I nostri riflettori sono sempre puntati sui protagonisti del mondo musicale: artisti e strumenti utilizzati. Eppure, per una rivista a tutto tondo come la nostra, non può mancare un focus su ciò che è… strumentale agli strumenti! Da qui, l’idea di lanciare una rubrica sul “dietro le quinte” di ogni output artistico: un’analisi tecnica di quei piccoli e grandi accessori indispensabili o meglio “necessari” senza i quali la produzione musicale sarebbe sostanzialmente monca.
In un’epoca dominata dal bluetooth e dal wireless, andiamo un po’ controcorrente ed iniziamo con l’elemento forse più bistrattato, invocato, odiato ed amato, ma soprattutto calpestato… I cavi!
Tutta la nostra musica “scorre” attraverso i cavi che collegano le apparecchiature elettriche/elettroniche usate per produrre o ascoltare musica.
Il cavo quindi può essere considerato un componente audio a tutti gli effetti. Esso infatti è attraversato dal segnale audio (corrente elettrica) e quindi può trasferirlo inalterato o degradarlo durante il passaggio.
I cavi di collegamento audio possono essere distinti in diverse categorie in funzione del loro impiego:
• il cavo di segnale (microfonico, per strumenti musicali, di linea)
• il cavo di potenza (collega il finale con le casse)
• il cavo digitale (per interfacciare apparecchiature digitali)
• il cavo di alimentazione (porta la corrente dalla rete al componente audio).
Per obbligo di sintesi tralasceremo, in questa prima trattazione, le caratteristiche meccaniche e di sicurezza che i diversi cavi dovranno necessariamente avere affinché siano utilizzabili per il loro impiego.
E’ ovvio infatti che un cavo, microfonico o per chitarra, dovrà essere particolarmente resistente al calpestio, agli strappi, alle variazioni atmosferiche e contemporaneamente essere sufficientemente flessibile da non ostacolare l’esecutore. Tutte queste caratteristiche avranno minore importanza nel caso di cavi di linea impiegati in postazioni fisse da studio.
Piuttosto, dopo brevi cenni sulle caratteristiche elettriche che influenzano il passaggio del segnale audio, analizzeremo alcune teorie sul funzionamento del cavo.
Premessa: la diatriba sulla qualità di un cavo tra “ascoltoni“ (audiofili che valutano le apparecchiature audio prevalentemente per come suonano, dando poca importanza alle nude caratteristiche tecniche…) e “misuroni” (audiofili per i quali le caratteristiche tecniche rilevate alla misura di laboratorio rappresentano il punto di riferimento assoluto per la valutazione di un componente audio) oggi è ancora molto accesa. Forse è proprio vero che “in medio stat virtus”, in quanto la fisica moderna è condizione indispensabile ma non totalmente sufficiente per spiegare il “suono” di un cavo.
Domanda: cosa passa attraverso i cavi per trasportare le informazioni audio? Credo che tutti in questo momento stiano rispondendo: la corrente elettrica, ovvero un flusso di elettroni. Vediamo quindi brevemente come il cavo elettrico, con le sue caratteristiche fisiche, può influire su questo passaggio.
I materiali – da un punto di vista elettrico – sono stati classificati in: isolanti, conduttori e semi-conduttori. E’ ovvio quindi che un cavo debba essere costruito con materiale che sia un ottimo conduttore (cercando così di ostacolare il meno possibile il passaggio della corrente).
Uno dei parametri fisici da tenere in considerazione quando parliamo di cavi è la resistenza elettrica, che misura la tendenza di un conduttore ad opporsi al passaggio di una corrente elettrica quando è sottoposto ad una tensione. Questa opposizione dipende dal materiale con cui è realizzato, dalle sue dimensioni e dalla sua temperatura.
La resistenza R di un filo (cavo) è direttamente proporzionale alla sua lunghezza ed è inversamente proporzionale alla sua sezione, ovvero può essere calcolata tramite la seconda legge di Ohm:
dove:
l è la lunghezza del filo, misurata in metri
S è l’area della sezione, misurata in millimetri
ρ (lettera greca: ro minuscola) è la resistività elettrica (detta anche resistenza elettrica specifica o resistività) del materiale, misurata in ohm • metro.
Da tutto ciò si evince che cavi molto lunghi e sezione sottile non rappresentano proprio il massimo per ciò che riguarda la resistenza!
Generalmente, per una questione di rapporto qualità/prezzo, lavorabilità ecc., nella costruzione dei cavi il conduttore maggiormente impiegato è il rame. Esistono comunque anche cavi in argento e terminazioni in oro.
Effetto pelle: effetto che coinvolge i conduttori per il trasporto di segnali a frequenze diverse da zero. Il fenomeno si manifesta come una distribuzione non uniforme della densità di corrente nella sezione del conduttore.
Nel momento in cui il segnale assume un andamento variabile nel tempo, cioè diventa una tensione alternata come può essere un segnale audio, la densità della corrente diminuisce al centro del cavo e tutte le cariche tendono a scorrere in prossimità della superficie. Il fenomeno si accentua all’aumentare della frequenza. L’effetto pelle è tanto maggiore quanto maggiore è la frequenza del segnale. Avendo un segnale audio uno spettro di frequenze abbastanza ampio, la resistenza del cavo sarà diversa per ognuna delle componenti spettrali.
A complicare ulteriormente l’analisi di un cavo c’è un’ulteriore variabile: se un conduttore bifilare è utilizzato per il trasporto di corrente, allora esso potrà essere assimilato ad un condensatore (due armature separate da un dielettrico) e quindi avrà una sua capacità, la quale determinerà una resistenza che diminuisce con l’aumentare della frequenza.
Lo stesso cavo potrà inoltre essere assimilato ad un’induttanza, determinando così una resistenza il cui valore aumenterà all’aumentare della frequenza del segnale.
Da tutto ciò deriva l’impedenza del conduttore che è una grandezza fisica vettoriale e rappresenta la forza di opposizione di un bipolo (cavo) al passaggio di una corrente elettrica alternata e viene espressa in Ω.
Come dicevamo prima, un cavo coassiale (cavo di segnale) è un lungo condensatore. In esso quindi la capacità rappresenta il parametro con effetti preponderanti, rispetto alla resistenza (cavi generalmente molto corti) ed all’induttanza. Una capacità posta in parallelo tra una sorgente ed un amplificatore determina un filtro passabasso con calo delle alte frequenze. Tale frequenza di taglio non è determinata solo dal cavo ma dall’accoppiata sorgente-cavo-apparecchiatura ricevente. Data la standardizzazione costruttiva delle elettroniche e dei cavi (impedenza di uscita e di ingresso), i tagli avvengono generalmente a frequenze che vanno ben oltre il limite udibile e ciò dovrebbe metterci abbastanza a riparo da alterazioni sonore palesi.
Come abbiamo detto sopra, il materiale principe utilizzato per la costruzione dei cavi è il rame. Il rame destinato alla conduzione della corrente elettrica è puro al 99,9%.
Al fine di migliorarne la purezza si è sviluppata la tecnologia OFHC (oxygen free high conductivity). Il rame viene ricotto in presenza di gas inerti, per evitare le possibili ossidazioni dovute alla presenza dell’ossigeno.
La sigla OFC rappresenta invece una certificazione del materiale. Il rame OFC è garantito per avere un titolo di purezza del 99,99%, grazie alla scarsa presenza di ossidi. Gli ossidi sono sostanze isolanti: quindi, minore è la loro presenza migliore sarà il passaggio della corrente.
Passo successivo è stata la definizione del LC-OFC Linear Cristal OFC.
Una domanda che spesso mi sento porre è se i cavi hanno un verso, vista la presenza di reticoli cristallini e ossidi aventi proprietà talvolta da semiconduttori. Le teorie attuali non confermano tale ipotesi: ad oggi manca una evidenza sperimentale che la laminazione generi effettivamente nei conduttori una direzione preferenziale per il passaggio delle cariche elettriche. Inoltre, nei segnali audio, la polarità si inverte continuamente (sono alternati e non continui) e altrettanto accade al moto delle cariche. Se, per un motivo qualsiasi, ci fosse una direzione preferenziale di moto, si otterrebbe solo l’attenuazione di una semionda del segnale. Comunque, una concreta definizione della teoria non è ancora giunta in porto.
Particolarmente importante per il corretto trasferimento del segnale audio è anche la connessione del cavo al connettore e la sua qualità.
Caratteristiche fondamentali per un buon connettore sono: essere un ottimo conduttore, avere una buona costruzione meccanica per far fronte alle varie sollecitazioni e garantire un perfetto contatto con l’ingresso. Inoltre, essendo liberamente esposto all’aria (ossigeno), non deve ossidarsi facilmente, pena un notevole peggioramento della trasmissione.
Ovviamente l’importanza meccanica e di conduzione di una saldatura ben fatta è fondamentale e facilmente intuibile (evitare assolutamente una saldatura fredda, lo sviluppo di bolle d’aria e la formazione di ossido). Nel momento in cui saldiamo con lega di stagno poniamo però in contatto metalli diversi generando così l’effetto termocoppia. Molto semplicemente possiamo dire che mettendo a contatto due metalli differenti si genera una piccolissima differenza di potenziale. Nel caso di una saldatura abbiamo giunzioni di metalli e leghe a volontà: stagno, piombo, rame, alluminio e argento.
Le tensioni prodotte per effetto termocoppia sono piccolissime, però esistono.
Per ovviare ai problemi delle saldature alcuni tecnici sostengono l’uso di connettori concrimpaggio (il filo viene avvitato/serrato), ma questo apre il fronte ad altre problematiche (ad esempio, ossidazione del terminale, non perfetto contatto tra le superfici….)
Alcuni degli effetti visti sin qui potranno avere particolare importanza per un tipo di cavo, mentre pochissima per un cavo con applicazione diversa.
Ecco quindi che in un cavo microfonico che lavora con tensioni bassissime la schermatura sarà particolarmente importante, mentre in un cavo di segnale, lungo pochi centimetri o max qualche metro, la capacità sarà più rilevante della resistenza. Gli stessi parametri, però, avranno un ruolo marginale – se non insignificante – in un cavo di potenza lungo molti metri e che trasporta tensioni elevate.
Alla luce di quanto fin ora esposto nascono spontanee alcune domande: quanto influiscono realmente sul suono i parametri analizzati? Cosa preferire durante la scelta di un cavo? Esistono regole generali da seguire?…..
To be continued…
Alla prossima puntata. Savio Aversano
Bibliografia
Audioreview n. 97 V. Curci: I Cavi di segnale vediamoli da vicino.
Audioreview n. 54 P. Nuti: Mito e realtà dei cavi
Audioreview n. 55 P. Nuti: Ancora cavi
Audioreview n. 76 F. Maffioli: Alla ricerca del cavo perduto
tnt-audio-Lucio Cadeddu -Come scegliere i cavi
tnt-audio-Lucio Cadeddu – Monografia sul biwiring, biamping, multiamplificazione
Thorsten Loesch – La Nuda Verità sui cavi
Zanichelli – Elettrotecnica generale
