Che cos'è un filtro passa alto audio? Come vengono utilizzati?
Quando si tratta di ottenere un buon suono, i filtri crossover sono incredibilmente utile. Ma cos'è un crossover audio con filtro passa alto e perché sono così importanti?
Ti spiego tutto qui!
Cos'è un filtro passa alto audio?
La risposta di base è che un filtro passa alto audio (HPF) è un tipo di crossover audio che attenua e blocca efficacemente tutti i segnali a bassa frequenza al di sotto di un set point. Cioè, eliminano l'audio a bassa frequenza mentre trasmettono segnali ad alta frequenza ad amplificatori, altoparlanti, percorsi del segnale o altri componenti audio.
Sono ampiamente utilizzati in una varietà di design audio per bloccare un intervallo di frequenza del suono indesiderato per diversi motivi:
- Prevenire la distorsione
- Per proteggere i driver degli altoparlanti del tweeter da danni
- Per ottenere più volume e nitidezza dai piccoli altoparlanti bloccando i bassi del subwoofer
- Funziona come parte di un sistema di altoparlanti a 2 o 3 vie
- Prevenire i problemi di risonanza limitando la gamma di frequenze più basse, impedendo così il raggiungimento della frequenza di risonanza di un altoparlante
Ci sono anche altre utili applicazioni di filtri passa-alto da conoscere. Come vedrai, ci sono 3 tipi principali di filtri passa-alto.
Nota: Il nome "frequenza angolare" viene talvolta utilizzato anche per riferirsi al punto di taglio.Filtro passa alto e filtro passa basso
Mentre un filtro passa alto consente il passaggio delle frequenze più alte, un filtro passa basso (LPF) funziona per bloccare i suoni ad alta frequenza sopra la frequenza di taglio.
Questi sono spesso usati per woofer e subwoofer, ma possono anche essere usati come parte di un design di altoparlanti a 2 vie. Un filtro HPF verrebbe utilizzato per la parte tweeter del progetto.
Cos'è un filtro passa banda?
Un filtro passa banda è costituito da un filtro passa basso e da un filtro passa alto in serie. Questo supera una gamma media (banda passante) di frequenze sonore.
A volte vengono utilizzati come parte di sistemi di altoparlanti a 3 vie per fornire una gamma di suoni ai driver degli altoparlanti di fascia media.
I tre tipi di crossover passa alto
Esistono tre tipi di filtri passa-alto. Ognuno ha i suoi usi, pro e contro e applicazioni particolari.
1. Crossover degli altoparlanti (filtri passivi)
Un crossover per altoparlanti (chiamato anche filtro passivo) utilizza componenti elettronici passivi invece dell'elettronica che richiede una fonte di alimentazione. I componenti passivi sono condensatori, induttori e resistori.
Un crossover per altoparlanti passa alto è molto comune sugli altoparlanti tweeter in cui impedisce alle frequenze medie e basse di raggiungerli. Il tipo più semplice è un singolo condensatore elettrolitico montato sull'altoparlante stesso.
Esempio di condensatore utilizzato come crossover di filtro passa alto in linea
Altri usano un condensatore e un induttore per un taglio più ripido per bloccare in modo più efficace i suoni indesiderati dal raggiungere un altoparlante. La maggior parte sono cablati e hanno impostazioni minime, se presenti, regolabili poiché il design è impostato dai valori delle parti fisse.
2. Crossover elettronici (filtri attivi)
Un filtro elettronico passa alto, chiamato anche filtro attivo , è un tipo di crossover che utilizza piccoli componenti elettronici e richiede una fonte di alimentazione. A differenza dei filtri passivi, sono spesso flessibili e possono offrire impostazioni aggiuntive come:
- Frequenza di taglio passa alto regolabile
- Pendenza di crossover selezionabile
- Controllo del guadagno (livelli di ingresso e/o uscita regolabili)
- Controllo di fase
La maggior parte dei filtri passa-alto elettronici sono progettati attorno ad amplificatori operazionali (amplificatori operazionali) che sono minuscoli amplificatori a transistor integrati in un circuito integrato (IC). Sono molto efficienti in termini di consumo energetico, dimensioni e funzionalità.
Troverai filtri attivi in stereo domestici, amplificatori per auto, unità di preamplificazione, mixer stereo e molti altri prodotti elettronici audio.
3. Crossover digitali (basati su software)
Un filtro passa alto digitale funziona sui segnali audio convertiti in valori digitali utilizzando funzioni matematiche nel software prima di riconvertirli in un segnale analogico.
Un crossover digitale può essere trovato in diverse piattaforme:
- Software audio per computer (mixing, editing e altro)
- Chip per l'elaborazione del segnale digitale (DSP) o prodotti audio
- App audio per smartphone
In tutti i casi, viene implementato un crossover audio con filtro passa alto utilizzando funzioni matematiche (trasformazioni z) codificate in routine software. Quando viene applicato un segnale musicale, il codice elabora la rappresentazione digitale (valore numerico binario), risultando in un segnale di uscita notevolmente ridotto al di sotto della frequenza di crossover.
Qui è mostrato un filtro passa basso digitale integrato in un ricevitore stereo domestico Denon. I crossover digitali funzionano utilizzando il codice del programma software per fornire matematicamente una funzione passa alto.
I crossover digitali vengono utilizzati anche insieme a un equalizzatore grafico o parametrico nelle unità principali audio per auto, nei ricevitori stereo domestici e nel software di elaborazione e registrazione audio.
Utili applicazioni di filtri passa alto
Utilizzo microfono e studio di registrazione
I filtri passa alto sono utili in studio di registrazione in diversi modi:
- Rimuovere le esplosive (pop) dal respiro del cantante o del cantante
- Impedire la registrazione di suoni maneggevoli o rumorosi dovuti al tocco e alla regolazione dell'attrezzatura
- Isolamento di sorgenti audio da diversi strumenti durante la registrazione
- Dare forma alla tonalità delle gamme sonore durante il missaggio
- Blocco del rumore di fondo dalla registrazione delle tracce
Vantaggi dell'audio per auto con filtro passa alto
Nei sistemi audio per auto, il filtraggio passa alto si trova in genere in alcuni elementi:integrati negli amplificatori per auto, crossover passivi per altoparlanti, accessori aggiuntivi per l'installazione e integrati negli autoradio, equalizzatori (EQ) o processori di segnale.
Di solito sono molto utili per fornire un suono migliore in diversi modi:
- Prevenire distorsioni o potenziali danni nei tweeter dovuti ai bassi
- Fornire un suono più pulito con più potenza sia con i tweeter che con i piccoli altoparlanti
- Come parte di un sistema di altoparlanti a 2 vie (esempio:altoparlanti componenti)
- Per bloccare il suono dei bassi di fascia bassa dagli altoparlanti principali, lasciandolo gestito dai subwoofer per una migliore chiarezza del suono
Al giorno d'oggi alcune unità principali hanno filtri passa-alto digitali integrati insieme a pendenze selezionabili. Molti amplificatori per auto hanno una funzione di crossover passa alto o passa basso selezionabile, con alcuni che hanno una frequenza di taglio regolabile. Altri hanno un punto di interruzione fisso che non può essere modificato.
I tweeter e altri piccoli altoparlanti semplicemente non sono in grado di gestire onde sonore più grandi create dalle basse frequenze. Anche un sistema economico può suonare alla grande se alimentato da un amplificatore di qualità decente con un crossover passa alto che ne impedisce l'invio agli altoparlanti.
Puoi quindi accoppiarli con un subwoofer e un filtro passa basso per ottenere un suono eccezionale a gamma completa che ti piacerà.
Filtri passa alto stereo domestico
Gli stereo domestici spesso includono opzioni di filtro passa alto per una serie di motivi:
- Uso del subwoofer:quando un sistema home theater o un ricevitore stereo dispone di un'uscita subwoofer, il blocco dei bassi agli altoparlanti principali può aiutare a prevenire la "confusione" o la produzione di bassi eccessivi
- Alcuni sistemi stereo includono altoparlanti di qualità limitata, il che significa che i bassi provocano la distorsione e il suono scadente. L'uso di una funzione passa alto in questi casi aiuta a prevenirlo.
- Elaborazione del canale audio home theater con suono surround integrato.
- Per limitare l'audio inviato a un altoparlante del canale centrale per una voce chiara nei film.
Proprio come i sistemi stereo per auto, i filtri passa-alto stereo di casa spesso non sono attivati per impostazione predefinita:in molti casi dovrai controllare le impostazioni del menu e abilitarle.
Spiegazione dei filtri subsonici
A filtro subsonico è un filtro passa-alto con una frequenza di crossover molto bassa (spesso intorno a 30 o 20 Hz, ad esempio) utilizzato per evitare che i segnali a bassa frequenza che non riusciamo a sentire vengano inviati a un subwoofer per evitare sprechi di potenza senza motivo.
Un filtro subsonico è opzionale e non è spesso necessario, ma può essere utile in alcune situazioni. Sono più comuni per l'audio vintage e i giradischi, anche se a volte puoi trovarli negli equalizzatori dell'autoradio o nei bassi dei subwoofer.
La gamma di frequenza dell'udito umano per la maggior parte delle persone è da qualche parte fino a circa 30 Hz. Le onde sonore a 20 Hz possono essere percepite ma non ascoltate, quindi è inutile assorbire molta potenza dell'amplificatore per qualcosa che non puoi nemmeno sentire. Nel caso dei giradischi può essere presente del rombo e un filtro subsonico può impedirne l'amplificazione.
La maggior parte della musica viene mixata con i bassi più divertenti che vanno da 40 a 50 Hz circa per "thump". È anche più o meno lo stesso per il rombo o il suono d'azione nei film, il che significa che non sono necessari da 20 a 30 Hz.
Spiegazione dell'attenuazione della frequenza di taglio (pendenze)
La pendenza del filtro è la pendenza 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 classificate in termini di decibel (dB) per ottava. Un segno negativo (-) viene utilizzato per rappresentare un'attenuazione, o una riduzione, del segnale di ingresso.
Le frequenze sonore tra due punti vengono spesso misurate utilizzando un'ottava . Un'ottava è un raddoppio o dimezzamento di un numero di frequenza. (100Hz, 200Hz, 400Hz, ecc.)
Quando ci riferiamo a un crossover con un cutoff di -6dB per ottava, intendiamo che continuerà a ridurre l'uscita di altri 6dB 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 del filtro crossover sono in genere 6dB per ottava, 12dB/ottava, 18dB/ottava e così via.
Come utilizzare un filtro passa alto
In generale, utilizzare un filtro passa alto è semplice:lo imposti sulla frequenza di taglio più adatta agli altoparlanti che stai utilizzando. Nel caso di sistemi di altoparlanti a 2 vie, lo imposterai anche in modo che corrisponda alla frequenza di taglio passa basso per evitare una lacuna nel suono.
Frequenze del filtro degli altoparlanti
Quando si tratta di altoparlanti e sistemi di altoparlanti, i produttori spesso includono specifiche per aiutarti a conoscere la frequenza di taglio da utilizzare.
A volte è chiaramente indicata come la frequenza del filtro passa alto consigliata, mentre altre volte dovrai basarla sulle informazioni di risposta in frequenza di un altoparlante. Ad esempio, nell'immagine delle specifiche dell'altoparlante sopra l'altoparlante ha una gamma di frequenza utilizzabile di 3,5 kiloHertz (kHz) e oltre.
Se non ne hai disponibili, fai riferimento alle tabelle che ho fornito di seguito. La buona notizia è che di solito c'è alcuni informazioni per dirti la gamma di risposta in frequenza di un altoparlante per aiutarti a impostare la frequenza di taglio passa alto.
Quali sono alcune buone impostazioni HPF?
Tabella delle frequenze di crossover passa alto dell'audio domestico
| Tipo/sistema di altoparlanti | Frequenza di crossover |
|---|---|
| Altoparlanti anteriori di tipo principale/a torre (piccoli) | 60 a 80 Hz passa-alto. Funziona meglio con un subwoofer per completarli. |
| Altoparlanti anteriori di tipo principale/a torre (grandi) | 60-80Hz passa-alto. |
| Suono centrale o surround (piccolo) | 100-120Hz passa alto. Questi tipi di altoparlanti sono molto poveri per i bassi e possono distorcere facilmente. |
| Suono centrale o surround (medio/grande) | 60-80Hz passa alto. La maggior parte degli altoparlanti centrali non sono progettati per la produzione di bassi. |
| Altoparlanti da parete o mini satellite | 100-120Hz passa alto. Questo aiuta a evitare una cattiva distorsione poiché non possono gestire bassi profondi. |
| Sistemi di altoparlanti a 2 vie | Da 3kHz a 3,5KHz. Frequenza di crossover molto comune |
| Sistemi di altoparlanti a 3 vie | 3,5 kHz passa alto (tweeter) e 250-500 Hz passa alto (midrange) |
Tabella delle frequenze di crossover passa-alto dell'autoradio
| Tipo/sistema di altoparlanti | Frequenza di crossover |
|---|---|
| Diffusori coassiali full-range anteriori o posteriori o altoparlanti a componenti | 56, 60, a 80 Hz passa alto . Blocca i bassi di fascia bassa che causano distorsione. |
| Tweet | 3-3,5 kHz passa alto |
| Diffusori midrange o woofer | 250-500Hz passa alto |
| Sistemi di altoparlanti a 2 vie | Da 3kHz a 3,5KHz ai tweeter. Lo stesso per midrange/woofer |
| Sistemi di altoparlanti a 3 vie | 3,5 kHz (medi/alti) e 500 Hz (medi/woofer) |
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