El cable de altavoz se utiliza para realizar la conexión eléctrica entre altavoces y amplificadores de audio . El cable de altavoz moderno consta de dos o más conductores eléctricos aislados individualmente con plástico (como PVC , PE o teflón ) o, menos comúnmente, caucho . Los dos cables son eléctricamente idénticos, pero están marcados para identificar la polaridad correcta de la señal de audio . Por lo general, el cable de altavoz viene en forma de cordón zip .
El efecto del cable del altavoz sobre la señal que transporta ha sido un tema muy debatido en el mundo de los audiófilos y la alta fidelidad . La exactitud de muchas afirmaciones publicitarias sobre estos puntos ha sido cuestionada por ingenieros expertos que enfatizan que la resistencia eléctrica simple es, con diferencia, la característica más importante del cable de altavoz.
Los primeros cables de altavoz eran típicamente alambres de cobre trenzados, aislados con cinta de tela, papel encerado o caucho. Para aplicaciones portátiles, se utilizó un cable de lámpara común, trenzado en pares por razones mecánicas. Los cables solían estar soldados en un extremo. Otras terminaciones fueron postes de unión , regletas de terminales y terminales de pala para conexiones engarzadas. Los conectores telefónicos con funda de punta de un cuarto de pulgada de dos conductores se empezaron a utilizar en las décadas de 1920 y 1930 como terminaciones convenientes. [1]
Algunos de los primeros diseños de cables de altavoz presentaban otro par de cables para que la corriente directa rectificada suministrara energía eléctrica a un electroimán en el altavoz. [2] Básicamente, todos los altavoces fabricados ahora utilizan imanes permanentes , una práctica que desplazó a los altavoces con electroimanes de campo en las décadas de 1940 y 1950.
El cable de altavoz es un componente eléctrico pasivo descrito por su impedancia eléctrica , Z. La impedancia se puede dividir en tres propiedades que determinan su rendimiento: la parte real de la impedancia, o la resistencia , y el componente imaginario de la impedancia: capacitancia o inductancia . El cable de altavoz ideal no tiene resistencia, capacitancia ni inductancia. Cuanto más corto y grueso es un cable, menor es su resistencia, ya que la resistencia eléctrica de un cable es proporcional a su longitud e inversamente proporcional a su área de sección transversal (excepto los superconductores ). La resistencia del cable tiene el mayor efecto en su rendimiento. [3] [4] La capacitancia y la inductancia del cable tienen menos efecto porque son insignificantes en relación con la capacitancia y la inductancia del altavoz. Siempre que la resistencia del cable del altavoz se mantenga en menos del 5 por ciento de la impedancia del altavoz , el conductor será adecuado para uso doméstico. [4]
Los cables de altavoz se seleccionan según el precio, la calidad de la construcción, el propósito estético y la conveniencia. El cable trenzado es más flexible que el cable sólido y es adecuado para equipos móviles. Para un cable que estará expuesto en lugar de pasar dentro de las paredes, debajo de revestimientos de pisos o detrás de molduras (como en una casa), la apariencia puede ser una ventaja, pero es irrelevante para las características eléctricas. Un mejor revestimiento puede ser más grueso o más resistente, menos reactivo químicamente con el conductor, menos propenso a enredarse y más fácil de pasar a través de un grupo de otros cables, o puede incorporar una serie de técnicas de blindaje para usos no domésticos. [ cita necesaria ]
La resistencia es, con diferencia, la especificación más importante de un cable de altavoz. [4] El cable de altavoz de baja resistencia permite que una mayor cantidad de potencia del amplificador energice la bobina móvil del altavoz . Por lo tanto, el rendimiento de un conductor como el cable de un altavoz se optimiza limitando su longitud y maximizando su área de sección transversal. Dependiendo de la capacidad auditiva del oyente, esta resistencia comienza a tener un efecto audible cuando la resistencia excede el 5 por ciento de la impedancia del hablante. [4]
La impedancia de un cable de altavoz tiene en cuenta la resistencia del cable, su trayectoria y las propiedades dieléctricas de los aisladores locales. Los dos últimos factores también determinan la respuesta de frecuencia del cable. Cuanto menor sea la impedancia del altavoz , mayor importancia tendrá la resistencia del cable del altavoz.
Cuando los edificios grandes tienen largos tramos de cable para interconectar altavoces y amplificadores, se puede utilizar un sistema de altavoces de voltaje constante para reducir las pérdidas en el cableado.
Los cables más gruesos reducen la resistencia. La resistencia del cable de conexión de altavoz de cobre de calibre 16 o más pesado no tiene ningún efecto detectable en tramos de 50 pies (15 metros) o menos en conexiones de altavoz domésticos estándar para un altavoz típico de 8 ohmios. [4] Para alambres de aluminio o de aluminio revestido de cobre, se necesita un cable de calibre 14 o más pesado para respaldar esta afirmación debido a su mayor resistividad. [4] A medida que cae la impedancia del altavoz, se necesita un cable de menor calibre (más pesado) para evitar la degradación del factor de amortiguación , una medida del control del amplificador sobre la posición de la bobina móvil.
El espesor o tipo de aislamiento tampoco tiene ningún efecto audible siempre que el aislamiento sea de buena calidad y no reaccione químicamente con el cable en sí (en ocasiones se ha descubierto que un aislamiento de mala calidad acelera la oxidación del conductor de cobre, aumentando la resistencia con el tiempo). [ cita necesaria ] Los sistemas de audio para automóviles de alta potencia que utilizan circuitos de altavoces de 2 ohmios requieren un cable más grueso que las aplicaciones de audio doméstico de 4 a 8 ohmios.
La mayoría de las aplicaciones de consumo utilizan cables de dos conductores. Una regla general común es que la resistencia del cable del altavoz no debe exceder el 5 por ciento de la impedancia nominal del sistema. La siguiente tabla muestra las longitudes recomendadas según esta guía:
* Si bien, en teoría, los cables más pesados pueden tener tramos más largos, las longitudes de audio domésticas recomendadas no deben exceder los 50 pies (15 m). [4]
Los números de calibre en SWG ( calibre de cable estándar ) y AWG ( calibre de cable americano ) se reducen a medida que el cable se hace más grande. El tamaño en milímetros cuadrados es común fuera de EE. UU. Los proveedores y fabricantes suelen especificar su cable en función del número de hilos. Un cable de 189 hilos tiene un área de sección transversal de 1,5 mm 2, lo que equivale a 126,7 hilos por mm 2 . [5]
El uso de cobre o aluminio revestido de cobre (CCA) es más o menos universal para los cables de altavoz. El cobre tiene baja resistencia en comparación con la mayoría de los otros materiales adecuados. El CCA es más barato y liviano, a expensas de una resistencia algo mayor (aproximadamente lo mismo que el cobre dos números AWG más). Tanto el cobre como el aluminio se oxidan , pero los óxidos de cobre son conductores, mientras que los de aluminio son aislantes. También se ofrece cobre libre de oxígeno (OFC), vendido en varios grados. Los distintos grados se comercializan por tener mejor conductividad y durabilidad, pero no tienen ningún beneficio significativo en aplicaciones de audio. [4] El cable de cobre C11000 de paso resistente electrolítico (ETP) comúnmente disponible es idéntico al cable de cobre C10200 libre de oxígeno (OF) de mayor costo en aplicaciones de cables de altavoces. El C10100, mucho más caro, un cobre altamente refinado al que se le han eliminado las impurezas de plata y el oxígeno se ha reducido al 0,0005 por ciento, tiene sólo un aumento del uno por ciento en el índice de conductividad, insignificante en aplicaciones de audio. [4]
La plata tiene una resistividad ligeramente menor que el cobre, lo que permite que un cable más delgado tenga la misma resistencia. La plata es cara, por lo que un cable de cobre con la misma resistencia cuesta considerablemente menos. La plata se empaña para formar una fina capa superficial de sulfuro de plata .
El oro tiene una resistividad más alta que el cobre o la plata, pero el oro puro no se oxida, por lo que puede usarse para revestir terminaciones de cables.
La capacitancia se produce entre dos conductores cualesquiera separados por un aislante. En un cable de audio, la capacitancia se produce entre los dos conductores del cable; las pérdidas resultantes se denominan "pérdidas dieléctricas" o "absorción dieléctrica". La capacitancia también ocurre entre los conductores del cable y cualquier objeto conductor cercano, incluido el cableado doméstico y el concreto húmedo de los cimientos; esto se llama "capacitancia parásita".
Las capacitancias paralelas se suman, por lo que tanto la pérdida dieléctrica como la pérdida por capacitancia parásita suman una capacitancia neta.
Las señales de audio son corriente alterna y, por lo tanto, se ven atenuadas por dichas capacitancias. La atenuación ocurre inversamente a la frecuencia: una frecuencia más alta enfrenta menos resistencia y puede filtrarse más fácilmente a través de una capacitancia determinada. La cantidad de atenuación se puede calcular para cualquier frecuencia determinada; el resultado se llama reactancia capacitiva , que es una resistencia efectiva medida en ohmios:
dónde:
Esta tabla muestra la reactancia capacitiva en ohmios (mayor significa menor pérdida) para varias frecuencias y capacitancias; Las filas resaltadas representan una pérdida superior al 1% a 30 voltios RMS:
El voltaje en un cable de altavoz depende de la potencia del amplificador; para un amplificador de 100 vatios por canal, el voltaje será de unos 30 voltios RMS. A tal voltaje, se producirá una pérdida del 1 por ciento a 3000 ohmios o menos de reactancia capacitiva. Por lo tanto, para mantener las pérdidas audibles (hasta 20 000 Hz) por debajo del 1 por ciento, la capacitancia total en el cableado debe mantenerse por debajo de aproximadamente 2700 pF.
El cable de una lámpara común tiene una capacitancia de 10 a 20 pF/pie, más algunos picofaradios de capacitancia parásita, por lo que un tramo de 100 pies (200 pies en total de conductor) tendrá menos del 1 por ciento de pérdida capacitiva en el rango audible (100 pies). * 20 pF/pie = 2000 pF y 2000 pF < 2700 pF). Algunos cables de altavoz premium tienen mayor capacitancia para tener menor inductancia; Lo típico es entre 100 y 300 pF, en cuyo caso la pérdida capacitiva excederá el 1 por ciento para tramos de más de 10 pies (10 pies * 300 pF/pie = 3000 pF y 3000 pF > 2700 pF).
Todos los conductores tienen inductancia , lo que resulta en una resistencia inherente a los cambios en la corriente. Esa resistencia se llama reactancia inductiva , medida en ohmios. La reactancia inductiva depende de qué tan rápido cambia la corriente: los cambios rápidos en la corriente (es decir, altas frecuencias) encuentran una reactancia inductiva más alta que los cambios lentos (bajas frecuencias). La reactancia inductiva se calcula mediante esta fórmula:
dónde:
Las señales de audio son corriente alterna y, por lo tanto, se atenúan mediante inductancia. La siguiente tabla muestra la reactancia inductiva en ohmios (menor significa menor pérdida) para inductancias de cable típicas en varias frecuencias de audio; Las filas resaltadas representan una pérdida superior al 1% a 30 voltios RMS:
El voltaje en un cable de altavoz depende de la potencia del amplificador; para un amplificador de 100 vatios por canal, el voltaje será de unos 30 voltios RMS. A tal voltaje, se producirá una pérdida del 1% a 0,3 ohmios o más de reactancia inductiva. Por lo tanto, para mantener las pérdidas audibles (hasta 20 000 Hz) por debajo del 1 %, la inductancia total en el cableado debe mantenerse por debajo de aproximadamente 2 μH.
El cable de lámpara común tiene una inductancia de 0,1 a 0,2 μH/pie, lo mismo ocurre con el cable blindado, [6] por lo que un tramo de hasta aproximadamente 10 pies (20 pies en total de conductor) tendrá menos del 1% de pérdida inductiva en el rango audible. (10 pies * 0,2 μH/pie = 2,0 μH, que está en el umbral aproximado de 2 μH indicado anteriormente o por debajo de él). Algunos cables de altavoz premium tienen una inductancia más baja a costa de una capacitancia más alta; Lo típico es 0,02-0,05 μH/pie, lo que en el peor extremo significa que un recorrido de hasta aproximadamente 40 pies tendrá menos del 1 % de pérdida inductiva (40 pies * 0,05 μH/pie = 2,0& μH).
El efecto piel en los cables de audio es la tendencia de las señales de alta frecuencia a viajar más en la superficie que en el centro del conductor, como si el conductor fuera un tubo metálico hueco. [3] Esta tendencia, provocada por la autoinductancia, hace que el cable sea más resistente en frecuencias más altas, disminuyendo su capacidad para transmitir altas frecuencias con tanta potencia como las bajas. A medida que los conductores de cable aumentan de diámetro, tienen menos resistencia general pero mayor efecto de piel. La elección de los metales del conductor también marca la diferencia: la plata tiene un mayor efecto piel que el cobre; el aluminio tiene menos efecto. El efecto piel es un problema importante en frecuencias de radio o en distancias largas, como millas y kilómetros de líneas de transmisión eléctrica de alta tensión , pero no en frecuencias de audio transmitidas en distancias cortas medidas en pies y metros. Los cables de altavoz normalmente se fabrican con conductores trenzados, pero los hilos metálicos desnudos en contacto entre sí no mitigan el efecto superficial; el haz de hilos actúa como un conductor en frecuencias de audio. [7] El cable Litz (hebras aisladas individualmente sujetas en un patrón particular) es un tipo de cable de altavoz de alta gama destinado a reducir el efecto piel. Otra solución que se ha probado es recubrir los hilos de cobre con plata, que tiene menos resistencia. [8]
Independientemente de las afirmaciones del marketing, el efecto piel tiene un efecto inaudible y, por tanto, insignificante en los típicos cables económicos para altavoces u otras señales de audio. [9] El aumento de la resistencia para señales a 20.000 Hz es inferior al 3%, en el rango de unos pocos miliohmios para el sistema estéreo doméstico común; un grado de atenuación insignificante e inaudible. [7] [10] [11]
Las terminaciones de los cables de altavoz facilitan la conexión del cable de altavoz tanto a amplificadores como a altavoces. Ejemplos de terminaciones incluyen terminales de clavija o de horquilla soldados o engarzados, conectores tipo banana y conectores DIN de 2 clavijas . Un conector de cable de altavoz comercial de Neutrik (es decir, Speakon) tiene algunas ventajas: no se suelta fácilmente, no hace contacto parcial al conectarse o desconectarse (1/4 de los enchufes y tomas lo hacen inherentemente) y ofrece circuitos múltiples en algunas versiones. . El tipo de contacto eléctrico real (es decir, terminación) está determinado por los conectores del equipo en cada extremo del cable. Algunas terminaciones están chapadas en oro .
Muchos parlantes y dispositivos electrónicos tienen postes de unión flexibles de cinco vías que se pueden atornillar o sujetar con un resorte para aceptar cables y clavijas desnudos o soldados o enchufes tipo banana elásticos (a través de un orificio en el lado exterior del poste).
Existe un debate entre los audiófilos sobre el impacto que tienen los cables de alta gama en los sistemas de audio, siendo la audibilidad de los cambios un tema central de la discusión. Mientras que algunos especialistas en marketing de cables de altavoz afirman que la mejora audible se logra con diseño o materiales exóticos, los escépticos dicen que unos pocos metros de cable de altavoz desde el amplificador de potencia hasta los terminales de unión de los altavoces no pueden tener mucha influencia debido a la mayor influencia de los complejos circuitos cruzados que se encuentran en la mayoría de los altavoces y particularmente de las bobinas móviles del controlador del altavoz que tienen varios metros de cable muy delgado. Para justificar las afirmaciones de una calidad de audio mejorada, muchos vendedores de cables de altavoz de alta gama citan propiedades eléctricas como el efecto piel , la impedancia característica o la resonancia ; propiedades que generalmente son poco comprendidas por los consumidores. Ninguno de estos tiene ningún efecto mensurable en las frecuencias de audio, aunque cada uno es importante en las frecuencias de radio. [12] Los expertos de la industria han refutado las afirmaciones de mayor calidad mediante mediciones de los sistemas de sonido y pruebas ABX doble ciego de los oyentes. [4] [13] Sin embargo, hay acuerdo en que la resistencia general del cable del altavoz no debe ser demasiado alta. [4] Además, los problemas observados con la calidad del cable de los altavoces son mayores en los altavoces con cruces pasivos, como los típicos de los equipos estéreo domésticos. [14]
Una pauta aceptada es que la resistencia del cable no debe exceder el 5% de todo el circuito. Para un material dado, la resistencia es función de la longitud y el espesor (específicamente de la relación entre la longitud y el área de la sección transversal). Por esta razón, los altavoces de menor impedancia requieren un cable de altavoz de menor resistencia. [4] Los cables más largos deben ser aún más gruesos. [15] Una vez que se cumple la pauta del 5%, un alambre más grueso no proporcionará ninguna mejora. [4]
Roger Russell, ex ingeniero y diseñador de altavoces de McIntosh Labs , detalla cómo el costoso marketing de marca de cables para altavoces desinforma a los consumidores en su ensayo en línea titulado Speaker Wire – A History. Escribe: "La industria ha llegado ahora al punto en el que la resistencia [de los cables] y la calidad de la escucha ya no son los problemas, aunque todavía se pueden hacer afirmaciones sobre la escucha... La estrategia para vender estos productos es, en parte, atraer a aquellos que buscan impresionar a los demás con algo único y caro." [4]
{{cite web}}: Mantenimiento CS1: nombres numéricos: lista de autores ( enlace )...el efecto piel en la frecuencia de audio más alta es tan pequeño que puede ignorarse por completo.
Resultó que la resistencia adicional causada por el efecto piel entre 10 kHz y 20 kHz (el límite superior incluso del mejor oído humano) en una situación doméstica típica es del orden de 5 miliohmios. Lo sentimos, pero seguimos sin estar convencidos...