Para otimizar as capacidades de desempenho de uma coluna, esta deve operar dentro da gama de frequência para a qual foi desenhada. Um woofer ou subwoofer não conseguirá reproduzir altas frequências com precisão. Um tweeter auto-destruir-se-á se lhe pedir para tentar tocar frequências de graves. Por esta razão, usamos sistemas de colunas de três e quatro vias na maioria dos veículos. Isso significa usar redes de cruzamento.
O propósito de um cruzamento é dividir as frequências que passam através dele. Vamos mergulhar até à cintura nos benefícios e desvantagens dos cruzamentos comumente usados em conjuntos de colunas de componentes para áudio automóvel.
Uma rede de cruzamento passiva é um componente ou grupo de componentes que é instalado nos fios da coluna entre um amplificador e uma coluna. O comportamento destes componentes atenua porções do sinal que vai para a própria coluna. Quatro componentes são comumente usados em redes passivas: capacitores, indutores, resistores e dispositivos de proteção.
A combinação e configuração destes componentes são usadas para criar uma rede de filtro passa-baixo, passa-alto ou passa-banda. Resistores são usados para atenuar a saída de dispositivos, ou às vezes usados como parte de um circuito de correção de impedância dependente de frequência chamado rede Zobel. Alguns fabricantes incluem lâmpadas, diodos ou alguma forma de resistores de temperatura positiva para limitar quanta tensão um tweeter recebe. Redes ativas completamente passivas estiveram disponíveis (mas isso foi há muito tempo).
Um cruzamento ativo é um dispositivo que modifica um sinal áudio antes do amplificador. Funciona apenas em sinais de nível de linha ou pré-amplificação. Cruzamentos ativos combinam amplificadores operacionais, resistores e capacitores para alterar diferentes gamas de frequência do sinal. Ao contrário das redes passivas, cruzamentos ativos podem ser desenhados para aumentar o nível do sinal, mas apenas no caso de filtros alimentados. Redes ativas frequentemente incluem outras funções, como controlos de nível remoto e circuitos de bass boost.
Vale notar que cada rede passiva é desenhada para funcionar a uma frequência específica para uma coluna específica. Se mudar a coluna, o filtro não responderá da mesma forma. Em alguns casos, se a impedância da coluna for significativamente diferente daquela para a qual a rede foi desenhada, a coluna pode ser danificada, ou porções da rede podem danificar-se.
Redes passivas são fáceis de usar. Passa um fio do seu amplificador para a entrada da rede, depois liga cada coluna à saída. Além de montar a rede numa localização seca e livre de vibração, é basicamente tudo o que tem de considerar.
Algumas redes passivas incluem alguma forma de atenuação de nível de saída. A maioria usa um interruptor de duas ou três posições. Alguns usam jumpers. Uma rede de gama extremamente alta pode incluir um L-pad variável ou potenciómetro para capacidades de afinação extrema.
Cruzamentos passivos permitem dividir a potência de um único canal de amplificador para alimentar duas colunas diferentes. Menos canais de amplificador podem reduzir dramaticamente o custo do sistema, já que só precisa de um par de canais de amplificador para alimentar um conjunto completo de colunas.
Como uma rede de cruzamento passiva é desenhada para uma frequência específica, uma vez que as peças são escolhidas e montadas, não há forma de mudar essa frequência sem introduzir peças novas ou adicionais.
Desenhar um cruzamento passivo pode ser algo complexo. As redes mais simples dependem de algumas suposições básicas sobre a impedância de cada coluna na frequência de cruzamento. Desenhar uma rede que compense a carga reativa complexa que as colunas criam ao mover-se é difícil. Requer software de modelação computadorizado e uma forma de medir a impedância e resposta de frequência da coluna a níveis de excitação variados.
Cruzamentos passivos de alta qualidade são desenhados para uma distância e ângulo específicos entre o woofer e o tweeter. Se a rede for desenhada para as colunas estarem longe, mover as colunas para perto fará com que os sinais somem incorretamente. Mesmo mudar o ângulo de uma coluna pode ter um efeito dramático na resposta de frequência no ponto de cruzamento.
Redes de cruzamento passivas têm limitações na potência que podem suportar. Os campos magnéticos criados num indutor têm um limite. A tensão aplicada a um capacitor também tem um limite. Redes de cruzamento podem e sobreaquecem e falham se lhes for enviada demasiada potência.
Redes de cruzamento passivas consomem energia. Usar um sistema de colunas com rede passiva não é tão eficiente quanto um usando rede de filtro ativo. A eficiência global da rede de cruzamento depende da sua complexidade e da qualidade dos componentes usados na rede.
Redes de cruzamento passivas são algo suscetíveis a ruído. Se passar um fio com sinal AC junto ao indutor numa rede passiva, a rede pode facilmente captar esse sinal e adicioná-lo ao sinal áudio. Escolher uma localização segura para montar redes de cruzamento passivas é importante.
A maioria das redes de cruzamento ativas são ajustáveis. Isso significa que, rodando um botão ou movendo um interruptor, pode mudar a frequência de cruzamento. Esta flexibilidade torna os cruzamentos ativos adequados para uso com quase qualquer sistema de colunas. A maioria dos cruzamentos ativos também inclui controlos de nível, para que possa facilmente afinar o nível do médio e tweeter para compensar diferentes localizações de montagem.
Cruzamentos ativos não se importam com a potência dos seus amplificadores porque processam o sinal antes de este entrar no amplificador. Cruzamentos ativos também não são muito sensíveis a variações de temperatura, por isso podem ser muito precisos, o tempo todo. Se um dos canais de amplificador num sistema de cruzamento ativo clippar, a distorção afeta apenas esse canal único.
Como cruzamentos ativos são universais no desenho, ser capaz de definir frequências de cruzamento com precisão pode ser desafiante. Rótulos em potenciómetros são notoriamente imprecisos. A maioria dos cruzamentos ativos tem inclinações de atenuação fixas. Não pode mudar estas inclinações para compensar características de resposta ou variações de posicionamento. A menos que o fabricante da coluna forneça, ou tenha experiência extensa em medir a resposta eletromecânica e acústica do conjunto de colunas, saber em que frequência cruzar as colunas pode ser difícil. Muito baixo e arrisca danificar o tweeter. Muito alto e obtém distorção do médio. Muitas combinações de colunas também requerem sobreposição ou subposição das frequências de cruzamento para produzir uma resposta plana.
Um cruzamento ativo requer um canal de amplificador dedicado para cada coluna. Estes requisitos extra de canais podem aumentar o custo de desenhar um sistema.
Se não houver limite para o seu orçamento, a solução ideal de cruzamento para um conjunto de colunas é um cruzamento ativo com um Processador de Som Digital (DSP) a realizar a filtragem. Um DSP oferecerá frequências de cruzamento ajustáveis, e a maioria oferece inclinações e alinhamentos de cruzamento ajustáveis.
Não importa o que escolha, é boa ideia passar algum tempo com um RTA de alta resolução para garantir que o seu sistema está configurado para a resposta mais suave e plana possível na frequência de cruzamento.
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