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Come Progettare e Costruire un Crossover per Diffusori - Guida Fai-da-Te con Diagrammi!

Benvenuto! In questa grande guida pratica, ti mostrerò come puoi progettare e costruire il tuo crossover per diffusori per audio domestico o auto.

Ne ho costruiti molti di miei - dai più basici a design più avanzati - quindi mi piacerebbe condividere ciò che ho imparato lungo la strada. Coprirò parecchio, quindi tuffiamoci!

Cosa Copre Questa Guida Pratica

Come Progettare e Costruire un Crossover per Diffusori - Guida Fai-da-Te con Diagrammi!

Ci sono così tanti tipi e varianti di design di crossover passivi che non è pratico coprirli tutti. Per mantenere le cose gestibili e aiutare il maggior numero di persone (proprio come te!), coprirò ciò che serve per costruire una delle diverse opzioni che funzioneranno per il 95%+ delle esigenze dei sistemi di diffusori.

Come Questo Articolo Ti Aiuterà

Il mio articolo fornirà il know-how, diagrammi, informazioni e passaggi per costruire un crossover per diffusori fai-da-te (DIY) per ottenere il suono che desideri basato sulla mia reale esperienza nel farlo. È interamente possibile costruire qualcosa che ti piacerà usare e di cui sarai orgoglioso senza enormi mal di testa o spendere una fortuna!

In questa guida coprirò:

(Sentiti libero di saltare alcune sezioni se non sei nuovo ad alcuni concetti qui.)

Nota: Poiché questo non intende essere un articolo più avanzato, non coprirò alcuni aspetti tecnici come l'impedenza della bobina mobile, la risposta di fase, la risposta delle onde sonore fuori asse, lo sfasamento, o le opzioni di design di quarto ordine.

Come Funziona un Crossover Passivo? (Breve Guida per Principianti)

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Un filtro crossover passivo è diverso da un crossover attivo (usato in design audio elettronici, amplificatori e preamplificatori, ecc.) in quanto usa componenti passivi non alimentati per filtrare una gamma di frequenze prima che possa raggiungere un diffusore o diffusori. In termini pratici, "bloccano" efficacemente le frequenze sonore indesiderate dal raggiungere un driver del diffusore riducendo notevolmente, o attenuando, il segnale d'ingresso da uno stereo o amplificatore.

Questo è possibile grazie a una proprietà di condensatori e induttori chiamata reattanza. La reattanza è un'opposizione al flusso di corrente elettrica e cambia con la frequenza del segnale audio. Questo crea un'impedenza al segnale che controlla quanto livello di segnale (tensione a livello diffusore) è presente ai morsetti del diffusore.

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Il ruolo di condensatori e induttori nel design della rete crossover

Gli usi reali per questi sono estremamente importanti nei sistemi di diffusori per audio domestico o auto:

Condensatori e induttori possono essere usati da soli (crossover a stadio singolo, chiamato anche di 1° ordine) o combinati per creare un filtro ancora più efficace con caratteristiche diverse. I crossover di 1° ordine hanno una pendenza del crossover, o ripidezza/efficacia del filtro, che decade a un tasso di 6 dB per ottava.

I crossover di 2° ordine, che hanno due sezioni di condensatore o induttore, decadono il loro output a 12 dB per ottava. I design di 2° ordine sono uno dei più comunemente usati per i crossover passivi in quanto sono un buon compromesso tra complessità, costo, ripidezza della pendenza e qualità del suono.

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Nel mondo dell'ingegneria usiamo i Decibel (dB) per misurare i livelli di output del diffusore o i valori del segnale del crossover audio perché entrambi sono non lineari. Questo significa che per l'audio aumentano o diminuiscono basandosi su potenze di 10 (ovvero, sono logaritmici).

Un segno negativo davanti indica una riduzione, mentre un segno positivo o nessuno davanti indica un guadagno.

Es.: Un crossover con pendenza di -6dB/ottava avrà un output ridotto di 6 dB per ogni ottava (un dimezzamento o raddoppio di frequenza: 400Hz, 800Hz, 1.600 Hz, ecc.) oltre la frequenza di taglio.

Cos'è un Punto di Crossover del Diffusore?

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Un punto di crossover del diffusore è solitamente chiamato frequenza di crossover ed è a volte scritto come "Fc" per rappresentare la "frequenza di taglio". Un punto di crossover del diffusore è la frequenza di taglio oltre la quale le frequenze audio sono notevolmente ridotte dal raggiungere i diffusori, bloccandole efficacemente.

In termini tecnici, è basato sul punto in cui l'output di un crossover ha una perdita di 3dB. In termini di potenza elettrica, il punto -3dB è la frequenza alla quale la potenza al diffusore è ridotta della metà.

Man mano che ci allontaniamo oltre la frequenza di crossover (il punto -3dB) l'output diminuirà sempre più fino a essere essenzialmente zero. Per esempio, per un crossover tweeter a -6dB/ottava con taglio a 1kHz:

Scegliere il Tipo di Design del Crossover e Dettagli Correlati

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Scegliere un Tipo di Crossover e Pendenza

Ecco alcune raccomandazioni per la migliore pendenza di crossover e tipi di ordine da usare basati sul tuo sistema di diffusori. Nota che questi sono generalmente i più popolari e funzionano per la maggior parte dei casi.

Linkwitz-Riley vs Butterworth e Altri Tipi di Crossover di 2° Ordine

I design Linkwitz-Riley sono senza dubbio tra i più comunemente usati per diverse ragioni - la principale è la loro risposta piatta dove gli output del punto di crossover woofer e tweeter si sovrappongono. Altri design come Butterworth, Chebychev e Bessel non offrono la stessa risposta in frequenza anche se offrono vari guadagni che possono essere utili per obiettivi di design specifici.

Il crossover Linkwitz-Riley (L-R) è un'ottima scelta per costruire un design standard del diffusore con la sua pendenza di -12dB per ottava e buon output (piatto).

Il crossover L-R di secondo ordine è una configurazione all-pass che somma a una magnitudine piatta...

La risposta di magnitudine piatta, bassa sensibilità all'offset, e le risonanze in-banda dei driver hanno reso l'L-R una scelta popolare tra i produttori. Vance Dickason, The Speaker Design Cookbook (7a ed.)

Anche se è un argomento separato, il crossover L-R non è sensibile alla risonanza del driver del diffusore, un altro vantaggio. Se sei interessato a saperne di più, ti incoraggio a procurarti una copia del The Loudspeaker Design Cookbook di Vance Dickason.

Come Trovare i Tuoi Valori di Frequenza di Crossover

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La buona notizia è che ci sono alcuni modi per capire quale frequenza di crossover dovresti scegliere per progettare e costruire il tuo:

  1. Raccomandazioni del produttore.
  2. La risposta in frequenza del driver se quella specifica è fornita. (Purtroppo non è sempre disponibile!)
  3. Regole pratiche generali basate sul tipo e dimensioni dei diffusori che hai (tweeter vs woofer, cono piccolo vs cono grande, ecc.).

Probabilmente finirai per usare 2 o più delle cose sopra per ottenere i migliori risultati.

Nota: Coprirò anche i diffusori a 3 vie separatamente poiché sono un caso un po' speciale. Vedi sotto per quello.

1. Raccomandazioni del Produttore

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Se sei fortunato, la tua azienda di diffusori potrebbe aver fornito un buon range di frequenza per l'uso. Per l'esempio nell'immagine sopra sceglieresti una frequenza di crossover di almeno 3,5kHz che per caso è molto comune.

2. Grafico o Specifiche della Risposta in Frequenza del Driver

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Se sei abbastanza fortunato da avere un grafico di risposta in frequenza con i diffusori che vorresti usare, puoi vedere le aree dove hanno un output scarso e usare questo come guida. Queste sono le aree che vorrai evitare.

Per farlo, scegli una frequenza di crossover lontana da questo range. Quando usi setup a 2 o 3 vie, questo dovrebbe idealmente essere il punto in cui l'altro driver o driver possono produrre suono altrettanto bene. L'idea è trovare un "punto medio" che entrambi possano produrre fino a quel punto senza un gap, o una gamma di output significativamente più debole.

Dall'esempio sopra, possiamo vedere che il tweeter mostrato ha un buon output fino a circa 2 kiloHertz (2kHz). Sapendo questo, vorremo scegliere una frequenza di crossover che sia almeno 2kHz o superiore.

3. Dimensioni e Tipo del Diffusore

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Per scegliere il taglio necessario basato sulle dimensioni e tipo del tuo driver le seguenti regole pratiche sono utili:

Note sulla Frequenza di Crossover a 3 Vie

Anche se potrebbe non sembrare, i crossover a 3 vie non sono solo una semplice estensione di un design a 2 vie. L'idea in questo caso è usare un design di crossover all-pass (APC) con un ampio range di frequenza tra la frequenza passa-alto e la frequenza passa-basso.

Questo a causa di interazioni indesiderabili che possono accadere se sono troppo vicini. Puoi usare la mia tabella sotto o questa regola generale basata sul rapporto tra la frequenza di taglio passa-alto (Fh) e la frequenza di taglio passa-basso (Fl):

Buon rapporto crossover a 3 vie: Fh/Fl = 8 o superiore.

Alcune ottime frequenze di crossover a 3 vie da usare sono:

Per usare il rapporto 1:8 sopra, scegli la frequenza superiore e dividi per 8 per ottenere la seconda. Allo stesso modo, puoi scegliere una frequenza inferiore e moltiplicare per 8 per ottenere una buona frequenza di taglio superiore.

Nota che i design a 3 vie hanno un output midrange con un livello dB più alto o più basso. In questo caso, il design a 3 vie ha un guadagno di 2,45 dB rispetto agli output tweeter e woofer che è piuttosto piccolo.

In generale, più distanti sono i due punti di crossover, migliore sarà la risposta combinata dei driver (tre ottave è un buon punto di partenza).

Punti di crossover più vicini del ideale di tre ottave soffriranno da complicati pattern di interferenza indesiderabili. Vance Dickason

Progettare il Circuito Crossover e Trovare i Valori dei Componenti

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Una volta che hai i seguenti elementi:

...puoi metterti al lavoro! La buona notizia è che non sarà molto difficile - non devi fare i calcoli da solo a meno che tu non preferisca. Puoi usare il mio calcolatore per crossover per diffusori per ottenere i valori dei componenti di cui hai bisogno.

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Usare un Calcolatore per Crossover

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È abbastanza autoesplicativo ma non preoccuparti, ho fornito istruzioni nella pagina del calcolatore. Inserisci i tuoi valori e selezioni per:

Scrivi o salva i valori, sia sugli schemi sotto che da qualche altra parte dove puoi trovarli.

DIAGRAMMI - Schemi di Rete Crossover da Stampare e Usare

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Clicca qui per visualizzare o stampare gli schemi crossover forniti per costruire il tuo crossover fai-da-te. Sullo stampato c'è spazio per scrivere i valori dei componenti calcolati se vuoi.

Procurarsi i Componenti

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Acquisto dei Componenti per Crossover

Avrai bisogno almeno dei seguenti tipi di componenti per crossover:

I condensatori sono valutati in unità chiamate Farad e solitamente venduti in "microFarad", anche scritto con il simbolo greco Mu (µF, 1/1.000.000 di un Farad) o con una piccola "u" (uF). Gli induttori sono misurati in Henry e solitamente venduti in milliHenry (1/1.000 di un Henry) scritto come "mH".

Condensatori Bipolari vs Polarizzati

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I condensatori polarizzati sono il tipo più comune ma non funzioneranno per uso audio - DEVI usare tipi non polarizzati. Questo perché 1) non possono gestire una tensione alternata (AC) che si inverte e 2) possono distorcere il suono e persino guastarsi. I condensatori non polarizzati permettono a un segnale musicale elettrico di passare bene.

I condensatori bipolari ("BP", non polarizzati) sono solitamente marcatati come tali mentre i tipi polarizzati hanno un lato con una striscia che segna la connessione negativa.

Valutazioni di Tensione dei Condensatori

I condensatori non possono gestire una tensione applicata superiore alla loro valutazione massima. 48V o superiore è una buona regola pratica, anche se puoi calcolare il valore minimo tu stesso usando la legge di Ohm se conosci la potenza RMS dell'amplificatore:

V (volt) = radice quadrata(Potenza x ohm diffusore)

Per esempio, un amplificatore con 50W per canale su un diffusore a 8 ohm avrà una tensione di output di circa radice quadrata(50 x 8) = 20V. Una valutazione di tensione superiore andrebbe bene ma non vogliamo scendere sotto i 20V. Useremmo la parte con valutazione successiva più grande che troviamo o superiore.

Tolleranze dei Valori dei Componenti (Perché Non Cercare Valori "Perfetti")

I condensatori elettrolitici e gli induttori ad aria hanno una tolleranza di circa più o meno 20% del loro valore nominale (+/-20%). Parti più costose possono avere tolleranza del 10% o inferiore, che è bello ma non davvero necessario.

Lo dico per far capire che:

Per esempio, un condensatore etichettato come 4,7 uF (4,7 microFarad) potrebbe avere un valore effettivo di circa 3,76-5,64 uF se misurato con strumenti di test. (Probabilmente sarà intorno a 4-5uF ma vedi cosa intendo). Lo stesso vale per gli induttori.

In quel caso, compreresti uno da 4,7uF se è ragionevolmente facile da trovare, ma se no, la buona notizia è che c'è un altro modo.

SUGGERIMENTO: Come Ottenere i Valori dei Componenti Se Non Li Trovi

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C'è un modo semplice per gestire il non trovare i valori esatti dei componenti. Il trucco è usare più componenti crossover in modo che si sommino vicino a ciò che cerchi.

Questo significa che puoi usare parti di scorta o comprare altri parti di valori diversi che sono disponibili per ottenere la stessa cosa!

Parti Varie che Ti Serviranno

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Non posso raccomandare abbastanza di essere preparato. Ecco una lista generale di cosa ti servirà per costruire e incapsulare i tuoi crossover passivi per diffusori:

SUGGERIMENTO: Quando compri una scatola per progetto, sappi che le colonne filettate per le viti occupano parte dello spazio interno. Potresti dover comprare una dimensione leggermente più grande se lo spazio è troppo stretto.

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Raccomando sempre di controllare quanto spazio ti servirà basato sulle dimensioni dei tuoi condensatori e induttori.

DIAGRAMMA - Come Costruire il Tuo Crossover per Diffusori

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Preparare il Circuito e i Componenti del Crossover per l'Assemblaggio

Una volta che hai i componenti e lo schema è il momento di tuffarsi! Per costruire i tuoi crossover, raccomando di fare quanto segue:

Montaggio e Connessione dei Componenti

Puoi anche usare connettori a crimpare invece di saldatore e stagno, anche se personalmente raccomando la saldatura per la migliore connessione possibile.

Seguendo lo schema del crossover, collega ogni sezione alla successiva e ricontrolla il tuo lavoro.

Posizionamento Corretto degli Induttori

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Gli induttori, come potresti già sapere, funzionano aumentando la forza del campo magnetico usando spire di filo. Per questo è possibile che uno causi accoppiamento magnetico (interferenza) che può indurre un segnale o distorsione in un altro.

Per evitare questo, se possibile montali con una differenza di 90° come mostrato nel diagramma sopra o a un minimo di circa 7,5 cm (3 pollici). Inizio posizionandoli agli angoli opposti della scatola quando costruisco i miei.

Metterlo nella Scatola per Progetto

Una volta che hai costruito il circuito crossover, metti l'intero assemblaggio nella scatola e usa un po' di adesivo per tenerlo dentro se vuoi (opzionale). Collega il cablaggio lato amplificatore, lato negativo, e i cavi di output per i diffusori alla striscia di morsetti sulla fila superiore.

Questo lascerà la fila inferiore libera per le connessioni dei diffusori.

Morsetti per Diffusori e Polarità del Tweeter

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Le reti di 2° ordine hanno una differenza di fase del segnale di output di 180 gradi. Fortunatamente, a differenza dei design ad ordine dispari (1° o 3° ordine) possiamo ottenere un output sonoro perfettamente in fase (differenza 0°) facilmente.

Per fare questo con reti di 2° ordine:

[Opzionale] Aggiungere Etichette per Cablaggio Diffusori

Vuoi aggiungere un tocco in più? Puoi facilmente fare le tue etichette per le connessioni di input amplificatore e output diffusori. Personalmente, raccomando i seguenti passaggi:

Esempio di un Crossover per Diffusori Fai-da-Te Finito

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Ecco un esempio di un mio - uno dei miei primi progetti crossover fai-da-te che ho costruito io stesso. Come vedi non deve essere perfetto - ma deve essere ben collegato, usare le parti giuste, ed essere assemblato in modo pratico per l'uso quotidiano.

Nota che se lo installi direttamente in un cabinet per diffusori non è necessario usare una scatola per progetto, ma il resto dei passaggi dovrebbe comunque applicarsi.

Spero che tu abbia trovato la mia guida utile. Ecco a godersi un buon suono come piace a te - e dimostrare che puoi farlo da solo!

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