Cavi Audio Analogici – I

Introduzione

Un cavo è quel dispositivo conduttore che permette di trasferire dati e quindi anche segnali audio, nel nostro caso sotto forma di impulsi elettrici continui ( sinusoidali ) in campo analogico, sotto forma di impulsi elettrici alternati in campo digitale o fasci di luce in campo ottico.

Per il momento analizziamo i cavi di tipo analogico, quelli in cui all’interno passa la corrente elettrica sotto forma di impulsi continui.

Prima di andare nello specifico è bene sapere che a livello professionale si utilizzano varie tipologie di conduttori, essi variano sia per dimensioni, sia per lunghezza che per tipo di connettore, secondo il segnale che devono portare al loro interno. Un cavo poi, come si nota guardandolo in ( fig.1 ) ha una guaina esterna generalmente in PVC ( i più diffusi ) ( fig. 2 ), che protegge i reali conduttori all’interno, a loro volta con la propria guaina protettiva generalmente di stesso materiale. I cavi moderni di maggiore qualità sono i non plastici ( fig. 3 ) come le fibre naturali, fibre di gomma, silicone, polipropilene, riconoscibili anche dalla dicitura Halogen Free o Non Alogeni, quindi privo di elementi alogeni ( metalli ) ritenuti ad oggi responsabili in parte del trasferimento di interferenze esterne ai conduttori interni. Alogeni presenti invece nelle guaine in PVC in quanto parte molecolare. Alcuni produttori riescono a creare guaine in PVC con minime componenti alogene ( questi i migliori ).

Fig.1 295386_articolo_foto_1

fig. 2 9507656_800

fig. 3 6889775_800.jpg

Alcuni produttori utilizzano guaine in PVC ( possibilmente con minime componenti alogene ) ricoperte di guaine in una delle fibre appena viste al fine di realizzare cavi di qualità contro le interferenze esterne ma con la elasticità e resistenza di cavi in PVC ( fig. 11 ).

Questa guaina esterna serve come protezione contro lo sporco, contro l’acqua che potrebbe creare cortocircuiti se a contatto con il segnale elettrico circolante nei conduttori portanti di segnale, contro gli urti e tagli, ma soprattutto contro il maneggiamento del cavo stesso e contro le interferenze esterne, perché non sappiamo in che situazione andrà a porsi il cavo, potrebbe trovarsi anche in mezzo alla sabbia e attorcigliato su se stesso, o anche vicino a forti campi di interferenza elettromagnetica ( da evitare se possibile ). La guaina esterna, serve proprio a poter maneggiare il cavo più facilmente, in modo che la rottura sia meno frequente, cosi che il cavo essendo più elastico, perché la forza del maneggiamento è distribuita maggiormente sul conduttore esterno rispetto a quelli più interni, abbia più possibilità di “modifiche” dovute all’installazione. Un consiglio quando si collegano dei cavi, è quello di stendere sempre più che si può il conduttore, senza fargli fare strani giri, oppure di arrotolarlo in cerchio in senso orario e poi antiorario, si vedrà poi il perché.

I PVC costano molto meno rispetto ai non alogeni e/o fibre naturali ed offrono ottime qualità sonore e di maneggevolezza, per questo ancora oggi i più utilizzati, ma basti sapere che un cavo costruito con guaina esterna e guaina per i conduttori interni in PVC senza considerare l’effetto della schermatura e della massa, presenta un’attenuazione delle interferenze elettromagnetiche esterne di circa il 60 – 70 %, mentre le Halogen Free fino al 90 %.

Tutti i cavi utilizzati nell’audio hanno come materiale in cui circola la corrente il rame, ( ad oggi in alcuni cavi professionali, l’argento o ancor più platino ), in quanto che il rame è il miglior compromesso tra ossidazione e resistività.

Il migliore cavo è quello che ha i conduttori in rame con CU63 del 100% in quanto in natura il rame è formato da due isotropi quali il CU63 ( 30% ) e CU65 ( 70% ), solo che il CU65 è materiale sintetico per cui non adatto a far circolare corrente.

Nella scelta del cavo per far si che sia un cavo di rame puro è necessario che vi sia la dicitura LC, altre diciture come UP o PC sono di più scarsa qualità.

Per quanto riguarda i cavi in argento essi hanno una migliore conducibilità in quanto rispetto al rame hanno un valore di resistività inferiore, ma subiscono un processo di ossidazione molto più veloce ( e per questo oltre che per il costo quasi mai utilizzati ).

Argento: 0.0159     Rame: 0.0168 – 0.0179

E’ importante che anche il cavo in argento sia LC.

Oltre all’isotropo, altri fattori che determinano una scarsa efficienza dell’elemento rame o argento che sia, nel far passare segnale audio senza interporre resistenza, sono ulteriori elementi molecolari che possono essere fusi ( in natura ) insieme ai lingotti di rame o argento  presi per essere lavorati nella creazione dei filamenti che andranno a comporre l’anima di conduzione del cavo ( tra cui un fondamentale isolante presente causa di forti perdite qualitative è l’ossigeno ).

Tanto più il lingotto è puro ( quindi privo di altri elementi molecolari ) e tanto più di qualità saranno anche i filamenti di rame che risulteranno dalla sua lavorazione.

Cavi di scarsa qualità sono senza dicitura o marchiati T.P.C. ( Tough Pitch Copper ), la quale indica che il rame o argento non sono stati lavorati come nell’O.F.C. o O.C.C., ma semplicemente il lingotto viene fuso, gli viene data la forma cilindrica del conduttore e poi inciso fino alla sezione desiderata. Un cavo di scarsa qualità presenta impurità comprese di ossigeno per circa 300 – 500 ppm ( parti per milione ).

In genere i cavi professionali, sono marchiati molto spesso con la dicitura O.F.C ( oxigen free copper ), tecnologia nata intorno al 1975, che consente in un processo di estrusione dell’ossigeno ed impurità molecolari dal rame, realizzato in ambienti controllati privi di ossigeno e gas vari, con valori di impurità molecolari di circa 10 ppm ( parti per milione ), ed un incremento dell’efficenza di trasmissione dallo 0,5 % al 2 % in più rispetto ai T.P.C., questo perché togliendo l’ossigeno dal rame, il cavo diventa più elastico e miglior conduttore, e quindi durano anche di più. Per cui in fase di scelta del cavo è importante che ci sia anche la scritta O.F.C. La stessa cosa per l’argento O.F.S. ( oxigen free silver ).

La dicitura LC insieme a quella O.F.C. od O.F.S. è indice di un cavo di qualità superiore, in quanto che il cavo una volta estruso da elementi isolanti e non facenti parte della struttura molecolare del rame o argento, viene nuovamente riscaldato consentendo un’ulteriore processo di riduzione delle parti molecolari esterne, allungando le venature cristalline che compongono l’elemento stesso, generalmente > 100 mm rispetto al reticolato cristallino di un conduttore non puro ( migliorando cosi la capacità di conduzione ).

La qualità di un conduttore dipende quindi dalla sua purezza, tanto più i cristalli molecolari che compongono l’elemento sono collegati, lunghi e ravvicinati con minima presenza di altre forme molecolari e tanto migliore conduttore sarà.

Un’evoluzione della tecnologia LC-O.F.C. è quella O.C.C. ( Ohno Continuous Casting ), nata intorno al 1985, è sempre un processo di estrusione ma con ripetuti riscaldamenti e raffreddamenti del materiale tale da determinare una precisa disposizione e dimensione della sua struttura cristallina ed eliminazione di parti molecolari esterne. La venatura cristallina di un ottimo cavo O.C.C. può arrivare ad essere lunga ( quindi pura ) fino a circa 125 metri.

Di seguito due tabelle comparative tra i cavi TPC, O.F.C. e O.C.C.:

fig. 4 2017-04-17_00-05-58.jpg

I valori in figura 4 sono solo un riferimento, dipendono dalla sezione del conduttore stesso.

fig. 5 occ.jpg

In figura 5 una comparazione cristallina tra conduttori O.F.C. ed O.C.C. ( si vede chiaramente come la lavorazione O.C.C. consenta una struttura cristallina più omogenea ed ampia ).

Per quanto riguarda i lingotti di materiale utilizzati per la creazione dei conduttori dei cavi audio, questi vengono classificati in base al grado di purezza, tanto più è puro e tanto più il numero vicino alla lettera N sarà elevato, quindi 3N sarà un lingotto meno pure ( con più elevata presenza di impurità ) rispetto ad un lingotto 7N ( generalmente i più puri ).

Di seguito una tabella rappresentativa delle impurità e loro valori, presenti generalmente nei lingotti di materiale RAME ed ARGENTO ( fig. 6 ).

fig. 6 2017-04-17_00-14-34.jpg

Infine, la qualità delle prestazioni di un cavo dipende fortemente anche dalla temperatura in cui esso è posto a lavorare e dall’umidità relativa, generalmente cavi di livello professionale in PVC, mantengono le loro massime prestazioni come da data sheet, da – 40° a circa + 90°. Quindi può considerarsi un parametro di non particolare interesse in quanto è molto raro trovarsi a lavorare in queste condizioni, ma è sempre bene fare attenzione in quanto che più un cavo ha dei limiti maggiori, e più a parità di temperatura lavorerà meglio.

I cavi più utilizzati sono quindi quelli con le anime di conduzione in rame, quelli di maggiore qualità ma anche costo sono i cavi in rame LC-O.F.C. placcato argento o rame O.F.C. ultra puro, lo stesso per quelli argentati o ancora più quelli O.C.C.

Alcuni costruttori per migliorare le capacità di conduzione ( velocità di propagazione ) al posto della guaina in PVC che avvolge i filamenti di conduzione ( come visibile anche in figura 7 ), utilizzano materiali con proprietà dielettriche come il teflon da solo o insieme ad altri materiali dielettrici come polietilene e fibre naturali. Queste guaine aiutano il processo di propagazione del segnale elettrico per differenza di carica. Il PVC è un materiale isolante con il principale obbiettivo di proteggere i filamenti interni dalla rottura, degrado e riduzione in parte delle interferenze esterne, un materiale dielettrico invece permette di creare campi di carica elettrica all’interno del conduttore quando passa il segnale audio per differenza di potenziale ( rimando per approfondimenti a studi in campo elettrico ed elettrotecnico ), ed essere utilizzato anche come schermo per le sue capacità di carica, se opportunamente collegato poi a massa.

Per uso professionale è sconsigliato l’utilizzo di cavi senza guaina esterna ( fig.7 ), proprio per i motivi appena visti. Cavi senza guaina esterna sono spesso utilizzati in contesti Hi-Fi e cablaggio interno di apparecchiature elettroniche in cui la corrente che circola è abbastanza elevata e/o l’hardware è già di suo protetto in modo da non caricare disturbi da interferenze esterne.

Fig. 7index

Come accennato prima la guaina che protegge l’anima del conduttore interno segue gli stessi principi della guaina esterna, PVC i più diffusi, Non Alogeni i più qualitativi.

 

IL CAVO

Caratteristiche Tecniche

Impedenza:

Un cavo, come un qualsiasi altro strumento in cui circola corrente elettrica, ha una sua resistenza complessiva al momento in cui circola tensione e può variare a seconda delle interferenze che si generano, sia all’interno che in prossimità di esso.

Per calcolare la resistenza di un cavo :

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Dove Z è l’impedenza, quindi la resistenza complessiva del cavo. R la resistenza del cavo ( ne definisce la dissipazione energetica ). Xc è la reattanza capacitiva. Xl è la reattanza induttiva ( Xc e Xl, ne definisco la capacità di accumulazione elettromagnetica ).

La resistenza R del cavo può essere calcolata : R = ρ * l / s

In media, per i cavi di utilizzo comune possiamo dire che: ( XLR bilanciati = < 100 Ω/Km )

( JACK sbilanciati = < 50 Ω/Km ) ( RCA sbilanciati = 75 Ω/Km )

n.b. Maggiori dettagli ed approfondimenti su queste due tipologie di cavi, verranno visti più avanti lungo la trattazione dell’argomento.

Dove ρ ( lettera greca ro ) indica il valore di resistività del materiale conduttore, quindi nel nostro caso il rame che ha valore di resistività 0,01 Ω, l è la lunghezza del cavo, s è la sezione del cavo.

Da questa formula si capisce come la lunghezza sia inversamente proporzionale alla sezione. Quindi più il cavo che utilizziamo è lungo e più dovrà avere una sezione maggiore per trasportare cosi un segnale audio migliore possibile senza che sia attenuato più di tanto dalla resistenza del cavo stesso.

Xc cioè la reattanza capacitiva, entra in gioco, quando si hanno due o più cavi paralleli tra loro, sia tra le anime interne portanti segnale che tra 2 cavi posti vicino, questo comporta date le tensioni che passano nel conduttore interno, l’effetto condensatore e cioè come di sua natura in fase di carica, un filtro naturale passa-basso, che come dielettrico sfrutta l’aria circolante tra i due cavi.

La frequenza di taglio, può essere cosi calcolata :

Ft = 1 / ( 2π * R * C ) dove R è appunto la resistenza del cavo e C la capacità del condensatore.

La capacità non può essere calcolata, ma dedotta, in quanto che si genera quando mettiamo in parallelo più cavi, ( quindi variabile ), la resistenza come visto può essere calcolata. Quindi già scegliendo un buon conduttore, ( con bassa resistenza ), si otterrà una frequenza di taglio via via superiore, cosi da portarla il più possibile fuori dalla banda udibile. Un altro metodo è quello di intrecciare i cavi ( cordatura dei cavi ), in modo da ridurre la superficie di aria tra un cavo e l’altro parallelo, cosi da diminuirne l’effetto condensatore. Di solito se il cavo è buono è già fatto dal costruttore. Infatti aprendo un cavo professionale, si può notare che i due o più cavetti interni alla guaina, sono intrecciati.

Un ottimo cavo audio mantiene un valore di capacità entro i 100 pF/m, i migliori cavi attualmente in commercio riescono ad avere un valore capacitivo entro i 50 pF/m.

Le cordature sono definite da un unita di misura, esempio 50 cmq di cordatura significa che lungo il cavo 50 cm sono stati girati di 360°, in cavi audio professionali generalmente la cordatura è per tutta la lunghezza del cavo.

Esistono 2 tipi di cordature efficaci:

  1. DM-Four ( fig. 8 )
  2. Star-quad ( più utilizzata ) ( fig. 9 )

fig. 8

dmfour

fig. 9

starquad

Xl è la reattanza induttiva, si genera quando si hanno forti campi magnetici all’interno del conduttore, quindi il problema potrebbe venire anche dall’esterno prodotto dalle onde elettromagnetiche, oltre a quello già presente interno al cavo, dovuto al passaggio della tensione. Il campo magnetico, varia anche a seconda della frequenza, più la frequenza è alta e di maggiore ampiezza, e più l’autoinduzione sarà elevata.

La reattanza induttiva si può calcolare :

Xl = Δ Φc / Δ t

Questo fenomeno a livello audio, si comporta esattamente come il precedente, e cioè come un filtro passa-basso. È detto anche effetto pelle, perché la tensione che attraversa il conduttore non ha un andamento lineare a causa dell’autoinduzione, quindi reattanza variabile, con conseguente variazione di velocità del segnale, fase e risposta in frequenza. La dispersione della tensione in calore e le auto induzioni retro azionate che vanno a crearsi, generano quindi un abbassamento della dinamica e della risposta in frequenza partendo dalle più alte.

Questo fenomeno, come si vedrà, è particolarmente generato nei cavi di potenza, ( utilizzato per connettere il segnale di uscita dall’amplificatore all’ingresso del diffusore audio ), proprio perché è attraversato da grosse tensioni e quindi grandi ampiezze delle frequenze.

Da come si nota tutte queste problematiche creano maggior resistenza nel conduttore, e quindi una minore qualità. Nei cavi di potenza poi, non si usa intrecciare i cavi per togliere l’effetto condensatore, perché lungo il cavo passa già una tensione abbastanza alta.

Per minimizzare questo valore, tutt’al più si cerca sempre di usare cavi più corti possibili, in modo da ridurne il fattore di autoinduzione e resistenza. Cosa fondamentale per far funzionare correttamente e con la massima qualità un diffusore acustico, dato che i cavi di potenza come vedremo sono utilizzati per collegare l’amplificatore al diffusore.

Un modo per ridurre gli effetti induttivi e capacitivi può essere anche quello di avvolgere il cavo prima in un senso, poi nell’altro in modo che, quando si generano forti autoinduzioni, ( il riscaldamento del cavo trasferisce la propria induzione all’altro vicino ), il cavo adiacente si troverà in controfase e quindi annulli l’effetto. Se invece avvolgessimo il cavo a spirale si creerebbe la forma di un solenoide, il quale darebbe ancor più valore all’autoinduzione.

In aggiunta a questi fenomeni, e lasciato appositamente a parte, in quanto meno considerato perché meno conosciuto ma sempre di estrema importanza, fornendo anch’esso una propria resistenza alla conduzione, è il cosiddetto effetto Maxwell, il quale identifica un fenomeno elettromagnetico contrario a quello induttivo, tale da generare un filtro passa-alto, quindi attenuazioni in bassa frequenza. È ritenuto che, un cavo di sezione sottile, abbia una migliore resa sulle basse rispetto ad un cavo di grossa sezione a parità di distanza percorsa in quanto tale effetto è più limitato. Se pur sia giusto, è vero anche che, un cavo di piccola sezione, a parità di corrente circolante, ottiene una maggiore resistenza sul segnale rispetto ad uno di più grandi dimensioni. Per questo motivo, stanno nascendo cavi particolari con conduttori piatti, sottili e a larga laminazione, cosi da contenere in parte la resistenza; altri invece con particolari fasci di conduzione, sempre per gli stessi motivi.

In generale più aumenta la distanza percorsa dal conduttore e più aumenta l’impedenza complessiva. Per attenuare il valore di impedenza per lunghe distanze occorre utilizzare cavi con sezione dei conduttori via via più grandi.

Attenuazione:

Misurata in dB /m e determina il livello di attenuazione della tensione del segnale in rapporto alla distanza percorsa.

In media, per i cavi di utilizzo comune possiamo dire che: ( XLR bilanciati = 0,4 – 0,5 dB/100m ), ( JACK sbilanciati = 5 – 6 dB/100m )

Tanto più la sezione dei cavi portanti segnale è grande e tanto meno sarà l’attenuazione.

Tensione di Lavoro:

Misurata in Volt, determina la massima tensione supportata dal cavo al fine di ottenere un rendimento del 100%, è un fattore molto variabile in quanto dipende fortemente dalla temperatura di lavoro, e dai valori di resistenza connessi.

Velocità di Propagazione:

Espressa in Vp %, cioè la tensione espressa in percentuale che determina la velocità di propagazione del segnale elettrico nel conduttore, ed è il rapporto tra la velocità di propagazione nel mezzo conduttore e la velocità che avrebbe lo stesso nell’aria. Anche questo parametro è variabile secondo i parametri di impedenza e temperatura, sul quale incidono anche i valori di resistenza dei circuiti a cui tale cavo è connesso. In generale, ed in modo semplificativo, si può dire che, tanto più bassa è l’impedenza complessiva e tanto più velocemente circolerà la corrente, anche se il tutto dipende dal materiale usato, dalle sue dimensioni in relazione alla corrente circolante, alle solite variazioni di temperatura e molto altro ancora. Va ricordato che a livello teorico, la velocità di propagazione in un conduttore ideale ( a vuoto ), è approssimabile a quella del campo elettromagnetico, quindi 300.000 Km/s. In contesto reale, i cavi professionali che raggiungono velocità maggiori considerando un minimo carico applicato, sono quelli di minore impedenza, cioè quelli di potenza, in cui la velocità si aggira dai 100.000 Km/s ai 280.000 Km/s. Tramite studi fatti più il valore delle velocità di propagazione è elevato e tanto più di qualità sarà il conduttore.

Errore di Fase:

Un parametro meno menzionato, date le sue innumerevoli variabili di dipendenza, è l’errore di fase. La resistenza complessiva del circuito, quindi impedenza di uscita e ingresso tra due dispositivi in comunicazione, e impedenza del cavo, determinano lo sfasamento dell’onda circolante.

Tale fenomeno distorsivo, può risultare lineare, quindi un semplice ritardo temporale in cui lo sfasamento segue lo sviluppo dell’onda tra valori positivi e negativi, solo in ritardo ( µs ), rispetto ad esempio ad un altro conduttore a più bassa impedenza in cui la velocità di propagazione risulta maggiore.

Oppure non lineare, per cui lo sfasamento avviene in modo indipendente attraverso le distorsioni dell’onda, e molto più gravoso, in quanto non può essere corretto con dei semplici processori delay, utili per linearizzare il ritardo temporale tra più segnali. Lo sfasamento temporale lineare, se il circuito è ben costruito, è limitato ad un massimo di 9° – 10° per i cavi di potenza anche oltre i 10 metri rispetto ad altri cavi magari di più piccole sezioni, all’ascolto poco rilevanti se non con grandi quantità di segnali sfasati tra loro.

Più grave invece, sono gli sfasamenti non lineari, con ben più alti valori e molto simili agli sfasamenti degli altoparlanti.

La formula semplificata, in quanto non considera le resistenze al variare della temperatura, per trovare lo sfasamento lineare considerando il ritardo del segnale una volta attraversato il conduttore, è la seguente:

Φ = ( t1 / t2 ) x 360

Φ = ritardo di fase

t1 = ritardo temporale ( considerando : lunghezza del cavo ( m ) / velocità di propagazione ( m/s ) )

t2 = ritardo temporale su un ciclo di segnale ( 1 / f ( Khz ) )

Per fare un’esempio, se un cavo di potenza che collega lo stadio di uscita di un amplificatore allo stadio di ingresso di un diffusore, ha una lunghezza di 5 metri, e al suo interno la velocità di propagazione dell’onda è di 100.000 Km/s = 100.000.000 m/s, considerando la frequenza di 100 Khz il ritardo di fase sarà di :

t1 = ( 5 / 100000000 ) = 5 ηs

t2 = ( 1 / 100000 ) = 1 µs

Φ = ( 0,00000005 / 0,000001 ) x 360 = 18 °

Mentre nel caso in cui la frequenza sia 10 Khz :

Φ = 0,18 °

Il ritardo di fase come si nota, varia al variare della frequenza, a parità di lunghezza e di velocità, tanto più la frequenza è elevata e tanto maggiore sarà il suo sfasamento. Ed è per questo che in banda audio, gli sfasamenti lungo i conduttori sono limitati a pochi gradi anche a grandi distanze.

A parità di frequenza e lunghezza, ma variando la velocità di propagazione es. 50.000.000 m /s, presupponendo quindi un carico con impedenza maggiore avremo che :

Φ = 0,36 °

Si nota un maggiore sfasamento.

In conclusione, ritorna quindi il principio di cercare di minimizzare l’impedenza complessiva del cavo, tramite gli accorgimenti visti precedentemente, mentre l’impedenza di carico tra gli stadi di ingresso e uscita è un fattore ben più problematico, in quanto già fissate dal costruttore.

Reazione alle interferenze:

Anche il cavo come qualsiasi altro dispositivo audio ha la sua dinamica in base al rumore prodotto lungo la linea, dai fattori di impedenza, capacitanza, induttivi ed interferenze elettromagnetiche esterne ed elettrostatiche. Un ottimo cavo deve avere un valore di reazione contro le interferenze esterne > 70 dB.

Invecchiamento del cavo:

Un cavo in buone condizioni, quindi senza ossidazioni e rotture considerando la banda audio può durare anche 50 anni con attenuazione del segnale di circa 2 db.

Altri fattori qualitativi:

Calibratura: il filo conduttore che compone il cavo deve avere sezione costante in modo che tutti i parametri visti precedentemente vengano rispettati.

Centratura: Il filo di rame deve essere perfettamente centrato all’interno della guaina isolante. Contrariamente le parti più sottili possono spezzarsi a causa delle continue piegature. Per la realizzazione è necessario un apposito macchinario. Diffidare per cui da cavi fatti a mano.

Crimpatura: L’estremità del cavo viene crimpata per fissare il connettore. La crimpatura deve essere circolare (e non quadrata) per non introdurre strozzature nel conduttore.

Trafilatura: La guaina esterna deve aderire perfettamente alla guaina interna o al conduttore. Eventuali bolle contribuiscono ad aumentare il rumore. Le guaine devono essere anche in grado di impedire al cavo di vibrare.

n.b. E’ importante poi che il cavo non sia propagante la fiamma e rispetti le normative IEC 60332.

Un’altra dicitura che è possibile trovare è LSF ( low smoke and fume ) e LSHF ( low smoke haloge free ), la prima indica che il cavo non genera o genera poco fumo e polveri in caso di riscaldamento, che potrebbero essere dannose se respirate, la seconda indica che la guaina esterna ma possono essere anche quelle interne non genera o genera poco fumo ed è priva di elementi alogeni ( migliorando cosi anche la qualità del suono ), quindi teoricamente il cavo è stato privato dalle molecole metalliche. Questo viene ottenuto modificando molecolarmente la guaina, anche se in realtà nelle guaine in PVC questo non è possibile al 100% come invece nelle fibre naturali.

Considerando un cavo in PVC, gli LSHF hanno valori di produzione di acido cloridrico inferiori allo 0,5%, mentre i LSF superiori.

Cavi particolari realizzati in fibre naturali permettono di ridurre ulteriormente questi valori.

Cavi con guaine morbide se non appositamente trattate permettono la presenza di molecole di ossigeno, quindi valori più alti di reazione al fuoco e alla fiamma.

Un video di comparazione tra un cavo LSF e LSHF:

Per chi vuole approfondire il discorso sui cavi in PVC e loro regolamentazioni:

Cavo in PVC

 

STANDARD

Tra le varie diciture, si trova anche un valore indicato come AWG ( standard americano relativo alle dimensioni e struttura dei cavi ), ( fig.10 ). Esso incorpora in un’unica numerazione, sezione e diametro del cavo, resistenza complessiva e peso. Esistono poi delle tabelle per cui è possibile effettuare le relative conversioni, quindi dal valore AWG trovare i parametri di interesse.

fig. 10awg

SCHERMATURA DEI CAVI:

La schermatura del cavo è fatta su conduttori che portano bassi valori di tensione come cavi di linea e ancor più cavi microfonici al fine di evitare fenomeni come l’interferenza elettromagnetica presente nell’aria, e il cross-talk ( tensione che passa su un altro cavo posto vicino derivato dal riscaldamento di un cavo dato dalla tensione circolante al suo interno in relazione alla sua impedenza che genera fenomeni di autoinduzione, creando controfasi, interferenze e diafonie ), questo fenomeno è molto più presente nei cavi di potenza, avendo molta più tensione circolante e come vedremo privi di schermatura. La schermatura si differenzia dalla massa in quanto la massa ha il compito di trasferire a terra tutte le interferenze elettrostatiche caricate dai dispositivi su cui è collegato il cavo e circolanti sul cavo stesso, mentre lo schermo ha il compito di trasferire alla massa che a sua volta trasferisce a terra tutte le interferenze elettromagnetiche in modo che non vadano a creare disturbi sul segnale.

Le schermature possono essere di 3 tipologie fondamentali, dalle quali si vede anche la qualità del cavo. Ovviamente una schermatura migliore comporta un cavo di maggiore prezzo d’acquisto.

Tipi di schermature:

  1. FOIL
  2. BRAIDED                    
  3. SPIRAL                      

I materiali generalmente utilizzati per creare le schermature sono l’alluminio, mylar, rame, fibre naturali ( le migliori sono alluminio e mylar ed eventualmente fibre naturali se opportunamente costruite ).

Partendo dal basso, la schermatura Spiral ( fig. 11 ), è quella di minor qualità. Ha una resistenza alla rottura maggiore delle altre due, ma ha un potere schermante molto più basso.

fig. 11spral ok

La schermatura Braided ( fig. 12 ), è migliore della Spiral ma peggiore della Foil, ha una buona elasticità, una schermatura media. È generalmente un conduttore a maglia, avvolge i cavi che trasportano il segnale ed è fatto in rame.

fig. 12maglia

La Foil ( fig.13 ) è la migliore delle schermature, generalmente di rame o alluminio ( migliore ) od in alcuni cavi professionali in particolari fibre naturali ( migliori se di qualità ), è un conduttore a foglio che avvolge pienamente i due cavi di segnale. Ma a differenza degli altri due, è più facile da rompere.

fig. 13 foil

La schermatura a volte, può essere usata come conduttore vero e proprio, sia di trasporto del segnale, sia come ritorno nei cavi bilanciati che massa. Essa, è attaccata alla massa nelle due estremità in modo da trasferire tutte le interferenze a terra che altrimenti rimarrebbero nel conduttore. La massa del conduttore a sua volta, quando il cavo è connesso al dispositivo, trasferisce tutte le interferenze lungo la massa dei dispositivi, fino a scaricare tutto a terra.

I cavi professionali moderni con i maggiori poteri schermanti, hanno generalmente una doppia o tripla schermatura ( fig. 14 ), composta di braided o spiral e foil insieme, e molto spesso soprattutto quelli più costosi possono avere sia la schermatura che i conduttori in rame placcato argento o ricoperto di stagno.

n.b. A volte come materiale per la creazione dello schermo si usano anche Mylar, Teflon o ibridi tra diversi materiali.

fig. 14 doppia scherm

I cavi di potenza non sono schermati, perché, data la loro forte autoinduzione, si verrebbe a creare un cross-talk su questa schermatura, che diventerebbe un vero e proprio conduttore in più. Questo fenomeno porterebbe ad un aumento ancora più grande dell’autoinduzione e quindi della resistenza.

Molto spesso insieme alla schermatura è inserito all’interno del conduttore anche della stoffa, per aumentare ancora di più il potere isolante e di protezione dagli urti e dal maneggio e per il Drain Wire, quindi assorbire l’eventuale umidità che passa attraverso la guaina esterna e proteggere i conduttori interni.

n.b. Un accorgimento che è bene mettere in pratica ogni volta che si collegano segnali microfonici, di linea e di potenza è quello di non porre mai segnali microfonici e di linea vicino a quelli di potenza e ancor più anche quelli di potenza vicino a cavi e connessioni che portano la linea di alimentazione elettrica.

Alcuni produttori di cavi ad alte prestazioni e quindi anche costi elevati, presentano cavi customizzati ( soprattutto nei materiali utilizzati ) e progettati per avere prestazioni ineguagliabili rispetto ai cavi ad suo consumer.

Un esempio possono essere cavi realizzati con schermature indipendenti per ogni singolo conduttore, schermatura avvolta al filo di rame o argento prima della guaina di copertura dell’anima condutttrice, oppure l’utilizzo di un unico solido conduttore poi separato in estremità nel numero di poli necessari invece che l’utilizzo di un conduttore per ogni polo, riducendo cosi le interferenze capacitive ( minimizzando la presenza di ossigeno presente invece se si realizzassero dei filamenti di rame indipendenti che andrebbero a comporre uno o più cavi ), o ancora nella realizzazione di filamenti di diversa sezione, con ad esempio quelli centrali con sezione maggiore, migliorando la velocità di propagazione e diminuendo l’errore di fase in quanto che il segnale audio tende a trasferirsi in misura simmetrica e lineare verso i filamenti di sezione maggiore diminuendo cosi l’area di propagazione ( vedremo poi in altri articoli le tipologie di connessioni e conduttori in base al numero di poli considerati ).

In figura 15 una rappresentazione grafica di comparazione tra conduttori con filamenti di stessa sezione e quelli con sezione differente.

fig. 15 2017-04-17_01-00-55.jpg

C’è da dire però che lo schermo è un conduttore in più che aumenta l’effetto dell’interferenza capacitiva, per cui in situazioni di poca interferenza esterna è sicuramente meglio utilizzare singolo schermo piuttosto che multiplo. Ancor più in studio di registrazione in cui se ottimamente costruito le interferenze sono minime ed è utile tenere a portata di mano cavi non schermati. Il cavo non schermato in assenza di interferenze elettromagnetiche suona meglio di uno schermato.

Un’ottimo schermo come visto anche nella spiegazione delle caratteristiche tecniche deve avere un potere di isolamento superiore ai 70 dB.

n.b. E’ importante fare attenzione a non schiacciare il cavo in quanto che oltre a rischiare di danneggiarlo si inducono anche differenti valori sulle caratteristiche tecniche del cavo stesso ( generalmente in peggio ).

 

Cavi con massa separata

Esistono alcuni modelli di cavi che vengono proposti con massa separata ed esterna al cavo stesso ( fig. 16 ), per cui sarà necessario disporre di appositi cavi a parte per poter collegare la massa a dei dispositivi di trasferimento a terra esterni, come ad esempio in figura 16, collegarli al morsetto di terra di un pre-amplificatore audio. Questo metodo è ritenuto spesso più efficiente rispetto ai comuni cavi con massa integrata nel ridurre le varie interferenze.

Fig. 16 2017-09-12_14-21-33.jpg

 

Sezione dei cavi audio

E’ possibile acquistare cavi già innestati ( pre-cablati con i connettori ) ( fig. 17 ) dalla casa produttrice, oppure acquistare separatamente la bobina ( fig. 18 ) per poi cablare a casa il tutto utilizzando connettori a piacimento ( risparmiando sulla spesa totale ), questi ultimi prevedono già anime conduttrici, eventuale schermo, ecc.. realizzate dal produttore del cavo con determinati valori di sezione e caratteristiche tecniche.

fig. 17 9507656_800.jpg

fig. 18 08891020_b.jpg

Quando si acquista una bobina di cavo è possibile trovarla in due tipologie, cavo già stagnato dalla fabbrica ( tinned copper ) o cavo con rame non stagnato ( bar copper ). Acquistare un cavo già stagnato è più qualitativo in quanto lo stagno permette di proteggere maggiormente il conduttore ( generalmente rame ) dagli agenti atmosferici, si dovrà poi però togliere il vecchio stagno pre-inserito dal costruttore e posarne uno nuovo cosi da riottenere le giuste proprietà qualitative perse dal vecchio stagno nel tempo essendo anch’esso soggetto dalle intemperie atmosferiche.

n.b. Che sia un cavo pre-cablato o su bobina è sempre bene posarli in ambienti controllati ( temperatura ideale 10° – 20°, per non accelerare i tempi di usura ).

La scelta della giusta sezione per il trasporto del segnale audio è un fattore fondamentale e dev’essere un’ottimizzazione tra la giusta potenza da trasportare e l’impedenza totale, considerando anche l’eventuale sfasamento indotto.

In linea generica più la potenza e l’impedenza complessiva del circuito è elevata e più la sezione dovrà essere grande con minimi valori di impedenza, in quanto chè l’impedenza del cavo si andrebbe ad aggiungere a quella del circuito creando maggiore attenuazione.

Il fattore impedenza come visto è un valore complesso dipendente dai metodi costruttivi utilizzati, tralasciando per cui questo valore ed il valore dello sfasamento che dipende anche dalla lunghezza del cavo e dal tipo di impedenza e di fase dei circuiti di ingresso ed uscita a cui verrà collegato il cavo, prendendo come riferimento il fatto che a parità di sezione è migliore un conduttore con minor impedenza, è possibile tramite una formula arrivare a capire quale sezione deve avere il cavo audio in base alla potenza circolante.

La formula maggiormente utilizzata per questo calcolo è:

2016-09-01_14-07-28.jpg

Dove S è la sezione del conduttore, L è la lunghezza del cavo, P è la potenza circolante nel conduttore, V è la tensione circolante nel conduttore elevata al quadrato.

n.b. Aumentando la sezione di un cavo, ma anche aggiungendo schermature o aumentando la sezione della schermatura, oltre che a creare maggiori problemi di fase in quanto che il segnale audio deve attraversare una maggiore sezione di filamento, aumenta anche il valore della capacità, quindi impedenza più grande e filtro passa basso con frequenza di taglio più in basso. Se si aumenta la sezione od il numero di schermature è necessario avere conduttori con più bassa sezione per compensare l’aumento dell’impedenza e capacità.

Nella scelta del cavo è bene per cui scegliere sempre il migliore compromesso tra sezione cavo, lunghezza da percorrere, fattore di impedenza e capacità.

n.b. Generalmente all’interno del valore di impedenza come visto nella formula precedentemente definita è compreso anche il valore della capacità.

 

Cavi di Linea

Come vedremo nei prossimi articoli il segnale di linea è nell’ordine di 1 volt e la sezione delle anime di conduzione maggiormente utilizzata è 0,20 mm2 – 0,22  mm2 ( considerando anche la guaina delle anime di conduzione ), sezioni di 0,75 mm2 sono le migliori al fine di mantenere un livello resistivo basso a scapito di un leggero incremento dell’effetto capacitivo, soprattutto per lunghe distanze.

Una buona resistenza è quella inferiore ai 110 Ohm/Km per sezioni di 0,18 mm2

90 Ohm/Km per sezioni di 0,22 mm2.

30 Ohm/Km per sezioni di 0,75 mm2.

Una buona capacità ( considerando conduttori e schermo ) è inferiore ai 80 pF/m per sezioni di 0,18 mm2.

90 pF/m per sezioni 0,22 mm2.

100 pF/m per sezioni di 0,75 mm2.

 

Cavi Microfonici

Per i cavi microfonici in cui il segnale che circola è nell’ordine di mV, la sezione maggiormente utilizzata considerando anche le anime di conduzione va da 0,10 mm2 – 0,12 mm2 ( per il trasporto dei segnali di più basso livello a brevi distanze ) a 0, 30 mm2 – 0,35 mm2 ( per il trasporto dei segnali di più alto livello a lunghe distanze, che generalmente necessitano anche il trasporto di phantom di alimentazione a + 48V come vedremo quando parleremo di microfoni, tensione necessaria per il funzionamento dei microfoni a condensatore ). I più utilizzati hanno una sezione di 0,22 mm2 un ottimo compromesso tra i valori minimi e massimi di sezione appena analizzati.

Alcuni esperimenti hanno constatato che per il segnale microfonico essendo cosi di basso valore è possibile trascurare la dispersione dell’energia in calore, riducendo poi la sezione del cavo è possibile avere un minor sfasamento dell’onda garantendo maggiori qualità in tutta la banda audio. Per questo a meno di non dover utilizzare un cavo per il collegamento di un microfono che necessita di alimentazione esterna è bene utilizzare cavi con più basse sezioni. Una piccola sezione a parità di tensione circolante, cattura anche minori interferenze.

Una buona resistenza è inferiore ai 100 Ohm/Km per sezioni di 0,18 mm2

75 Ohm/Km per sezioni di 0,22 mm2.

30 Ohm/Km per sezioni di 0,75 mm2.

Una buona capacità ( considerando conduttori e schermo ) è inferiore ai 80 pF/m per sezioni di 0,18 mm2.

100 pF/m per sezioni 0,22 mm2.

250 pF/m per sezioni di 0,75 mm2.

n.b. Alcuni produttori evidenziano anche la capacità dei soli cavi di conduzione senza considerare lo schermo, generalmente è un valore prossimo alla metà della capacità considerando conduttori e schermo.

 

Cavi di Potenza

Il segnale che circola nei cavi di potenza è nell’ordine dei volt. La sezione delle anime dei cavi audio di potenza va generalmente dai 2,5 mm2 in su dipendente dalla tensione elettrica che dovrà portare il conduttore. E’ bene quindi essere a conoscenza della massima potenza e tensione circolante, generalmente si tiene conto della potenza e tensione di picco ( vedremo poi in altre argomentazioni l’ottimizzazione di interfacciamento tra un generatore di potenza ( finale di potenza ) ed un diffusore audio ).

Una buona resistenza è quella inferiore ai 15 Ohm/Km per sezioni da 1,5 mm2 in su.

Più la sezione sarà grande e più bassa sarà l’impedenza a parità di distanza.

n.b. Il cavo di potenza presenta effetti capacitivi trascurabili in quanto privo di massa e schermo.

 

Massa

In genere il valore della sezione del conduttore di massa è qualche millimetro più grande rispetto alla sezione dei cavi portanti segnale ( 0,1 – 0,2 – 0,3 mm in più ), questo perchè è necessario che l’impedenza del conduttore di massa sia più bassa di quella dei conduttori dei segnali per poter portare correttamente a terra tutte le interferenze elettrostatiche.

 

Schermo

La sezione dello schermo è generalmente un fattore di test e prove da parte del costruttore, generalmente le sezioni più utilizzate che portano maggiori benefici contro le interferenze elettromagnetiche riducendo al minimo eventuali effetti capacitivi dovuti alla presenza dello schermo sono da 0,10 – 0,12 mm.

Uno schermo che offre più copertura e quindi anche protezione causa però un aumento del fattore capacitivo, per cui il foil è quello con il maggiore valore capacitivo, poi c’è il braided ed infine lo spiral con il minor valore capacitivo, ma anche la minor protezione contro le interferenze.

n.b. Per quanto riguarda la lunghezza del cavo audio, vedremo nei prossimi articoli come anche in questo caso il valore dipenda fortemente dalla tipologia di segnale audio.

 

Ambienti di utilizzo

Come si è detto e si ripeterà più volte lungo la trattazione di questo argomento, a seconda del tipo di installazione che si dovrà fare sarà più utile utilizzare un cavo con determinate caratteristiche piuttosto che altre.

  • Live

Per il live è bene utilizzare cavi schermati con singolo schermo foil o spiral, tenere però anche qualche cavo con doppia o tripla schermatura in caso ci si trovi in ambienti e situazioni che creino molta interferenza. L’utilizzo di una sola schermatura favorisce l’attenuazione dei fenomeni capacitivi che si andrebbero a creare in quanto vi è la presenza di un conduttore aggiunto, se pur anche ottimamente realizzato ( lo schermo ). La guaina esterna possibilmente in PVC LSHF in quanto essendo il live un ambiente non fisso ma nomade, per cui si monta e si smonta per ogni data di un evento, quindi si raccoglie anche il cavo più e più volte, è utile utilizzare dei cavi robusti e maneggevoli comunque con minima presenza di alogeni. Per chi ha la possibilità economica anche qualche cavo non alogeno, o pvc con rivestimento non alogeno da utilizzare in situazioni in cui è richiesta particolare qualità. Esistono diversi rivestimenti in PVC, utilizzare quelli con robustezza media o leggera ( contengono meno alogeni ).

  • Studio

Se lo studio è stato costruito e realizzato a regola d’arte i problemi di interferenza elettromagnetica ed elettrostatica sono minimi per cui è possibile utilizzare cavi con rivestimento in PVC con minima robustezza possibile, ancora meglio se non PVC ma realizzati con Fibre Naturali. Utile anche l’utilizzo di cavi senza schermatura per ottimizzare la qualità del segnale audio o con schermatura foil o spiral.

  • Installazioni Fisse

Per le installazioni fisse sono necessari cavi che durino nel tempo anche contro le intemperie atmosferiche, per cui è bene utilizzare cavi in PVC LSHF con massima robustezza possibilmente con doppie o triple schermature ( foil e miste con la presenza in ogni caso della foil, in quanto non si è mai certi in che condizioni il cavo verrà posato ) a scapito di un leggero calo della qualità audio.

  • Home

Per l’installazione di impianti Hi-Fi e che generalmente sono in installazione fissa, una volta si pensava che era utile utilizzare cavi senza guaina ( fig. 4 ) cosi da ridurre al minimo effetti di interferenza delle guaine in PVC LSHF e capacitivi dalla presenza di un eventuale schermo, ad oggi invece la soluzione migliore è quella di utilizzare cavi non alogeni, in quanto che viviamo in una realtà in cui smartphone, tv, tablet e qualsiasi apparecchio elettronico genera interferenza elettromagnetica.

 

Altro sui Cavi Audio Analogici:

Cavi Audio Analogici – II ( Tipologie di Connettori e Connessioni, Connettori e Connessioni Sbilanciate )

Cavi Audio Analogici – III ( Connettori e Connessioni Bilanciate, Bilanciatura Passiva )

Cavi Audio Analogici – IV ( Bilanciatura Attiva )

Cavi Audio Analogici – V ( Differenze tra Jack e XLR, Bantam, Speakon, Powercon )

Cavi Audio Analogici – VI ( RCA, MiniJack, BNC, Midi, Starquad, Edac, D-Sub, Socapex, Euroblock, Tipologie di Adattatori )

Cavi Audio Analogici – VII ( Tipologie di Connessione, Ground Loop, Saldare un Cavo, Inquinamento Acustico )

 

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