Conceptos básicos de un Crossover pasivo

Para reproducir el ancho de banda audible, se deben utilizar tres parlantes que completen el espectro audible, ya que un solo parlante no puede emitir las frecuencias; entre 20 hertz y 20.000 hertz, esta banda audible se divide en tres altavoces, así:Woofer - Responde a las frecuencias bajas.Medio (MidRange) - responde a las frecuencias medias.Tweeter - reproduce las frecuencias altas.Para que cada uno de estos parlantes reproduzca; sólo las frecuencias respectivas, debe construirse un circuito, entre el terminal de salida del amplificador y cada parlante, este circuito está formado de bobinas y condensadores, para restringir y separar las frecuencias. A este circuito se le da el nombre de Divisor de Frecuencias o Crossover.Estos divisores de frecuencias se dividen en varias categorías según el número de formas (2, 3 o 4 vías). El crossover puede tener un valor de atenuación de la pendiente de 6, 12, 18 o 24 desibeles (dB) por octava.Los divisores de frecuencias pueden seguir una aproximación de dos tipos: - Tradicionales Butterworth o Filtro Pasivo utilizado en sonido Hi-fi, - Linkwitz-Riley, Filtro Activo con características superiores en comparación con el filtro de Butterworth, utilizado preferiblemente en los crossover de 4 vías de 24 dB / octava.Los Divisores de Frecuencias se conforman de condensadores y bobinas (rollos de alambre), que atenúan las frecuencias. El uso de un sólo condensador o de un sólo carrete da una atenuación de 6 dB por octava. La forma de conectar el componente, determina que tipo de frecuencias afecta. Por ejemplo: Un Condensador en Serie conectado en el positivo; que va al parlante, se encarga de atenuar las frecuencias bajas y dejar pasar las frecuencias altas. De esta manera se forma un Filtro Pasa Altos, mientras que si lo colocaos en paralelo con el parlante, se consigue una atenuación de frecuencias altas, dejando pasar las frecuencias bajas. Esto sería un Filtro Pasa Bajos. El funcionamiento de la bobina es de manera invertida que el condensador. Si colocamos una bobina en serie con el positivo, se atenúan las frecuencias altas y sólo pasan las frecuencias bajas, y si la colocamos en paralelo, se consigue una atenuación de las frecuencias bajas.Un detalle a tener en cuenta es que en algunos casos al usar crossover, se introduce una señal de fase, que puede ser compensada invirtiendo la polaridad de la conexión del altavoz de agudos (Tweeter), para el caso de un sistema de 2 vías, y el medio (Midrange), en el caso de un sistema de 3 vías.

Para alimentar un altavoz o woofer, se utilizará un Filtro Pasa Bajos. (Una sola bobina en serie o una bobina en serie y un condensador en paralelo).

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Para alimentar un parlante medio, será utilizado un Filtro Compuesto de pasa altos y pasa bajos. (Una bobina y un condensador, ambos en serie).Para alimentar un tweeter, se utilizará un Filtro Pasa Altos. (Un solo condensador en serie o un condensador en serie y una bobina en paralelo).Diseñar un divisor de frecuencias no es complejo, pues con sólo aplicar las fórmulas adecuadamente, se pueden calcular los valores de las Bobinas y los Condensadores. También se puede conseguir un buen resultado si se tiene buen oído.Un crossover o divisor de frecuencias no es para usar en cualquier bafle. El diseño de la caja, el tipo de parlantes y la potencia, son factores a tener en cuenta al momento de hacer un crossover.Recomendamos usar materiales de buena calidad, como por ejemplo el alambre magneto de las bobinas. Debe estar en buen estado, con su barniz intacto. El calibre es muy importante, cuanto mayor es el diámetro del alambre de cobre, menor será su resistencia interna. Por consiguiente habrá menos disipación o emisión de calor. Esto permite usar nuestro crossover con amplificadores más potentes.En algunos casos las bobinas para las frecuencias medias y/o altas, pueden ser de núcleo de aire o tipo Hueco con o sin formaleta de plástico o cartón. La calidad de la señal está directamente relacionada con la calidad y el tamaño de la bobina.Las bobinas con núcleo Toroidal de Ferrita son más pequeñas, pero su desventaja es tener una corriente de saturación. El valor de esta corriente de saturación debe ser al menos el doble del valor nominal para evitar el deterioro de la señal en los picos de corriente. También hay bobinas construidas en la carcasa de un transformador. Estas bobinas son en general de valores altos y su uso está reservado para cortes de frecuencias muy bajas entre 50 y 150 Hz. Las bobinas más comunes se construyen con láminas de hierro-silicio de transformador, especialmente las que tienen forma de (I).Los condensadores recomendados para este uso son de poliéster o metálicos. Los condensadores más apropiados son los de película de polipropileno metalizado, con una tolerancia del 5%. La tensión recomendada es de 250 voltios.Cuando vamos a calcular un filtro pasa banda, no es necesario tener en cuenta la impedancia del altavoz o parlante común. Por lo general se establece la impedancia normal de entre 4 y 8 ohmios. En teoría la impedancia debería ser constante, aunque ésta puede variar de acuerdo a la frecuencia. Cada altavoz tiene su propia curva de impedancia, con sus fondos, sus golpes y sus picos.Es preferible que durante el cálculo del filtro usemos la frecuencia de la impedancia de la curva, proporcionada por el fabricante. Por lo tanto, un altavoz con una impedancia de 8 ohmios estándar, puede tener una impedancia de 6,8 ohmios a una frecuencia dada, o incluso de 10 ohmios.En ocasiones el resultado del cálculo da valores de componentes que no corresponden a los valores estándar que se consiguen en el comercio. Debemos elegir el valor más cercano, ya que una pequeña tolerancia está permitida. Tenga cuidado de estar dentro del mismo rango.Para las Bobinas, los valores comerciales son: 0,15 - 0,18 - 0,22 - 0,27 - 0,33 - 0,39 - 0,47 - 0,56 - 0,68 - 0,82 - 1,0 - 1,2 - 1, 5 - 1,8 - 2,2 - 2,7 - 3,3 - 3,9 - 4,7 - 5,6 - 6,8 - 8,2 - 10,0 - 12,0 - 15,0 Mili henrios (mH). También es posible tomar una bobina de un valor superior al calculado y eliminar algunas vueltas de alambre para obtener el valor requerido. Si usted cuenta con un medidor de inductancia, úselo para obtener un buen resultado.Para los condensadores, los valores comerciales son: 1 - 1,5 - 2,2 - 2,7 - 3,3 - 3,9 - 4,7 - 6,8 - 8,2 - 10 - 12 - 15 - 22 - 33 - 47 a 68 Microfaradios (uF). Es posible colocar diferentes valores de condensadores en serie o en paralelo para obtener el valor exacto.

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EjemploEn este diagrama se muestra un típico circuito Divisor de Frecuencias pasivo. En el punto (A), se conecta el parlante o altavoz bajo (Woofer). En el punto (B), se conecta el parlante medio (Mid Range) y en el punto (C), se conecta el parlante de agudos (Tweeter).Se observa que al colocar una bobina de 1 mH conectada en serie con el Woofer, punto (A), veremos como la tensión suministrada por el amplificador ha bajado al 70,7% en los500 Hz, que es la frecuencia de corte inferior o de cruce mínima y que en electrónica corresponde a una atenuación de

3 decibelios (dB). A partir de los 500 Hz, el woofer no debe responder, pues comienza a funcionar el parlante medio (Mid range) que está en serie con una bobina de 0.6 mH y un condensador de 10 uF, conectado en el punto (B), la respuesta del parlante medio asciende hasta los 5.000 Hz, que es la frecuencia de corte o de cruce superior, pues su tensión se ha caído al 70,7% en relación con la suministrada por el amplificador. Nuevamente vemos como la señal ha sido atenuada en 3 decibelios.Si la frecuencia suministrada por el amplificador supera el valor de los 5.000 Hz hasta los 16.000 Hz, el Tweeter; con un condensador en serie de 0.47 uF, punto (C), comienza a reproducir las frecuencias altas. Es normal que estas frecuencias no las reproduzcan el Woofer, ni el Medio.

El ancho de banda que reproducen los parlantes, es el resultado de la restar 500 Hz del Woofer (bajo), a los 5.000 Hz del parlante Medio (Midrange), obteniendo 4500 Hz del ancho de banda del circuito Crossover. Es necesario aclarar que el ancho de banda; de 4.500 Hz en este caso, no significa que los tres parlantes sólo reproduzcan 4.500 Hz. Por el contrario, los tres parlantes reproducen la totalidad del ancho de banda audible por el oído humano, que va desde 20 Hz, hasta 20.000 Hz.Cálculo de los componentes para un Crossover Calcular las bobinas no es tarea fácil, Existen una gran cantidad de fórmulas. Por esta razón el crossover aquí presentado lo explicamos sin fórmulas para su fácil construcción.

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Construcción del Divisor de Frecuencias (crossover)Materiales

 Lo primero es conseguir los materiales para este proyecto, que pueden ser reciclados en su gran mayoría, como son las láminas o chapas para el núcleo de las bobinas, extraídas de transformadores pequeños. Las chapas para la bobina del woofer, son de 7 mm x 4.5 cm y las chapas de la bobina del medio son de 5 mm x 3.5 cm. Este tamaño puede variar y ser compensado, cambiando la cantidad de chapas a usar al momento de buscar el grosor del núcleo. Lo importante es respetar el volumen total del núcleo. El otro material que puede ser reciclado es el

alambre de cobre (Alambre magneto de doble capa). Este alambre puede ser sacado de un transformador en desuso, o un bobinado cualquiera, siempre y cuando no esté quemado, raspado o no cumpla con el calibre recomendado. El alambre de cobre para bobinas y transformadores, trae un recubrimiento de Barniz Dieléctrico, para aislar el alambre y soportar las altas temperaturas.

Armado del NúcleoLas láminas de Hierro-Silicio utilizadas en el núcleo de las bobinas, deben ser cubiertas con dos capas de cinta de enmascarar o papel parafinado. Esto se hace con el fin de unirlas de tal manera que formen un sólido paquete y a su vez, aislarlas del alambre que le será enrollado posteriormente.   

 

Ancho del BobinadoEl circuito impreso, puede hacerlo mediante el método de planchado, si sólo va a hacer un par de estos, o con el método de serigrafía, si es para reproducirlo de manera industrial. Una vez hecho el impreso podemos usarlo como guía, para marcar sobre el núcleo, de donde a donde se enrollará el alambre. Observe las marcas hechas sobre el núcleo encintado, que coinciden con los orificios por los cuales entrarán los extremos del

alambre de la bobina, donde señala la punta del lapicero. Nudo y enrollado del BobinadoEs muy importante al hacer la primera vuelta, dejar el largo adecuado de la punta para que ingrese a la tarjeta o circuito impreso, La segunda vuelta se devolverá pasando la punta y retomando la segunda vuelta, haciendo un nudo como el que se aprecia en la foto, cada vuelta debe hacerse a conciencia, ya que es muy importante que el alambre quede bien ajustado. Medición del Bobinado

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 Al terminar de enrollar los 3 metros de alambre para la bobina del parlante Medio (Midrange), compare nuevamente con el impreso, que coincidan los orificios con los extremos del alambre de la bobina. Ahora construya la bobina del Woofer con las láminas más grandes y los 5 metros de alambre, repitiendo el mismo proceso de la bobina anterior.Si desea que el alambre quede más ordenado, puede hacer un carrete de cartón que evitará que el alambre se ensanche, para dar una mejor presentación.  

Quitando aislante de las puntas de las BobinasLije en los extremos del alambre de cada bobina, sólo el fragmento que entrará en el circuito impreso, retirando el barniz dieléctrico, así permite que la soldadura se adhiera al alambre. Tenga cuidado de no raspar las bobinas y no quitarle barniz más de la cuenta.Cubra con cinta de enmascaras el exterior de las bobinas. 

 

  Montaje de las Bobinas en la baquelitaEl circuito impreso que se encuentra en el PDF al final de este proyecto, se imprime sobre la baquelita, obteniendo así la base para colocar las bobinas en sus respectivos lugares señalados en el impreso. Para esto use la máscara de componentes como guía.  

Montaje del condensador del TweeterColoque el condensador de 0.47 microfaradios, que se encargará de restringir el paso de las frecuencias bajas y medias, para que el tweeter sólo reproduzca las frecuencias altas. Tenga en cuenta que no todos los tweeter son iguales o de la misma calidad. En algunos casos encontraremos que el condensador de 0.47uF no le permite a algunos tweeter sonar adecuadamente o simplemente pierden volumen. En estos casos debemos cambiar el condensador por uno más alto. Por ejemplo de 1uF, hasta 2.2uF. Recuerde que siempre deberán ser

condensadores no polares y preferiblemente de poliéster.  Montaje del condensador del MidrangeColoque el condensador de 8.2 o 10 microfaradios No Polar. Si no consigue este condensador, puede usar dos condensadores de 16 o 22 microfaradios, unidos en serie por los polos negativos e introduzca

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en los orificios del impreso las dos patas positivas. Así obtendrá un condensador de la mitad del valor de los dos utilizados y además será no polar. Si pensamos usar este crossover con potencias altas (más de 100W RMS), es mejor que el condensador sea de poliéster. Como no son muy comerciales los condensadores de 8.2 uF en poliéster, se pueden colocar dos condensadores  de poliéster de 4.7 uF en paralelo para dar 9.4 uF. 

ConectoresColoque los conectores de cobre o espadines. Estos facilitan la posterior instalación de los crossover o su fácil reposición. Los conectores son fundamentales al momento de presentar, ensamblar, cambiar o sencillamente comercializar el producto, que de esta manera gana en calidad.  

SoldandoSuelde todos los componentes. Recuerde que una buena soldadura, se debe hacer juntando simultáneamente: soldadura, cautín y pieza a soldar, aplique la soldadura rápidamente para no averiar los componentes. Recuerde que de la calidad de las soldaduras, depende el éxito comercial de cualquier proyecto de electrónica que emprenda.   Acabados 

Para terminar, limpie bien el impreso por el lado de las soldaduras, usando thinner y un cepillo dental reciclado.Este Divisor de Frecuencias ha sido probado con los amplificadores de 30w hasta 400w que se encuentran en nuestra sección de proyectos, obteniendo buenos resultados. Si su amplificador es estereofónico, Deberá construir dos de estos. Para aumentar la potencia de los crossover se debe usar alambre más grueso. Para lograr un cambio de las frecuencias se debe enrollar mas alambre y usar un núcleo mas grande. Para lograr un bajo más profundo en el woofer, se puede colocar un condensador de 22 uF no polar, conectado en paralelo. (Entre el positivo y el negativo del woofer).Lo mejor es investigar estudiar como calcular un crossover.Esperamos que este proyecto sea un complemento para mejorar el sonido de sus videos rockolas o sonido casero

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