Che cos'è una frequenza di crossover? Cosa fa un crossover? Una guida utile

I crossover sono importanti per un sistema audio dal suono eccezionale a casa, in auto o persino in barca. Ma cosa è esattamente una frequenza di crossover?

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

Infografica – Fatti sul crossover audio

Cos'è una frequenza di crossover? A cosa serve un crossover?

Riepilogo della frequenza di crossover e delle basi del crossover

• I crossover sono circuiti elettrici o elettronici utilizzati per alterare o separare un segnale musicale in ingresso inviato a una o più uscite. Offrono un modo per inviare la corretta gamma di suoni all'altoparlante con una risposta in frequenza più adatta. (Ad esempio, tweeter e woofer in un sistema di altoparlanti a 2 vie)
• Un filtro crossover funziona utilizzando il principio dei filtri passivi o elettronici per bloccare una gamma di suoni nel segnale audio.
• Una frequenza di crossover è la frequenza del suono 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 -3dB) e più lontano da quel punto.
• Le uscite di un crossover sono le gamme del segnale che possono passare come passa alto (le frequenze più basse sono bloccate) e passa basso (le frequenze più alte sono bloccate)
• Ci sono 2 tipi di crossover:tipo attivo (elettronico) e tipo passivo (altoparlante). Entrambi i tipi si trovano molto comunemente nell'audio domestico, nell'autoradio e nell'audio professionale.

Sono una parte fondamentale di una buona fedeltà del suono. In effetti, non troverai quasi mai un sistema di altoparlanti dal buon suono che non utilizzi uno o più tipi di crossover.

Esistono 2 tipi di crossover che utilizzerai con il tuo sistema audio di casa o dell'auto:

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

Spiegazione delle frequenze di crossover

Poiché i tweeter non sono in grado di produrre suoni a bassa frequenza, distorcono e possono persino essere danneggiati da bassi potenti. Per evitare ciò, possiamo bloccare i suoni indesiderati. (Viene mostrata una frequenza tipica utilizzata a 3.500 Hz [3,5 KiloHertz]).

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

A volte chiamata frequenza d'angolo o frequenza di taglio , viene utilizzato come punto di partenza nei calcoli matematici per la progettazione audio.

Cosa significa "frequenza" del suono?

La frequenza di un segnale musicale è descritta dal numero di volte al secondo che un'onda alternativa viene completata.

Quando parliamo di "frequenza" ci riferiamo a una gamma di suoni che l'orecchio umano può sentire. Per convenzione, per rappresentare questo viene utilizzato un intervallo da 20 a 20.000 Hertz (da 20 a 20 KiloHertz, o 20 mila Hertz).

In realtà, l'orecchio umano può sentire solo fino a circa 30 Hz e vicino a 16 KiloHertz, sebbene dipenda dalla capacità uditiva della persona.

Hertz è usato per rappresentare le unità di frequenza in cicli al secondo. Questo perché le onde sonore (e anche i segnali audio elettronici) sono costituite da onde alternate che si verificano molte volte al secondo.

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

Ecco alcune delle gamme sonore più comuni con cui i crossover aiutano:

• Bassi: 20-100 Hz circa
• Gamma media: (voce, strumenti e altro) da ~100Hz a circa 3Khz
• Alti: (suoni ad alta frequenza) Da circa 3 KHz a 20 KHz

Come funziona un crossover? Che cos'è un crossover per altoparlanti?

1. Nozioni di base sul crossover attivo (crossover elettronico)

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

La sezione di crossover interna di un amplificatore per auto è composta da componenti elettronici di base:resistori variabili, chip dell'amplificatore operazionale, condensatori e resistori a valore fisso. Sono essenzialmente crossover elettronici integrati nell'amplificatore, risparmiando la necessità di usarne uno separatamente.

I crossover elettronici sono talvolta chiamati crossover "attivi" poiché, a differenza dei crossover degli altoparlanti, hanno bisogno di una fonte di alimentazione per funzionare. Mentre i crossover passivi si collegano direttamente ai terminali di uscita di maggiore potenza di un amplificatore, i crossover elettronici funzionano solo con segnali a bassa tensione.

Sono collegati, ad esempio, ai jack RCA a livello di linea o all'autoradio, all'amplificatore per auto o al ricevitore AV domestico.

Come funzionano i crossover elettronici

Sinistra:un tipico circuito integrato dell'amplificatore operazionale (amplificatore operazionale) (IC), Texas Instruments TL072. A destra:un esempio di circuito crossover passa basso che utilizza un amplificatore operazionale per filtrare i suoni ad alta frequenza.

I crossover elettronici possono sembrare molto complicati (e lo sono, almeno in un certo senso), ma in realtà si basano su principi piuttosto basilari.

Funzionano utilizzando una varietà di circuiti di filtro elettronici basati su un componente elettronico molto comune:l'amplificatore operazionale ("amplificatore operazionale"). Gli amplificatori operazionali sono minuscoli amplificatori multiuso utili per amplificare o modificare un segnale di ingresso in molti modi.

Essi, insieme a resistori e condensatori, possono essere utilizzati per controllare il segnale musicale.

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

Possono essere progettati per cambiare modalità con un interruttore. Spesso usano resistori regolabili per consentire la modifica della frequenza di taglio.

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

• Filtro passa alto:blocca le basse frequenze del subwoofer dai tweeter o dagli altoparlanti principali. Ciò consente un volume maggiore senza distorsioni poiché i piccoli altoparlanti non sono in grado di gestire bene i bassi pesanti.
• Filtro passa basso:blocca la voce e altri suoni ad alta frequenza che un woofer o un subwoofer non possono riprodurre bene. Chiamato anche canale LFE per un'uscita subwoofer per un ricevitore domestico.
• Filtro passa banda:anche un filtro passa banda è una combinazione dell'altro:limita l'uscita alle sole frequenze midrange (da utilizzare con un set di driver midrange).

2. Crossover (passivi) degli altoparlanti

In alto: Crossover di componenti a 2 vie per altoparlanti di componenti per auto. In basso: Un crossover per altoparlanti stereo domestico come potresti trovare in un set di altoparlanti da scaffale. Entrambi utilizzano condensatori e induttori per filtrare e controllare il suono inviato a un tweeter, un altoparlante midrange o un woofer.

I crossover degli altoparlanti sono talvolta chiamati crossover "passivi" in quanto non necessitano di una connessione di alimentazione esterna. Funzionano utilizzando componenti passivi:condensatori e induttori.

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

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

Qui viene mostrato un crossover per altoparlanti a 2 vie di 2° ordine. Gli induttori utilizzano un simbolo "L" e i condensatori utilizzano una "C". Un tipo di "2° ordine" ha un secondo stadio di parti per filtrare i suoni in modo più efficace rispetto a un progetto di primo ordine.

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

• I condensatori hanno più "resistenza" (chiamata impedenza) a un segnale a bassa frequenza rispetto a uno più alto. Più bassa è la frequenza, meno segnale può passare.
• Gli induttori sono bobine di filo che hanno una resistenza maggiore a un segnale ad alta frequenza rispetto a uno inferiore. Pertanto filtrano le frequenze sonore più alte.

Quando a un condensatore o un induttore è applicato un segnale che supera la frequenza di crossover, la resistenza aumenta, riducendo la tensione di uscita dell'altoparlante poiché viene persa attraverso il condensatore o l'induttore.

Ciò significa che l'altoparlante riceverà sempre meno del segnale dell'altoparlante che vogliamo bloccare più la frequenza del suono è oltre il punto di crossover. I valori delle parti vengono scelti in base all'impedenza degli altoparlanti (Ohm) con cui devono essere utilizzati poiché ciò influisce sul loro comportamento.

Nota: I crossover degli altoparlanti possono essere utilizzati solo con l'impedenza degli altoparlanti per cui sono progettati, altrimenti non suoneranno allo stesso modo.

Ad esempio, l'utilizzo di un crossover per altoparlanti domestici da 8 Ohm con un altoparlante per auto da 4 Ohm non funzionerà correttamente. Questo perché i valori delle parti sono stati scelti per una sola impedenza. Quando lo modifichi, cambia drasticamente la frequenza di crossover!

I crossover degli altoparlanti sono progettati in molti modi, ma hanno tutti la stessa struttura di progettazione di base:cambiano solo i dettagli.

Sono anche spesso etichettati con nomi come "1° ordine", -6dB/ottava, "2° ordine", -12dB/ottava e così via. I design del 2° ordine, 3° ordine, ecc. utilizzano gli stessi principi ma con più fasi, o "ordini", aggiunti per renderli ancora più efficaci nel blocco del suono.

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

I crossover (e molti altri dispositivi elettronici e apparecchiature audio) vengono misurati utilizzando i decibel. I decibel ("dB") sono un modo matematico conveniente per trattare i numeri che si presentano come potenze di 10, a differenza dei numeri lineari, che si verificano in linea retta. Viene mostrato un esempio di calcolo della riduzione, in dB, di un'uscita crossover.

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

Non ti annoierò con la matematica pesante qui, ma usiamo i decibel nel mondo dell'audio come un modo matematico per misurare i segnali elettrici musicali. Questo perché molte cose non succedono in linea retta ma in curve.

Gran parte del mondo dell'audio funziona con potenze di 10 (logaritmi, che potresti ricordare dalla tua lezione di algebra). Da qui la necessità di un modo per affrontarli:è qui che la rappresentazione dB torna utile.

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

Cos'è una pendenza incrociata?

Diagramma che mostra la pendenza, o pendenza limite, per i tipi più comuni. I crossover hanno "ordini", ovvero 2°, 3° o più stadi che aumentano la loro capacità di filtrare le frequenze dei suoni indesiderati.

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 classificate in termini di decibel (dB) per ottava. Il simbolo negativo viene utilizzato per mostrare che rappresentano un'attenuazione, o una riduzione, del segnale.

Nel mondo dell'audio, comunemente misuriamo una gamma di frequenze sonore tra due punti usando 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.

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

Quali sono le piste di crossover più comuni e migliori?

I crossover sono generalmente progettati per essere un buon compromesso tra complessità, prezzo e qualità del suono. Anche se potresti pensare che "l'ordine più alto, meglio è" sarebbe sempre sii corretto, le cose si complicano una volta superati i modelli del 2° o 3° ordine.

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

Uno dei motivi è che ha un design relativamente economico e semplice, ma offre comunque una buona capacità di taglio. Funziona alla grande sia per altoparlanti singoli che per altoparlanti a 2 vie.

In generale, le piste più utilizzate sono:

• -6dB
• -12dB
• -18dB

I crossover degli altoparlanti elettronici e a 2 vie sono in genere -12dB.

Cos'è un altoparlante a due vie?

Diffusori a 2 vie comuni che troverai nei sistemi di altoparlanti per auto o domestici. Sono molto simili, tranne per il fatto che gli altoparlanti stereo di casa sono generalmente collocati in una scatola degli altoparlanti mentre gli altoparlanti dell'auto possono essere installati separatamente.

Cosa sono gli altoparlanti a 2 vie?

Cosa sono gli altoparlanti a 2 vie?

• I sistemi di altoparlanti a 2 vie utilizzano due driver per produrre una gamma completa di suoni con una qualità migliore. L'audio di 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 un basso costo con un suono eccezionale.
• Un tweeter produce le alte frequenze e un altoparlante woofer produce porzioni di gamma media e bassa della musica.
• Mentre il tipo di crossover varia da modello a modello, un crossover di 2° ordine con una pendenza di -12dB per ottava è estremamente comune. Evita anche un problema chiamato sfasamento cosa che può succedere con altri design.

A ogni altoparlante viene fornita solo la gamma di suoni che può produrre bene:

• I tweeter ricevono solo le alte frequenze, in genere intorno ai 3 KHz e oltre
• I woofer ricevono solo frequenze più basse, in genere intorno a 3 KHz e inferiori

La frequenza di crossover utilizzata varia in base alle esigenze di progettazione, quindi non ce n'è una che funzioni in tutti i casi. Inoltre, devono essere utilizzati con l'impedenza corretta (valutazione in Ohm) per gli altoparlanti per i quali sono stati progettati.

Anche gli altoparlanti coassiali sono altoparlanti a 2 vie. Infatti, nell'esempio qui mostrato, puoi vedere dei crossover sul retro dell'altoparlante. Proprio come i crossover separati, le frequenze più basse vengono dirette al grande woofer e le alte vengono inviate al tweeter.

Il risultato è una gamma completa di suoni senza distorsioni o scarse prestazioni che otterresti quando provi a riprodurre la stessa gamma in un solo altoparlante. In altre parole, un altoparlante a 2 vie offre un suono pulito e dettagliato che non avresti altrimenti.

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

Che cos'è una buona frequenza di crossover?

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

Questo si basa su ciò di cui la maggior parte dei sistemi audio domestici o per auto ha bisogno sono insieme alla mia esperienza di progettazione e installazione degli altoparlanti.

Quale frequenza di crossover dovrei usare?

Tabella delle frequenze di crossover consigliate

Tipo di altoparlante/sistema	Freq. crossover &Digita
Subwoofer	70-80 Hz (passa basso) – Ideale per bassi puri e nitidi che "colpiscono".
Altoparlanti principali per auto (gamma completa)	56-60Hz (passa alto) – Blocca i bassi di fascia bassa che causano distorsione o il "basso" degli altoparlanti.
Tweeter o altoparlanti a 2 vie	3-3,5 KHz (passa alto o passa alto/basso) – La maggior parte dei crossover a 2 o 1 via (tweeter) utilizza una frequenza vicina a questa
Midrange/woofer	1K-3.5KHz (passa basso) – I woofer e molti altoparlanti di fascia media non funzionano bene al di sopra di questa gamma generale.
Sistema a 3 vie	500 Hz e 3,5 KHz (punti di crossover woofer/tweeter) – Simile ai sistemi a 2 vie, la frequenza superiore. sarebbe lo stesso.

Perché un crossover è importante per un buon subwoofer con bassi

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

Vi siete mai chiesti come alcune persone abbiano bassi puri e potenti nella loro auto, o perché il vostro subwoofer home theater suona così bene? È a causa dei crossover elettronici di oggi. A differenza degli altoparlanti full-range, un subwoofer è particolarmente suscettibile a un suono scadente se le frequenze medie possono essere riprodotte attraverso di esso. Il suono puro dei bassi che hai sentito richiede un buon crossover.

Un vero subwoofer ha una risposta in frequenza abbastanza limitata (in genere da 20 a 100 Hz circa), quindi è importante sfruttarli al meglio.

Sebbene sia possibile ottenere un suono dei bassi abbastanza decente utilizzando una scheda passa-basso dell'induttore grande, ingombrante e talvolta difficile da trovare, spesso non suonano così bene come un crossover elettronico con un taglio migliore che può bloccare la voce e gli acuti.

Inoltre, alcuni includono una funzione di potenziamento dei bassi per aggiungere un po' di potenza in più quando vuoi più tonfo – semplicemente non è possibile con uno passivo. Inoltre, non possono gestire livelli di potenza elevati senza un'enorme e costosa bobina dell'induttore.

Come utilizzare un crossover per il riempimento posteriore

Un problema con un sistema audio stereo che utilizza altoparlanti posteriori è che i canali posteriori possono "tirare" l'immagine stereo dietro di te e confondere il suono. Questo perché i suoni acuti sono usati come segnali per il nostro cervello per sapere da dove provengono. Questo è uno dei motivi per cui tendi a ruotare il controllo del fader più verso la parte anteriore che verso la parte posteriore.

Quando le nostre orecchie lo sentono provenire sia dalla parte anteriore che la parte posteriore, spesso non suona bene. Nei sistemi audio surround che riproducono il suono surround, questo non è un problema poiché è già mixato in modo specifico per suonare alla grande. Tuttavia, l'utilizzo dell'altoparlante satellitare impostato con audio stereo ti mostrerà rapidamente il problema.

Per ottenere un migliore riempimento della parte posteriore della tua auto o del tuo sistema di casa, un semplice trucco è utilizzare un filtro passa basso impostato per bloccare i medi e gli alti. Prova qualcosa come un passa basso da 1KHz o 500Hz e guarda cosa ne pensi!

Lettura consigliata

Consiglio vivamente il famoso ricettario per il design degli altoparlanti. È un eccellente fonte di informazioni comprese le formule che puoi utilizzare per costruire la tua auto di livello professionale o progetti audio per la casa. Parlo per esperienza!

Per alcuni fantastici progetti e circuiti fai-da-te, dai un'occhiata alla pagina dei prodotti audio di Elliot.

Altri fantastici articoli

• Scopri come capire una frequenza di crossover degli altoparlanti.
• Ecco una guida per l'installazione e il cablaggio dei crossover per altoparlanti per auto.
• Vuoi maggiori dettagli? Qual è la frequenza di crossover FC e perché è importante?
• Qual ​​è una buona frequenza di crossover per l'assistenza sanitaria o per l'audio domestico?
• Scopri come impostare le frequenze di crossover del sistema audio per auto.