Il corretto collegamento della��impianto Hi-Fi

Dalla semplice lettura del titolo, immagino che molti di voi appassionati penseranno: ecco, ci risiamo con la solita storia. Non abbiamo nemmeno terminato di assimilare tutta quella solfa sui cavi di potenza e di segnale, del fattore di smorzamento degli amplificatori, della��impedenza complessa delle casse, della psicoacustica e i suoi effetti ecc., che adesso vuole pure spiegarci come questi si devono collegare!
State tranquilli che non voglio spiegarvi nulla su a�?comea�? (suppongo che qualunque audiofilo con un minimo di infarinatura sulla��argomento lo sappia fare), piuttosto voglio darvi delle informazioni su come collegarli a�?correttamentea�?. Il perchA� del a�?correttamentea�? lo possiamo giA� anticipare nella seguente risposta di massima: per preservarci quanto piA? possibile da potenziali fenomeni elettromagnetici che possono instaurarsi quando i componenti di un impianto vengono collegati tra loro ed alimentati, anche se non A? detto che questi siano sempre di intensitA� tale da poter influenzare direttamente la riproduzione sonora; infatti, la situazione deve essere valutata caso per caso.
Premetto subito che non ca��A? nulla di profondamente diverso da quanto scritto anni fa in diverse riviste del settore, in particolare negli articoli apparsi su Audio Review n. 138 e 139 ad opera di Paolo Nuti e Fabrizio Montanucci; A? soltanto la��approccio che cambia, meno ipotetico nei concetti e piA? rigoroso nei processi fisici coinvolti, che a loro volta rientrano (almeno in buona parte) nella disciplina chiamata compatibilitA� elettromagnetica (EMC, vedi http://it.wikipedia.org/wiki/CompatibilitA�_elettromagnetica). Ai tempi della stesura dei suddetti lavori (siamo nel 1994), poco o nulla si sapeva in proposito, almeno per i non addetti; esisteva soltanto la direttiva 89/336/CEE, dalla��applicazione non obbligatoria per le apparecchiature di piccola potenza o dalla��utilizzo temporaneo (come i trapani e gli aspirapolvere). La��Italia si A? finalmente adeguata alla��Europa recependo la direttiva 2004/108/CE, che rende obbligatori i test per tutte le apparecchiature elettroniche, ad esclusione di determinate categorie, soltanto nel 2007; chiaramente, nessuna di esse copre specificamente il settore Hi-Fi se non per la parte riguardante la��alimentatore, ancor piA? se A? del tipo a commutazione (switching) ed il cui uso A? ormai universale. Per inquadrare meglio la��argomento, perA?, A? necessaria una breve digressione su alcuni concetti piA? o meno noti.
Una qualunque catena di riproduzione ad alta fedeltA�, o che possa definirsi tale, A? sempre composta da una o piA? apparecchiature elettroniche a�?attivea�?, generalmente collegate alla rete elettrica attraverso il cavo di alimentazione (ad es. sorgente e amplificatore. Fanno eccezione i dispositivi alimentati a batteria), e da almeno due apparecchiature a�?passivea�? (ad es. una coppia di diffusori Hi-Fi, quando non sono del tipo a�?attivoa�?) interconnesse tra loro attraverso dei cavi di collegamento (di segnale e di potenza). Bene, la presenza di una o piA? elettroniche a�?attivea�? A? giA� sufficiente a garantire che il segnale musicale che vogliamo riprodurre sarA� sempre a�?inquinatoa�? da due elementi piA? o meno presenti alla��interno della catena: il rumore e i disturbi (mettiamo da parte tutti gli altri problemi che non vengono trattati in questa sede).
Il rumore in un circuito A? essenzialmente dovuto alla fisica del moto dei portatori di carica nei dispositivi elettronici in esso presenti e viene generalmente descritto secondo leggi statistiche. Ove sia presente in quantitA� eccessiva nel vs/ impianto non A? possibile eliminarlo, mentre a volte A? possibile ridurlo mediante opportune tecniche di filtraggio, da attuarsi in fase di progettazione.
I disturbi invece, argomento principale degli studi sulla compatibilitA� elettromagnetica, sono dovuti ad accoppiamenti elettromagnetici, irradiati o condotti, generalmente provocati da segnali provenienti da altri circuiti o altre apparecchiature e che vengono descritti tramite leggi deterministiche (le equazioni di Maxwell). Sono classificati in base alla loro origine tra disturbi condotti (in cui possono essere compresi, oltre ai loop e alle impedenze di massa, anche gli accoppiamenti elettromagnetici, purchA� le distanze siano molto inferiori alla lunghezza da��onda del segnale disturbante, condizione spesso detta di a�?approssimazione di campo vicinoa�?) e disturbi irradiati (dovuti alla propagazione dei campi elettromagnetici). In veritA�, i disturbi condotti sarebbero a loro volta suddivisi tra disturbi di modo comune e disturbi di modo differenziale, solo che, per semplicitA� di esposizione, ne accenneremo soltanto la distinzione, rimandando il lettore agli approfondimenti presenti alla fine. Comunque sia, A? possibile eliminare o quantomeno ridurre ai minimi termini i disturbi, sia ricorrendo ad opportune tecniche di filtraggio, sia soprattutto attraverso la schermatura dei dispositivi (disturbanti e/o disturbati).
La trattazione teorica completa esula dallo scopo di questo articolo (ve la risparmio…): a noi interessa semplicemente sapere che, nel caso degli impianti Hi-Fi, viste le frequenze degli ipotetici segnali a�?disturbantia�? (la banda audio), le distanze tra i cavi e le apparecchiature nettamente inferiori alla minima lunghezza da��onda (solo a titolo di esempio, un segnale a 20 kHz ha una lunghezza da��onda elettromagnetica di 15 km…), nonchA� in assenza di segnali irradiati di altra natura (come i circuiti digitali ad alta frequenza, i dispositivi di rete wireless e/o di telefonia cellulare), i disturbi generati tra i componenti della��impianto (ove ve ne siano), o comunque ricevuti attraverso la rete elettrica, saranno sempre esclusivamente di tipo condotto (loop di massa), oppure ad accoppiamento elettromagnetico (capacitivo e/o induttivo).
Effettuare una��analisi approfondita sulla natura dei disturbi non A? affatto semplice, soprattutto se non si A? dotati di apposite camere schermate (o anecoiche se i disturbi da analizzare sono di tipo irradiato) dove provare, in condizioni controllate, le apparecchiature da testare tramite strumentazione notoriamente complessa e costosa (per questo esistono laboratori specializzati e certificati sparsi in tutto il territorio nazionale).

Fig. 1 a�� Rappresentazione schematica di un loop di massa.
Fig. 1 a�� Rappresentazione schematica di un loop di massa.

E, dopo tutte queste premesse, alla��audiofilo cosa resta da fare, a parte affidarsi a stregonerie e magie nere che tanto vanno di moda nella��ambito della nostra passione? Semplicemente dovrebbe individuare e, se possibile, risolvere o evitare che si inneschino i seguenti disturbi nelle apparecchiature tramite i relativi cavi di collegamento (segnale, potenza e alimentazione), mentre non puA? far nulla per quanto riguarda le connessioni alla��interno delle elettroniche (lA� A? necessario la��intervento di personale specializzato, evitate dunque di improvvisarvi tecnici!), ma andiamo con ordine:
- loop (o giro) di massa: puA? essere provocato da un accoppiamento induttivo oppure dalla��unione delle masse di due apparecchiature aventi potenziali differenti attraverso la calza del cavo di collegamento: in ogni caso, il fenomeno nasce quando si creano percorsi chiusi di connessione a massa, che permettono lo scorrere di una corrente. Questi percorsi formano delle maglie (di solito di grande area) con cui si possono accoppiare i campi magnetici variabili, che inducono una forza elettromotrice alla��interno della maglia di massa e quindi una corrente. Corrente che, a sua volta, puA? generare altre tensioni indotte alla��interno del circuito e conseguentemente disturbi (Fig. 1).
I loop di massa sono un caso abbastanza frequente, soprattutto (faccio degli esempi non esaustivi) quando si usano connessioni audio sbilanciate con cavi coassiali molto lunghi (ad es. tra pre e finale) o di coassiali con poli bifilari intrecciati e schermati (tipo quelli per segnale bilanciato impiegati nei collegamenti sbilanciati, mi viene in mente coma��era costruito il Monster Cable Interlink 300 degli anni a��80) in cui uno dei poli viene messo a massa insieme alla calza ad entrambe le terminazioni. Nel primo caso, se non abbiamo modo di accorciare le distanze, avremo che le calze, collegate ad entrambe le estremitA� a massa per i due canali stereo, provocano una immensa spira di circonferenza pari a circa 2L (dove L A? la lunghezza del collegamento) e di area direttamente proporzionale alla distanza che li separa (piA? distanti sono i coassiali, piA? ampia A? la��area della spira). Impiegare un buon coassiale a�?stereoa�? (ossia due coassiali uniti come una piattina) aiuta certamente a migliorare la situazione, ma se i cavi per i due canali nascono separati (come in moltissime realizzazioni high-end), allora bisogna fare in modo di affiancarli quanto piA? possibile tra loro, magari aiutandosi con delle fascette di plastica (ecco uno dei consigli di Fabrizio Montanucci e Paolo Nuti messo in pratica, come si vede anche nella foto pubblicata a pag. 55 di AR 139). Nel secondo caso, avendo il nucleo del coassiale bifilare (passano polo caldo e massa intrecciati) abbiamo giA� automaticamente una schermatura ai campi magnetici. Collegando la calza esterna (che fa da schermo) a massa soltanto da un lato, preferibilmente il lato del generatore di segnale (ad esempio il preamplificatore nel collegamento fra pre e finale e il CD-Player nel collegamento fra CD-Player e pre), otteniamo anche la protezione dai campi elettrici. Rispetto al caso precedente, il fatto che nella calza non possa scorrere corrente rende questo sistema molto piA? robusto in termini di schermatura, dunque dovrebbe risultare ininfluente tenerli uniti o meno (A? a vostra discrezione e comunque male non fa).

Fig. 2 a�� Accoppiamento capacitivo (modo differenziale e modo comune)
Fig. 2 a�� Accoppiamento capacitivo (modo differenziale e modo comune)

- accoppiamento capacitivo: esiste ogni qualvolta A? presente una capacitA� parassita tra due cavi, di qualsiasi natura essi siano. Tra loro si instaura un accoppiamento del campo elettrico, la cui variazione induce una corrente nel circuito disturbato. Data la natura della��accoppiamento (la capacitA� parassita A? a tutti gli effetti una reattanza che diminuisce alla��aumentare della frequenza) il trasferimento del disturbo A? di tipo passa-alto, ossia cresce con la frequenza fino ad un valore limite (equivalente ad una frequenza di taglio). Essendo generato da tensioni variabili e non da correnti, a paritA� di capacitA� di accoppiamento, maggiore A? la variazione di tensione sul cavo disturbante, maggiore sarA� la��intensitA� di corrente sul cavo del circuito disturbato. Naturalmente la��entitA� del disturbo aumenta anche alla��aumentare della capacitA� di accoppiamento tra i fili (Fig. 2).
La soluzione al problema consiste nel ridurre questa capacitA� aumentando la distanza tra i cavi o variando la geometria del sistema. Nel caso del nostro impianto Hi-Fi, accoppiamenti capacitivi possono ad esempio instaurarsi tra i cavi di alimentazione e quelli di segnale in coassiale tenuti vicini e paralleli, soprattutto quando trasportano un debole segnale alla��ingresso di un pre ad alta impedenza (come i phono MM). La��elevata tensione di rete (230Vac) fa sA� che possa indurre una corrente nel circuito di massa (la calza del coassiale) che, circolando su una maglia ad alta impedenza, puA? creare un disturbo non indifferente. Fortunatamente ci viene parzialmente in aiuto la frequenza di rete (50 Hz, escluse le eventuali armoniche) che A? abbastanza bassa da rendere la reattanza della capacitA� di accoppiamento molto alta (stimata in decine/centinaia di MOhm, circa 30 MOhm nel caso di distanze paragonabili alla geometria dei conduttori contenuti nei coassiali, generalmente con capacitA� di circa 100pF/m), ma non a sufficienza da poter considerare il fenomeno trascurabile. Dunque, a meno che non decidiate di fascettare insieme i cavi di segnale con quelli di alimentazione (operazione che un qualunque audiofilo, spero, non faccia mai), i rischi di accoppiamenti capacitivi a frequenza di rete saranno relativamente bassi, quasi trascurabili se si ha la��accortezza di separare i cavi di alimentazione da quelli di segnale con una distanza minima di 5 cm (10 A? meglio). Le cose potrebbero essere differenti (in peggio) se invece di usare gli alimentatori tradizionali, si impiegassero quelli a commutazione (switching), dove le frequenze immesse sul cavo di alimentazione sono molto piA? alte (50-500 kHz di fondamentale, ma con ampiezze molto piA? piccole rispetto alla tensione di rete grazie anche ai filtri imposti dalle normative sulla compatibilitA� elettromagnetica) e la reattanza di conseguenza molto piA? bassa (circa 15 kOhm a 100 kHz, sempre con capacitA� di 100pF/m) permettendo la��induzione di correnti che, pur non agendo direttamente sulla banda udibile, potrebbero influenzare il normale funzionamento del preamplificatore. Per evitare che anche questo succeda, un buon metodo A? la schermatura dei cavi (disturbanti e disturbati). Impiegare il tipo di cavo descritto nel secondo caso dei loop di massa (bifilare intrecciato con calza collegata da un solo lato) per il segnale, ma anche per quelli di alimentazione se necessario, permette di risolvere abbastanza bene il problema.

Fig. 3 a�� Accoppiamento induttivo (modo differenziale e modo comune)
Fig. 3 a�� Accoppiamento induttivo (modo differenziale e modo comune).

- accoppiamento induttivo: nasce quando in un circuito chiuso scorre una corrente variabile, che produce un flusso magnetico che si concatena su un altro circuito a causa di una mutua induttanza, e la cui variazione induce una tensione (forza elettromotrice) nel circuito disturbato. A paritA� di mutua induttanza, maggiore A? la variazione di corrente sul cavo disturbante, maggiore sarA� la tensione indotta sul circuito disturbato (Fig. 3).
Per minimizzare questa tipologia di accoppiamento, conviene rendere la mutua induttanza quanto piA? piccola possibile; ciA? si ottiene intervenendo principalmente sulla geometria dei conduttori. Quando i fili che possono disturbarsi non appartengono alla stessa maglia del circuito (ad esempio uno A? dello stadio di ingresso e la��altro A? dello stadio di uscita di un amplificatore finale), si deve fare in modo che questi viaggino distanti e perpendicolari tra di loro, in modo da concatenare meno flusso possibile. Se i fili appartengono invece alla stessa maglia (come il positivo e negativo del cavo di potenza per i diffusori), la soluzione piA? semplice ed efficace consiste nella��intrecciare i conduttori stessi, in modo che le spire adiacenti concatenino flussi di intensitA� comparabile ma con verso opposto, per un accoppiamento totale praticamente nullo (come giA� descritto per il secondo caso trattato nel loop di massa). Per quanto riguarda il nostro impianto Hi-Fi, escludendo i fenomeni di accoppiamento induttivo presenti alla��interno delle apparecchiature (uno su tutti, il flusso disperso del trasformatore di alimentazione a�?catturatoa�? dagli altri circuiti), che suppongo siano stati risolti adeguatamente dai rispettivi progettisti, gli unici responsabili di trasportare corrente variabile a sufficienza da generare flussi magnetici sono proprio i tanto discussi cavi per i diffusori. Evitando possibilmente quelli a piattina a�?largaa�? (due conduttori distanziati da un inserto, immagino che nessuno abbia il coraggio di usare due fili separati e magari allargati cosA� da formare una spira gigantesca), sono da preferire quelli a piattina a�?unitaa�? (conduttori vicinissimi), o meglio, una o piA? coppie di fili (positivo e negativo) intrecciati: una tale realizzazione contribuisce inoltre alla diminuzione della��induttanza complessiva del cavo che cosA� interagisce meno con la��impedenza complessa delle casse. Infine, sempre per evitare il concatenamento di flussi, fare in modo che i cavi di potenza escano perpendicolarmente rispetto agli altri cavi collegati alla��amplificatore (di segnale e di alimentazione) e senza formare con loro alcuna spira.
Siamo dunque giunti alla fine di questa piccola carrellata di consigli, che non saranno certamente esaustivi vista la vastitA� delle situazioni che possono crearsi (ho volutamente omesso di parlare dei condizionatori di rete perchA� meriterebbero una trattazione a parte; inoltre, i risultati ottenuti da essi non sempre esaudiscono le aspettative), ma vogliono dare anche una��idea sui problemi che un progettista (quello serio) deve affrontare quando decide di realizzare una nuova apparecchiatura, ossia trovare un compromesso che tenga conto di tutti i fenomeni che interagiscono col normale funzionamento dei circuiti. Ricordo infine ai lettori che nessuna delle soluzioni proposte per il collegamento dei cavi puA?, in ogni caso, risolvere eventuali errori di progettazione commessi alla��interno delle elettroniche. TuttalpiA?, possiamo dare una mano a non aggiungerne altri oltre a quelli giA� preesistenti. Ammetto perA? che certe volte possa risultare difficile, ad esempio, individuare le possibili formazioni di spire (come quelle di modo comune che hanno la terra come mezzo di chiusura). In questi casi, A? sempre meglio farsi aiutare da qualcuno piA? esperto, o magari prendere spunto proprio dalla foto pubblicata a pag. 55 di AR 139.

Per chi invece volesse approfondire la��argomento, consiglio:
http://home.deib.polimi.it/svelto/didattica/materiale_didattico/materiale%20didattico_MA/CapX-Disturbi%20e%20schermi.pdf (dispensa da cui mi sono ispirato, ricca alla fine di letture specifiche consigliate); oppure:
http://www.diee.unica.it/misure/Dispense/Complementi_di_Misure_Elettriche/Disturbi%20nelle%20misure%20elettroniche.pdf

Enzo Messina

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