El cable de altavoz se utiliza para realizar la conexión eléctrica entre los altavoces y los amplificadores de audio . El cable de altavoz moderno consta de dos o más conductores eléctricos aislados individualmente por plástico (como PVC , PE o teflón ) o, con menos frecuencia, caucho . Los dos cables son eléctricamente idénticos, pero están marcados para identificar la polaridad correcta de la señal de audio . Lo más común es que el cable de altavoz se presente en forma de cordón de cremallera .
El efecto del cable de 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 simple resistencia eléctrica es, con diferencia, la característica más importante del cable de altavoz.
Los primeros cables para altavoces solían estar compuestos de cables de cobre trenzados, aislados con cinta de tela, papel encerado o goma. Para aplicaciones portátiles, se utilizaba el cable de lámpara común, trenzado en pares por razones mecánicas. Los cables solían estar soldados en un extremo. Otras terminaciones eran los postes de conexión , las regletas de terminales y las orejetas de horquilla para conexiones de crimpado. En los años 20 y 30 se empezaron a utilizar conectores telefónicos de dos conductores con manguito de punta de un cuarto de pulgada como terminaciones convenientes. [1]
Algunos de los primeros diseños de cables de altavoz presentaban otro par de cables para corriente continua rectificada para suministrar 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 los años 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 resistencia , y el componente imaginario de la impedancia: capacitancia o inductancia . El cable de altavoz ideal no tiene resistencia, capacitancia o inductancia. Cuanto más corto y grueso sea un cable, menor será 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 a menos del 5 por ciento de la impedancia del altavoz , el conductor será adecuado para uso doméstico. [4]
Los cables para altavoces se seleccionan en función del precio, la calidad de la construcción, el propósito estético y la comodidad. El cable trenzado es más flexible que el cable sólido y es adecuado para equipos móviles. En el caso de un cable que estará expuesto en lugar de pasar por paredes, debajo de revestimientos de suelo 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 protección para usos no domésticos. [ cita requerida ]
La resistencia es, con diferencia, la especificación más importante del cable de altavoz. [4] Un cable de altavoz de baja resistencia permite que una mayor parte de la potencia del amplificador energice la bobina móvil del altavoz . Por tanto, el rendimiento de un conductor como el cable de altavoz se optimiza limitando su longitud y maximizando su área de sección transversal. Dependiendo de la capacidad auditiva del oyente, esta resistencia empieza a tener un efecto audible cuando supera el 5 por ciento de la impedancia del altavoz. [4]
La impedancia de un cable de altavoz tiene en cuenta la resistencia del cable, su recorrido y las propiedades dieléctricas de los aislantes locales. Los dos últimos factores también determinan la respuesta de frecuencia del cable. Cuanto menor sea la impedancia del altavoz , mayor será la importancia de la resistencia del cable del altavoz .
Cuando los edificios grandes tienen largos tramos de cables 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 de un cable de cobre de calibre 16 o más pesado para la conexión de altavoces no tiene ningún efecto detectable en tramos de 50 pies (15 metros) o menos en conexiones de altavoces domésticos estándar para un altavoz típico de 8 ohmios. [4] En el caso de cables de aluminio o de aluminio revestido de cobre, se necesita un cable de calibre 14 o más pesado para respaldar esta afirmación debido a la mayor resistividad. [4] A medida que disminuye la impedancia de los altavoces, 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 (se ha descubierto ocasionalmente que el aislamiento de mala calidad acelera la oxidación del conductor de cobre, aumentando la resistencia con el tiempo). [ cita requerida ] 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 para el hogar de 4 a 8 ohmios.
La mayoría de las aplicaciones de consumo utilizan cables de dos conductores. Una regla general es que la resistencia del cable del altavoz no debe superar el 5 por ciento de la impedancia nominal del sistema. La siguiente tabla muestra las longitudes recomendadas según esta pauta:
* Si bien en teoría los cables más pesados pueden tener recorridos más largos, las longitudes recomendadas para los equipos de audio domésticos no deben superar los 50 pies (15 m). [4]
Los números de calibre en SWG ( calibre de cable estándar ) y AWG ( calibre de cable estadounidense ) se reducen a medida que el cable se hace más grande. El dimensionamiento en milímetros cuadrados es común fuera de los EE. UU. Los proveedores y fabricantes a menudo especifican su cable en número de hilos. Un cable con un número de hilos de 189 tiene un área de sección transversal de 1,5 mm2 , lo que equivale a 126,7 hilos por mm2 . [ 5]
El uso de cobre o aluminio revestido de cobre (CCA) es más o menos universal para cables de altavoz. El cobre tiene una resistencia baja en comparación con la mayoría de los demás materiales adecuados. El CCA es más barato y ligero, a expensas de una resistencia algo mayor (aproximadamente la misma que el cobre dos números AWG más altos). 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), que se vende en varios grados. Los diversos grados se comercializan como de mejor conductividad y durabilidad, pero no tienen un beneficio significativo en aplicaciones de audio. [4] El cable de cobre electrolítico-resistente (ETP) C11000 comúnmente disponible es idéntico al cable de cobre libre de oxígeno (OF) C10200 de mayor costo en aplicaciones de cables de altavoz. El C10100 mucho más caro, un cobre altamente refinado con impurezas de plata eliminadas y oxígeno reducido al 0,0005 por ciento, tiene solo un aumento del uno por ciento en la calificación 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 y forma una fina capa superficial de sulfuro de plata .
El oro tiene una resistividad mayor que el cobre o la plata, pero el oro puro no se oxida, por lo que se puede utilizar para revestir terminaciones de cables.
La capacitancia se produce entre dos conductores 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 se produce entre los conductores del cable y cualquier objeto conductor cercano, incluido el cableado doméstico y el hormigón húmedo de los cimientos; esto se denomina "capacitancia parásita".
Las capacitancias paralelas se suman y, por lo tanto, tanto la pérdida dieléctrica como la pérdida de capacitancia parásita se suman para formar una capacitancia neta.
Las señales de audio son corriente alterna y, por lo tanto, se atenúan con estas capacitancias. La atenuación se produce de manera inversa a la frecuencia: una frecuencia más alta enfrenta menos resistencia y puede filtrarse más fácilmente a través de una capacitancia dada. La cantidad de atenuación se puede calcular para cualquier frecuencia dada; el resultado se denomina reactancia capacitiva , que es una resistencia efectiva medida en ohmios:
dónde:
Esta tabla muestra la reactancia capacitiva en ohmios (cuanto más alto, menor pérdida) para varias frecuencias y capacitancias; las filas resaltadas representan una pérdida mayor 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 aproximadamente 30 voltios RMS. Con ese voltaje, se producirá una pérdida del 1 por ciento con 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.
Un cable de lámpara común tiene una capacitancia de 10 a 20 pF/pie, más unos pocos 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 de primera calidad tienen una capacitancia más alta para tener una inductancia más baja; 100 a 300 pF es lo típico, en cuyo caso la pérdida capacitiva superará el 1 por ciento para tramos más largos que tan solo 10 pies (10 pies * 300 pF/pie = 3000 pF y 3000 pF > 2700 pF).
Todos los conductores tienen inductancia , lo que da como resultado una resistencia inherente a los cambios en la corriente. Esa resistencia se llama reactancia inductiva y se mide en ohmios. La reactancia inductiva depende de la rapidez con la que cambia la corriente: los cambios rápidos en la corriente (es decir, las frecuencias altas) encuentran una reactancia inductiva más alta que los cambios lentos (frecuencias bajas). La reactancia inductiva se calcula utilizando esta fórmula:
dónde:
Las señales de audio son de corriente alterna y, por lo tanto, se atenúan por inductancia. La siguiente tabla muestra la reactancia inductiva en ohmios (cuanto menor, menor es la pérdida) para inductancias de cable típicas en varias frecuencias de audio; las filas resaltadas representan una pérdida mayor 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 aproximadamente 30 voltios RMS. Con ese voltaje, se producirá una pérdida del 1 % con 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.
Un cable de lámpara común tiene una inductancia de 0,1–0,2 μH/pie, lo mismo que un cable blindado, [6] por lo que un tendido 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 o por debajo del umbral próximo de 2 μH dado anteriormente). Algunos cables de altavoz de primera calidad tienen una inductancia menor a costa de una mayor capacitancia; 0,02-0,05 μH/pie es lo típico, lo que en el peor extremo significa que un tendido de hasta aproximadamente 40 pies tendrá menos del 1% de pérdida inductiva (40 pies * 0,05 μH/pie = 2,0& μH).
El efecto pelicular en los cables de audio es la tendencia de las señales de alta frecuencia a viajar más por la superficie que por el centro del conductor, como si el conductor fuera un tubo hueco de metal. [3] Esta tendencia, causada por la autoinducción, hace que el cable sea más resistente a frecuencias más altas, disminuyendo su capacidad para transmitir frecuencias altas con tanta potencia como las frecuencias bajas. A medida que los conductores de cable aumentan de diámetro, tienen menos resistencia general pero un mayor efecto pelicular. La elección de los metales en el conductor también marca la diferencia: la plata tiene un mayor efecto pelicular que el cobre; el aluminio tiene menos efecto. El efecto pelicular es un problema significativo en frecuencias de radio o en largas distancias, como millas y kilómetros de líneas de transmisión eléctrica de alta tensión , pero no en frecuencias de audio transportadas en distancias cortas medidas en pies y metros. Los cables de altavoz normalmente están hechos con conductores trenzados, pero los hilos de metal desnudo en contacto entre sí no mitigan el efecto pelicular; el haz de hilos actúa como un solo conductor en frecuencias de audio. [7] El cable Litz (hilos aislados individualmente sujetos en un patrón particular) es un tipo de cable de altavoz de alta gama destinado a reducir el efecto pelicular. Otra solución que se ha probado es recubrir los hilos de cobre con plata, que tiene menos resistencia. [8]
Independientemente de las afirmaciones de marketing, el efecto pelicular tiene un efecto inaudible y, por lo tanto, insignificante en cables económicos típicos 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 los altavoces facilitan la conexión de los cables de los altavoces tanto a los amplificadores como a los altavoces. Entre los ejemplos de terminación se incluyen terminales de horquilla o clavijas soldadas o engarzadas, 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 hacer o romper (los conectores y tomas de 1/4 lo hacen de manera inherente) 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 bañadas en oro .
Muchos altavoces y dispositivos electrónicos tienen bornes de conexión flexibles de cinco vías que se pueden atornillar o sujetar con un resorte para aceptar cables y clavijas desnudos o soldados o conectores tipo banana elásticos (a través de un orificio en el lado que mira hacia afuera del borne).
Existe un debate entre los audiófilos en torno al impacto que tienen los cables de alta gama en los sistemas de audio, siendo la audibilidad de los cambios central en la discusión. Mientras que algunos vendedores de cables para altavoces afirman una mejora audible con el diseño o materiales exóticos, los escépticos dicen que unos pocos metros de cable de altavoz desde el amplificador de potencia hasta los postes de conexión de los altavoces no pueden tener mucha influencia debido a la mayor influencia de los complejos circuitos de cruce que se encuentran en la mayoría de los altavoces y particularmente de las bobinas de voz del controlador del altavoz que tienen varios metros de cable muy fino. Para justificar las afirmaciones de una calidad de audio mejorada, muchos vendedores de cables para altavoces de alta gama citan propiedades eléctricas como el efecto pelicular , la impedancia característica o la resonancia ; propiedades que generalmente son poco entendidas por los consumidores. Ninguna de ellas tiene un efecto medible en las frecuencias de audio, aunque cada una importa en las frecuencias de radio. [12] Los expertos de la industria han refutado las afirmaciones de mayor calidad a través de la medición de los sistemas de sonido y mediante pruebas ABX doble ciego de los oyentes. [4] [13] Sin embargo, existe un 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 el caso de los altavoces con filtros pasivos, como los típicos de los equipos de música domésticos. [14]
Una pauta aceptada es que la resistencia del cable no debe superar el 5 % del circuito completo. Para un material determinado, la resistencia es una función de la longitud y el grosor (específicamente de la relación entre la longitud y el área de la sección transversal). Por este motivo, los altavoces de menor impedancia requieren un cable de altavoz de menor resistencia. [4] Los tramos de cable más largos deben ser aún más gruesos. [15] Una vez que se cumple la pauta del 5 %, un cable más grueso no proporcionará ninguna mejora. [4]
Roger Russell, ex ingeniero y diseñador de altavoces de McIntosh Labs , explica en su ensayo online Speaker Wire – A History cómo la publicidad de marcas de cables de altavoces caros desinforma a los consumidores . Escribe : "La industria ha llegado al punto en que la resistencia [del cable] y la calidad de escucha ya no son los problemas, aunque todavía se puedan hacer afirmaciones sobre la calidad de 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}}: CS1 maint: 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 no estamos convencidos...