Impedancia del cable

[teufel 0]

Encontre un enlace donde explican bien el concepto de impedancia y lineas de transmisión. Es una teoría simplificar el diseño de cables en radiofrecuencia, pero algunos han creído que es necesaria en baja frecuencia (audio)

http://www.epanorama.net/documents/wiring/cable_impedance.html

En diseño eléctrico de circuitos generalmente se usa el modelo de circuito concentrado, donde valen las leyes de kirchhof y donde los componentes se representan por sus idealizaciones (R L y C) y los conductores son ideales.
Pero si la señal que viaja por el conductor es de muy alta frecuencia ya este no se comporta como elemento concentrado y se debe usar el modelo de linea de transmision.

"The key tenet of all transmission line theory is that the source impedance must be equal to the load impedance in order to achieve maximum power transfer and minimum signal reflection at the destination. In real world case this generally means that the source impedance is the same as cable impedance and the value of the receiver in another end of the cable has also the same impedance"

O sea lo que han escuchado toda la vida, solamente que había sido sacado de su contexto. Es para señales da alta frecuencia, que el audio no lo es.

mas abajo dice

"Most wires will have a speed of travel for AC current of 60 to 70 percent of the speed of light, or about 195 million meters per second. An audio frequency of 20,000 Hz has a wavelength of 9,750 meters, so a cable would have to be four or five *kilometers* long before it even began to have an effect on an audio frequency. That's why the characteristic impedance of audio interconnect cables is not something most of us have anything to worry about."


El limite, entre usar el modelo de linea de transmsion y el modelo concentrado, en el articulo lo definen como lambda/10. O sea un décimo del ancho de onda, que para una señal de 20000 Hz corresponde a 5 kilometros. Y es por eso que el concepto de impedance matching no se usa en audio. Es lo que se usa para llevar frecuencias de radio por los cables. EL PCM 16/44.1 es alrededor de 1.5Mhz y tampoco genera problemas y es la razon por que no es necesario preocuparse por perdidas o rebotes y el RCA funciona muy bien.

Esa es la razón por que se usa el metido de impedancia de salida "cero" impedancia de entrada "infinita". Sive para aislar entre etapas para que solo se comunique vía voltaje. Los fabricantes saben lo que hacen.

La teoria electrica de lineas de transmisión no solo explica como funcionan las líneas de transmisión, sino que también dice cuando un determinado conductor debe tratarse como línea de transmisión y cuando no es necesario. En el audio análogo no es necesario.

Existen condiciones cotidianas donde esto es importante?

a) DTS , DOLBY en algunos de sus versiones de alta resolución.
VIdeo HD

para a) y se usa HDMI, y ahi si el cable es importante. Hay cuidar la impedancia por todo el trayecto. Hay que cuidar el tipo de cable que usa hacia un proyecto porque el tramo no es corto y estamos aproximandonos al ambito de las lineas de transmsion.

Por ejemplo, transmisión de datos se usa el UTP (unshielded twised pair) cuyo alcance maximo es 100 metros. Y también ocurre que los cables cortos rae vez generan problemas pero los cables largos tienen que estar bien hechos o de lo contrario hay perdidas por todos lados. Por ejemplo si yo conecto un cat 5 de 30 cm puede perfectamente funcionar a 1Gb. Ese mismo cat5 en 100 metros simplemente no será capaz de transmitir a esa velocidad y los dispositivos negociaran 100mb.

Por eso es que el audio funciona, no es milagrosos. Los profesionales saben bien el contexto de uso y por lo tanto no van entrear en caros problemas de compatibilidad diseñando un conector digital con BNC y dejaron pasar el RCA.

Cuando el problema de transmisión se presento diseñaron el HDMI que es el cable apropiado para el uso en A/V domesitico.

[AudioLuthier 758]

[quote name='teufel' date='23 July 2014 - 06:23 PM' timestamp='1406154224' post='254993']
Encontre un enlace donde explican bien el concepto de impedancia y lineas de transmisión. Es una teoría simplificar el diseño de cables en radiofrecuencia, pero algunos han creído que es necesaria en baja frecuencia (audio)

http://www.epanorama.net/documents/wiring/cable_impedance.html

En diseño eléctrico de circuitos generalmente se usa el modelo de circuito concentrado, donde valen las leyes de kirchhof y donde los componentes se representan por sus idealizaciones (R L y C) y los conductores son ideales.
Pero si la señal que viaja por el conductor es de muy alta frecuencia ya este no se comporta como elemento concentrado y se debe usar el modelo de linea de transmision.

"The key tenet of all transmission line theory is that the source impedance must be equal to the load impedance in order to achieve maximum power transfer and minimum signal reflection at the destination. In real world case this generally means that the source impedance is the same as cable impedance and the value of the receiver in another end of the cable has also the same impedance"

O sea lo que han escuchado toda la vida, solamente que había sido sacado de su contexto. Es para señales da alta frecuencia, que el audio no lo es.

mas abajo dice

"Most wires will have a speed of travel for AC current of 60 to 70 percent of the speed of light, or about 195 million meters per second. An audio frequency of 20,000 Hz has a wavelength of 9,750 meters, so a cable would have to be four or five *kilometers* long before it even began to have an effect on an audio frequency. That's why the characteristic impedance of audio interconnect cables is not something most of us have anything to worry about."


El limite, entre usar el modelo de linea de transmsion y el modelo concentrado, en el articulo lo definen como lambda/10. O sea un décimo del ancho de onda, que para una señal de 20000 Hz corresponde a 5 kilometros. Y es por eso que el concepto de impedance matching no se usa en audio. Es lo que se usa para llevar frecuencias de radio por los cables. EL PCM 16/44.1 es alrededor de 1.5Mhz y tampoco genera problemas y es la razon por que no es necesario preocuparse por perdidas o rebotes y el RCA funciona muy bien.

Esa es la razón por que se usa el metido de impedancia de salida "cero" impedancia de entrada "infinita". Sive para aislar entre etapas para que solo se comunique vía voltaje. Los fabricantes saben lo que hacen.

La teoria electrica de lineas de transmisión no solo explica como funcionan las líneas de transmisión, sino que también dice cuando un determinado conductor debe tratarse como línea de transmisión y cuando no es necesario. En el audio análogo no es necesario.

Existen condiciones cotidianas donde esto es importante?

a) DTS , DOLBY en algunos de sus versiones de alta resolución.
VIdeo HD

para a) y se usa HDMI, y ahi si el cable es importante. Hay cuidar la impedancia por todo el trayecto. Hay que cuidar el tipo de cable que usa hacia un proyecto porque el tramo no es corto y estamos aproximandonos al ambito de las lineas de transmsion.

Por ejemplo, transmisión de datos se usa el UTP (unshielded twised pair) cuyo alcance maximo es 100 metros. Y también ocurre que los cables cortos rae vez generan problemas pero los cables largos tienen que estar bien hechos o de lo contrario hay perdidas por todos lados. Por ejemplo si yo conecto un cat 5 de 30 cm puede perfectamente funcionar a 1Gb. Ese mismo cat5 en 100 metros simplemente no será capaz de transmitir a esa velocidad y los dispositivos negociaran 100mb.

Por eso es que el audio funciona, no es milagrosos. Los profesionales saben bien el contexto de uso y por lo tanto no van entrear en caros problemas de compatibilidad diseñando un conector digital con BNC y dejaron pasar el RCA.

Cuando el problema de transmisión se presento diseñaron el HDMI que es el cable apropiado para el uso en A/V domesitico.
[/quote]


chaucha!!!, justo cuando estaba ahorrando para mi cable naim BNC de 1.2 mts a solo 240 no!!! subio la libra, ahora 290 luquitas no mas....

[lnx 37]

Excelente aporte!

[DiasDePlaya 57]

Gracias por el aporte!

[stolod 664]

Quedó clarito, pero el cable de plata.......

Gracias

Editado July 24, 2014 at 15:15 por stolod

[Oscar 186]

En audio lo que interesa de los cables es que mantengan la integridad de la señal.

Aún en el caso de los cables de parlantes que tienen por propósito transferir potencia (o sea son más bien inmunes a la interferencia EM porque operan con voltajes relativamente altos), lo relevante no es transferir la máxima potencia, ya que si hay problemas con eso se pone más sección de cable y se acabó el problema, sin aumentar el costo de manera significativa.

Por el contrario, en una línea de transmisión de energía sí que es relevante la transferencia porque no es llegar y poner más cable para resolverlo.

Va un link de este mismo foro que sugiere cómo seleccionar cables para parlantes, evitando problemas con la resistencia del cable (que efectivamente se modela de manera suficiente como un parámetro R no distribuido).

http://www.hifichile.cl/index.php?/topic/10029-eleccion-de-cable-altavoz/

El cable HDMI existe sólo porque existe la interfaz HDMI que permite incorporar control mediante SW (para control de copia de las películas).

El común y silvestre cable de audio con terminales RCA sirve perfectamente para transmitir señales de imagen, el formato de colores descompuestos por componentes tiene la misma capacidad de transmitir información de imagen que el HDMI.

[teufel 0]

[quote name='Oscar' date='24 July 2014 - 05:55 PM' timestamp='[url="tel:1406238907"]1406238907[/url]' post='255151']
En audio lo que interesa de los cables es que mantengan la integridad de la señal.

Aún en el caso de los cables de parlantes que tienen por propósito transferir potencia (o sea son más bien inmunes a la interferencia EM porque operan con voltajes relativamente altos), lo relevante no es transferir la máxima potencia, ya que si hay problemas con eso se pone más sección de cable y se acabó el problema, sin aumentar el costo de manera significativa.

Por el contrario, en una línea de transmisión de energía sí que es relevante la transferencia porque no es llegar y poner más cable para resolverlo.

Va un link de este mismo foro que sugiere cómo seleccionar cables para parlantes, evitando problemas con la resistencia del cable (que efectivamente se modela de manera suficiente como un parámetro R no distribuido).

[url="http://www.hifichile.cl/index.php?/topic/10029-eleccion-de-cable-altavoz/"]http://www.hifichile...-cable-altavoz/[/url]

El cable HDMI existe sólo porque existe la interfaz HDMI que permite incorporar control mediante SW (para control de copia de las películas).

El común y silvestre cable de audio con terminales RCA sirve perfectamente para transmitir señales de imagen, el formato de colores descompuestos por componentes tiene la misma capacidad de transmitir información de imagen que el HDMI.
[/quote]
De partida el artículo es desde el punto de vista de telecomunicaciones, aunque el mismo modelo es aplicable a redes de potencia. En señales se requiere mínima atenuación y se usa la línea de transmisión sin pérdidas.
El cable de lámpara con que se comectan los parlantes no está diseñado para ninguna impedancia característica y no tiene conectores estandarizados. No es parte del tópico.

De hecho la impedancia característica del cable como parámetro fijo solo tiene sentido en modelos líneas sin pérdidas (R=0) , de lo contrario la impedancia varía con la frecuencia.
El cable de componente es análogo y usa menos ancho de banda.
Pero para todo efecto la transmisión análoga de video está ibsoleta. El hdmi existe para transmitir señal digital a 8 gbit/sec. puede transmitir 4k y el componente no.

[teufel 0]

Me voy a tomar la libertad ahora de hablar de la otra impedancia, la que se usa en análisis de redes y que es una forma de representar el comportamiento de los elementos en corriente alterna en régimen permanente. Esto es, llevan mucho tiempo funcionando a exactamente el mismo nivel. En audio por supuesto la señal no ni sinusiodal ni estable, entonces por que corresponde análisis de régimen permanente? que pasa con los transientes. Las ecuaciones de impedancia no tienen parámetro tiempo.


En realidad todo viene de ecuaciones dinámicas donde el circuito se desarrolla a través del tiempo y basándose en la propiedad que los circuitos en AC estabilizan todos en la misma frecuencia y usando un teorema de euler, se construyo el concepto de impedancia y fasores que permiten analizar circuitos de manera muy sencilla.

Vamos a analizar el siguiente, circuito que lo hice específicamente trivial para poder resolverlo y que podría representar un cable con indcutancia L colectado a un parlante R y editados por un amplificador con una funciona V(t) = cos(wt), O sea poniendo una sinusoide pura.

Este es un análisis de lumped circuit (concentrado) y vamos a usar kirchhoff.

[attachment=9795:Circuito.jpg]

Resolvamos el circuito usando fasores, perdon que lo haga a mano, un poco largo pero solo álgebra

[attachment=9796:Fasores.jpg]

Una conclusion es que la impedancia del cable afecta la frecuencia. Pero si alguien se molesta en poner numeros reales vera que la atenuaciones agudos es inaudible.

Ahora, esto es una simplificaron de una simplificaron. Usemos la simplificación de primera instancia con ecuaciones dinámicas


[attachment=9797:ec dif.jpg]

Suficientemente complejo para tener que usar un programa porque sale una ecuación diferencial de primer orden. Pero hay varias características notables.
[size=2] [/size]
[size=2]El término extra: esta es la respuesta transiente que el modelo de fasores no muestra.[/size]

El transiente disminuye exponencialmente, o sea se va a cero rapido


El termino de regimen permanente copia al calco lo obtenido con los fasores , lo que valida el análisis de impedancias.

Ahora la pregunta es siempre el transiente ignorable? Si se analiza el termino R/L se vera que el transiente es mas corto mientras mas grande R y mas largo mientras mas grande L.
Ahora en la vida real no se usa este análisis, existe una función llamada impulso que se usa para determinar la naturaleza de los transientes.

En el otro articulo que publique y que causo ronchas (de los parlantes) el autor justamente se quejaba de que los crossover tenían pésima respuesta transiente. O sea un lindo gráfico de amplitud versus frecuencia es estático y solo muestra una cara de la figura. Es como ver una pirámide desde el fondo, parece cubo.

[AudioLuthier 758]

[quote name='teufel' date='25 July 2014 - 04:24 PM' timestamp='1406319888' post='255367']
Me voy a tomar la libertad ahora de hablar de la otra impedancia, la que se usa en análisis de redes y que es una forma de representar el comportamiento de los elementos en corriente alterna en régimen permanente. Esto es, llevan mucho tiempo funcionando a exactamente el mismo nivel. En audio por supuesto la señal no ni sinusiodal ni estable, entonces por que corresponde análisis de régimen permanente? que pasa con los transientes. Las ecuaciones de impedancia no tienen parámetro tiempo.


En realidad todo viene de ecuaciones dinámicas donde el circuito se desarrolla a través del tiempo y basándose en la propiedad que los circuitos en AC estabilizan todos en la misma frecuencia y usando un teorema de euler, se construyo el concepto de impedancia y fasores que permiten analizar circuitos de manera muy sencilla.

Vamos a analizar el siguiente, circuito que lo hice específicamente trivial para poder resolverlo y que podría representar un cable con indcutancia L colectado a un parlante R y editados por un amplificador con una funciona V(t) = cos(wt), O sea poniendo una sinusoide pura.

Este es un análisis de lumped circuit (concentrado) y vamos a usar kirchhoff.

[attachment=9795:Circuito.jpg]

Resolvamos el circuito usando fasores, perdon que lo haga a mano, un poco largo pero solo álgebra

[attachment=9796:Fasores.jpg]

Una conclusion es que la impedancia del cable afecta la frecuencia. Pero si alguien se molesta en poner numeros reales vera que la atenuaciones agudos es inaudible.

Ahora, esto es una simplificaron de una simplificaron. Usemos la simplificación de primera instancia con ecuaciones dinámicas


[attachment=9797:ec dif.jpg]

Suficientemente complejo para tener que usar un programa porque sale una ecuación diferencial de primer orden. Pero hay varias características notables.
[size=2] [/size]
[size=2]El término extra: esta es la respuesta transiente que el modelo de fasores no muestra.[/size]

El transiente disminuye exponencialmente, o sea se va a cero rapido


El termino de regimen permanente copia al calco lo obtenido con los fasores , lo que valida el análisis de impedancias.

Ahora la pregunta es siempre el transiente ignorable? Si se analiza el termino R/L se vera que el transiente es mas corto mientras mas grande R y mas largo mientras mas grande L.
Ahora en la vida real no se usa este análisis, existe una función llamada impulso que se usa para determinar la naturaleza de los transientes.

En el otro articulo que publique y que causo ronchas (de los parlantes) el autor justamente se quejaba de que los crossover tenían pésima respuesta transiente. O sea un lindo gráfico de amplitud versus frecuencia es estático y solo muestra una cara de la figura. Es como ver una pirámide desde el fondo, parece cubo.
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que nostalgia, pensar que alguna vez me eximi de calculo,casi en la prehistoria y no recuerdo niuna wea!!!!

Gracais teufel pero mis neuronas dañadas por el alcohol fuerte y de mala calidad ya no procesan esta avalancha de datos

[DiasDePlaya 57]

Excelente! Gracias otra vez.

[teufel 0]

Mr Luthier

Aunque no entiendas nada, ese piñufle modelo llega a conclusiones interesantes. Por ejemplo si R es la impedancia de entrada de un amplificador, mientras mas grande sea R menos influencia tiene el cable. Mientras mas baja la frecuencia menos importa la reactancia.

Vr=V*R/sqr(R^2 + (wL)^2), si R>>wL entonces R^2 + (wL)^2 aproxima a R^2 (despreciamos el termino wL)

Entonces

Vr=V

La señal en la entrada es fiel copia de la señal de la salida. Y de nuevo ese punto que es muy importante que la impedancia de entrada sea lo mas grande posible. Asi te blindas de las características del cable. Y dato curioso de las impedancia de entreada

McIntosh 20K
Quad 66 100K
Nad 56K
Emotiva 100K
Classé 100K

Curioso el McInthosh. El estándar de los equipos "reguleques" es 47K.
El Quad, con lo viejo que era tenia 100K para CD. También tenia otras de menor impedancia para legacys y algunas entradas con anti hum. Ese era un caso especial donde cualquier entrada no daba lo mismo.

[Oscar 186]

[quote name='teufel' date='25 July 2014 - 04:24 PM' timestamp='1406319888' post='255367']
Me voy a tomar la libertad ahora de hablar de la otra impedancia, la que se usa en análisis de redes y que es una forma de representar el comportamiento de los elementos en corriente alterna en régimen permanente. Esto es, llevan mucho tiempo funcionando a exactamente el mismo nivel. En audio por supuesto la señal no ni sinusiodal ni estable, entonces por que corresponde análisis de régimen permanente? que pasa con los transientes. Las ecuaciones de impedancia no tienen parámetro tiempo.


[/quote]

Pero tranquilo que para eso nuestro amigo Fourier descubrió que las funciones periódicas se puede descomponer en una serie de componentes también periódicas. Afortunadamente las señales de audio se modelan a la perfección como funciones periódicas y las componentes son precisamente las armónicas (o componentes de frecuencia), por lo que aunque la señal de audio no sea sinusoidal ni estable, sí se puede ver como una superposición de sinusoides de distintas amplitudes, en distintas frecuencias (que es lo que se ve en un osciloscopio, así que tampoco hay que calcularlas).

En electricidad no interesa el cálculo en el tiempo. Sí es fundamental la descomposición en frecuencia y siempre que hablamos de ellas nos estamos refiriendo a la descomposición en series de Fourier de una señal. Cuando la frecuencia interesante es única (como en el caso de 50 Hz), el cálculo siempre se hace para esa única componente y se hace válido en el ámbito del tiempo sólo porque despreciamos las demás componentes de frecuencia.

Como la variable tiempo no entra en la descomposición matemática de Fourier, el cálculo, en teoría, debe ser hecho para cada configuración a media que cambia en el tiempo. Como esto es impracticable, lo práctico es buscar la frecuencia donde se produce algún efecto, como R no depende de la frecuencia, la resistencia afecta a todas las frecuencias por parejo, en cambio la reactancia sí depende de la frecuencia por lo que sí tendrá impacto en la señal, el que dependerá del valor de C (capacitancia) y L (inductancia), que en el caso de los cables de audio es completamente despreciable.

[striker 87]

ok!!! excelentes ejemplos...entonces queda claro que un cable rasca degrada la señal de audio y ya no es mito!!

[teufel 0]

La señal de audio no es periódica. Y eso ha sido discutido al cansancio en otros lados.

[Juanzuniga 1.072]

Ahora entiendo a mi señora (y tómenlo súper en buena onda por favor)... Cuando en una oportunidad me dijo que éramos "todos ñoños" en este foro!!!, jajaja

[YOP 68]

tengo un amigo arquitecto que me webea por el foro ñoño

[teufel 0]

En el caso de cable de parlantes lean este artículo clásico http://www.roger-russell.com/wire/wire.htmEn el caso de interconexiones la fidelidad es garantizada por alta impedancias en el destino. Y para los que no entendieron del propósito era mostrar que los modelos son simplificaciones de la realidad haciendo suposiciones que no siempre son válidas. El caso del estudio en domino de frecuencia al menos requiere comprobar que los transientes pueden ser despreciados y por lo tanto el análisis de e régimen permanente es una buena aproximación. Por eso usando ecuaciónes diferenciales aparece un término que el análisis de frecuencia no toma en cuenta. Para sintonizadores puede ser excelente aprox porque el grado de variación es lento con respecto a la frecuencia.
Va el link de Wikipedia al respecto http://en.wikipedia.org/wiki/Time–frequency_analysis
The practical motivation for time–frequency analysis is that classical [url="http://en.wikipedia.org/wiki/Fourier_analysis"]Fourier analysis[/url] assumes that signals are infinite in time or periodic, while many signals in practice are of short duration, and change substantially over their duration. For example, traditional musical instruments do not produce infinite duration sinusoids, but instead begin with an attack, then gradually decay. This is poorly represented by traditional methods, which motivates time–frequency analysis.

[Oscar 186]

Para mí es algo nuevo el análisis de tiempo frecuencia

Lo que leí es que de una vez puedes describir con un solo modelo la dimensión tiempo y frecuencia ya que la señal cambia su conformación de frecuencias en el tiempo, lo que sirve para hacer la descripción cuando la señal ya se ha completado en el tiempo.

Sin embargo, instantánemente, que es como uno escucha, basta con la descripción en frecuencia (el espectro de frecuencia, o sea Fourier) para saber qué está sucediendo en ese instante!

Cada día se aprende algo nuevo, dejaré mi participación hasta aquí no más en esta discusión, esperando entender la utilidad de esta modelación para el audio, y aprovechar de bajarme (o caerme) del columpio ñoño por un rato