[Teoria] Alcune considerazioni sui progetti di cavi di segnale e sulla risposta in frequenza

Alcune considerazioni sui progetti di cavi di segnale
e sulla risposta in frequenza

Filtro passa-basso RC

Autore: Roger McCuaig - TNT Canada
Pubblicato: Novembre, 2017
Traduttore: Roberto Felletti

Introduzione

Mentre lavoravo sull'articolo relativo ai cavi di segnale fai-da-te TNT AirCoil, ho riflettuto e mi sono documentato su come la capacità influisca sulla risposta in frequenza e quanto, in realtà, debba essere bassa la capacità dei cavi di segnale. Quanto segue è il resoconto delle mie riflessioni.

Lo schema del circuito

Per gli scopi relativi all'analisi della risposta in frequenza, un circuito di interconnessione può essere rappresentato come un filtro passa-basso Resistenza-Capacità (RC). La resistenza del cavo è trascurabile rispetto alla resistenza della sorgente, per cui R diventa la resistenza della sorgente e C è la capacità del cavo di segnale.

[Schema elettrico di un filtro passa-basso]

ω = 2 π f (f è la frequenza)

Esaminando l'equazione sopra riportata notiamo che, per ogni combinazione sorgente-cavo, quando la frequenza aumenta (e il secondo valore sotto la radice quadrata diventa maggiore di 1) la tensione di uscita (Vout) inizia a diminuire. Tuttavia, poiché il valore della capacità è estremamente piccolo (ad esempio: 75 pF, cioè 0,000000000075 F), tipicamente questo diventa un aspetto da considerare solo nell'estremo superiore dello spettro di frequenze audio.

Alcune considerazioni sull'udito

Molte persone oltre i 35 anni non riescono a sentire i suoni al di sopra dei 15 kHz (17 kHz per i più fortunati).
All'estremo superiore dello spettro di frequenze audio, l'orecchio non è in grado di percepire differenze di pressione sonora inferiori a 0,4 dB (circa 0,5 dB per volumi inferiori a 70 dB). Dati contenuti in una pubblicazione dell'Università dell'Illinois. Uso consentito per scopi non commerciali.

E a proposito dello scostamento di fase?

Un filtro passa-basso genera uno scostamento di fase, a causa del processo di carica della capacità nel circuito; questo scostamento di fase del segnale varia al variare della frequenza. Alcuni sostengono che sporchi il segnale. Tuttavia, se facciamo i calcoli risulta che il ritardo reale a cui possiamo andare incontro, a 15 kHz, è di alcuni microsecondi! C'è qualcuno in grado di percepirlo? Nel suo libro, Philip Giddings afferma che «alcune ricerche hanno dimostrato che l'orecchio umano è abbastanza insensibile alle variazioni di fase».

Conclusioni

Un cavo di segnale che abbia un valore di capacità tale da generare una riduzione inferiore a 0,4 dB (a 17 kHz), probabilmente andrà bene per le capacità uditive della maggior parte degli audiofili. Utilizzando la formula sopra riportata, per un'impedenza della sorgente pari a 600 Ω (come il mio pre-amplificatore), allo scopo di ottenere un'attenuazione in frequenza di -0,4 dB (o inferiore) a 17 kHz, un cavo di segnale richiederebbe una capacità pari a circa 5 nF, o meno. Se l'impedenza della sorgente si aggira sui 100 Ω (la norma), allora per ottenere lo stesso risultato la capacità del cavo dovrebbe essere inferiore o uguale a circa 9 nF.

Lo Zeitgeist audiofilo impone che, per raggiungere il nirvana musicale, nessun dettaglio è troppo piccolo o troppo insignificante; pertanto, nulla va trascurato. Sicuramente, i produttori alimentano questa mentalità, facendo a gara nell'accaparrarsi i soldi dei clienti. Ma se per la maggioranza degli esseri umani qualcosa è impercettibile, perché mai dovremmo preoccuparcene? Sì, lo so, molti sostengono che togliere informazioni, che siano oltre la soglia di udibilità, dal segnale musicale può influire sulla parte che ricade nell'intervallo udibile; ebbene, se facciamo i calcoli sono sicuro che ciò possa essere dimostrato. Tuttavia, la questione rimane: quell'effetto è molto al di sotto della soglia di udibilità, quindi perché preoccuparcene?

Si evince che è abbastanza fattibile costruire un cavo di segnale fai-da-te che presenti una capacità molto inferiore a 1 nF, quindi caratterizzato da una risposta lineare ben oltre i 20 kHz. Per ulteriori informazioni: cavo di segnale fai-da-te TNT AirCoil.

Bibliografia: Giddings, G.H. Philip, (1990) - “Audio Systems Design and Installation”, Butterworth-Keinemann, Woburn, Ma.