4.1 L'Effetto Pelle
Per poter comprendere l'importanza del materiale isolante utilizzato in un cavo audio hifi, dobbiamo prima esaminare la distribuzione della corrente alternata all'interno di un conduttore.
Frequenze differenti occupano posizioni differenti (radiali) all'interno del conduttore. Il segnale delle basse frequenze occupa la parte centrale del conduttore, mentre i segnali ad alta frequenza sono confinati sulla superficie del conduttore. I segnali ad alta frequenza sono quindi costretti a scorrere all'interno di una sezione di area trasversale più piccola del conduttore rispetto alle frequenze di bassa frequenza, in modo tale che la resistenza effettiva del cavo, vista dal punto di vista dei segnali ad alta frequenza è maggiore di quella vista dai segnali di bassa frequenza. Le perdite dei cavi sono quindi dipendenti dalla frequenza, con le alte frequenze sottoposte ad una perdita maggiore.
Questo fenomeno è conosciuto come "Effetto Pelle". L'argomento è fonte di notevoli controversie nei circoli degli audiofili, dove molti sostengono che esso sia rilevante unicamente su quelle alte frequenze che sono già oltre la portata dell'udito umano. Tuttavia, questo non è del tutto vero, perchè la resistenza del conduttore inizia ad aumentare, a causa dell'effetto pelle, già intorno ai 20 kHz.
Sono le ALTE frequenze che creano timbrica, ambienza ed alti definiti.
Osserva le figure qui sotto da sinistra a destra.
1. Posizioni radiali all'interno del conduttore in base alla frequenza.
2. Area di occupazione dell'Alta Frequenza in un conduttore multifilare.
3. Area di occupazione dell'Alta Frequenza in un conduttore a struttura solida.
Le basse e medie frequenze occupano la parte centrale del conduttore. Nei cavi di potenza, in particolare, l'ottimizzazione della componente relativa al segnale di bassa frequenza è particolarmente importante. Test approfonditi suggeriscono che il conduttore dovrebbe avere una sezione dell'area trasversale compresa tra 3.00 e 4.5 mm/q al fine di poter fornire la massima quantità possibile di frequenze basse pulite. Inoltre i cavi di grandi dimensioni dovrebbero essere costruiti utilizzando una configurazione con dielettrico di alta qualità come ad esempio polietilene espanso, PTFE o PTFE Microporoso.
Inoltre altri fattori, che non possiamo misurare, influenzano la qualità.
Progetti che prevedono l'impiego di più fili isolati pretenderebbero di superare i problemi dell'aumento della resistenza dovuto all'effetto pelle, ma questi schemi a bassa induttanza tendono ad avere una capacitanza maggiore. Cavi a bassa capacità e bassa resistenza non influenzano i componenti a cui sono connessi, come invece fanno i cavi molto capacitivi; i cavi di potenza debbono avere una bassa resistenza per evitare perdite di segnale, mentre i cavi di segnale debbono possedere una bassa capacità per migliorare la velocità di trasmissione del segnale.
Impianti di amplificazione che suonano più luminosi di altri all'interno della gamma di frequenza audio potrebbero in realtà lavorare in maniera instabile, a causa dell'impiego di cavi particolarmente capacitivi. La luminosità è spesso scambiata per una migliorata dinamica, ma i 'miglioramenti' nella dinamica non dovrebbero mai avvenire a spese della informazione delle basse frequenze, come nel caso in cui un amplificatore diventa instabile. Una eccessiva brillantezza è spesso causata anche dall'utilizzo di cavi argentati; questi possono diventare stancanti per gli ascoltatori dopo un certo periodo di tempo. Atlas non utilizza cavi placcati in argento e neppure cavi composti da due differenti metalli dotati di caratteristiche di resistenza differenti.
Come già spiegato i tre disegni qui sopra, da sinistra a destra, rappresentano l'area di occupazione radiale all'interno del conduttore in funzione della frequenza. Le basse frequenze occupano il centro del conduttore. Ne consegue che un conduttore di grande dimensione offre una resistenza inferiore alle basse frequenze e potrà riprodurre meglio la gamma bassa. Questo è il motivo per cui i cavi di potenza Atlas sono resi disponibili in una varietà di dimensioni, per esempio nel caso dei cavi di potenza Hyper, 1.5 mm/q, 2.0 mm/q e 3.0 mm/q, etc. Sistemi che abbiano un 'basso prepotente' potrebbero essere cablati con un cavo di potenza di diametro inferiore, mentre per incrementare le basse frequenze è opportuno utilizzare un cavi di maggiore dimensione. Anche nel caso in cui i cavi di potenza debbano percorrere distanze maggiori è indicato l'impiego di un cavo con conduttori di diametro maggiore.
Il secondo disegno illustra l'area di occupazione per le alte frequenze all'interno di un conduttore multifilare.
Il terzo disegno mostra l'area di occupazione delle alte frequenze in un cavo a conduttore solido. L'area di occupazione in un conduttore solido è maggiore di quella all'interno di un conduttore multifilare, quindi i segnali di alta frequenza incontreranno meno resistenza in un conduttore solido che potrà riprodurre alti migliori e non stridenti. Tutti i cavi Atlas bi wire speaker impiegano conduttori multifilari per le basse frequenze (bassi) e conduttori solidi per le alte frequenze (alti). Ci si potrebbe domandare perchè non utilizzare allora un conduttore solido per entrambi; bene, la risposta è che se per esempio impiegassimo un conduttore solido da 3.00 mm/q, esso risulterebbe troppo rigido, anzi si spezzerebbe facilmente qualora venisse piegato, da qui il motivo per cui utilizziamo un conduttore multifilare.
La misura ottimale approssimativa per un conduttore di tipo solido è di 1.5 mm/q. I cavi Atlas bi wire hanno quattro estremità lato altoparlanti, di differenti lunghezze. Le due estremità più lunghe sono quelle che si connettono ai connettori di alta frequenza (H.F.) sugli altoparlanti (ovviamente prendendo in considerazione altoparlanti che abbiamo una configurazione che preveda il biwiring!), mentre le due estremità pi corte sono quelle per i connettori in bassa frequenza (L.F.).
4.2 Velocità di propagazione (VOP) e tipi di isolanti. (la velocità è importante)
I segnali di alta frequenza occupano la periferia del conduttore (vedi sopra). Una bassa qualità del dielettrico (materiale isolante) riduce la velocità di questo segnale, risultando in un suono che è sbilanciato verso le regioni delle basse e medie frequenze dello spettro audio. Perciò, un suono di qualità scadente si accompagna spesso all'utilizzo di un cavo un un dielettrico di bassa qualità.
PVC (Cloruro di Polivinile) è economico da produrre e, come tale, è l'isolante che più di frequente viene utilizzato nei cavi AV. Tuttavia, il PVC è l'isolante di peggiore qualità per le applicazioni Hi-Fi o AV ed il segnale può incontrare una perdita elevata ed una significativa riduzione della sua velocità. Il PVC è impiegato meglio nei cavi di alimentazione e dovrebbe essere evitato nei cavi di segnale Hi-Fi e AV.
Altri dielettrici di comune impiego sono Polietilene, Polipropilene e Politetrafluoride Epossidico (meglio conosciuto come PTFE o Teflon e il nuovo ed unico PTFE Atlas Microporoso).
Il Teflon possiede un alto punto di fusione (327°C); ottimo per l'utilizzo in una padella antiaderente come rivestimento; non altrettanto quando lo si impiega per rivestire il rame lavorato - alla alte temperature in gioco, OFC e OCC tornerebbero indietro al loro stato iniziale altamente granulare, distruggendo l'integrità delle strutture a bassa granulosità o monocristalline. Ma durante questi ultimi anni, Atlas cables, in collaborazione con i propri fornitori, ha studiato un metodo per rivestire il rame con il Teflon, senza gli effetti deleteri accennati prima.
Finalmente, dopo un grande impegno nella ricerca, siamo ora in grado di rivestire il rame con un particolare tipo di Teflon chiamato Fluorinated Ethylene Propylene (FEP) - con punto di fusione a 275°C - grazie al raffreddamento del rame durante la procedura di rivestimento.
Il FEP consente all'utilizzatore di ottenere poche perdite, tipicamente associabili a questa tipologia di dielettrico, permettendo invece di avere ancora tutti i vantaggi di conduttori di rame a bassa granulosità. Il Teflon FEP è impiegato in tutti i prodotti Atlas della linea Atlas Ascent, Atlas Superior, nei cavi di potenza Hyper, etc..
4.3 Dielettrici Microporosi.
Ulteriori ricerche hanno portato all'introduzione del PTFE Microporoso. I primi prodotti Atlas ad aver introdotto il nuovo dielettrico sono stati i cavi di segnale Mavros ed Asimi ed i loro corrispondenti cavi di potenza.
Il PTFE Microporoso è unico, un materiale dielettrico a bassa densità che offre significativi miglioramenti nelle performance rispetto ad un dielettrico PTFE di tipo solido. Il PTFE Microporoso contiene una maggiore percentuale di aria rispetto al PTFE solido; qualità ottenuta attraverso l'introduzione di piccoli vuoti d'aria (meno di mezzo micron di diametro) all'interno del materiale. Il risultato è una minore costante dielettrica compresa tra 1.5 e 1.3 (tipicamente il Teflon, la seconda migliore opzione per i dielettrici, ha valori compresi tra 2.1 e 2.3). La velocità di propagazione è incrementata tipicamente tra il 72% all' 80% rispetto a cavi di tipo tradizionale e di circa il 30% rispetto ai cavi che utilizzano dielettrici in Teflon standard.
4.4 Stabilità di Fase - minore cancellazione del segnale.
Il PTFE Microporoso ha migliorato la stabilità di fase rispetto alla variazione di temperatura, perchè questo dipende dal coefficiente di espansione termica sia del dielettrico del cavo, sia dei suoi conduttori. Poichè il PTFE Microporoso possiede un minore coefficiente termico di espansione rispetto al PTFE, l'uso di un dielettrico microporoso determina una minore espansione dielettrica e quindi una migliore risposta della fase rispetto alla temperatura.
Fermo restando il medesimo diametro esterno, i cavi che utilizzano PTFE Microporoso mostrano una minore perdita di segnale rispetto a quelli che utilizzano PTFE solido. Questo accade per prima cosa perchè il fattore di bassa dissipazione del dielettrico stesso riduce l'attenuazione, specialmente alle frequenze più elevate, e secondo perchè la bassa costante dielettrica di un isolante microporoso consente l'utilizzo di un conduttore di diametro maggiore.
Ad esempio nei cavi di potenza Mavros, le ottime doti di riproduzione del basso e delle informazioni di bassa frequenza sono state ottenute grazie all'adozione di conduttori più grandi e del PTFE Microporoso.
L'espansione termica del PTFE solido può avere effetti meccanici deleteri sul cavo, perchè nel momento in cui il PTFE si espande con il calore, si riduce lo spazio di aria tra il dielettrico del cavo ed il contatto con il connettore, andando quindi a degradare l'impedenza della terminazione. Ma dal momento che il dielettrico microporoso si espande in maniera minimale con il calore, queste effetti sono insignificanti.
Da un certo punto di vista le differenze su evidenziate, tra dielettrico microporoso e PTFE solido, potrebbero essere considerate di scarsa entità, ma in realtà gli effetti determinati da questi piccoli cambiamenti possono causare un degradamento del segnale audio. Eliminando lo strato di questo degradamento, fatto di armoniche non-correlate e non-lineari, si rivelano maggiori dettagli dell'incisione musicale.
La tabella qui sotto mostra le proprietà di una selezione di dielettrici. Anche se non utilizzato nei nostri cavi, abbiamo incluso il PVC a scopo di comparazione.
Materiale Dielettrico |
|||||
Proprietà |
Polyvinyl chloride PVC |
Foamed polyethylene PEF |
Polypropylene P.P. |
Teflon (FEP) o PTFE |
Mircoporos PTFE |
Costante Dielettrica (@ 50 - 106 Hz) |
4-8 | 2.3 | 2.25 | 2.1 | 1.3 |
Forza Dielettrica (kV mm-1) |
23-30 | 30-50 | 30-50 | 20-25 | n.a |
Perdita tangente (% @ 50 - 106 Hz) |
8-15 | 0.02-0.05 | 0.02 - 0.06 (@ 106 Hz) |
0.02-0.07 | n.a |
Volume resistività (ohms.cm @ 20°C) |
1012-15 | > 1017 | 6.5 x 1014 | > 1016 | n.a |
Resistenza alla trazione (kg mm-2) |
1.0-2.5 | 1.0-2.0 | 3.0-4.0 | 1.9-2.2 | 1.0 |
Punto di fusione (°C) |
-130 | 112-120 | 155-160 | 275 | 275 |
Temp. max di operatività continuativa (°C) |
60 | 75 | 90 | 200 | 260 |
Temp. min. operativa (°C) |
-15 to -40 | <-60 | -5 to -45 | <-60 | -250 |