Accordo: La qualità dei cavi si può vedere e misurare

A seguito dell’articolo sul circuito per testare i cavi usati per i nostri strumenti proposto da Oliver, ho pensato che sarebbe opportuno approfondire l’argomento sulla qualità di detti cavi. Come tecnico, ho sempre usato un normale tester per verificare la continuità del collegamento, senza purtroppo, poter fare ulteriori controlli. Lo stesso circuito di Oliver, si occupa di verificare la continuità, semplificando la visualizzazione con alcuni led, cui io ho suggerito di aggiungere un ulteriore controllo per i cortocircuiti.

Che cos'è un cavo? Un cavo non si può pensare solo come due o più fili che trasportano un segnale dal punto A al punto B, ma come una linea di trasmissione. Questo perché al suo interno abbiamo delle perdite abbastanza rilevanti.

In ogni cavo abbiamo almeno due conduttori collegati da una conduttanza e una capacità e in ogni conduttore, abbiamo una resistenza e un’induttanza in serie. Questi non sono elementi aggiunti, ma sono effetti parassiti determinati dalla costruzione stessa. Trovandoci in banda audio, quindi bassa frequenza, le induttanze parassite in serie Ls1 e Ls2 hanno un effetto trascurabile, come pure la conduttanza Rp (inverso della resistenza) in parallelo.

Le resistenze Rs1 e Rs2, hanno invece notevole importanza solamente se ci troviamo sui cavi di potenza, che lavorano con bassissime resistenze di carico (quattro, otto o sedici Ohm), perché maggiore è il valore e maggiori sono le perdite di potenza derivanti, con conseguente riscaldamento del cavo stesso.

Nei cavi di segnale, questa resistenza non ha grande effetto, poiché utilizzati su carichi di svariati Kohm, se non centinaia di Kohm.
La capacità parassita Cp, ha invece grande effetto sulla qualità di trasmissione del segnale in alta impedenza, poiché interagisce con i pickup di uno strumento passivo, che presenta pochi Kohm in corrente continua, ma svariate decine o anche centinaia di Kohm per il segnale dello strumento. I valori di queste capacità parassite sono proporzionali alla lunghezza del cavo e alle caratteristiche dell’isolante scelto, queste tagliano le frequenze più alte del pickup. La capacità parassita Cp è invece trascurabile nei cavi di potenza.

Utilizzando una pedaliera composta di soli pedali true-bypass, occorre sommare la capacità del cavo ingresso, quello d’uscita e ogni singolo ponte tra un pedale e il seguente. Il costruttore, potrebbe dichiarare la capacità parassita del cavo, oppure potrebbe essere misurata con un tester dotato di capacimetro. Maggiore capacità equivale quindi a un maggiore taglio delle armoniche.
Per ovviare a tale inconveniente, si può utilizzare una chitarra o basso con pickup attivi, con un preamplificatore installato a bordo, o inserendo un buffer a inizio catena. Ognuno di questi sistemi, riducendo drasticamente l’impedenza dello strumento, permette l’uso di cavi molto lunghi senza perdite di segnale.
Questi componenti parassiti sono distribuiti in tutto il cavo e quindi occorre pensare che ogni cavo sia composto da infiniti tratti di questa linea con lunghezza estremamente breve.

Dai dati fornitemi da un noto costruttore italiano di cavi per strumenti musicali, il valore della resistenza Rs varia da circa 7.5 a 25 mohm/metro per i cavi di potenza, ai 25-45 mohm/metro della calza esterna, fino ad arrivare ai 75 mohm/metro per i conduttori dei cavi di segnale.

Funzionamento del tester
Il tester si occupa solamente di misurare la bontà del collegamento, non considera quindi gli altri due parametri. In altre parole l’induttanza in serie (trascurabilissima) e la capacità in parallelo. Per quest’ultima occorre un capacimetro.
Per misurare la qualità di connessione dei nostri cavi ed eventuali falsi contatti, ho pensato di controllare la resistenza presentata dal cavo, sia dei poli caldi, sia della calza esterna, visualizzando tali valori con l’aiuto di alcuni led.
A ogni led corrisponde una fascia di valori ben definiti, eventuali falsi contatti con conseguente aumento della resistenza, faranno accendere ulteriori led.
Alla stessa maniera, possiamo misurare la conduttanza in parallelo, questa visualizzando l’isolamento tra il primo polo caldo, l’eventuale secondo polo e la calza esterna, permette di verificare se non vi siano corto circuiti indesiderati.
Per raggiungere questo scopo ho quindi previsto tre connettori jack stereo, per controllare anche i cavi con due anime e una calza esterna e un selettore a tre scatti, per la selezione del conduttore da testare.

Utilizzo del tester
Per utilizzare il tester, è sufficiente collegare il cavo mono o stereo, nei due ingressi previsti per la continuità e selezionare la funzione CONT, poi scegliere se controllare la calza esterna GROUND o il polo caldo HOT1 e l’eventuale secondo polo HOT2 per i cavi stereo.
Secondo la funzione scelta, il tester visualizzerà la fascia di valori in cui rientra il cavo. Muovendo a questo punto il cavo, senza però torcerlo o tirarlo, è possibile verificare eventuali falsi contatti, visualizzati con l’accensione di altri led.
Per la funzione d’isolamento, occorre collegare uno dei due jack sul terzo connettore, lasciando l’altro libero in aria, senza tenerlo con le mani e senza appoggiarlo su un corpo metallico per non alterare la lettura.
Selezionando poi la funzione ISOL e le tre misure H1GR, H1H2 e H2GR, è possibile verificare se esistono possibilità di corto circuiti tra i vari conduttori, sempre muovendo il cavo manualmente. Muovendo il cavo manualmente, andremo a simulare il movimento che potrebbe avvenire su un palco, quando è utilizzato nella peggiore condizione, dove continue sollecitazioni potrebbero causarne malfunzionamenti.

Esempio di un cavo di potenza: se la normale connessione indica un valore compreso fra dieci Mohm e venti Mohm sul polo caldo, mentre tende ad assumere valori di alcuni Ohm quando lo muoviamo, ci troviamo di fronte a un cavo danneggiato, da non usare perché impedisce il corretto passaggio della corrente, con possibili guasti al finale di potenza.

Esempio di un cavo di segnale stereo: se la normale connessione indica un valore compreso fra cento Mohm e duecento Mohm tra un polo caldo e l’altro, mentre tende ad assumere valori inferiori al Mohm quando lo muoviamo, ci troviamo di fronte a un cavo danneggiato, da non usare perché cortocircuita i due canali durante il funzionamento.

Schema elettrico
Analizzando lo schema elettrico, abbiamo due jack d’ingresso stereo per la misura di continuità, dove connetteremo il nostro cavo, collegato a un partitore resistivo composto dalle resistenze R13 e R14, che darà luogo a una caduta di tensione chiamata Vx1 che sarà anche il nostro segnale di riferimento. Questa tensione è determinata anche dalla selezione effettuata dalla prima sezione del selettore rotativo SW1/A, per la scelta di una delle tre resistenze da misurare visualizzate in rosso.
Il terzo connettore, per la misura d’isolamento, è collegato alle altre due sezioni del selettore rotativo e tramite le resistenze R17, R18 e R19 ci da il segnale di riferimento chiamato Vx2, per la misura delle altre tre resistenze visualizzate sempre in rosso.
Queste due tensioni Vx1 e Vx2, sono amplificate separatamente di circa 68 volte dal doppio operazionale X4, prima di essere inviate al secondo selettore SW2 che provvede alla scelta tra continuità o isolamento, con uscita siglata Vxu.

La tensione continua Vxu è applicata agli ingressi positivi di tutti i dodici operazionali, mentre quelli negativi sono collegati alla rete di resistenze R22-R34. Questi dodici operazionali fungono da comparatori e quindi confrontano il segnale d’ingresso Vxu con quello presente al loro piedino negativo accendendo il led collegato quando Vxu supera il loro riferimento.

Per chi volesse avventurarsi nella costruzione di un simile tester, allego allo schema elettrico, la lista dei componenti e lo sbroglio manuale.

Lista componenti
X1-X3 – Tre operazionali quadrupli tipo TL074.
X4 – Un operazionale doppio tipo TL072.
R1-R12 – Dodici resistenze da 1.500 ohm 5% ¼ watt.
R13-R14 – Due resistenze da 1 Kohm 1% ¼ watt.
R15,R20 – Due resistenze da 1 Mohm 1% ¼ watt.
R16,R21 – Due resistenze da 15 Kohm 1% ¼ watt.
R17-R18 – Due resistenze da 10 Kohm 1% ¼ watt.
R19 – Una resistenza da 4,7 ohm 1% ¼ watt.
R22 – Una resistenza da 39 ohm 1% ¼ watt.
R23-R24 – Due resistenze da 2,7 ohm 1% ¼ watt.
R25 – Una resistenza da 9,1 ohm 1% ¼ watt.
R26 – Una resistenza da 15 ohm 1% ¼ watt.
R27 – Una resistenza da 27 ohm 1% ¼ watt.
R28 – Una resistenza da 91 ohm 1% ¼ watt.
R29 – Una resistenza da 150 ohm 1% ¼ watt.
R30 – Una resistenza da 270 ohm 1% ¼ watt.
R31 – Una resistenza da 910 ohm 1% ¼ watt.
R32 – Una resistenza da 1.500 ohm 1% ¼ watt.
R33 – Una resistenza da 2.700 ohm 1% ¼ watt.
R34 – Una resistenza da 3.300 ohm 1% ¼ watt.
C1-C8 – Otto condensatori da 100 nF in poliestere.
Led1-Led11 – Undici led di colore verde da 3 o 5 mm possibilmente trasparenti ad alta efficienza.
Led12 – Un led di colore rosso da 3 o 5 mm possibilmente trasparente ad alta efficienza.
Jack – Tre jack da ¼ di pollice stereo con contatti dorati.
Sw1 – Un selettore rotativo a 3 posizioni e 3 vie con contatti dorati.
Sw2 – Un selettore a levetta o a slitta a una via con contatti dorati.
Sw3 – Un selettore a levetta o a slitta a due vie.
Varie: contenitore in plastica di dimensioni adeguate, basetta millefori o altro per il circuito, cavi di connessione, manopola per selettore rotativo, dodici portaled.

NOTA: Le resistenze R14x, R17x, R22x e R34x sono state aggiunte per tarare il circuito e quindi potrebbero avere valori differenti. Per la taratura, occorre cortocircuitare i jack per la continuità con un cavo il più corto possibile, facendo in modo d'accendere solo il primo led in basso. Per lo stesso scopo, nella prova d’isolamento, occorre far accendere solo il primo led, senza però collegare nulla. La taratura è la parte più delicata per la funzionalità del circuito e quindi occorrerebbe l’aiuto di una persona esperta d’elettronica, capace di capirne il funzionamento al fine d’adottare gli interventi correttivi necessari, cosa non possibile in questo contesto. Per lo stesso motivo, è richiesta un’alimentazione esterna di nove volts duali e stabilizzati al fine di garantire risultati corretti.

Dato che si tratta di misure di resistenze o molto piccole o molto grandi, occorre utilizzare resistenze di precisione e connettori di eccellente qualità, in modo da ridurre al minimo le perdite di contatto. Anche i selettori utilizzati dovranno essere di qualità eccellente per garantire la minima resistenza di contatto e non alterare i valori da misurare.

Nell’immagine, ho eseguito uno sbroglio manuale su basetta millefori, che possiede un passo standard di 1/10 di pollice (2,54 mm) e inserito i vari componenti. Occorre saldare per primo le resistenze, poi gli integrati, magari con zoccolo adatto, i condensatori, collegare tramite spezzoni di fili quei collegamenti che non sono stati possibili effettuare con le piste, saldare i led fissandoli alla scatola tramite portaled, collegare i jack d’ingresso e i selettori. Naturalmente per fare questa realizzazione, potete chiedere aiuto a un amico esperto e se qualcuno volesse fare uno sbroglio migliore, con una basetta a singola faccia ramata e fotoincisione è anche meglio. Il circuito può essere racchiuso in una scatola in plastica con dimensioni di 150 x 120 circa e applicando una serigrafia per le indicazioni.

Questo semplice progetto, vuole essere un aiuto a chi, avendo un certo numero di cavi, desiderasse verificarne il funzionamento prima di un utilizzo intenso o comunque importante, senza incorrere in inopportuni malfunzionamenti.

Si ringrazia la Bespeco s.r.l. di Castelfidardo (AN) per la consulenza tecnica.

Nota della Redazione: Accordo è un luogo che dà spazio alle idee di tutti, ma questo non implica la condivisione di ciò che viene scritto. Mettere a disposizione dei musicisti lo spazio per esprimersi può generare un confronto virtuoso di idee ed esperienza diverse, dando a tutti l'occasione per valutare meglio i temi trattati e costruirsi un'opinione autonoma.