Come Determinare la Frequenza di Crossover degli Altoparlanti
I crossover possono essere decisamente un po' confusi quando stai cercando di ottenere il miglior suono possibile. Di certo non aiuta che alcuni produttori di altoparlanti non diano informazioni chiare o utili!
In questo articolo facile da capire, spiegherò:
- Le basi importanti dei crossover per altoparlanti
- Come determinare la frequenza di crossover che ti serve
- Come trovare la frequenza per molti tipi di crossover che vorresti usare
- Comode tabelle delle frequenze di crossover che puoi usare subito
Continua a leggere per imparare cosa devi sapere per un suono migliore.
Cosa fa un crossover per altoparlanti? Perché sono utili?
I crossover per altoparlanti hanno diverse funzioni con l'obiettivo principale di migliorare la qualità sonora:
- Bloccare frequenze sonore indesiderate che gli altoparlanti non possono produrre bene (e che causano distorsione o possono danneggiarli).
- Dividere un segnale musicale per inviare certe porzioni di suono all'altoparlante più adatto.
Per esempio, i tweeter sono sensibili ai bassi e non possono produrre frequenze medie, quindi non vogliamo pilotarli con bassi del subwoofer soprattutto con alta potenza. Un crossover per altoparlanti rende possibile bloccare questi bassi dannosi (e che causano distorsione).
Allo stesso modo, altri tipi di altoparlanti come woofer o subwoofer suonano assolutamente terribili quando li piloti con frequenze alte più adatte a un tweeter. Similmente, possiamo usare un crossover passa-basso per filtrare (bloccare efficacemente) quella gamma indesiderata per un suono pulito e piacevole.
Questo è particolarmente importante per i subwoofer poiché sono progettati per e funzionano meglio con soli bassi puri. In quel caso, si usa un crossover passa-basso impostato su una frequenza di taglio più bassa per ottenere quel suono fantastico che ami.
I crossover per altoparlanti sono molto, molto comuni in molti sistemi altoparlanti casa o auto specialmente cabinet a 2 vie o set componenti.
Come funzionano i crossover per altoparlanti?
I crossover per altoparlanti funzionano usando un comportamento interessante trovato in condensatori e induttanze:
- I condensatori passano le frequenze più alte più facilmente (man mano che la frequenza diminuisce la loro opposizione al flusso di elettricità aumenta). Questo è dovuto a un principio chiamato reattanza capacitiva.
- Le induttanze passano le frequenze più basse più facilmente (man mano che la frequenza aumenta la loro opposizione al flusso di elettricità aumenta). Questo è per la reattanza induttiva.
Condensatori e induttanze possono essere usati insieme per creare filtri più efficaci e dividere la gamma sonora prodotta da un altoparlante. Questo è estremamente comune in sistemi audio 2 vie casa o auto.
Usando formule matematiche i progettisti di crossover possono scegliere i valori dei componenti giusti per un particolare crossover più adatto agli altoparlanti da usare.
Per esempio, quando frequenze musicali più basse (bassi) passano attraverso un filtro passa-alto la resistenza totale è molto alta il che significa che c'è pochissima uscita all'altoparlante. Quando sono presenti frequenze più alte, la resistenza è molto più bassa e questi segnali passano all'altoparlante senza problemi.
Gli altoparlanti hanno diverse gamme di suono per cui sono più adatti, anche note come risposta in frequenza. Questa limitazione è usata quando i crossover sono progettati.
Cos'è il punto di crossover degli altoparlanti?
Il punto di crossover degli altoparlanti è normalmente chiamato frequenza di crossover, spesso scritto come "Fc." Il punto di crossover è la frequenza di taglio oltre la quale le frequenze audio sono bloccate dal raggiungere gli altoparlanti.
In termini tecnici, la frequenza di crossover si trova usando il punto a -3 decibel (dB) dall'uscita di un circuito crossover. In termini di potenza elettrica, il punto di riduzione volume 3dB è la frequenza alla quale la potenza all'altoparlante è ridotta della metà.
Oltre la frequenza di crossover (il punto -3dB) l'uscita diminuirà sempre più man mano che ci si allontana dal taglio. Per esempio, per un crossover passa-alto -6dB per ottava, se la frequenza di taglio è 1kHz:
- L'altoparlante avrà uscita -3dB a 1kHz.
- A un'ottava di distanza (500Hz), l'uscita sarà -6dB.
- A frequenze ancora più lontane l'uscita sarà quasi 0 decibel.
I crossover non sono perfetti nel loro funzionamento
In un mondo perfetto, i crossover bloccherebbero il 100% del suono che non vuoi raggiungere gli altoparlanti oltre quel punto. Tuttavia, i crossover non sono perfetti. Atenuano, o riducono, l'uscita del suono oltre la frequenza di crossover. Per questo hanno una pendenza curva dolce che puoi visualizzare su un grafico.
Le pendenze dei crossover sono descritte in termini di pendenza che descrive quanto sono efficaci nel bloccare frequenze sonore. Sono elencate in termini di dB per ottava e sono sempre multipli di 6dB. Questo perché i crossover usano stadi, o sezioni, ciascuno dei quali usa un singolo condensatore o induttanza con riduzione 6dB per ogni sezione.
Nota: Un'ottava è un modo per descrivere un certo punto o gamma di frequenze audio. Un'ottava è la metà o il doppio di una frequenza e sono solitamente segnate in frequenze standard.
Esempio: 60Hz, 120Hz...1kHz, 2kHz, ecc.
Cosa sono crossover di 1°, 2° e 3° ordine?
I crossover di ordine superiore usano sezioni aggiuntive di condensatori e induttanze insieme che sono "impilate" per un taglio più efficace. I crossover di ordine superiore usano matematica leggermente diversa ma l'operazione base è esattamente la stessa.
- Crossover -12dB/ottava sono tra i più comuni e sono un buon compromesso tra blocco frequenze audio e costo componenti. Molti amplificatori auto o casa con crossover elettronico integrato offrono pendenza 12dB.
- Crossover -6dB/ottava sono il minimo da usare e non efficaci come altri.
- Crossover -18dB e ordine superiore sono molto più ripidi nel taglio ma non necessari in molti casi.
Quando si tratta del punto di crossover per gli altoparlanti stessi dipende da diverse cose come vedrai sotto.
Come determinare la frequenza di crossover per gli altoparlanti
Ci sono alcuni modi per sapere quali frequenze crossover usare con gli altoparlanti:
- La risposta in frequenza dell'altoparlante trovata nelle specifiche se fornita.
- Il tipo e dimensione degli altoparlanti che hai (tweeter vs woofer, cono piccolo vs grande, ecc.).
- Raccomandazioni del produttore.
In molti casi, finirai per usare 2 o più delle cose sopra per ottenere i migliori risultati. Per tenere le cose organizzate dividerò l'informazione sotto in 2 tipi a seconda del tipo di crossover usato.
1. Trovare la frequenza crossover per crossover di primo ordine (inline)
I bass blocker come sono chiamati sono un tipo di crossover inline 1° ordine (singolo stadio) usato con tweeter o altoparlanti più piccoli per bloccare i bassi. Se non conosci la frequenza di crossover puoi calcolarla da solo con un po' di matematica.
I crossover di primo ordine usano un singolo condensatore o induttanza inline. Alcuni degli usi più comuni sono:
- Usare un condensatore inline per tweeter o un grande condensatore per bloccare bassi ad altoparlanti piccoli.
- Usare un'induttanza inline per filtrare gli alti a un altoparlante midrange.
Per sapere che frequenza ti serve (assumendo che non sai già qual è) puoi iniziare controllando il rating di risposta in frequenza dell'altoparlante nelle specifiche. Il problema è che i produttori a volte elencano le frequenze che un altoparlante può tecnicamente produrre, non la gamma reale che può produrre bene.
Usare un grafico risposta in frequenza
Quando hai un grafico risposta in frequenza disponibile puoi vedere la gamma di suono che un altoparlante può e non può produrre bene (come un volume molto più basso alla base del grafico mostrato qui). Scegli una frequenza crossover lontana da questa gamma scarsa.
Se sei abbastanza fortunato da avere un grafico risposta in frequenza con gli altoparlanti che vorresti usare puoi vedere le aree dove hanno uscita scarsa. Queste sono le aree che vorrai evitare. Per farlo, scegli una frequenza crossover lontana da questa gamma.
Dall'esempio sopra, vediamo che il tweeter mostrato ha buona uscita fino a qualche parte sotto 2 kiloHertz (2kHz). Sapendo questo vorremo scegliere una frequenza crossover che sia almeno 2kHz o superiore.
Usare frequenze crossover raccomandate
Alcuni produttori includono una gamma di frequenza raccomandata per l'uso. In quel caso, è facile usarla come linea guida. Per l'esempio in foto sceglieresti una frequenza crossover di almeno 3.5kHz che per caso è molto comune.
Cosa guardare
Purtroppo, molti produttori elencano la risposta in frequenza (gamma) degli altoparlanti basandosi sulla gamma che possono produrre ma non bene. Per esempio:
- Piccoli altoparlanti full-range o midrange possono essere elencati come performanti fino a 35Hz (gamma bassi basso). Tuttavia, piccoli altoparlanti quasi mai producono bene le regioni basse dei bassi.
- Altoparlanti midrange o woofer uso generale possono essere elencati come supporto frequenze alte nei range acuti (tweeter). Per esempio, 4kHz o anche superiore. Tuttavia, woofer o altoparlanti midbass quasi mai performano bene per alte frequenze.
In entrambi i casi, ignora questi rating insoliti di risposta alta frequenza e controlla il grafico risposta se fornito.
Poiché alcune frequenze crossover sono così comuni ho fatto una tabella (elencata sotto, prossima sezione) che ti toglie il lavoro. Puoi usarle come guida nella maggior parte dei casi.
2. Trovare la frequenza crossover per crossover 2° ordine o superiori (sistemi 2 vie o maggiori)
Nel caso di sistemi 2 vie o 3 vie, è un po' più complicato ma non di molto. In questo caso, è un compromesso tra il crossover giusto per entrambi il woofer e il tweeter.
Per sistemi 2 vie o 3 vie la giusta frequenza crossover è un punto medio che permette a entrambi di lavorare insieme senza buco nel suono prodotto. In altre parole, vorrai scegliere una frequenza crossover che permetta a entrambi di performare nella loro gamma ottimale.
Esempio crossover 2 vie
Nell'immagine esempio sopra vedi alcuni altoparlanti tipici con la loro gamma d'uso raccomandata. Per determinare il crossover che serve possiamo sceglierne uno che sia combinazione di:
- Sotto la frequenza massima raccomandata per il woofer.
- Sopra la frequenza minima raccomandata o specificata per il tweeter.
In questo caso, come spesso accade, sarebbe un punto medio intorno a 3.000 Hertz o 3.500 Hertz. Possiamo usare entrambi poiché parti crossover pronte sono probabilmente disponibili da comprare rendendo più facile assemblare il nostro sistema.
Sistemi 3 vie
I sistemi 3 vie sono simili ai 2 vie con la differenza che il crossover centrale (midrange) è tipo bandpass. Simile a un set 2 vie, sceglieremo una frequenza crossover a metà nella gamma di lavoro del midrange vs tweeter e midrange vs woofer. (Vedi mie raccomandazioni sotto)
Qual è una buona frequenza crossover per altoparlanti? Linee guida e tabella
La buona notizia che la maggior parte delle volte starai bene usando le frequenze di taglio più comuni elencate sotto basate sulla dimensione o tipo di altoparlante. Questo perché altoparlanti e sistemi sono così spesso usati allo stesso modo che le frequenze di taglio più comuni solitamente si applicano.
Puoi determinare le frequenze crossover per i tuoi altoparlanti, sia audio auto che casa, usando le tabelle che ho fornito sotto.
Tabella frequenze crossover altoparlanti home stereo
| Tipo altoparlante/sistema | Frequenza crossover |
|---|---|
| Subwoofer | 80Hz passa-basso. (Raccomandazione THX anche) |
| Altoparlanti frontali main/tower (piccoli) | 60-80Hz passa-alto. Funziona meglio con subwoofer a complemento. |
| Altoparlanti frontali main/tower (grandi) | 40-60Hz passa-alto. |
| Centro o surround (piccoli) | 100-120Hz passa-alto. Questi tipi sono molto scarsi per i bassi. |
| Centro o surround (medi/grandi) | 50-60Hz passa-alto. |
| Altoparlanti da parete o mini satellite | 100-120Hz passa-alto. |
| Sistemi 2 vie | 3kHz-3.5kHz. Frequenza crossover molto comune |
| Sistemi 3 vie | 3.5kHz (medio/acuto) e 500Hz (medio/woofer) |
Tabella frequenze crossover altoparlanti auto
| Tipo altoparlante/sistema | Frequenza crossover |
|---|---|
| Subwoofer | 70-80Hz passa-basso |
| Full-range o componenti anteriori/posteriori | ~56-60Hz passa-alto per bloccare bassi bassi |
| Tweeter | 3-3.5kHz passa-alto |
| Midrange o woofer (principali) | 1kHz-3.5kHz per bloccare suoni gamma tweeter |
| Sistemi 2 vie | 3kHz-3.5kHz. Frequenza crossover molto comune |
| Sistemi 3 vie | 3.5kHz (medio/acuto) e 500Hz (medio/woofer) |
Alcune linee guida generali sono:
- Per piccoli altoparlanti casa o auto (4", 5 1/4", 6 1/2" ecc) usa un crossover passa-alto intorno ~56-60Hz per bloccare bassi bassi. Questo aiuta a prevenire distorsione e puoi pilotare gli altoparlanti con più potenza e volume con grande chiarezza.
- I subwoofer hanno bisogno di un segnale bassi puro che puoi ottenere usando un crossover passa-basso intorno 70-80Hz.
- I tweeter generalmente vanno bene per 3kHz o sopra, quindi 3kHz o 3.5kHz frequenze taglio sono solitamente ottime scelte.
Come trovare la frequenza crossover da un crossover per altoparlanti
E se hai già un crossover per altoparlanti ma non sai qual è la frequenza? La buona notizia è che in molti casi puoi capire qual è basandoti sul valore del componente e l'impedenza dell'altoparlante.
Per farlo, ti servirà sapere:
- Il valore di un condensatore (in Farad) o induttanza (in Henry) per un crossover inline singolo ("1° ordine").
- Per crossover 2 vie o altri è molto simile ma richiede un po' più indagine.
Come determinare la frequenza crossover degli altoparlanti
1. Crossover singolo (inline) condensatore o induttanza
Usando le formule mostrate sopra puoi calcolare la frequenza crossover per un dato altoparlante.
Per crossover inline passa-alto o passa-basso, possiamo calcolare la frequenza se conosciamo gli Ohm dell'altoparlante e la capacità o induttanza. È lo stesso processo in entrambi i casi.
Esempio #1
Impedenza altoparlante = 8Ω, condensatore = 47 microFarad.
Fc = 1/(2 x 3.14159 x 8 x .000047) = 423Hz (circa 400Hz).
Esempio #2
Impedenza altoparlante = 4Ω, induttanza = 4 milliHenry (.004H).
Fc = 4/(2 x 3.14159 x .004) = 159Hz (circa 150Hz).
2. Crossover 2 vie o 3 vie
I crossover 2 e 3 vie sono un po' diversi per vari motivi. Purtroppo, poiché ci sono diversi tipi e a volte i produttori hanno design o caratteristiche diverse possono essere molto difficili da capire a volte. In altre parole, non c'è un ottimo modo per capire la frequenza di taglio per un crossover 2 vie o 3 vie.
Tuttavia, ci sono spesso alcune cose che puoi fare per trovare la frequenza crossover approssimativa e arrivare nel "pallino". Userò un 2 vie come esempio poiché sono così comuni e perché quelli 3 vie sono molto simili ma con una sezione crossover aggiuntiva.
Usare strumenti di test per determinare una frequenza crossover
Se sei abbastanza fortunato da avere strumenti come oscilloscopio e generatore segnale puoi applicare un segnale d'ingresso lato ingresso con altoparlanti o resistenze dello stesso valore Ohm attaccati. Cambia gradualmente la frequenza del generatore e nota il punto dove il segnale d'uscita inizia a diminuire.
Quando la tensione d'uscita diminuisce della metà quello è il punto 3dB e hai trovato la frequenza crossover. Purtroppo, la maggior parte della gente non ha accesso a strumenti di test quindi serve un approccio diverso.
Usare un calcolatore crossover e "congetture educate"
Ho speso molto tempo cercando di capire vari crossover che ho posseduto e purtroppo poiché possono variare così tanto può essere estremamente difficile capire la loro frequenza. Ci sono diversi motivi:
- Alcuni crossover riducono il volume sul tweeter aggiungendo una resistenza inline. Questo influenza il valore dei componenti perché l'impedenza dell'altoparlante cambia come funziona un crossover.
- I componenti installati in un crossover non hanno sempre i loro valori stampati.
- Design crossover diversi (Linkwitz-Riley, Butterworth, Bessel, ecc.) usano valori diversi.
- Può essere difficile capire il design di un crossover solo guardandolo.
- Alcuni crossover 2 o 3 vie mescolano 2° ordine tweeter e 1° ordine woofer nello stesso design.
Il mio consiglio è provare a scegliere una migliore congettura di frequenza crossover da quelle che ho fornito prima e inserire i valori Ohm degli altoparlanti e andare da lì.
Un buon (e semplice, facile da seguire) crossover da usare è questo: https://www.erseaudio.com/Second-Order-2-Way
Come usare il calcolatore crossover
Per esempio, inizia con un numero intero come 3.000 Hz per un crossover 2 vie per la "migliore congettura" frequenza iniziale. Clicca il pulsante per calcolare i valori crossover per le diverse frequenze.
Controlla uno dei valori condensatori (solitamente quelli in alto sul circuito stampato sono per il tweeter) e cambia la frequenza crossover di diverse centinaia di Hertz se il valore condensatore mostrato nei valori calcolati è inizialmente molto lontano.
Una volta fatto, prova a cambiare i 3.000 Hz crossover a 2.500 Hz o 3.500 Hz se il valore condensatore mostrato è molto diverso. Una volta che non è estremamente lontano, inizia a cambiarlo più da vicino (per esempio, cambialo di 250Hz alla volta o anche 100Hz).
Una volta che l'hai avvicinato dovresti avere un'idea migliore di quale sia la frequenza crossover approssimativa. Nota che se usano una resistenza in serie con l'uscita tweeter dovresti aggiungerla alla casella impedenza altoparlanti (Ohm) perché fa differenza del doppio.
(Nota: a causa dei diversi design, potresti dover selezionare Linkwitz-Riley, Butterworth, Bessel, o Chebechev e provare quelli se disponibili)
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