il tipico cavetto rosso-nero da 1.5 mm2 di sezione). In tal modo, infatti, le rotazioni di fase viste dall’ampli si riducono e l’amplificatore lavora meglio.

 

Quando l’amplificatore esegue correttamente il suo lavoro (non distorce e non clippa) delle piccole “ondulazioni” sulla risposta in frequenza complessiva del sistema sono ben tollerate.

 

Per concludere:

 

se si scelgono:

-          amplificatori con fattore di smorzamento superiore a 20 (meglio 50 o più)

-          diffusori con i minimi di impedenza a norma (>3.2 ohm)

-          cavi AWG 10 (fino a 5 metri)

 

è molto poco probabile che possano esserci dei problemi.