Cos'è una Frequenza di Crossover? Cosa Fa un Crossover? Guida Utile

I crossover sono importanti per un sistema audio dal suono eccellente che sia in casa, in auto, o persino in barca. Ma cos'è esattamente una frequenza di crossover?

In questo post dettagliato spiegherò cosa sono, come funzionano, e molto, molto altro in modo che chiunque possa capire. Iniziamo!

Infografica — Fatti sui crossover audio

Cos'è una frequenza di crossover? Cosa fa un crossover?

Frequenza di crossover e basi del crossover riassunte

• I crossover sono circuiti elettrici o elettronici usati per alterare o separare un segnale musicale in ingresso inviato a una o più uscite. Offrono un modo per inviare il range corretto di suono all'altoparlante con una risposta in frequenza più adatta. (Per esempio, tweeter e woofer in un sistema a 2 vie)
• Un filtro crossover funziona usando il principio di filtri passivi o elettronici per bloccare un range di suono nel segnale audio.
• Una frequenza di crossover è la frequenza sonora che funge da punto di taglio per i filtri crossover. È il punto di frequenza oltre il quale i segnali vengono ridotti di 3 decibel (rappresentato come -3 dB) e oltre man mano che ci si allontana da quel punto.
• Le uscite di un crossover sono i range di segnale lasciati passare come passa-alto (frequenze basse bloccate) e passa-basso (frequenze alte bloccate)
• Esistono 2 tipi di crossover: attivi (elettronici) e passivi (per altoparlanti). Entrambi i tipi sono molto comuni in audio domestico, auto stereo e professionale.

Sono una parte critica per una buona fedeltà sonora. Infatti, quasi non troverai mai un sistema di altoparlanti dal buon suono che non stia usando 1 o più tipi di crossover.

Ci sono 2 tipi di crossover che userai con il tuo sistema audio domestico o auto:

• Un crossover attivo (elettronico)
• Un crossover passivo (crossover per altoparlanti)

Frequenze di crossover spiegate

Poiché i tweeter non possono produrre suoni a bassa frequenza, distorcono e possono persino essere danneggiati da bassi pesanti. Per prevenire questo, possiamo bloccare i suoni indesiderati. (Mostrata una frequenza tipica usata a 3.500 Hz [3,5 kHz]).

La frequenza di crossover è il punto di frequenza sonora oltre il quale i suoni verranno notevolmente ridotti, bloccandoli efficacemente. La usiamo come punto di riferimento in cui l'uscita verso un altoparlante (o l'ingresso a un amplificatore, quando si usano crossover attivi) viene ridotta di 3 decibel (-3 dB).

A volte chiamata frequenza d'angolo o frequenza di taglio, viene usata come punto di partenza nei calcoli matematici per il design audio.

Cosa significa "frequenza" del suono?

La frequenza di un segnale musicale è descritta dal numero di volte al secondo in cui un'onda alternata viene completata.

Quando parliamo di "frequenza" ci riferiamo a un range di suono che l'orecchio umano può sentire. Per convenzione, un range di 20-20.000 Hertz (20-20 KiloHertz, o 20 mila Hertz) rappresenta questo.

In realtà, l'orecchio umano sente solo fino a circa 30 Hz e vicino a 16 KiloHertz, anche se dipende dalla capacità uditiva della persona.

Hertz rappresenta unità di frequenza in cicli al secondo. Questo perché le onde sonore (e i segnali audio elettronici) sono fatte di onde alternate che accadono molte volte al secondo.

"Hz", "KiloHertz", "kHz" sono modi abbreviati per scriverlo (Kilo = mille).

Ecco alcuni dei range sonori più comuni che i crossover aiutano a gestire:

• Bassi: 20-100 Hz circa
• Medi: (voci, strumenti, e altro) ~100 Hz fino a circa 3 kHz
• Acuti: (suoni ad alta frequenza) Intorno a 3 kHz-20 kHz

Come funziona un crossover? Cos'è un crossover per altoparlanti?

1. Basi del crossover attivo (crossover elettronico)

Un esempio tipico di crossover elettronico attivo separato. Un set di jack di uscita fornisce un'uscita passa-alto all'amplificatore per pilotare tweeter o la coppia di altoparlanti principali. La 2ª coppia è spesso un'uscita per frequenza di crossover subwoofer.

La sezione crossover interna di un amplificatore per auto è fatta di componenti elettronici base: resistenze variabili, chip amplificatori operazionali, condensatori, e resistenze a valore fisso. Sono essenzialmente crossover elettronici integrati nell'amplificatore, eliminando la necessità di usarne uno separato.

I crossover elettronici sono anche chiamati crossover "attivi" perché, a differenza dei crossover per altoparlanti, hanno bisogno di una fonte di alimentazione per funzionare. Mentre i crossover passivi si collegano direttamente ai terminali di uscita ad alta potenza di un amplificatore, i crossover elettronici lavorano solo con segnali a bassa tensione.

Si collegano ai jack RCA a livello di linea o a un autoradio, amplificatore auto, o ricevitore AV domestico per esempio.

Come funzionano i crossover elettronici

Sinistra: Un tipico amplificatore operazionale (Op amp) circuito integrato (IC), il Texas Instruments TL072. Destra: Un esempio di circuito crossover passa-basso usando un op-amp per filtrare suoni ad alta frequenza.

I crossover elettronici possono sembrare molto complicati (e lo sono, almeno in alcuni modi) ma sono basati su principi piuttosto basilari.

Funzionano usando una varietà di circuiti di filtro elettronici basati su un componente elettronico molto comune: l'amplificatore operazionale ("op amp"). Gli Op-amp sono piccoli amplificatori multi-purpose utili per amplificare o modificare un segnale in ingresso in molti modi.

Insieme a resistenze e condensatori, possono essere usati per controllare il segnale musicale.

Uno schema di un tipico crossover elettronico. In questo caso, è mostrato il canale stereo sinistro del circuito crossover integrato di un amplificatore Alpine per auto.

Possono essere progettati per cambiare modalità con un interruttore. Spesso usano resistenze regolabili per permettere di cambiare la frequenza di taglio.

Una volta applicato un segnale in ingresso, otterrai le seguenti uscite a seconda del tipo:

• Filtro passa-alto: Blocca le frequenze di basso del subwoofer da tweeter o altoparlanti principali. Permette più volume senza distorsione poiché gli altoparlanti piccoli non gestiscono bene i bassi pesanti.
• Filtro passa-basso: Blocca voci e altri suoni ad alta frequenza che un woofer o subwoofer non può riprodurre bene. Chiamato anche canale LFE per uscita subwoofer di un ricevitore domestico.
• Filtro passa-banda: Un filtro passa-banda è una combinazione degli altri due — limita l'uscita solo a frequenze medie (per uso con un set di driver medio).

2. Crossover per altoparlanti (passivi)

Sopra: Crossover per componenti a 2 vie per altoparlanti componenti auto. Sotto: Un crossover per altoparlanti stereo domestico come potresti trovarne in un set di altoparlanti da scaffale. Entrambi usano condensatori e induttori per filtrare e controllare il suono inviato a tweeter, medio, o woofer.

I crossover per altoparlanti sono a volte chiamati crossover "passivi" perché non hanno bisogno di una connessione di alimentazione esterna. Funzionano usando componenti passivi: condensatori e induttori.

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

A differenza dei crossover elettronici, normalmente sono collegati alle uscite di un amplificatore e poi con cavo per altoparlanti al tuo set di driver, uno per ogni canale dell'altoparlante.

Qui è mostrato un crossover per altoparlanti a 2 vie di 2° ordine. Gli induttori usano il simbolo "L" e i condensatori "C". Un tipo "2° ordine" ha un secondo stadio di componenti per filtrare i suoni più efficacemente di un design di 1° ordine.

Condensatori e induttori hanno proprietà interessanti a seconda della frequenza di un segnale applicato:

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

Quando un condensatore o induttore ha un segnale applicato che è oltre la frequenza di crossover, la resistenza aumenta, riducendo l'uscita di tensione dell'altoparlante poiché viene persa sul condensatore o induttore.

Questo significa che l'altoparlante riceverà sempre meno del segnale che vogliamo bloccare man mano che la frequenza sonora si allontana dal punto di crossover. I valori dei componenti sono scelti secondo l'impedenza (Ohm) dell'altoparlante con cui verranno usati poiché questo influisce su come si comportano.

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

Per esempio, usare un crossover per altoparlanti domestici 8 Ohm con un altoparlante auto 4 Ohm non funzionerà correttamente. Questo perché i valori dei componenti erano scelti per una sola impedenza. Quando la cambi, cambia drasticamente la frequenza di crossover!

I crossover per altoparlanti sono progettati in molti modi ma tutti hanno la stessa struttura base — cambiano solo i dettagli.

Sono anche spesso etichettati con nomi come "1° ordine", -6 dB/ottava, "2° ordine", -12 dB/ottava, e così via. Design di 2° ordine, 3° ordine, ecc usano gli stessi principi ma con più stadi, o "ordini", aggiunti per renderli ancora più efficaci nel bloccare il suono.

Cosa sono i decibel e perché li usiamo per l'audio?

I crossover (e molta altra elettronica audio & attrezzatura) sono misurati usando Decibel. I Decibel ("dB") sono un modo matematico comodo per gestire numeri che avvengono come potenze di 10, a differenza dei numeri lineari, che avvengono in linea retta. Mostrato un esempio per calcolare la riduzione, in dB, di un'uscita crossover.

Nel mondo reale, molte misurazioni trattano cose che non aumentano o diminuiscono in linea retta ("lineare") ma su una curva ("non-lineare", o logaritmi).

Non ti annoierò con matematica pesante qui, ma usiamo i Decibel nel mondo audio come modo matematico per misurare segnali elettrici musicali. Questo perché molto avviene non in linea retta ma in curve.

Gran parte del mondo audio lavora con potenze di 10 (logaritmi, che potresti ricordare dalla classe di algebra). Da qui la necessità di un modo per gestirli — ed è qui che la rappresentazione in dB torna utile.

E non sono solo i crossover che lavorano con decibel ma anche le tue orecchie sono logaritmiche. Questo significa che il modo in cui le nostre orecchie percepiscono il volume funziona su scala logaritmica.

Cos'è una pendenza di crossover?

Diagramma che mostra la pendenza, o ripidezza del taglio, per i tipi più comuni. I crossover hanno "ordini" — cioè, 2°, 3°, o più stadi che aumentano la loro capacità di filtrare le frequenze sonore indesiderate.

La pendenza è la pendenza della capacità di filtraggio di un crossover. In altre parole, è quanto è efficace oltre il punto di frequenza di crossover.

Le pendenze, proprio come la frequenza di crossover, sono categorizzate in termini di decibel (dB) per ottava. Il simbolo negativo mostra che rappresentano un'attenuazione, o riduzione, del segnale.

Nel mondo audio, comunemente misuriamo un range di frequenze sonore tra due punti usando un'ottava. Un'ottava è un raddoppio o dimezzamento di un numero di frequenza. (100 Hz, 200 Hz, 400 Hz, ecc.)

Quando ci riferiamo a un crossover con un taglio di -6 dB per ottava, intendiamo che continuerà a ridurre l'uscita di ulteriori 6 dB per ogni raddoppio della frequenza precedente.

Esempio: -6 dB @ 1 kHz, -12 dB @ 2 kHz, -18 dB @ 4 kHz, -24 dB @ 8 kHz, -32 dB @ 16 kHz, fino a 20 kHz.

Quali sono le pendenze di crossover più comuni e migliori?

I crossover sono solitamente progettati per essere un buon compromesso tra complessità, prezzo e qualità del suono. Mentre potresti pensare "più alto l'ordine, meglio" sarebbe sempre giusto, le cose si complicano una volta superati i design di 2° o 3° ordine.

In generale, una pendenza di crossover a -12 dB è spesso la scelta migliore e funziona bene per la maggior parte dei sistemi di altoparlanti. Un subwoofer suona solitamente molto bene con una pendenza di 12 dB o 18 dB.

Una ragione è che ha un design relativamente economico e non complicato ma dà comunque una buona capacità di taglio. Funziona benissimo sia per singoli altoparlanti che per sistemi a 2 vie.

In generale, le pendenze più comunemente usate sono:

• -6 dB
• -12 dB
• -18 dB

Crossover elettronici e per altoparlanti a 2 vie sono tipicamente -12 dB.

Cos'è un altoparlante a 2 vie?

Comuni altoparlanti a 2 vie che troverai in sistemi audio auto o domestici. Sono molto simili tranne che gli altoparlanti stereo domestici sono solitamente posti in un cabinet mentre quelli auto possono essere installati separatamente.

Cosa sono gli altoparlanti a 2 vie?

• I sistemi di altoparlanti a 2 vie usano due driver per produrre un range completo di suono con qualità migliore. L'audio da un amplificatore stereo è diviso tra gli altoparlanti da un crossover per altoparlanti a 2 vie.
• Gli altoparlanti a 2 vie sono il tipo più comune al mondo, e molti offrono basso costo con ottimo suono.
• Un tweeter produce alte frequenze e un woofer produce le porzioni di medi e bassi della musica.
• Mentre il tipo di crossover varia da modello a modello, un crossover di 2° ordine con pendenza di -12 dB per ottava è estremamente comune. Evita anche un problema chiamato spostamento di fase che può accadere con altri design.

A ogni altoparlante viene fornito solo il range di suono che può produrre bene:

• I tweeter ricevono solo alte frequenze — tipicamente intorno a 3 kHz e sopra
• I woofer ricevono solo frequenze basse — tipicamente intorno a 3 kHz e sotto

La frequenza di crossover usata varia per esigenze di design, quindi non ce n'è una che funzioni in tutti i casi. Inoltre, devono essere usati con l'impedenza corretta (rating Ohm) per gli altoparlanti per cui sono progettati.

Gli altoparlanti coassiali sono altoparlanti a 2 vie, anche loro. In effetti, nell'esempio mostrato qui, puoi vedere i crossover sul retro dell'altoparlante. Proprio come i crossover separati, le frequenze basse sono dirette al woofer grande e gli alti al tweeter.

Il risultato è un range completo di suono senza distorsione o scarso rendimento che otterresti cercando di riprodurre lo stesso range in un solo altoparlante. In altre parole, un altoparlante a 2 vie offre un suono pulito e dettagliato che non otterresti altrimenti.

In molti casi, non avrai necessariamente bisogno di componenti o altoparlanti costosi per ottenere un ottimo suono. Anche altoparlanti a 2 vie economici possono suonare molto bene!

Cos'è una buona frequenza di crossover?

La verità è che non esiste un set perfetto di frequenze di crossover che funzioni per ogni altoparlante. Dipende da molte cose. Tuttavia, ecco alcune delle frequenze più comuni che funzionano bene in molti casi.

Questo è basato su quelle che sono la maggior parte delle esigenze per sistemi audio domestici o auto insieme alla mia esperienza di design e installazione altoparlanti.

Quale frequenza di crossover dovrei usare?

Tabella frequenze di crossover raccomandate

Tipo Altoparlante/Sistema	Frequenza Crossover & Tipo
Subwoofer	70-80 Hz (passa-basso) — Migliore per suono basso puro, chiaro che "colpisce".
Altoparlanti principali auto (full range)	56-60 Hz (passa-alto) — Blocca bassi profondi che causano distorsione o "bottom out" degli altoparlanti.
Tweeter o altoparlanti a 2 vie	3-3,5 kHz (passa-alto, o passa-alto/passa-basso) — La maggior parte dei crossover a 2 vie o 1 via (tweeter) usa una frequenza vicino a questa
Medio/woofer	1 k-3,5 kHz (passa-basso) — Woofer e molti medi non performano bene sopra questo range generale.
Sistema a 3 vie	500 Hz & 3,5 kHz (punti crossover woofer/tweeter) — Simile ai sistemi a 2 vie la freq. alta sarebbe la stessa.

Perché un crossover è importante per i bassi del subwoofer

Un crossover passivo per subwoofer non può eguagliare le prestazioni di uno elettronico se vuoi ottimi bassi.

Ti sei mai chiesto come alcuni abbiano bassi puri e potenti in auto, o perché il tuo subwoofer home theater suoni così bene? È grazie ai crossover elettronici odierni. A differenza degli altoparlanti full-range, un subwoofer è particolarmente suscettibile a scarso suono se le frequenze medie sono lasciate passare attraverso di esso. Il suono di basso puro che hai sentito richiede un buon crossover.

Un vero subwoofer ha una risposta in frequenza abbastanza limitata (circa 20-100 Hz tipicamente) quindi è importante ottenere il massimo da loro.

Mentre è possibile ottenere un suono di basso decentemente buono usando una grande, ingombrante, e a volte difficile da trovare scheda passa-basso a induttore, spesso non suonano quasi bene come un crossover elettronico con un taglio migliore che può bloccare voci e acuti.

Inoltre, alcuni includono una funzione bass boost per aggiungere un po' di punch in più quando vuoi più thump — questo semplicemente non è possibile con uno passivo. Neanche possono gestire alti livelli di potenza senza una bobina induttore enorme e costosa.

Come usare un crossover per il riempimento posteriore

Un problema con un sistema stereo che usa altoparlanti posteriori è che i canali posteriori possono "tirare" l'immagine stereo dietro di te e intorbidire il suono. Questo perché i suoni più acuti sono usati come indizi per il nostro cervello per sapere da dove vengono. È una ragione per cui tendi a ruotare il controllo fader più verso il fronte che il retro.

Quando le nostre orecchie lo sentono venire sia dal fronte che dal retro, spesso non suona proprio bene. Nei sistemi surround che riproducono suono surround, questo non è un problema poiché è già mixato specificamente per suonare bene. Tuttavia, usando il tuo set di altoparlanti satellite con suono stereo ti mostrerà rapidamente il problema.

Per ottenere un miglior riempimento posteriore nel tuo sistema auto o domestico, un trucco semplice è usare un filtro passa-basso impostato per bloccare medi e alti. Prova qualcosa come un passa-basso a 1 kHz o 500 Hz e vedi cosa ne pensi!

Letture consigliate

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