Impedenza nel Cavo Audio

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 :

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.

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, 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.

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