Cos'è un Filtro Passo-Alto Audio? Come Viene Utilizzato?
Quando si tratta di ottenere un buon suono, i filtri crossover sono incredibilmente utili. Ma cos'è un filtro passo-alto (high-pass) audio crossover e perché sono così importanti?
Te lo spiego tutto qui!
Cos'è un filtro passo-alto audio?
La risposta base è che un filtro passo-alto audio (HPF) è un tipo di crossover audio che attenua e blocca efficacemente tutti i segnali a bassa frequenza sotto un punto impostato. Cioè, eliminano l'audio a bassa frequenza mentre lasciano passare i segnali ad alta frequenza verso amplificatori, altoparlanti, percorsi segnale o altri componenti audio.
Sono ampiamente usati in una varietà di design audio per bloccare una gamma di frequenze indesiderate per diversi motivi:
- Prevenire distorsione
- Proteggere i driver tweeter dai danni
- Ottenere più volume e chiarezza da altoparlanti piccoli bloccando i bassi del subwoofer
- Funzionare come parte di un sistema altoparlanti 2-vie o 3-vie
- Prevenire problemi di risonanza limitando la gamma di frequenze basse, impedendo così che la frequenza di risonanza dell'altoparlante venga raggiunta
Ci sono altre utili applicazioni dei filtri passo-alto da conoscere. Ci sono 3 principali tipi di design filtro passo-alto come vedrai.
Nota: Il nome "frequenza d'angolo" (corner frequency) è talvolta usato per riferirsi al punto di taglio.Differenze tra filtro passo-alto e filtro passo-basso
Mentre un filtro passo-alto permette il passaggio delle frequenze più alte, un filtro passo-basso (LPF) crossover lavora per bloccare i suoni ad alta frequenza sopra la frequenza di taglio.
Sono spesso usati per woofer e subwoofer ma possono anche essere usati come parte di un design altoparlante 2-vie. Un filtro HPF sarebbe usato per la parte tweeter del design.
Cos'è un filtro passa-banda?
Un filtro passa-banda consiste di un filtro passo-basso e uno passo-alto in serie. Questo fa passare una gamma media (passband) di frequenze sonore.
Sono talvolta usati come parte di sistemi altoparlanti 3-vie per fornire una gamma di suono ai driver midrange.
I tre tipi di crossover passo-alto
Ci sono tre tipi di design filtro passo-alto. Ognuno ha i suoi usi particolari, pro e contro, e applicazioni.
1. Crossover per altoparlanti (filtri passivi)
Un crossover per altoparlanti (chiamato anche filtro passivo) usa componenti elettronici passivi invece di elettronica che richiede una sorgente di alimentazione. I componenti passivi sono condensatori, induttori e resistenze.
Un crossover passo-alto per altoparlanti è molto comune sui tweeter dove blocca frequenze midrange e bassi dal raggiungerli. Il tipo più semplice è un singolo condensatore elettrolitico montato sull'altoparlante stesso.
Esempio di condensatore usato come filtro passo-alto in linea
Altri usano un condensatore e induttore per un taglio più ripido per bloccare più efficacemente suoni indesiderati dal raggiungere un altoparlante. La maggior parte sono cablati fissi e hanno impostazioni regolabili minime, se presenti, poiché il design è fissato dai valori fissi dei componenti.
2. Crossover elettronici (filtri attivi)
Un filtro passo-alto elettronico, chiamato anche filtro attivo, è un tipo di crossover che usa piccoli componenti elettronici e richiede una sorgente di alimentazione. A differenza dei filtri passivi, sono spesso flessibili e possono offrire impostazioni aggiuntive come:
- Frequenza di taglio passo-alto regolabile
- Pendenza di crossover selezionabile
- Controllo guadagno (livelli ingresso e/o uscita regolabili)
- Controllo fase
La maggior parte dei filtri passo-alto attivi sono progettati attorno ad amplificatori operazionali (op amp) che sono piccoli amplificatori a transistor integrati in un circuito integrato (IC). Sono molto efficienti in termini di consumo energetico, dimensioni e funzioni.
Troverai design filtri attivi in home stereo, amplificatori auto, unità preamp, mixer stereo e molti altri prodotti elettronici audio.
3. Crossover digitali (basati su software)
Un filtro passo-alto digitale lavora su segnali audio convertiti in valori digitali usando funzioni matematiche in software prima di convertirli di nuovo in segnale analogico.
Un crossover digitale si trova in diverse piattaforme:
- Software audio computer (mixing, editing, ecc.)
- Chip DSP (Digital Signal Processing) o prodotti audio DSP
- App audio smartphone
In tutti i casi, un crossover audio filtro passo-alto è implementato usando funzioni matematiche (trasformate z) codificate in routine software. Quando un segnale musicale è applicato, il codice processa la rappresentazione digitale (valore numerico binario), risultando in un segnale di uscita che è grandemente diminuito sotto la frequenza di crossover.
Mostrato qui è un filtro low-pass digitale integrato in un ricevitore home stereo Denon. I crossover digitali funzionano usando codice programma software per fornire una funzione passo-alto matematicamente.
I crossover digitali sono anche usati insieme a EQ grafici o parametrici in autoradio, ricevitori home stereo e software elaborazione e registrazione audio.
Utili applicazioni dei filtri passo-alto
Uso microfono e studio registrazione
I filtri passo-alto sono utili in studio di registrazione in diversi modi:
- Rimuovere plosive (pop) da respiro di cantanti o vocalist
- Prevenire registrazione suoni da manipolazione o rimbombo dovuti a attrezzatura toccata e regolata
- Isolare sorgenti audio da diversi strumenti durante registrazione
- Modellare la tonalità di gamme sonore durante mixing
- Bloccare rumore di fondo dalle tracce di registrazione
Benefici filtro passo-alto audio auto
Nei sistemi audio auto, il filtro passo-alto si trova in alcuni elementi solitamente: integrato in amplificatori auto, crossover passivi altoparlanti, accessori add-on installazione, e integrato in autoradio, equalizzatori (EQ) o processori segnale.
Sono solitamente molto utili per dare suono migliore in diversi modi:
- Prevenire distorsione o potenziali danni ai tweeter dovuti ai bassi
- Fornire suono più pulito con più potenza sia con tweeter che altoparlanti piccoli
- Come parte di un sistema altoparlanti 2-vie (esempio: altoparlanti componenti)
- Bloccare bassi profondi dagli altoparlanti principali, lasciandoli gestire dai subwoofer per migliore chiarezza sonora
Oggi alcune autoradio hanno filtri passo-alto digitali integrati con pendenze selezionabili. Molti amplificatori auto hanno funzione crossover high o low-pass selezionabile, con alcuni che hanno frequenza di taglio regolabile. Altri hanno punto di taglio fisso non modificabile.
Tweeter e altri altoparlanti piccoli semplicemente non possono gestire le onde sonore più grandi create da frequenze basse di bassi. Anche un sistema economico può suonare benissimo quando pilotato da un amplificatore di decente qualità con crossover passo-alto che impedisce loro di essere inviati agli altoparlanti.
Puoi poi abbinarli con un subwoofer e un filtro passo-basso per ottenere un ottimo suono full-range che apprezzerai.
Filtri passo-alto home stereo
Gli home stereo spesso includono opzioni filtro passo-alto per una varietà di motivi:
- Uso subwoofer: quando un sistema home theater o ricevitore stereo ha uscita subwoofer, bloccare i bassi agli altoparlanti principali può aiutare a prevenire "impasto" o troppi bassi prodotti
- Alcuni sistemi stereo includono altoparlanti limitati in qualità, significa che i bassi li fanno distorcere e suonare male. Usare una funzione passo-alto in questi casi aiuta a prevenire questo.
- Integrato nell'elaborazione canali audio surround home theater.
- Limitare suono inviato a altoparlante canale centrale per voci chiare nei film.
Molto come i sistemi audio auto, i filtri passo-alto home stereo spesso non sono attivi di default — dovrai controllare le impostazioni menu e abilitarli in molti casi.
Filtri subsonici spiegati
Un filtro subsonico è un filtro passo-alto con frequenza di crossover molto bassa (spesso intorno a 30 o 20Hz per esempio) usato per prevenire segnali a bassa frequenza che non sentiamo dall'essere inviati a un subwoofer sprecando potenza per nessun motivo.
Un filtro subsonico è opzionale e non spesso necessario ma può essere utile in alcune situazioni. Sono più comuni per audio vintage e giradischi, anche se a volte li trovi in equalizzatori audio auto o articoli bassi subwoofer.
La gamma di frequenze udibile per la maggior parte delle persone è da qualche parte fino a circa 30Hz. Onde sonore 20Hz possono essere sentite ma non udite, quindi è inutile consumare molta potenza amplificatore per qualcosa che non puoi nemmeno sentire. Nel caso di giradischi qualche rimbombo può essere presente e un filtro subsonico può prevenire che venga amplificato.
La maggior parte della musica è mixata con i bassi più piacevoli intorno a 40-50Hz per "thump". È anche circa lo stesso per rimbombo o suoni azione nei film, significa che 20-30Hz non serve.
Attenuazione frequenza di taglio (pendenze) spiegata
La pendenza del filtro è la ripidezza della sua capacità di filtraggio. In altre parole, è quanto è efficace nel ridurre le frequenze sonore oltre la frequenza di taglio del crossover.
Le pendenze sono categorizzate in termini di decibel (dB) per ottava. Un segno negativo (-) rappresenta un'attenuazione, o riduzione, del segnale in ingresso.
Le frequenze sonore tra due punti sono spesso misurate usando un'ottava. Un'ottava è un raddoppio o dimezzamento di un numero frequenza. (100Hz, 200Hz, 400Hz, ecc.)
Quando ci riferiamo a un crossover con taglio -6dB per ottava, significa che continuerà a ridurre l'uscita di 6dB aggiuntivi per ogni raddoppio della frequenza precedente.
Maggiore è la pendenza del filtro, più riduce le frequenze più basse oltre la frequenza di taglio perché un filtro di ordine superiore è più efficace.
Le pendenze dei filtri crossover sono tipicamente 6dB per ottava, 12dB/ottava, 18dB/ottava, e così via.
Come usare un filtro passo-alto
In generale, usare un filtro passo-alto è semplice: lo imposti alla frequenza di taglio più adatta agli altoparlanti che stai usando. Nel caso di sistemi altoparlanti 2-vie lo imposterai anche per far corrispondere la frequenza di taglio low-pass per evitare vuoti nel suono.
Frequenze filtro altoparlanti
Quando si tratta di altoparlanti e sistemi altoparlanti, i produttori spesso includono specifiche per aiutarti a sapere la frequenza di taglio da usare.
A volte è chiaramente indicata come frequenza filtro passo-alto raccomandata mentre altre volte dovrai basarti sull'informazione di risposta in frequenza dell'altoparlante. Per esempio, nell'immagine specifiche altoparlante sopra l'altoparlante ha gamma frequenza utilizzabile 3,5 kiloHertz (kHz) e sopra.
Se non hai nulla di disponibile riferisciti alle tabelle che ho fornito sotto. La buona notizia è che c'è solitamente qualche informazione per dirti la gamma risposta frequenza di un altoparlante per aiutarti a impostare la frequenza di taglio passo-alto.
Quali sono buone impostazioni HPF?
Tabella frequenze crossover passo-alto home audio
| Tipo altoparlante/sistema | Frequenza crossover |
|---|---|
| Altoparlanti frontali tower/main (piccoli) | 60-80 Hz high-pass. Funziona meglio con subwoofer a complemento. |
| Altoparlanti frontali tower/main (grandi) | 60-80Hz high-pass. |
| Centro o surround (piccoli) | 100-120Hz high pass. Questi tipi altoparlanti sono molto scarsi per bassi e distorcono facilmente. |
| Centro o surround (medi/grandi) | 60-80Hz high pass. La maggior parte altoparlanti centrali non sono progettati per produzione bassi. |
| Altoparlanti on-wall o mini satellite | 100-120Hz high pass. Aiuta evitare brutta distorsione poiché non gestiscono bassi profondi. |
| Sistemi altoparlanti 2-vie | 3kHz-3,5kHz. Frequenza crossover molto comune |
| Sistemi altoparlanti 3-vie | 3,5kHz high pass (tweeter) & 250-500Hz high pass (midrange) |
Tabella frequenze crossover passo-alto audio auto
| Tipo altoparlante/sistema | Frequenza crossover |
|---|---|
| Coassiali o componenti full-range anteriori o posteriori | 56, 60, 80 Hz high pass. Blocca bassi profondi che causano distorsione. |
| Tweeter | 3-3,5kHz high pass |
| Altoparlanti midrange o woofer | 250-500Hz high pass |
| Sistemi altoparlanti 2-vie | 3kHz-3,5kHz ai tweeter. Stesso per midrange/woofer |
| Sistemi altoparlanti 3-vie | 3,5kHz (mid/treble) & 500Hz (mid/woofer) |
Altri ottimi articoli
Spero tu abbia imparato molto sui concetti filtro passo-alto audio. Vuoi saperne di più? Dai un'occhiata ai miei articoli correlati:
- A cosa dovrei impostare il mio filtro passo-alto?
- Scopri a cosa impostare il tuo filtro passo-basso.
- Ecco cosa fanno condensatori e induttori in un crossover altoparlanti.
- Scopri di più su cosa fa un crossover e cos'è una frequenza crossover.
- Consulta la mia guida su come determinare la frequenza crossover altoparlanti.