Capacità e impedenza dei cavi di segnale.

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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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Re: Capacità e impedenza dei cavi di segnale.

Messaggio Da Stefano Gromit il 15/11/2012, 13:15

Complimenti! Una bellissima lezione che dovrebbero leggere in molti bookread
Specialmente quelli di certe sezioni di certi forum in cui lo sport nazionale di sparare ad alzo zero, senza peraltro avere le basi tecniche scientifiche, è applicato ai massimi livelli laser
Mandi e grazie ancora!
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Re: Capacità e impedenza dei cavi di segnale.

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

Caro Alessandro,

grazie per il trattatello.

Dei cavi per oscilloscopio che mi dici? Sono schermati, oltre che a bassa capacità?



PS: il problema di accoppiamento tra sorgenti e pre o ampli immagino dipenda quando si vuole fare tutto senza controreazione (anche se 100 Ohm di impedenza pochi non sono) e magari con condensatore di uscita.
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Re: Capacità e impedenza dei cavi di segnale.

Messaggio Da bandAlex il 15/11/2012, 15:20

Più che dalla controreazione dipende dal tipo di stadio di uscita. Con le valvole, se si esce di catodo ad esempio, si possono avere anche poche decine di ohm di impedenza, anche senza fare uso di controreazione totale (cioè inter-stadio). Comunque è sufficiente stare al di sotto del migliaio di ohm per non avere problemi. L'eventuale presenza di un condensatore all'uscita è meno problematica, perchè in genere l'impedenza di ingresso di un amplificatore non è mai inferiore a 6/7 Kohm, per cui il valore di capacità da usare è piuttosto piccolo e si può abbondantemente sovradimensionare per stare tranquilli. E... sì, se la domanda successiva fosse "per forza elettrolitico?", la risposta sarebbe "no, con dispendio di spazio si può usare anche un polipropilene".

I cavetti per oscilloscopio sono schermati.
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Re: Capacità e impedenza dei cavi di segnale.

Messaggio Da eisenstein il 15/11/2012, 15:48

@bandAlex ha scritto:
I cavetti per oscilloscopio sono schermati.



Ma allora sono la quadratura del cerchio!
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Re: Capacità e impedenza dei cavi di segnale.

Messaggio Da bandAlex il 15/11/2012, 16:01

Lo sapevo... sly
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Re: Capacità e impedenza dei cavi di segnale.

Messaggio Da eisenstein il 15/11/2012, 16:30

@bandAlex ha scritto:Lo sapevo...





PS: cos' hanno quei cavi di così particolare che riescono a essere schermati e tuttavia a bassa capacità che altri normali cavi RCA non hanno?
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Re: Capacità e impedenza dei cavi di segnale.

Messaggio Da ado il 15/11/2012, 21:28

@eisenstein ha scritto:
@bandAlex ha scritto:Lo sapevo...





PS: cos' hanno quei cavi di così particolare che riescono a essere schermati e tuttavia a bassa capacità che altri normali cavi RCA non hanno?

principalmente dipende dallo spessore del conduttore centrale; ...sottilissimo

per chi voglia approfondire l'argomento, ecco due buoni documenti

http://www.ik0ziz.it/Cap03.pdf

http://www.iw2fnd.it/al/sites/default/files/docs/TDR_Articolo.pdf

attenzione a distinguere "costanti concentrate" e "costanti distribuite". a proposito dell'influenza della componente capacitiva del cavo coassiale

uno spezzone di cavo coassiale (o una qualsiasi linea di trasmissione) ed un condenzatore di pari capacità "concentrata" non sono assimilabili

Bye
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Re: Capacità e impedenza dei cavi di segnale.

Messaggio Da bandAlex il 15/11/2012, 23:37

@ado ha scritto:per chi voglia approfondire l'argomento, ecco due buoni documenti
http://www.ik0ziz.it/Cap03.pdf
http://www.iw2fnd.it/al/sites/default/files/docs/TDR_Articolo.pdf

I documenti linkati sono ottimi, ma hanno poco a che fare con l'audio (meno male, dico). wink
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Re: Capacità e impedenza dei cavi di segnale.

Messaggio Da eisenstein il 15/12/2012, 22:33

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Re: Capacità e impedenza dei cavi di segnale.

Messaggio Da bandAlex il 16/12/2012, 00:22

Dico che ognuno ha le sue convinzioni. Si parla di cavi schermati "generici", ma bisogna distinguere le varie situazioni. Un conto è quando si parla di spezzoni di cavetto schermato dentro le apparecchiare audio, e un altro conto è quando si parla di cavetti di collegamento tra apparecchiature diverse.

Nel primo caso, c'è ben poco da preoccuparsi: le lunghezze in gioco sono talmente piccole che un cavetto schermato dovrebbe avere capacità inusitate (ovvero improbabili) per creare qualche problema. Nel secondo caso invece si tratta soltanto di scegliere il cavo schermato con la più bassa capacità per metro lineare (o che più ci piace), visto che la matematica e la fisica sono scienze esatte. E' chiaro che se uso un cavetto schermato pagato centinaia di euro, le cui uniche caratteristiche fisiche conosciute sono che è pitonato e color porpora, è possibile che possa incappare nella situazione in cui quel cavetto effettivamente altera il segnale.

La probabilità che capiti una cosa di questo genere però è davvero bassa: può essere che il cavetto fa davvero schifo, oppure può essere che il produttore del cavetto abbia - appositamente - usato un isolante (un dielettrico) inadatto, tale da far presentare ai capi delle apparecchiature connesse una capacità inusitatamente elevata. E può essere che tale scelta dell'isolante sia stata fatta proprio con l'intenzione di alterare il segnale (nella maniera che l'audiofilo in genere preferisce: quella "eufonica").

Ma dov'è il problema. Ammesso che capiti una situazione del genere, si cambia il cavetto, non è che si aboliscono i cavetti schermati. Anche perchè negli studi di registrazione, o nelle riprese audio dal vivo, il segnale passa per centinaia di metri di cavetto coassiale. Ditemi voi ora, che senso ha decidere di non usarlo dentro casa. Roba da matti.

Piuttosto, per diminuire la probabilità che un cavetto schermato crei problemi, è fondamentale che le nostre sorgenti presentino impedenze di uscita più basse possibili, intorno ai 50 - 100 ohm al massimo. Ma anche qui, chi lancia anatemi contro i cavetti schermati, sarà al corrente di questo fatto? O almeno, avrà mai provato a scoprire con quale impedenza esce la sua sorgente?
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Re: Capacità e impedenza dei cavi di segnale.

Messaggio Da ucciopino il 8/1/2013, 16:39

Thread molto interessante e nonostante stia divorando letteralmente il forum mi era sfuggito.
Complimenti ad Alessandro per l'analisi veramente precisa e tagliente.
Non posso però fare a meno di pensare ad alcuni aspetti della riproduzione influenzati dalla sostituzione del cavo.
Mentre è relativamente facile intuire il comportamento di un cavo rispetto alla freq. / componenti parassite RLC introdotte mi è sempre rimasta oscura la relazione che può avere un cavo (spesso rilevata con ascolti ai diffusori) riguardo ad aspetti quali focalizzazione / soundstage (profondità in particolare).
Potrebbe dipendere forse dall'influenza delle componenti parassite sulla fase dei diffusori?
A parità di valori parassiti introdotti la geometria stessa del cavo può influenzare tali aspetti?
Personalmente mi sono sempre divertito a sperimentare sui cavi (autocostruzione) ed ho trovato la quadra riproducendo la geometria helix che si è rivelata (almeno nel mio caso) ..... interessante all'ascolto (anche sul cavo di segnale).
Mi piacerebbe sapere cosa ne pensate a riguardo.
E della differenza tra solid core e multifilare? (io riscontro una gamma media migliore con il S.C.). bye

P.S. non mi lapidate ma la matematica e la fisica sono scienze esatte ma ancora molto sconosciute. grande sorriso
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Re: Capacità e impedenza dei cavi di segnale.

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