La Nuda Verità sui cavi di potenza

La Nuda Verità sui cavi di potenza

Banane, banane. Dobbiamo ancora dilungarci sulla via del discorso sui cavi....

Bene, gente, è passato un po' di tempo da quando ho scritto sui cavi. Quindi, se non credete nell'importanza dei cavi, o se avete acquistato l'ultimo cavo "da boutique" e volete rimanere contenti del vostro acquisto, è meglio che non leggiate oltre....
Questa "Nuda Verità sui cavi di potenza" potrebbe essere considerata come un seguito di "La Nuda Verità sui cavi di segnale". E' un discorso che tocca qualche ulteriore punto di quelli che riguardano i cavi in generale e si concentra su quelli di potenza.
La parte di autocostruzione tenterà di fornire un cavo di potenza semplice, economico e di facile realizzazione, che, nondimeno, grazie alla sua propria geometria, sfodererà delle prestazioni nettamente superiori rispetto a quelle dei più comuni cavi di potenza in commercio ed anche, oso dire, del cavo di potenza autocostruito TNT-Star.

Chiunque sia intenzionato a mettere da parte l'arida teoria e voglia davvero cimentarsi con l'autocostruzione di cavi si faccia avanti e realizzi uno di questi due:
potete optare per un cavo concepito per dare un deciso assalto allo "stato dell'arte", il cavo "UBYTE-2";
oppure vi mantenete più sul semplice e sul saggio, e allora vi fate un bel "FFRC" (Full Frequency Range Cable; cavo da intero spettro di frequenze, n.d.t.), un cavo concepito con lo scopo di ottenere un significativo miglioramento rispetto al comune e moderatamente caro cavo multifilare generalmente adoperato e venduto come "cavo di potenza da specialisti".

La verità completamente nuda e cruda

In primo luogo, ritengo sia meglio che sappiate che POCHISSIMI sedicenti costruttori di cavi realizzano davvero in proprio i cavi ed i conduttori. Molto spesso il conduttore da essi impiegato è una versione lievemente personalizzata di uno dei tipi prodotti dalle grandi aziende produttrici di cavi e conduttori, come la Belden.

In più di un occasione mi sono imbattuto in cavi nei quali l'opera di "personalizzazione" si riduceva ad una guaina esterna dal colore all'ultimo grido e con dei simpatici disegnini. Comunque, c'è da dire che esistono anche aziende che compiono un cospicuo lavoro di ricerca di base e che spesso realizzano in proprio parte o tutti i componenti dei loro cavi.

Comunque si tratta di un numero MOLTO ridotto di aziende, visto che un tale approccio implica cospicui investimenti di capitale. Altre aziende hanno scoperto per caso o nel corso della loro attività di ricerca un qualche cavo o conduttore commercialmente realizzabile e dall'ottimo comportamento. Così hanno iniziato con la commercializzazione di quel prodotto ed, in seguito, hanno lavorato per migliorare il conduttore per renderlo conforme alle loro specifiche di obiettivo.

In molti casi ho visto che il prezzo non può essere preso come indicatore di come e da chi il cavo che state per acquistare è davvero stato fatto. Perciò credo sia corretto ed onesto (ma molto scomodo) dire che la maggior parte dei "cavi Hi-Fi" degli specialisti sono costituiti da marketing per il 95 % circa e da ricerca per il residuo 5%.
Vi prego di tenere bene a mente che non tutte le aziende che vendono cavi Hi-Fi da specialisti sono colpevoli per questa situazione; ma molte lo sono. Vi prego anche di fare caso al fatto che nell'articolo che segue faccio menzione di varie aziende che fanno o vendono cavi Hi-Fi.
La loro indicazione non costituisce una promozione dei loro prodotti, ne' va presa per l'affermazone contraria. E' solo che i loro prodotti sono molto ben noti e spesso sono tipici relativamente alla specifica tecnica di progetto menzionata.

Cavi - sono differenti?

Allora, cosa ci fa scartare il cavo Hi-Fi medio e cosa, invece, può essere considerato "universalmente" buono?

Io divido gli effetti udibili relativi alle prestazioni dei cavi in tre ordini, il primo, il secondo ed il terzo, decrescenti per importanza ed impatto sonico. Andatevi a rileggere il mio articolo La Nuda Verità sui cavi di segnale se volete una descrizione più dettagliata di questi ordini di effetti.
Va precisato che, a seconda delle condizioni esterne e di interfaccia, effetti del secondo ordine ed effetti del primo possono invertire la loro importanza in termini di grandezza....

Nella mia ricostruzione, gli usuali parametri RLC (Resistenza [R] , Induttanza [L] e Capacità [C] ) si riferiscono agli effetti di primo ordine, quantunque non è detto che in ogni situazione ciascuno di essi rivesta la stessa importanza.

Facciamo un esempio della differente importanza dei singoli parametri RLC in relazione a grandezze rilevanti, come l'impedenza ed il carico della sorgente, che tipicamente vanno, rispettivamente, da pochi Ohm a pochi KOhm, e da 10 KOhm a circa 1 MOhm (entrambe grandezze per la maggior parte resistive).

La mia esperienza è che la capacità (C) assume una caratteristica prevalente, mentre la resistenza (R) e l'induttanza (L) sono di solito relegate ad un livello INFERIORE rispetto alla maggior parte degli effetti di secondo ordine, per quanto riguarda l'ordine di grandezza della loro influenza sul suono.
Un effetto del secondo ordine, il coefficiente di assorbimento del dielettrico (DA), sale di un ordine. Quindi, i principali parametri dei cavi di segnale sono C e DA, almeno finchè i valori di R e di L si mantengono entro limiti ragionevoli (vedi "La Nuda Verità sui cavi di segnale").
L'effetto pelle rimane rilevante, (ma si situa sicuramente nel campo degli effetti del secondo ordine), così come l'effetto Maxwell (ne tratto in seguito).
I limiti della banda passante sono per lo più causati dal filtro passabasso formato dall'impedenza della sorgente e dalla capacità del cavo. Una banda passante di circa 100 kHz nei cavi di segnale assicura che le differenze di fase ed il calo della risposta in frequenza oltre i 20 kHz rimangano entro valori accettabili.
Il DA determina la coerenza temporale e la distorsione del cavo, unitamente ad ulteriori effetti del secondo e del terzo ordine.....

Analizziamo ora i cavi di potenza

In questo caso l'impedenza della sorgente presenta valori che vanno da circa 0.1 Ohm a circa 8 ohm, e la sua componente è per lo più resistiva, con minime componenti induttive; invece, il carico ha un'impedenza media di 2-16 Ohm, ma con ampie variazione reattive. La maggior parte dei diffusori, inoltre, presenta un'induttanza di circa 50-100 uH che deriva dalla mancanza di una rete di compensazione dell'induttanza del tweeter.

Perciò, a differenza che per i cavi di segnale, la capacità ed il DA possono essere (per lo più) relegati nel campo del secondo ordine, mentre la R e la L diventano molto significative in ragione della bassa impedenza del carico e dell'impedenza di sorgente dell'amplificatore.

L'effetto-pelle e quello Maxwell stanno per essere promossi da effetti di secondo ordine ad effetti del primo: ne sono una funzione diretta la banda passante e le rotazioni di fase in funzione della frequenza.
La situazione si complica se si pensa che certi amplificatori sono molto sensibili alle componenti capacitive del carico offerto dai diffusori (NVA, NAIM, Linn per nominarne solo alcuni). Quindi, quando si tratta con i cavi di potenza, non è facile andare a colpo sicuro.

Parrebbe che per i cavi di potenza la condizione migliore sia quella che vede bassi e concordi valori di R e di L (così da far rimanere l'attenuazione costante al variare della frequenza lungo tutta la banda audio) uniti a bassi valori di capacità e ad alta qualità del dielettrico.
Non vanno comunque trascurati l'effetto pelle e quello Maxwell.
Da mie simulazioni e prove pratiche ho anche rilevato che bisognerebbe cominciare a considerare l'uso di una rete "Terminator" prima delle terminazioni del lato diffusori: servirebbe a compensare l'aumento dell'induttanza del Tweeter ove ce ne fosse bisogno (dipende dai valori di R e di L dei cavi, e dal progetto del crossover dei diffusori).
Ancora, sarebbe consigliabile includere nel cavo un filtro a pi greco (opzionale) nei paraggi delle terminazioni destinate all'amplificatore: assicurerebbe la stabilità operativa anche dell'amplificatore progettato con più "cilicio", ed eviterebbe l'ingresso dei disturbi a radiofrequenza nell'eventuale anello di controreazione dell'amplificatore tramite i terminali di uscita .

Primo - Secondo - Terzo - chi se ne importa, se riusciamo arrivare alla fine....

Visto che abbiamo accennato agli effetti di secondo ordine, esaminiamone qualcuno e vediamo come evitarne le malefiche influenze.

Probabilmente il più controverso effetto di secondo ordine è dovuto al tipo di conduttore. Si possono usare più conduttori non isolati individualmente, oppure possiamo avere un cavo cosiddetto a conduttore solido.

Un particolare cavo a conduttore solido è il "Litzendraht", che presenta il conduttore centrale costituito da singoli conduttori isolati (smaltati) ed intrecciati.
Il vero "Litzendraht" (cavo Litz) è intrecciato come i cavi della Kimber e fu originariamente scoperto da Nicola Tesla MOLTO TEMPO FA.
Spesso si sente parlare di moderni cavi di tipo "Hyper-Litz", ma non mi so spiegare la ragione di tale denominazione: in questi cavi si elimina la geometria ad intreccio, optando per l'uso di semplici conduttori paralleli, perdendo così il vantaggio della geometria Litz di una buona immunità dai campi elettromagnetici....

Esaminiamo ora i tipici cavi di potenza multifilari, che ben possono essere rappresentati dai rinomati "Monster Cable" o dai molti cloni in vendita ovunque, da Radioshack/Tandy a Wall-mart.
Questo tipo di cavo usa per ogni conduttore un gran numero di singoli conduttori in rame non isolati ed attorcigliati tra di loro. Normalmente questo conduttore multifilare è inguainato in PVC chiaro o in PU. La geometria restituisce la cosiddetta "figura di 8", altrimenti detta configurazione "shotgun".

I conduttori multifilari hanno un problema. In un mondo ideale nessun elettrone "attraverserebbe" i confini del singolo conduttore; in quello reale lo fanno continuamente.
(vedi l'articolo "Quantum Tunnel of Love" sui numeri 8a,9a/92 di "Bound for Sound")

L'enorme superficie di contatto fra le pareti metalliche, l'asperità dei confini dei singoli cristalli e l'ossidazione delle superfici rendono la conduzione nel cavo multifilare molto meno lineare della conduzione attraverso un singolo corpo di rame puro.
Si potrebbe quasi dire che con questo tipo di conduttore si introduce qualcosa non molto dissimile (ma nemmeno completamente simile) alla distorsione d'incrocio di un amplificatore a stato solido in classe B.
Anche in un cavo a conduttore solido o in un cavo di tipo Litz si avrà una conduzione in qualche modo non lineare a causa delle impurità e delle connessioni fra cristalli, ma in un grado molto minore.

Prossima fermata: effetto pelle ed effetto Maxwell

L'effetto pelle è quello secondo il quale all'aumentare della frequenza di una corrente alternata, il flusso di elettroni si addensa sempre più negli strati superficiali del conduttore.
Non importa se si tratti di un conduttore solido di rame dal diametro di 12 Gauge, o di un cavo multifilare dal diametro complessivo di 12 Gauge ("Monster Cable"): entrambi appariranno, per quanto riguarda l'effetto pelle, come un conduttore solido di rame rotondo da 12 Gauge.
Dicevamo che più alta è la frequenza, e più la conduzione del segnale attraversa gli strati esterni del cavo.
I normali cavi a conduttore multifilare presentano anche altri problemi, in ragione della non linearità della conduzione superficiale fra conduttore e conduttore, della presenza di ossidazione e cose così. Che mi dite se vi parlo di alti gracchianti....?
Ai fini dell'effetto pelle, la profondità dello strato superficiale ( la "pelle", n.d.t.) di un conduttore rotondo di rame a 20KHz è grosso modo equivalente al diametro di un conduttore da 20 AWG.
A questa profondità rispetto alla superficie del conduttore la densità della corrente è del 63%. Perciò un conduttore da 20 Gauge di diametro non dovrebbe presentare problemi dovuti all'effetto pelle per segnali al di sotto dei 20 kHz. Ma, visto che ho già fatto menzione del requisito di una banda passante da 100 kHz, questo si deve accordare con la presenza dell'effetto pelle.

Va anche notato che il flusso della corrente che scorre nello spazio fra questa quota e la superficie esterna viene violentemente deviato verso la superficie del conduttore, quindi abbiamo visto come in più di un caso è preferibile adoperare un conduttore solido, ma dal diametro minore realizzabile.
Sembra che l'uso di singoli conduttori dal diametro variante fra i 24 ed i 26 Gauge costituisca un buon compromesso fra banda passante e requisiti di producibilità (o di abilità di adattare alla propria produzione di cavi di segnale del conduttore tranquillamente già disponibile in commercio).

L'effetto Maxwell lavora all'altro capo dello spettro delle frequenze (i bassi) ed è un po' più difficile da spiegare. Anzi, io non ci provo nemmeno. Se siete in vena di un sano masochismo matematico, leggetevi l'articolo che il Prof. Malcom Hawkesford ha scritto per l'AES (Audio Engineering Society).
Il concetto è che un conduttore sottile è anche in grado di migliorare la resa sui bassi profondi. Quindi, fra più conduttori, quello che offre la migliore banda passante (sia misurata che ascoltata), a parità degli altri parametri, è quello più sottile.

Ma un conduttore sottile offre una grande resistenza, dandoci problemi con la "resistenza serie" del nostro cavo.
E quindi si sono escogitati cavi con conduttori piatti, sottili, a larga laminazione, per ridurre drasticamente la resistenza delle connessioni con gli altoparlanti, come, per esempio, i cavi Goertz, Sonolith e Magnan.
Un altro metodo è quello di assemblare un fascio di singoli conduttori sottili secondo lo schema Litz o "Hyper Litz" (XLO, Audioquest, Cardas, Kimber and Tara).
Entrambe queste soluzioni fanno sorgere altri problemi dovuti alla geometria del cavo, che spesso portano i parametri RLC verso valori indesiderati.

Stringiamo le fila del discorso:

Un cavo di potenza (universalmente) buono presenta bassi valori di resistenza e di induttanza (anche se con certi diffusori dall'impedenza non resistiva può tornare utile una certa azione compensativa) e valori moderatamente bassi di capacità.
Questo cavo dovrà impiegare più conduttori singoli dal corpo solido e sottili singolarmente isolati, oppure dovrà adoperare conduttori laminari.
Non adopererà conduttori multifilari, così minimizzando entrambi gli effetti pelle e Maxwell.

E come si inseriscono nel discorso i cavi autocostruiti?

Il cavo UBYTE-2, da me sviluppato, rispetta quasi tutte le indicate condizioni.
Una differenza con esse sta nel fatto circa un terzo della sezione del conduttore di ogni singola "gamba" è fatta di un conduttore rotondo di rame a corpo solido da 18 Gauge. Ciò riduce leggermente la banda passante, ma consente l'utilizzo di un cavo coassiale commerciale dalla reperibilità relativamente semplice, e di ottenere una resistenza in continua ragionevolmente bassa.

Il conduttore laminare più esterno sopporta il maggior carico di corrente e rispetta il modello solido e sottile.
La specifica geometria (così come sviluppata da Jon M. Risch) permette di ottenere dei buoni valori di RLC.
Per una lunghezza di 5m di cavo di potenza c'è circa 0.1 Ohm di resistenza in continua e circa 1uH di induttanza, e la capacità è di circa 800 pF.
Caricato con 6 ohm resistivi (il carico offerto dalla maggior parte dei moderni tweeter con la loro rete di Zobel), esprime una banda passante col punto a -3db oltre i 300 kHz.

La massima deviazione della risposta in frequenza nell'intervallo da 20 Hz a 20kHz per un diffusore che presenta un picco minimo di impedenza di 4 Ohm sarà di circa -0.2 dB. Valore rilevato al minimo di 4 Ohm, e connesso all'infinita impedenza di uscita dell'amplificatore.
Quindi, adoperando un diffusore dotato di rete di compensazione, dovrebbe essere possibile raggiungere una banda passante che va dalla continua fino ai 60 kHz, con una deviazione del punto a 1 KHz di +/-0.1 dB ed una minima deviazione della risposta in fase. La rete di compensazione può anche fare parte del cavo, se si vuole.
Non è molto buono come risultato, ma credo che sia una prestazione tecnicamente tollerabile. In molti casi l'impedenza di uscita dell'amplificatore produrrà errori maggiori. Molti cavi commerciali non raggiungono nemmeno lontanamente questo livello di prestazioni.

Anche il FFRC - "Full Frequency Range Cable" rispecchia bene i requisiti per un audio di alta qualità.

L'uso di più conduttori da 24 Gauge singolarmente isolati garantisce l'immunità dagli effetti di non linearità della conduzione tipici dei cavi multifilari. Lo spessore dei conduttori è tale che ogni distorsione collegata all'effetto pelle è relegata al di fuori della banda audio.
Con un isolamento di alta qualità ed una geometria che minimizza l'induttanza e la capacità, anche il piccolo FFRC è mille miglia avanti rispetto a tutti i cavi multifilari, indipendentemente dalla loro marca o dal loro prezzo.

Ho condotto un'ampia serie di misure e di simulazioni con PSpice (software reperibile tramite la rivista Inglese "Hi Fi News and Record Reviews", n.d.t.), utilizzando cavi popolari (come il Kimber 4TC, il Goertz MI-2, il Cable Talk 3, il Reson LS-350 ed altri), e tutte hanno confermato che connesso sia ad un carico che simulava il diffusore adattato, sia ad uno non adattato, il cavo "UBYTE-2" offriva la risposta più piatta.

Il FFRC non gli è poi così distante, ma viene pesantemente sconfitto dal Goertz MI-2 e viene lievemente superato dal Kimber 4TC.

Il resto dei cavi era solo una cosa terribile.
Con la parziale eccezione del Reson LS-350, un cavo molto sottile con un paio di conduttori sottili e solidi molto distanziati.
Questo cavo presenta alti valori di resistenza serie e di induttanza. La maggior parte della gente e dei giornalisti lo odiano all'istante per la sottigliezza dei conduttori. Però, connesso ad un diffusore "del mondo reale", la sua banda passante è sorprendentemente ampia.
Comunque, data la sua sezione trasversale piuttosto sottile, è facile che non si adatti bene ad un buon numero di diffusori, quindi non è raccomandabile come cavo di potenza universale.

Perciò credo si possa dire che il progetto di base sia dell'"UBYTE-2" che del "FFRC" è ben fatto e adatto allo scopo.

Il fatto che surclassi nelle misure e nell'ascolto quasi tutti i costosi cavi di potenza sul mercato fa guadagnare allo "UBYTE-2" l'etichetta "UBYTE" (Usually Beats Your Terrible Engineering, come al solito la tua terribile abilità ingegneristica colpisce, n.d.t.).
Se lo dotiamo delle reti (opzionali) di filtraggio dal lato amplificatore e dal lato diffusori, possiamo inserire alla perfezione questo cavo praticamente in ogni combinazione possibile di componenti.

Diversi dettagli "audiofili" di costruzione (dielettrico in aria e polietilene, conduttori solidi, conduttori lamellari, e via così) si rivolgono ad ovviare a molti effetti deleteri per la qualità del suono, la cui esistenza si sospetta, ma non si riesce a dimostrare scientificamente.
Devo ancora trovare il cavo commerciale di fascia media fino a 30-50 dollari al metro che lo surclassi. Non mi è ancora stato possibile provare cavi ancora più costosi in una prova testa a testa....

Al suo confronto, il "FFRC" è solo "buono". Il suo principale pregio sta nel costo del materiale, inferiore anche al più elementare modello di cavo di potenza, ma con prestazioni più simili a quelle di un serio cavo "High-End".... Ed è anche molto più facile da realizzare.

Dove ci conduce questo discorso?

Con quanto precede, indipendentemente dal fatto che vogliate costruirvi da soli il vostro cavo di potenza High-End, o che vogliate usare ciò che avete imparato per evitare i pessimi trabocchetti dell'acquisto di cavi di potenza costosi, dovreste comunque essere ben equipaggiati....

La prossima volta vi voglio parlare del maggiore difetto dei cavi High-End.
Qualcosa di cui pochissime persone, indipendentemente dalla loro formazione anche solo lontanamente ingegneristica, saprebbero parlare con contezza.

Parlerò di cavi di alimentazione.... e di condizionamento della corrente di alimentazione.

Fino ad allora, buon ascolto a tutti voi....

Come stampare questo articolo