ANATOMÍA DEL CABLE
1.- METAL CONDUCTOR.La conductividad eléctrica es la medida de la capacidad de un material o sustancia para dejar pasar la corriente eléctrica a través de él, lo contrario a la resistencia eléctrica. La conductividad depende de la estructura atómica y molecular del material.
Los metales son buenos conductores porque tienen una estructura con muchos electrones con vínculos débiles, y esto permite su movimiento.
Entre los metales, dos de ellos tienen una conductividad superior, el cobre y la plata, razón por la que se utilizan para la confección de la mayoría de cables que encontramos en el mercado.
Referente a la metalurgia del cobre:
- El cobre TPC (Tough Pitch Copper) es el cobre típicamente encontrado en cables estándar. Es fundido y enfriado "al aire" por lo que posee mucho oxígeno. Este cobre contiene unos 3.500 granos de cristal por cada metro y entre 300 y 500 partes por millón de impurezas de oxígeno.
- El cobre OFC, procesado en ambiente libre de oxígeno, se desarrolló en Japón alrededor del año 1975 al evidenciarse que la calidad del sonido está relacionada con la calidad del cobre utilizado.
También por esa época un nuevo método fue desarrollado por Hitachi para reducir el grano o número de cristales, puesto que los cristales generados durante el enfriamiento rápido en el proceso de fundición tradicional del cobre actúan como un impedimento para el flujo de la señal.
Este proceso patentado por Hitachi se conoce como LC-OFC (Linear Crystal-Oxygen Free Copper). Después de que el alambre de cobre es extruido, el cable es recocido, lo cual reduce aún más la formación de grano cristalino. O sea que, una vez que el conductor tiene el diámetro elegido, se recalienta por debajo del punto de fusión para evaporar impurezas y formar cristales más largos.
El cobre LC-OFC de cristal largo libre de oxígeno contiene granos que son 5.000 veces más largos que el cobre TPC. Al tener menos moléculas de oxígeno e impurezas habrá menos posibilidades de tener moléculas de CuO2 (crean micro-diodos que afectan al rendimiento del cable).
- OFHC (Oxigen Free High Conductivity Copper). Nos referimos a este cobre como "6 nueves" debido a que su pureza se aproxima al 99,9999%. Contiene aprox. 40 partes de oxígeno por millón y 1.200 granos por metro.
- En 1986 se introdujo el cobre OCC, una estructura única, de grano largo, generada utilizando un molde calentado que resuelve los problemas debidos al proceso de enfriamiento rápido. El resultado son pequeñas varillas de cobre puro OCC con granos de muchísima longitud.
El profesor Ohno (fallecido recientemente) desarrolló este método patentado en el que se utilizan moldes calientes para formar el cobre en forma de cristales de más de cien metros de largo, evitando así las "fronteras" entre cristales y las impurezas que enturbian la señal.
El óxido de cobre no conduce la electricidad y como el proceso de purificación del OCC se hace en atmósfera libre de oxígeno los efectos de oxidación a largo plazo son altamente reducidos.
Más de 4.500 líneas divisorias por la cristalización del metal se encuentran en un metro de cobre normal y aproximadamente 1.500 en un cable de cobre libre de oxígeno. Sin embargo el cristal promedio en el cobre OCC es de 125 metros.
Entre los cristales que se forman en la extrusión del cobre se depositan metales contaminantes, además de oxígeno. Algunas de las impurezas encontradas en el cobre comercial incluyen oxígeno, plata, plomo, hierro, azufre, antimonio, aluminio y arsénico unidos a los límites de los granos y causan distorsión de la señal debido a la colisión de los electrones con las mismas.
Esto crea una mayor impedancia al flujo de electrones porque los fuerza a saltar esos límites pobremente conductores en los que los granos se unen.
Puesto que estos efectos ocurren a nivel molecular, es fácil comparar estas colisiones con la acción de un diodo, el cual utiliza impurezas en su diseño para controlar el flujo de electrones. De ahí ha surgido el término "efecto diodo" referente a los conductores.
http://www.mediafire.com/file/ln2lngm51n4/MythBusters.pdfLa conclusión es que las barreras cristalinas añaden distorsión a la señal, siendo un impedimento para el flujo natural de los electrones, añadiendo brillantez artificial al sonido y cambiando la estructura armónica, además de alterar la precisión de la imagen y la focalización dentro de la escena sonora.
http://www.scullcommunications.com/pressresources/furutech/cables_explained.pdfHace unos años la industria japonesa del audio ha tenido una reconversión y a partir de entonces, en el año 2013, Furukawa, que había estado produciendo cables PCOCC (Pure Cooper Ohno Continuous Casting) para muchos fabricantes de cables de audio, dejó de hacerlo.
Eso ha supuesto que muchos hayan tenido que buscar otras alternativas.
Así Acoustic Revive ha cambiado para el cobre PC-Triple C de Fine Chemicals & Material (de la marca Furukawa) y otros como Furutech y Harmonix han comprado grandes stocks de cobre PCOCC suficientes para confeccionar cables durante años.
Acrolink, que fabrica los cables para Esoteric ha optado por comprar el cobre al holding Mitsubishi Corporation. Una división del mismo produce cables de conexión y ha desarrollado tecnologías para elaborar el cobre con el nivel más alto de ausencia de oxígeno en el mundo, el D.U.C.C. (Dia Ultra Crystallized Copper).
Como comentamos, los beneficios del cobre OFC y PCOCC se fundamentan en la mejora de la pureza del conductor y la maximización de la longitud de los cristales con la finalidad de eliminar la distorsión de la señal, producida por el "efecto diodo" que genera la transición entre los cristales adyacentes.
Sin embargo las investigaciones de Mitsubishi han mostrado que las impurezas de este tipo también se dan en la propia estructura de los cristales, no solo en las áreas de contacto, por lo que ha desarrollado la tecnología para minimizarlas.
Consiste en realizar una recristalización tras la extrusión del cable para eliminar las impurezas y así lograr conductores con una pureza de Cu de 7N (99.99999%), con menos de 0,01 ppm. de impurezas metálicas.
Resulta llamativo que proclaman que de este modo el conductor muestra el efecto direccional en mucha menor medida.
La pureza del metal conductor tiene importancia en la transmisión de la señal y esto nos lleva al controvertido tema de la direccionalidad del cable, lo cual no resulta fácil de entender. Se han propuesto varias explicaciones y en todas ellas se relacionan de una manera u otra las estructuras cristalinas de los metales utilizados, normalmente cobre y plata.
Cuando los filamentos de metal se crean en frío para formarlos con el diámetro deseado, la forma más común de hacerlo, los cristales del metal se agrietan, se estiran y se deforman. Ocurre que esta distorsión física afecta al flujo de la señal y, por lo tanto, al sonido que proporciona el cable.
Si los cables se hacen por un proceso diferente, de fundición continua, la distorsión cristalina se minimiza porque el metal está en un estado fundido y se enfría lentamente. Esto permite que su estructura cristalina se forme esencialmente en su forma final, obteniéndose así estructuras cristalinas más grandes, de muchos metros de largo.
www.sowter.co.uk/occ.phpAdemás, en cualquier metal fundido se encontrarán impurezas no aleadas y lo más probable es que se encuentren dispuestas entre los cristales adyacentes. En el cobre, el metal más utilizado para la construcción de cables, el hierro, níquel y cobalto (la denominada triada del hierro) están presentes en mayor o menor medida y se da la circunstancia que estos metales pueden soportar y sostener una carga magnética.
De este modo cada inclusión puede convertirse en un imán diminuto y, dependiendo de su polaridad, afectar al flujo de la señal eléctrica.
Y, por último, la presencia de óxido de cobre (Cu
2O o CuO), presente prácticamente en todas las piezas de cobre que han estado expuestas al oxígeno, puede producir direccionalidad en la transmisión de la señal.
Mientras que una capa gruesa de óxido de cobre es un aislante y no pasará corriente en absoluto, películas muy delgadas de óxido de cobre, como las que pueden formarse en las coyunturas de los cristales de cobre, se sabe que son semiconductores.
En los cables, esto puede actuar como diodos diminutos para pasar la señal solo en una dirección, o pasar pequeños incrementos de señal a través de dos diodos consecutivamente.
https://es.wikipedia.org/wiki/%C3%93xido_de_cobre_(II)
Al igual que con la direccionalidad inducida por el magnetismo, la direccionalidad de los semiconductores se reduce por el menor número de cristales en el cable.
Si los fabricantes de cables que utilizan múltiples hebras delgadas de alambre (cables multifilares) no tienen en cuenta esto y usan indiscriminadamente el cobre para fabricar sus cables, con direccionalidades contrapuestas, puede resultar que los efectos direccionales de los conductores individuales que conformen el haz se cancelen entre sí, lo que resulta en la pérdida de información de las señales de bajo nivel.
No cabe duda de que en la direccionalidad del cable tiene mucho que ver también el hecho de que, si está apantallado, la malla esté conectada solo a la entrada, a la salida o a ambos lados.
Independientemente de esto, vale la pena invertir el sentido del cable y constatar como resulta más satisfactorio el sonido.
Otra de las empresas que surte de cable a muchas otras es Cardas Audio.
http://cardas.com/metals.phphttp://cardas.com/insights_low_eddy.phpEl flujo de electrones de una señal musical o de video es increíblemente compleja, constituida por un flujo eléctrico y un campo magnético alrededor del cable, conteniendo cientos de paquetes de información. Esos paquetes contienen cientos y miles de diferentes frecuencias combinadas con una estructura de fase única.
Esta señal es extremadamente compleja y delicada puesto que los armónicos tienen muy baja energía en amplitud comparados con el tono fundamental.
Por estas razones es muy fácil corromper la delicada estructura armónica viajando en ondas por el interior del conductor y por fuera de la superficie del mismo. Reduciendo el contenido de impurezas y el número de granos de cristalización se puede conseguir que el cable sea un mejor conductor.
Pensemos que una nota musical es una delicada mezcla de sonidos en un momento dado, a veces compuestas por cientos de frecuencias sonoras.
Por ejemplo, cuando el martillo de un piano de cola golpea las cuerdas metálicas, éstas vibran produciendo un sonido metálico que entra en resonancia con el cuerpo de madera del instrumento.
Todos los elementos que componen la estructura del piano juegan un papel determinante en el tono del piano y producen una conjunción de armónicos particulares.
Si algunos de los matices armónicos son destruidos por la transmisión del sistema de audio, el sonido adquiere un carácter electrónico que permite darnos cuenta de que el equipo no proporciona un sonido realista y placentero.
Si escuchamos un piano plástico de juguete, que proporciona un sonido mate y sin armónicos, podremos darnos cuenta de lo importantes que son los armónicos para una reproducción musical apropiada.
Las investigaciones más avanzadas de la física moderna parecen estar arrojando luz a ciertas preguntas que nos hacemos desde hace tiempo. Empíricamente hemos comprobado infinidad de veces que es preciso rodar las soldaduras. También que el sonido obtenido no es igual dependiendo de la amalgama de metales utilizados para soldar.
Por otro lado percibimos que, en función de los materiales utilizados en las conexiones y del baño de los conectores, la presentación sonora varía. Independientemente de la conductividad de los metales empleados siempre me dije que "tiene que haber algo más".
Y, ¿qué pasa con la criogenización?
Algunos ingenieros relacionados con esta industria comentan que a medida que la señal atraviesa el entramado cristalino del metal conductor va buscando el camino con menos resistencia entre las impurezas del metal, de la misma manera que el agua que fluye alrededor de las rocas y otros obstáculos. Y con el tiempo ocurren cambios en la estructura molecular debidos al flujo de electrones que crean sus propios "senderos".
Este fenómeno se denomina
quantum tuneling effect y ha podido ser filmado en UK con aparatos de muy alta resolución.
También hacen referencia a las
Brillouin zones como características importantes de las estructuras cristalinas.
http://en.wikipedia.org/wiki/Quantum_tunnellinghttp://en.wikipedia.org/wiki/Brillouin_zonehttp://www.jstor.org/discover/10.2307/96578?uid=3737952&uid=2129&uid=2&uid=70&uid=4&sid=55981730643Obviamente, estas investigaciones se llevan a cabo en ámbitos de la ciencia y de la industria que poco tienen que ver con el audio.
2.- MATERIAL AISLANTE.Todos los diseñadores de cables concuerdan en la importancia del dieléctrico, la primera capa de aislamiento que recubre el conductor.
Su desempeño es crítico dado el modo en el que la señal se mueve a través del metal, con las altas frecuencias aparentemente viajando a lo largo de la superficie exterior del conductor.
No utilizar ningún material pudiera ser el mejor dieléctrico pero, a no ser que sea utilizando tiradas muy cortas dentro del chasis de los componentes, en el exterior es imposible hacerlo.
La cubierta del cable tiene un efecto importante en la calidad de sonido y vídeo ya que los materiales utilizados absorben y ceden energía eléctrica (el aislante que rodea al conductor actúa como un condensador que almacena y después libera energía).
Todos los dieléctricos almacenan más energía a frecuencias elevadas pero algunos son más lineales que otros en su comportamiento relativo a la frecuencia.
La
constante dieléctrica es la propiedad de un material que determina la velocidad relativa a la que la electricidad puede viajar por dicho material. La velocidad de la señal es aproximadamente inversa a la raíz cuadrada de la constante dieléctrica.
Por tanto una constante dieléctrica baja proporciona una velocidad de propagación de la señal mayor.
http://es.wikipedia.org/wiki/Constante_diel%C3%A9ctricaLa constante dieléctrica se expresa como la proporción entre la capacidad de almacenar energía por un volumen dado de material respecto al mejor dieléctrico posible (menor energía almacenada), que es el vacío.
El único aislante perfecto es el vacío y muy cerca está el aire.
La constante dieléctrica del vacío es 1 por lo que un material con constante dieléctrica de 3 sería capaz de almacenar 3 veces más energía que el vacío para un volumen dado.
La absorción dieléctrica de un determinado material describe la manera en que un dieléctrico puede descargar una señal secundaria en el conductor, que va a estar completamente desfasada con respecto a la señal de audio.
El teflón tiene una constante dieléctrica de 2, la más baja entre los dieléctricos de uso habitual, el polietileno 2,25 y el PVC de 4.
El centro del conductor, el dieléctrico y el blindaje forman un condensador y cuando las placas del condensador-cable son descargadas se genera un voltaje. Nos interesa insistir en que eso pude producir desplazamientos de fase en la señal debido a que el dieléctrico de los cables absorbe y libera energía en respuesta a la corriente alterna que viaja a través del conductor.
Cuando la corriente circula por un conductor aislado con dieléctrico dos campos distintos se forman, un campo electromagnético alrededor del propio conductor y un campo electrostático alrededor del dieléctrico aislante que desplaza temporalmente la estructura molecular del mismo.
La interacción de estos dos campos tiene una influencia considerable en el paso de la señal y afecta de manera importante al sonido puesto que no toda la señal es transmitida directamente.
Por el contrario, parte de la misma carga el dieléctrico aislante, exactamente como si fuese el dieléctrico de un condensador.
Mucha de esa energía es almacenada hasta que la señal cambia la polaridad (cada 180 grados de la onda senoidal) y entonces revierte formando parte de la señal fuera de fase, como corrientes inducidas, cancelando parte de la señal transmitida y creando ruido.
El resto de la energía se convierte en calor y se pierde.
Si el material dieléctrico tiene una buena elasticidad y puede volver rápidamente a su estado normal, entonces se dice que dicho material posee una baja pérdida dieléctrica y, por tanto, tendrá un efecto audible pequeño en la señal.
Por tanto, los materiales dieléctricos van a influir en que los cables que se utilicen en el sistema proporcionen diferentes presentaciones sonoras como consecuencia de las distintas velocidades a las que almacenan y liberan la energía correspondiente a diferentes frecuencias.
Es por eso que en los diseños más modernos la tendencia es a utilizar la menor cantidad de dieléctrico posible para no enlentecer y emborronar el sonido.
El aire es el mejor dieléctrico y el teflón el segundo pero tiene un problema importante, ya que suele presentar inicialmente un sonido áspero, chillón, tenso e incluso comprimido.
Esto es debido a que la reorganización molecular del mismo, la polarización del dieléctrico, es dificultosa y tarda mucho tiempo en realizarse, aún estando el cable conectado y sometido a carga continua.
Y ocurre especialmente con ciertas electrónicas y cables pero es un problema que se cura con el tiempo, con un largo (a veces larguísimo) periodo de rodaje de tal manera que la señal que fluye a través del conductor polariza el dieléctrico.
El polietileno es parecido al teflón en características dieléctricas pero sin esas desventajas. Tiende a dar un sonido más en el lado cálido de la neutralidad, siendo muy musical en su carácter final, y tras el rodaje es similar a la neutralidad del teflón.
Algunos fabricantes de cables tratan de disminuir la influencia del aislante utilizando un dieléctrico microporoso (foam).
http://es.wikipedia.org/wiki/Condensador_el%C3%A9ctricohttp://rimstar.org/zoltans/semicharge.htmhttp://www.thebigger.com/physics/electrostatics/what-is-dielectric-polarization/Tara Labs ha llevado la intención de mantener el conductor aislado del dieléctrico al extremo utilizando un conductor rectangular inmerso en vacío.
http://taralabs.com/images/stories/whitepapers/ZERO-White-Paper.pdfAdemás del efecto de condensador, el dieléctrico tiene un efecto crucial en el desempeño de los cables sometidos a manipulación debido al
efecto triboeléctrico.
Cuando dos materiales son frotados juntos se genera una carga eléctrica entre ellos y este fenómeno eléctrico se conoce como efecto triboeléctrico.
Es ruido interno inducido mecánicamente, generado por la flexión o vibración del cable, resultando corriente estática o efecto piezoeléctrico.
Simplemente flexionando o retorciendo un cable normal se pueden generar picos de voltaje de decenas de milivoltios.
La cantidad de carga generada es dependiente de la composición de los materiales y de la cantidad de fricción entre ellos.
Cuando la impedancia de salida es muy alta, esas cargas electrostáticas pueden ser escuchadas como cracks si el cable es manipulado.
Es bien conocido en el mundo profesional el "ruido de bofetada" que se produce cuando el cable se golpea con el escenario o es pisado. Se relaciona con los cambios en capacitancia que tienen lugar cuando el dieléctrico se deforma (se genera por la carga triboeléctrica de los materiales de aislamiento que actúan como condensadores almacenando energía y liberando posteriormente la carga estática).
http://es.wikipedia.org/wiki/Efecto_triboel%C3%A9ctricoEl efecto triboeléctrico es el mismo que provoca el acúmulo de energía cuando caminamos sobre una gruesa alfombra en invierno. Aunque una alfombra de lana no puede transmitir electrones conocemos bien el efecto de la electricidad estática cuando, tras caminar por la alfombra, tocamos una manilla de metal.
De forma similar la absorción de energía por el dieléctrico del cable es cedida posteriormente en el conductor creando un emborronamiento en la integridad temporal de la señal, en la fase.
La magnitud de los picos de voltaje depende mucho de los materiales seleccionados por los fabricantes del cable. El cobre junto con el polietileno microporoso, por ejemplo, son dos de los materiales que menos ruido triboeléctrico provocan, razón por la que son muy utilizados para la confección de cables de calidad.
Vivimos en un Universo resonante y en algunos casos eso posibilita buenas aplicaciones, como es el caso del habla y la escucha de música, pero en el caso de los cables las vibraciones resultan perniciosas.
Bajo la influencia de vibraciones de origen interno y externo se produce el efecto mencionado más arriba al cual nos referimos también como "microfonía" o "efecto microfónico", causado por la acumulación de una carga estática, y esas vibraciones se traducen en distorsiones en la transmisión de la señal.
https://www.youtube.com/watch?v=Qm1x5DrVe3g&feature=youtu.beNo cabe duda de que esto resulta un grave problema en cables sometidos a mucho movimiento, como es el caso de los de instrumentos musicales en el mundo profesional e incluso en los cables de auriculares.
Para minimizar el ruido triboeléctrico pueden emplearse capas de dacron (poliester) impregnadas de carbón (es el caso de los cables Cardas de auriculares), PVC conductivo, algodón y otros materiales que se utilizan en diseños muy sofisticados.
https://www.kimber.com/products/carbon-18-xlCada día se utiliza más el PVC conductivo (conteniendo carbón) como apantallamiento electrostático en ciertos tipos de cables sometidos a mucho movimiento. Puede extruirse y garantiza la cobertura con una capa muy consistente y bajo coeficiente de fricción
Estas soluciones que acabamos de mencionar no se aplican a los cables hi-fi de alta gama puesto que la constante dieléctrica de esos materiales es elevada si la comparamos con el teflón o polietileno.
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