I cavi audio sono sistematicamente oggetto di innumerevoli speculazioni e preconcetti. Uno di questi sostiene che l’effetto pelle nei cavi possa peggiorarne le prestazioni alle alte frequenze. Ma sarà vero?
Vediamo di passare dalle parole ai fatti con una semplice analisi.
L’effetto pelle nei cavi
Al crescere della frequenza, la corrente che circola in un conduttore tende ad addensarsi sulla sua superficie esterna. Questo fenomeno è noto col nome di effetto pelle.
La profondità entro la quale le cariche riescono a disporsi dipende dalla frequenza, ed è detta profondità di penetrazione, \(\delta\). Fintanto che la profondità di penetrazione è maggiore del raggio del conduttore, \(r_w\), allora il conduttore è omogeneamente attraversato dalle cariche. Man mano che la frequenza aumenta, la profondità di penetrazione diminuisce, e le cariche iniziano a concentrarsi esternamente. In particolare, l’effetto pelle inizia a prevalere quando \(r_w=2\delta\).

La profondità di penetrazione è data da: \[\delta=\frac{1}{\sqrt{\pi f \mu_0 \sigma}}\] dove \(f\) è la frequenza, \(\mu_0\) è la permeabilità magnetica del vuoto e \(\sigma\) è la conduttività del metallo. Nel rame si ottengono questi valori di profondità di penetrazione.
Frequenza, \(f\) | Profondità di penetrazione, \(\delta\) |
---|---|
50 Hz | 9,2 mm |
1 kHz | 2,1 mm |
20 kHz | 0,46 mm |
100 kHz | 0,21 mm |
1 MHz | 65 µm |
1 GHz | 2,1 µm |
Poiché limita la sezione utile del conduttore, l’effetto pelle determina un aumento della resistenza per unità di lunghezza e una diminuzione dell’induttanza per unità di lunghezza.
L’effetto pelle in pratica
Applicando questi risultati su un semplice cavo da 2,5 mm2 costituito da un singolo trefolo (comunemente detto “single core”) si ottiene che l’effetto pelle inizia a prevalere soltanto a partire da circa 21 kHz.

Nel caso in cui il cavo sia costituito da molti trefoli, si potrebbe ipotizzare che l’insorgenza dell’effetto pelle abbia luogo a frequenze ancora più elevate, ad esempio circa 1 MHz per cavi costituiti da 48 trefoli. Tuttavia, i trefoli non risultano isolati tra loro dal punto di vista elettrico o magnetico, per cui l’effetto risultante può essere più ragionevolmente collocato tra 21 kHz e 1 MHz dipendentemente dalle caratteristiche costruttive del cavo.
Dalle equazioni precedenti è possibile ricavare che in un singolo conduttore di sezione circolare l’effetto pelle inizia a comparire in banda audio soltanto quando si superano i 2,67 mm2. Ma che cosa succede a sezioni maggiori?
La tabella seguente mostra le conseguenze dell’effetto pelle al variare della sezione del conduttore.
Area della sezione del cavo (mm2) | Resistenza per unità di lunghezza (mΩ/m) in DC | Resistenza per unità di lunghezza (mΩ/m) a 20 kHz |
---|---|---|
0,25 | 67,2 | 67,2 |
0,5 | 33,6 | 33,6 |
0,75 | 22,4 | 22,5 |
1 | 16,8 | 17,4 |
1,5 | 11,2 | 12,6 |
2,5 | 6,72 | 8,76 |
4 | 4,20 | 6,46 |
6 | 2,80 | 5,04 |
10 | 1,68 | 3,73 |
Anche nei cavi di elevata sezione, l’effetto pelle contribuisce determinando al massimo un incremento di appena 2 mΩ/m in banda audio!
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