Cosa succede se uso un'altoparlante a impedenza diversa su un crossover? Posso farlo?

Vi siete mai chiesti cosa succede davvero se usate un'altoparlante a impedenza diversa con un crossover per altoparlanti? È un'ottima domanda!

Come si scopre, l'impedenza dell'altoparlante (Ohm) fa la differenza per come funziona un crossover e influenza il suono. Ve lo spiegherò in dettaglio in modo che chiunque possa capire.

Cos'è un crossover per altoparlanti? Cosa fa un crossover?

In alto: Un tipico crossover per altoparlanti auto, con le parti principali etichettate. In basso: Un tipico crossover per altoparlanti domestici, estremamente simile. (Normalmente sono installati dentro la cassa dell'altoparlante) Entrambi usano condensatori e induttori per formare filtri di crossover e controllare il suono inviato a tweeter, midrange o woofer per la migliore qualità audio.

I crossover per altoparlanti sono spesso chiamati "passivi" perché fanno passare i segnali senza bisogno di alimentazione, a differenza dei crossover elettronici ("attivi"). Funzionano usando componenti passivi: condensatori e induttori.

Un crossover per altoparlanti è un circuito elettrico che usa induttori e condensatori per filtrare un segnale altoparlante e dividerlo tra 1 o più uscite. Le uscite dipendono dalla risposta in frequenza degli altoparlanti usati.

Differiscono dai crossover elettronici perché invece di essere connessi al percorso del segnale (cavi RCA, per esempio) i crossover per altoparlanti sono connessi all'uscita di amplificatori o stereo. Gli altoparlanti sono poi connessi alle uscite del crossover.

Uno dei tipi di crossover più comuni oggi: un crossover a 2 vie di 2° ordine con uscite per tweeter e midrange/woofer. Gli induttori sono rappresentati col simbolo "L" e i condensatori con "C". I crossover separano il suono inviato a certi altoparlanti per migliorare il suono, ridurre la distorsione e controllare come vengono usati. Ad esempio, bloccano i bassi che i tweeter non possono riprodurre e gli alti che un woofer non riproduce bene.

Induttori e condensatori hanno proprietà davvero interessanti (e utili!) quando un segnale audio elettrico li attraversa:

• Gli induttori sono bobine di filo che hanno più resistenza (chiamata impedenza in questo caso) a un segnale ad alta frequenza che a uno basso. Quindi filtrano le alte frequenze quando connessi in serie.
• I condensatori hanno più "resistenza" a un segnale a bassa frequenza che a uno alto quando in serie. Più bassa è la frequenza, meno segnale passa.

Quando un condensatore o induttore riceve un segnale oltre una certa gamma di frequenza chiamata frequenza di crossover, frequenza d'angolo, o frequenza di taglio, la quantità di segnale che lascia passare si abbassa, facendolo agire come un filtro.

Ciò significa che l'altoparlante riceverà sempre meno del segnale che vogliamo bloccare, riducendo l'uscita del volume per quella gamma indesiderata. È importante capire che la frequenza alla quale questo accade dipende dall'impedenza dell'altoparlante (carico in Ohm) connesso.

Ordini (pendenze) e design dei crossover per altoparlanti

Quando usato in serie con un tweeter, un crossover filtra i bassi dannosi e distorsivi che non può gestire. Usato da solo, un singolo condensatore è un crossover di 1° ordine (stadio singolo) con pendenza di -6 dB per ottava – il livello più base.

I crossover hanno design diversi per diversi livelli di prestazioni e personalizzazione audio, ma tutti funzionano nello stesso modo base. Sono progettati con "ordini", o stadi, che aggiunti migliorano il filtraggio nel bloccare suoni indesiderati che raggiungono gli altoparlanti.

Ecco una lista degli ordini comuni che vedrete spesso:

• 1° ordine: Non molto ripido -6 dB/ottava), consiste in un singolo condensatore o induttore in serie con l'altoparlante.
• 2° ordine: Migliore filtraggio -12 dB/ottava, usando DUE componenti per ogni altoparlante.
• 3° ordine: Ancora meglio, con filtraggio -18 dB/ottava, usando TRE componenti per ogni altoparlante.

I filtri crossover sono sempre multipli di 6 decibel (dB) per come funzionano i componenti. Un ordine "più ripido" (più alto) significa che è più efficace nel bloccare la gamma di frequenze che non vogliamo far arrivare all'altoparlante.

Cos'è l'impedenza degli altoparlanti? Come funziona l'impedenza degli altoparlanti?

L'impedenza degli altoparlanti è l'importo totale di resistenza che un altoparlante ha a causa sia della resistenza del suo filo avvolto e dell'induttanza dell'avvolgimento. L'impedenza è classificata in unità di resistenza chiamate Ohm.

Proprio come non potete avere un cortocircuito su una batteria, un amplificatore o stereo ha bisogno di qualche quantità d'impedenza di carico per limitare quanta corrente la radio o l'amplificatore cerca di fornire.

A differenza di un filo dritto che va da un punto all'altro quando collegate l'alimentazione, l'avvolgimento della bobina mobile forma un anello che ha una proprietà elettrica chiamata induttanza. L'induttanza è diversa dalla resistenza perché cambia al variare della frequenza. Si chiama reattanza induttiva.

Per quasi tutti gli altoparlanti, questo significa che l'impedenza reale (la resistenza totale) cambia un po' mentre suona la musica.

Quando ci riferiamo all'impedenza degli altoparlanti, nella maggior parte dei casi ci riferiamo alla categoria (range generale in Ohm) dell'altoparlante usato per abbinare amplificatori domestici o auto.

Le misure di resistenza, in unità di Ohm, sono talvolta mostrate usando il simbolo greco Omega: "Ω"

Come funziona l'impedenza degli altoparlanti?

Quando un segnale musicale (composto da corrente alternata) pilota un altoparlante, crea campi magnetici mentre la corrente elettrica scorre nella bobina mobile strettamente avvolta. Ciò che è interessante è che una bobina di filo sviluppa campi magnetici intorno a sé che resistono al flusso di corrente quando questo accade.

Da qui proviene la parte dipendente dalla frequenza dell'impedenza di un altoparlante.

(Accade anche con altri dispositivi elettrici, come motori, bobine d'accensione per motori, e altro. Anche loro gestiscono la resistenza elettrica quando viene applicata corrente alternata (CA).)

Cosa succede se uso un'altoparlante a impedenza diversa su un crossover?

Diagramma che mostra cosa succede quando cambiate il carico in Ohm dell'altoparlante connesso a un crossover: si verifica lo spostamento del crossover (crossover shift). Ciò significa che, essendo stato progettato per un'impedenza diversa, la frequenza alla quale lavora cambia.

Spostamento del crossover usando altoparlanti a impedenza diversa

Come accennato, i crossover si basano su componenti (condensatori e induttori) che funzionano come filtri secondo il carico dell'altoparlante a cui sono connessi. Per questo, cambiando l'impedenza dell'altoparlante cambiate la frequenza di crossover e il suono.

Potete notare diversi problemi:

• Suono "duro" da woofer o midrange. I tweeter possono suonare distorti e iniziare a "spezzare" a un volume più basso di prima.
• Qualità musicale "sottile", debole.
• Vuoti nelle gamme sonore che dovreste sentire.

I crossover per altoparlanti possono essere usati solo con l'impedenza per cui sono progettati, altrimenti non suoneranno uguale.

Ad esempio, usare un crossover per altoparlanti domestici da 8 Ohm con un altoparlante auto da 4 Ohm non funzionerà correttamente. I valori dei componenti erano scelti per una sola impedenza. Cambiandola, si modifica drasticamente la frequenza di crossover!

Cosa succede a un crossover se dimezzo l'impedenza dell'altoparlante?

Quando cambiate l'impedenza dell'altoparlante connesso a un crossover, potete spostare significativamente la frequenza di taglio. Come regola generale:

• Dimezzando l'impedenza (es.: 8 Ohm a 4 Ohm) si raddoppia la frequenza di crossover (es.: 3,5 kHz va a 7 kHz)
• Raddoppiando l'impedenza (es.: 8 Ohm a 16 Ohm) si dimezza la frequenza di crossover (es.: 3,5 kHz va a 1,75 kHz)

Non lo vogliamo perché permette agli altoparlanti di ricevere una gamma sonora per cui non sono adatti e suona male. Nel caso dei tweeter, bassi e midrange sono cattivi perché non possono riprodurli correttamente. Infatti, oltre un certo livello di potenza i tweeter possono essere danneggiati se pilotati duramente da frequenze basse.

Analogamente, molti woofer non riproducono bene le alte frequenze e possono suonare terribilmente.

Normalmente, se cambiate il carico in Ohm dell'altoparlante dovrete sostituire anche il crossover per abbinare il carico in Ohm.

Tuttavia, c'è una soluzione alternativa che offre speranza…

Come posso usare altoparlanti con impedenza diversa? È possibile?

La buona notizia è che è possibile usare un'altoparlante a impedenza diversa con un crossover per cui non è progettato! Ci sono alcuni compromessi, però.

Come abbinare un'altoparlante a impedenza diversa a un crossover

È in realtà abbastanza semplice! Per abbinare l'impedenza dell'altoparlante a un crossover:

1. Caso #1: altoparlante con impedenza inferiore: Potete aggiungere una resistenza in serie con l'altoparlante per portare il carico totale in Ohm a quello che serve al crossover. Vi servirà una resistenza con gestione potenza sufficiente (chiamata resistenza "di potenza") per evitare surriscaldamento (vedete sotto).
2. Caso #2: altoparlante con impedenza superiore: Potete aggiungere una resistenza in parallelo con l'altoparlante per abbassare il carico totale in Ohm a quello che serve al crossover.

Esempi:

• Potete usare un altoparlante da 8 Ohm con un crossover da 4 Ohm connettendo una resistenza da 8 Ohm in parallelo. Il risultato finale è 8 Ohm / 2 = 4 Ohm che il crossover vedrà.
• Potete usare un altoparlante da 4 Ohm con un crossover da 8 Ohm connettendolo in serie con una resistenza da 4 Ohm. Il risultato sarà 8 Ohm totali visti dal crossover.

Cos'è una resistenza di potenza?

Esempi di resistenze di potenza usate comunemente con gli altoparlanti. A differenza delle minuscole resistenze usate in elettronica, queste gestiscono molta più potenza e calore senza bruciarsi. Si trovano presso fornitori di componenti elettronici inclusi rivenditori di componenti per altoparlanti.

Una resistenza di potenza è semplicemente una resistenza di dimensioni maggiori che può gestire molta più potenza e calore di quelle piccole usate sulle schede elettroniche. Sono anche abbastanza economiche ($5 circa per 2-4 in confezione) e usate spesso per progetti personalizzati con altoparlanti.

Per sistemi di altoparlanti, consiglio di usarne una con potenza nominale di 25 watt o più per sicurezza. Per stereo auto, spesso potete cavarvela con 10W-15W.

Gli svantaggi dell'uso di resistenze per abbinare un crossover

Come dicevo, non è senza compromessi. Dovrete convivere con alcune cose a seconda del caso:

• Aggiungere una resistenza in serie con un altoparlante ridurrà la potenza e il volume massimi disponibili. Nel caso di un altoparlante da 4 Ohm e una resistenza da 4 Ohm, questo significa perdere 3 dB di volume (una quantità minima) ma la potenza sarà sempre la metà di prima.
• Aggiungere una resistenza in parallelo con un altoparlante significa che la potenza sarà divisa tra i due. Nel caso di una resistenza da 8 Ohm in parallelo con un altoparlante da 8 Ohm, ciascun lato riceverà metà della potenza precedentemente inviata a un solo altoparlante. (Es.: un amplificatore da 50W ora erogherebbe max 25W all'altoparlante)

Ordinariamente consiglierei di usare il crossover corretto, ma se siete "in un vicolo cieco" questa soluzione è un ottimo modo per far funzionare i vostri altoparlanti e farli suonare bene.

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