Capacità e impedenza dei cavi di segnale.

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Capacità e impedenza dei cavi di segnale.

Messaggio Da eisenstein il 12/11/2012, 12:35

La capacità di un cavo di segnale quando comincia a poter influenzare realmente l' ascolto?
Facciamo un caso di scuola: collegamento sbilanciato tra Dac e amplificatore con impedenza di ingresso da 47 KOhm. Un cavo schermato, e quindi con capacità non bassa, può tagliare parte della gamma acuta?

Ragionando con un amico, il discorso è caduto sui cavi di sonda degli oscilloscopi. Hanno bassissima capacità, ma impedenza elevata: mille Ohm, se non ho capito male. Potrebbero essere usati come cavi di segnale?
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Re: Capacità e impedenza dei cavi di segnale.

Messaggio Da bandAlex il 12/11/2012, 13:38

E' un non-problema, che può diventare tale però se si utilizzano preamplificatori di tipo "passivo" oppure a valvole con impedenza di uscita troppo elevata.

L'argomento è interessante, stasera faremo due conti e vedremo perchè tale problema in realtà, con gli amplificatori moderni, non esiste.

Il cavetto dell'oscilloscopio va benissimo (capacità molto bassa), ma attenzione a dirlo in giro, altrimenti avremo ben presto migliaia di audiofili disposti a spendere cifre folli per un cavetto da oscilloscopio, con il risultato di far salire il prezzo per questo tipo di accessorio.

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Re: Capacità e impedenza dei cavi di segnale.

Messaggio Da eisenstein il 12/11/2012, 14:50

@bandAlex ha scritto:Il cavetto dell'oscilloscopio va benissimo (capacità molto bassa), ma attenzione a dirlo in giro, altrimenti avremo ben presto migliaia di audiofili disposti a spendere cifre folli per un cavetto da oscilloscopio, con il risultato di far salire il prezzo per questo tipo di accessorio.


L' impedenza elevata del cavetto da oscilloscopio non è un problema?

PS: detta impedenza credo stia sui mille Ohm, ma se verifichi mi fai una cortesia.
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Re: Capacità e impedenza dei cavi di segnale.

Messaggio Da eisenstein il 12/11/2012, 14:52

@bandAlex ha scritto:E' un non-problema, che può diventare tale però se si utilizzano preamplificatori di tipo "passivo" oppure a valvole con impedenza di uscita troppo elevata.

L'argomento è interessante, stasera faremo due conti e vedremo perchè tale problema in realtà, con gli amplificatori moderni, non esiste.




Bravissimo! In ossequio alle nostre esigenze cuffiofile, fa esempi pensando al colegamento di sorgenti e ampli.
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Re: Capacità e impedenza dei cavi di segnale.

Messaggio Da eisenstein il 12/11/2012, 14:59

(al di là del fatto siamo amici, segnalo che Alessandro è l' unico stia rispondendo al quesito. Ho rivolto la domanda in altri forum e il disinteresse appare evidente)
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Re: Capacità e impedenza dei cavi di segnale.

Messaggio Da bandAlex il 12/11/2012, 15:05

@eisenstein ha scritto:L' impedenza elevata del cavetto da oscilloscopio non è un problema?
PS: detta impedenza credo stia sui mille Ohm, ma se verifichi mi fai una cortesia.

Il cavetto non ha un'impedenza specifica in audio, cosa che diventa importante solo alle radiofrequenze... e l'impedenza a cui ti riferisci tu è quella di ingresso dell'oscilloscopio, che in genere è di 1 Mohm, cioè un milione di ohm.
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Re: Capacità e impedenza dei cavi di segnale.

Messaggio Da eisenstein il 12/11/2012, 15:09

@bandAlex ha scritto:Il cavetto non ha un'impedenza specifica in audio, cosa che diventa importante solo alle radiofrequenze... e l'impedenza a cui ti riferisci tu è quella di ingresso dell'oscilloscopio, che in genere è di 1 Mohm, cioè un milione di ohm.



Questa me la spieghi, per favore, perché sei il primo che me la dice e non sono sicuro di avere capito bene.
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Re: Capacità e impedenza dei cavi di segnale.

Messaggio Da bandAlex il 12/11/2012, 15:21

Se parli di "impedenza elevata", può trattarsi solo di quella di ingresso dell'oscilloscopio, perchè così deve essere... così non influenza il circuito che viene messo sotto misura.
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Re: Capacità e impedenza dei cavi di segnale.

Messaggio Da eisenstein il 12/11/2012, 15:28

@bandAlex ha scritto:Se parli di "impedenza elevata", può trattarsi solo di quella di ingresso dell'oscilloscopio, perchè così deve essere... così non influenza il circuito che viene messo sotto misura.



Ma l' impedenza di quel cavo quale è? No, perché se quei cavi fossero di bassa capacità e pure impedenza non elevata, mi parrebbe troppa grazia sant' antonio.
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Re: Capacità e impedenza dei cavi di segnale.

Messaggio Da bandAlex il 12/11/2012, 15:41

In radiofrequenza - ripeto, radiofrequenza - si parla di "impedenza caratteristica" della linea, che è tutta un'altra faccenda rispetto a quello a cui siamo soliti pensare nell'audio.

Le radiofrequenze si comportano in maniera diversa ("strana") rispetto ai normali segnali elettrici.

Per un oscilloscopio, non si tratta di trasferire energia (cosa per la quale servono linee accordate su una certa impedenza), ma di misurare, cercando di influenzare al minimo possibile il circuito sotto esame. Per questo l'impedenza di ingresso è elevata, mentre la capacità è minima.

Leggi le caratteristiche di questo qui:
https://www.distrelec.it/oscilloscope-analogue2x35-mhz/hameg/hm400/911324

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Re: Capacità e impedenza dei cavi di segnale.

Messaggio Da eisenstein il 12/11/2012, 15:43

Grazie Alessandro: ma riesci a capire che impedenza presentano questi benedetti cavetti?
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Re: Capacità e impedenza dei cavi di segnale.

Messaggio Da bandAlex il 12/11/2012, 15:58

Più che di cavetto si parla di "sonda", e può essere sia ad alta (altissima) che bassa impedenza, in quest'ultimo caso ad esempio 50 ohm, adatta per essere collegata a strumenti che hanno appunto bassa impedenza di ingresso. I 50 ohm sono utilizzati per misure ad alta frequenza, dove è importante che per tutta la linea e tutto il percorso del segnale sia mantenuta la stessa impedenza caratteristica. Ma si tratta di strumenti dedicati, normalmente in un oscilloscopio le impedenze sono mantenute alte per il motivo che ti ho detto.

Comunque in campo audio - per fortuna - non dobbiamo preoccuparci di questa cosa.

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Re: Capacità e impedenza dei cavi di segnale.

Messaggio Da eisenstein il 12/11/2012, 16:09

@bandAlex ha scritto:Più che di cavetto si parla di "sonda", e può essere sia ad alta (altissima) che bassa impedenza, in quest'ultimo caso ad esempio 50 ohm, adatta per essere collegata a strumenti che hanno appunto bassa impedenza di ingresso. I 50 ohm sono utilizzati per misure ad alta frequenza, dove è importante che per tutta la linea e tutto il percorso del segnale sia mantenuta la stessa impedenza caratteristica. Ma si tratta di strumenti dedicati, normalmente in un oscilloscopio le impedenze sono mantenute alte per il motivo che ti ho detto.

Comunque in campo audio - per fortuna - non dobbiamo preoccuparci di questa cosa.


Vuoi dire che un cavo ad alta impedenza non è un problema in campo audio?
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Re: Capacità e impedenza dei cavi di segnale.

Messaggio Da bandAlex il 12/11/2012, 16:13

Si parla di sonde, non di cavo... quindi bisogna fare attenzione a non confondere le cose. Se da una sonda per oscilloscopio taglio il cavetto schermato e lo uso per l'audio, questo va benissimo. Ma non credo che tu voglia collegare un amplificatore con una sonda, vero? grande sorriso


Ultima modifica di bandAlex il 12/11/2012, 16:18, modificato 1 volta
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Re: Capacità e impedenza dei cavi di segnale.

Messaggio Da eisenstein il 12/11/2012, 16:15

@bandAlex ha scritto:Si parla di sonde, non di cavo... quindi bisogna fare attenzione a non confondere le cose. Se da una sonda per oscilloscopio taglio il cavetto schermato e lo uso per l'audio, questo va benissimo. Ma non credo che tu voglia collegare un amplificatore usando una sonda, vero?

No, ma potrei usarne il cavetto. Non sarebbe una buona scelta?
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Re: Capacità e impedenza dei cavi di segnale.

Messaggio Da bandAlex il 12/11/2012, 16:19

No... perchè sarebbe sprecato. E tu non sentiresti la differenza.

Oppure... sì... la sentiresti eccome... e poi ne scriveresti subito in qualche forum, entusiasta. grande sorriso
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Re: Capacità e impedenza dei cavi di segnale.

Messaggio Da eisenstein il 12/11/2012, 16:20

@bandAlex ha scritto:No... perchè sarebbe sprecato. E tu non sentiresti la differenza.

Oppure... sì... la sentiresti eccome... e poi ne scriveresti subito in qualche forum, entusiasta.

Eh, ma per la scienza!
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Re: Capacità e impedenza dei cavi di segnale.

Messaggio Da bandAlex il 12/11/2012, 16:26

No, non taglio il cavetto della mia sonda, nemmeno per la scienza! grande sorriso
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Re: Capacità e impedenza dei cavi di segnale.

Messaggio Da eisenstein il 12/11/2012, 16:29

@bandAlex ha scritto:No, non taglio il cavetto della mia sonda, nemmeno per la scienza!



Ma reperito on line quanto costerà la sonda da cui evirare il cavetto? Mica bisogna comprare pure l' oscilloscopio!
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Re: Capacità e impedenza dei cavi di segnale.

Messaggio Da bandAlex il 12/11/2012, 16:34

Dai 30 Euro in su. Ma non è questo il punto, è che non servirebbe a nulla... Basta prendere del comune cavetto RG58 usato per i ricetrasmettitori, per fare il test. Attenzione, parlo di sostituire un normale cavetto RCA della lunghezza di massimo 3 metri. Oltre tale lunghezza, se la capacità del cavetto RCA è troppo alta, allora qualche differenza potresti pure sentirla (in base all'impedenza di uscita della sorgente utilizzata). Ne parliamo stasera.
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Re: Capacità e impedenza dei cavi di segnale.

Messaggio Da eisenstein il 12/11/2012, 16:36

Compagno Alessandro,

il tuo illuminismo pedagogico è ammirevole, ma sottovaluta l' importanza di fornire seri punti di riferimento all' audiofilo vagabondo.
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Re: Capacità e impedenza dei cavi di segnale.

Messaggio Da eisenstein il 12/11/2012, 16:37

Quando hai tempo e voglia, dimmi che ne pensi delle risposte di Max e Calabrese

http://www.hifi-forumlibero.it/phpBB3/viewtopic.php?f=5&t=3079
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Re: Capacità e impedenza dei cavi di segnale.

Messaggio Da bandAlex il 12/11/2012, 16:53

Per il momento dico che c'è molta confusione... wink
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Re: Capacità e impedenza dei cavi di segnale.

Messaggio Da bandAlex il 14/11/2012, 14:39

Se mettiamo da parte il concetto di impedenza caratteristica, cosa che nell'audio è poco importante (e meno male), e teniamo conto solo dei cavetti di segnale (cioè teniamo fuori dal discorso quelli delle casse), e restringiamo il discorso ai soli cavetti schermati, e tralasciamo pure le coppie twistate o altri tipi di configurazione geometrica poco usati in ambito domestico, allora ci sono solo un paio di parametri importanti da tenere in considerazione: la capacità per metro lineare, e il grado di schermatura (cioè il grado di protezione che il cavo garantisce contro eventuali fonti di disturbo).

In effetti, lo scopo fondamentale di un cavetto schermato è proprio quello di trasportare il segnale da un punto ad un altro senza che esso venga inquinato da interferenze o da disturbi di tipo impulsivo che sono sempre presenti lungo il percorso, e quindi la schermatura ha la sua ragion d'essere.

D'altro canto la calza schermante esterna, insieme al conduttore interno, si comporta esattamente come un condensatore, la cui capacità è legata a determinati parametri fisici e geometrici, come ad esempio il tipo di isolante utilizzato (dielettrico), la distanza tra lo schermo e il conduttore centrale, e così via. Per questo ogni cavetto schermato è contraddistinto da una capacità per metro lineare: ovvero, più lungo sarà il cavo, e maggiore sarà la capacità totale vista dall'apparecchiatura collegata.

Un cavo schermato può essere schematizzato come una serie infinita di piccoli condensatori in parallelo, distribuiti lungo tutta la lunghezza del cavo stesso. In realtà ci sarebbe anche l'induttanza, ma essa è sufficientemente bassa da poter essere trascurata in campo audio. E ovviamente c'è anche la resistenza, data dalla resistività del metallo utilizzato (rame, si spera), dalla sezione del conduttore e dalla sua lunghezza totale. Ma tale resistenza, per le modalità di utilizzo in ambito domestico (viste le lunghezze raramente superiori ai tre metri) è molto bassa se confrontata con quella tipica dell'impedenza di ingresso di un amplificatore, e finanche rispetto a quella di uscita di una sorgente: parliamo di pochi millesimi di ohm contro decine o centinaia di ohm come minimo, e quindi anch'essa sarà del tutto ininfluente.

Concentrando la nostra attenzione sulla capacità, dobbiamo capire se e quanto essa può influenzare il segnale audio.

La prima cosa da fare è considerare il cavetto schermato nel suo insieme come un condensatore la cui capacità è determinata dalla lunghezza del cavo stesso moltiplicata per il coefficiente di capacità per metro lineare. In genere, un cavetto schermato tipico presenta una capacità di 100 pF/metro, per cui il classico cavo RCA lungo un metro e mezzo avrà una capacità totale di 100 * 1.5 = 150 pF.

La seconda cosa è quella di tener conto della capacità dell'ingresso dell'amplificatore. Tale capacità è data dalla somma delle varie capacità parassite (piste dello stampato, cavetti interni, connettori, etc.) incontrate dal segnale nel suo percorso all'interno dell'ampli, e dalle capacità degli eventuali condensatori effettivi messi in parallelo alle linee di ingresso per limitare eventuali disturbi a radiofrequenza.

Tutte queste capacità ovviamente si sommano tra loro, quindi bisogna tenerne conto, non è sufficiente conoscere la capacità del cavetto.

L'insieme di tutte le capacità in parallelo al segnale e dell'impedenza di uscita della sorgente compone un filtro RC del primo ordine, con attenuazione di 6 dB/ottava. Se quindi il totale capacitivo è troppo alto, e se anche l'impedenza di uscita della sorgente è più alta del solito, si corre il rischio che la frequenza di taglio di tale filtro si avvicini troppo alla banda audio, limitando la qualità in gamma alta.

In un filtro RC del primo ordine la frequenza di taglio è data da:

1/(2∏RC)

e facendo due conti possiamo vedere di che entità è il problema e quando può verificarsi.

Determinare la R è abbastanza semplice: è l'impedenza di uscita della sorgente in parallelo all'impedenza di ingresso dell'amplificatore. Dal momento che l'impedenza dell'ampli è in genere molto più alta di quella della sorgente, essa può essere trascurata e quindi si considera solo quella della sorgente.

Determinare la capacità totale è invece più complicato, perchè dobbiamo conoscere quella all'interno dell'amplificatore, e spesso non è un dato dichiarato. Quindi si deve andare "a naso", aggiungere una capacità "media" che ci si aspetta di trovare all'ingresso. In effetti poi non ci serve un dato preciso di frequenza di taglio, ma capire se siamo in pericolo o meno...

(segue)



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Re: Capacità e impedenza dei cavi di segnale.

Messaggio Da bandAlex il 15/11/2012, 02:04

Questo problema è particolarmente sentito dai progettisti dell'audio domestico, in quanto mentre in ambito professionale le impedenze sono rigidamente determinate e rispondono a standard precisi (come del resto anche un sacco di altri parametri di interfaccia), nell'hi-fi e nell'audio casalingo invece si è un po' in balia dei gusti e delle convinzioni di chi progetta.

Quindi può succedere che il nostro amplificatore progettato con tanta cura e dalle caratteristiche eccezionali di banda passante si trovi ad essere collegato magari ad una sorgente di tipo valvolare con un'impedenza di uscita così elevata da mandare a carte quarantotto tutti i nostri propositi.

Facciamo un esempio. Abbiamo comprato un bellissimo preamplificatore di tipo "passivo", ovvero che al suo interno non ha assolutamente nulla se non un bel commutatore meccanico, un bel potenziometro da 50 Kohm, e tanti bei connettori dorati. Cosa c'è di meglio di un apparato audio privo di stadi attivi? Zero distorsione, zero rumore, tutta musica, e tanto esoterismo. E tante punte e sotto-punte.

Un preamplificatore di questo tipo ha un'impedenza di uscita (media) che è circa un quarto di quella del potenziometro utilizzato, in questo caso quindi circa 12 Kohm. Supponiamo di usare il solito cavetto RCA da un metro e mezzo per collegare il pre al finale, e facciamo i conti:

fT = 1/2pRC = 1 /(2*3.14*12000*0.00000015) = 88.46 KHz

Come vedete, siamo già pericolosamente vicini all'estremo alto della banda audio. Ma attenzione, abbiamo considerato solo la capacità del cavetto, trascurando quella all'ingresso dell'ampli.

Normalmente, quello che si incontra all'ingresso di un amplificatore è una cosa simile a questa:



ovvero un filtro RC per bloccare la radiofrequenza, la quale potrebbe essere demodulata dagli stadi successivi e trasformarsi in radio maria come sottofondo mistico in onore del vostro acquisto esoterico.

Se avessimo comprato un preamplificatore rispondente ai moderni canoni tecnologici, esso avrebbe avuto un'impedenza di uscita intorno ai 50-100 ohm al massimo. E' quello che si aspetta l'omino che ha progettato l'ampli e il filtro RC all'ingresso. Infatti la fT di quel filtro sarebbe in tal caso:

fT = 1/(2pRC) = 1/(2*3.14*(Rsorgente+R5)*C7) = 1/(2*3.14*(100+2200)*0.00000015) = 461.5 KHz

quindi ben al di sopra dei 20 KHz, da non creare alcun problema. Anche considerando la capacità del cavetto la fT non si abbassa al di sotto di circa 240 KHz, che guarda caso è la fT ideale per avere un'attenuazione decente della radiofrequenza e allo stesso tempo non rompere le scatole in banda audio.

Ma che succede con il nostro preamplificatore esoterico? Rifacendo i conti, vediamo cosa esce fuori:

fT = 1/(2pRC) = 1/(2*3.14*14200*0.0000003) = 37 KHz circa, con un cavetto da 1.5 m

fT = 1/(2pRC) = 1/(2*3.14*14200*0.00000045) = 24 KHz circa, con un cavetto da 3 m

La fT a 24 Khz vuol dire che stiamo già attenuando ben dentro la banda audio. Un tale tipo di situazione è il classico esempio di come non solo il tipo di cavetto, ma anche soltanto la sua lunghezza possono modificare il suono di un impianto. Questo è un buon motivo per NON comprare un preamplificatore di tipo passivo. Ce ne sono altri, che però non è il caso di affrontare in questo momento.

Ma l'esempio che ho fatto è abbastanza ottimista. All'ingresso dell'amplificatore abbiamo trovato C7 che è da 150 pF, ma solo perchè tale amplificatore l'ha progettato un certo bandAlex, che è fissato con la banda passante. E' molto probabile però che in quel punto ci troviate, nel 90% dei casi, un condensatore da 220 o anche da 470 pF, a seconda del grado di fobia per le radiofrequenze che ha l'ingegnere che ha disegnato il circuito. In ambito professionale, poichè si è sicuri che il preamplificatore (o la sorgente) avrà un'impedenza di uscita molto bassa, in quel punto ci trovate probabilmente 1 nF. In tal caso, per poter utilizzare il preamplificatore esoterico, il cavetto dovrà essere lungo solo pochi centimetri.

Tutto questo per evidenziare come il problema sia in realtà più complesso di quello che il normale utente può immaginare, soprattutto perchè in ambito hi-fi ci sono parametri non ben definiti, come l'impedenza di uscita delle sorgenti, e altre variabili come le lunghezze dei cavetti, le capacità parassite interne alle apparecchiature, e così via.

La regola generale per evitare di avere problemi è quindi quella di utilizzare sorgenti e preamplificatori con l'impedenza di uscita più bassa possibile. In genere, con le apparecchiature moderne con impedenza di uscita di un centinaio di ohm o inferiore, un cavetto schermato di 5 metri, per quanto possa essere alto in capacità, è difficile che possa causare problemi, perchè la frequenza di taglio dell'interfaccia sorgente/ampli non scende al di sotto di qualche centinaio di KHz.

Diverso è il caso con le sorgenti valvolari o apparecchi di tipo esoterico, i quali a causa di impedenze di uscita più elevate possono rendere più probabile l'impensabile, ovvero far suonare "eufonico" anche un amplificatore con banda passante propria di parecchi megahertz, magari perchè il cavetto è troppo lungo. Oppure perchè si deve usare quello dell'oscilloscopio. Anzi meglio quello satellitare.


Ultima modifica di bandAlex il 15/11/2012, 14:36, modificato 4 volte
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