Bem-vindo! Neste grande guia de instruções, Vou mostrar como você pode projetar e construir seu próprio falante cruzamento para áudio doméstico ou de carro.
Construí muitos próprios, desde os básicos aos designs mais avançados, então adoraria compartilhar o que aprendi ao longo do caminho. Eu vou cobrir um pouco, então vamos cavar!
Há tantos tipos e variações diferentes de tipos de design de crossover passivo que não é prático para mim cobrir todos eles. Para manter as coisas gerenciáveis e ajudar o maior número de pessoas (assim como você!), abordarei o que você precisa saber para criar uma das várias opções que funcionarão para mais de 95% das necessidades do sistema de alto-falantes.
Meu artigo fornecerá o know-how, diagramas, informações e etapas para criar um faça você mesmo (DIY) falante cruzamento para obter o som que você deseja baseado em minha própria experiência no mundo real. É perfeitamente possível construir algo que você goste de usar e do qual se orgulhe sem grandes dores de cabeça ou falir!
Neste guia de instruções, abordarei:
(Sinta-se à vontade para pular algumas seções se você não for novo em algumas das ideias aqui.)
Observação: Como este não se destina a ser um artigo mais avançado, não abordarei alguns aspectos técnicos, como impedância da bobina de voz, resposta de fase, resposta fora do eixo da onda sonora, mudança de fase ou opções de design de 4ª ordem.
Um filtro de crossover passivo é diferente de um crossover ativo (usado em projetos de áudio eletrônico, amplificadores e pré-amplificadores, etc.), pois usa componentes passivos não alimentados para filtrar uma frequência alcance antes que possa alcançar um alto-falante ou alto-falantes. Em termos práticos, eles efetivamente “bloqueiam” frequências de som indesejadas de alcançar um driver de alto-falante, reduzindo ou atenuando bastante o sinal de entrada de um estéreo ou amplificador.
Isso é possível devido a uma propriedade de capacitores e indutores chamada reatância. A reatância é uma oposição ao fluxo de corrente elétrica e muda com a frequência do sinal de áudio. Isso cria uma impedância ao sinal que controla quanto de um nível de sinal (tensão do nível do alto-falante) está presente nos terminais do alto-falante.
O papel dos capacitores e indutores em cruzamento rede projeto
Os usos no mundo real para isso são extremamente importante em sistemas de alto-falantes de áudio doméstico ou de áudio de carro:
Capacitores e indutores podem ser usados sozinhos (cruzamento de estágio único, também chamado de 1ª ordem) ou combinados para fazer um filtro ainda mais eficaz com características diferentes. Os cruzamentos de 1ª ordem têm uma inclinação de cruzamento, ou filtragem de inclinação/eficácia, que rola a uma taxa de 6 dB por oitava.
Os crossovers de segunda ordem, que têm duas seções de capacitores ou indutores, rolam sua saída a 12dB por oitava. 2º pedido designs são um dos mais usados para cruzamentos passivos pois são um bom compromisso entre complexidade, custo, inclinação da inclinação e qualidade do som.
Usamos decibéis (dB) no mundo da engenharia, usamos decibéis para medir os níveis de saída dos alto-falantes ou os valores do sinal de cruzamento de áudio porque ambos não são lineares. Isso significa que, para áudio, eles aumentam ou diminuem com base em potências de 10 (ou seja, são logarítmicos).
Um sinal negativo na frente indica uma redução, enquanto um sinal positivo ou nenhum na frente indica um ganho.
Ex.: Um crossover com inclinação de -6dB/oitava terá uma saída que é reduzida em 6 dB para cada oitava (metade ou dobra de frequência:400Hz, 800Hz, 1.600 Hz, etc.) após a frequência de corte.
Um ponto de cruzamento de alto-falante geralmente é chamado de cruzamento frequência e às vezes é escrito como “Fc ” para representar a “frequência de corte”. A falante cruzamento ponto é o ponto de corte frequência além do qual as frequências de áudio são bastante reduzidas ao atingir os alto-falantes, bloqueando-os efetivamente.
Em termos técnicos, é baseado no ponto em que a saída de um crossover tem uma perda de 3dB. Em termos de energia elétrica, o ponto -3dB é o frequência em que o poder do falante é reduzido em 1/2.
À medida que passamos da frequência de cruzamento (o ponto -3dB), a saída diminuirá mais e até que seja essencialmente zero. Por exemplo, para um crossover de tweeter de -6dB/oitava com um corte em 1kHz:
Aqui estão algumas recomendações para a melhor inclinação de cruzamento e tipos de ordem de cruzamento a serem usados com base no seu sistema de alto-falantes. Observe que estes são geralmente os mais populares e funcionam para a maioria dos casos.
Os designs Linkwitz-Riley são, sem dúvida, um dos mais usados por vários motivos – o principal deles é sua resposta plana, onde as saídas do ponto de cruzamento do woofer e do tweeter se sobrepõem. Outros projetos como Butterworth, Chebychev e Bessel não oferecem a mesma resposta de frequência, embora ofereçam várias quantidades de ganho que podem ser úteis para objetivos de projeto específicos.
O Linkwitz-Riley (L-R) cruzamento é uma excelente escolha para construir um padrão falante projeto com sua inclinação de -12dB por oitava e boa saída (plana).
O crossover L-R de segunda ordem é uma configuração all-pass que soma uma magnitude plana…
A resposta de magnitude plana, baixa sensibilidade para deslocamento e ressonâncias de driver em banda tornaram o LR uma escolha popular entre os fabricantes. Vance Dickason, The Speaker Design Cookbook (7ª ed.)
Embora seja um tópico separado, o crossover L-R não é sensível à ressonância do driver do alto-falante, o que é outro benefício. Se você estiver interessado em aprender mais, eu o encorajo a colocar as mãos em uma cópia do The Loudspeaker Design Cookbook de Vance Dickason .
A boa notícia é que existem algumas maneiras de saber qual frequência de cruzamento você deve escolher para projetar e construir a sua própria:
Você provavelmente acabará usando 2 ou mais dos itens acima para obter os melhores resultados.
Observação: Também abordarei os alto-falantes de 3 vias separadamente, pois são um caso um pouco especial. Veja abaixo para isso.
Se você tiver sorte, sua empresa de alto-falantes pode ter fornecido uma boa faixa de frequência para uso. Para o exemplo ilustrado acima, você escolheria uma frequência de cruzamento de pelo menos 3,5 kHz, que é muito comum.
Se você tiver a sorte de ter um gráfico de resposta de frequência com os alto-falantes que gostaria de usar, poderá ver as áreas em que eles têm uma saída ruim e usar isso como um guia . Estas são as áreas que você deve evitar.
Para fazer isso, escolha uma frequência de cruzamento fora desse intervalo. Ao usar configurações de 2 ou 3 vias, este deve ser o ponto ideal no qual o outro driver ou drivers também podem produzir som. A ideia é encontrar um “ponto médio” que ambos possam produzir som até aquele ponto sem um intervalo, ou significativamente mais fraco, na faixa de saída.
No exemplo acima, podemos ver que o tweeter mostrado tem uma boa saída até algo abaixo de 2 kiloHertz (2kHz). Sabendo que vamos querer escolher uma frequência de crossover que seja de pelo menos 2kHz ou superior.
Para escolher o corte necessário com base no tamanho do driver do alto-falante e digite as seguintes regras práticas são úteis:
Embora possa não parecer, os crossovers de 3 vias não são apenas uma simples extensão de um design de 2 vias. A ideia neste caso é usar um projeto de passagem total (APC) com uma ampla faixa de frequência entre a frequência de alta e a frequência de baixa.
Isso ocorre devido a interações indesejáveis que podem ocorrer se estiverem muito próximas. Você pode usar minha tabela abaixo ou esta regra geral com base na proporção do corte de passagem alta (Fh ) e corte de passagem baixa (Fl ):
Bom 3 vias cruzamento proporção: Fh/Fl =8 ou superior.
Algumas ótimas frequências de cruzamento de 3 vias a serem usadas são:
Para usar a proporção de 1:8 acima, escolha a frequência superior e divida por 8 para obter a segunda. Da mesma forma, você pode escolher uma frequência mais baixa e multiplicar por 8 para obter uma boa frequência de corte superior.
Observe que os designs de 3 vias têm uma saída de médio porte com um nível de dB mais alto ou mais baixo. Neste caso, o design de 3 vias tem um ganho de 2,45 dB em comparação com as saídas de tweeter e woofer, que são bem pequenas.
De um modo geral, quanto mais distantes os dois pontos de cruzamento estiverem, melhor será a resposta combinada dos drivers (três oitavas é um bom ponto de partida).
Pontos cruzados mais próximos do que o ideal de três oitavas sofrerão de padrões de interferência indesejáveis complicados.Vance Dickason
Depois de obter o seguinte:
…pode começar a trabalhar! A boa notícia é que não será muito difícil – você não precisa fazer as contas sozinho, a menos que prefira. Você pode usar meu falante cruzamento calculadora para fornecer os valores de peças de que você precisa.
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É bastante autoexplicativo, mas não se preocupe, pois forneci instruções na página da calculadora. Insira seus valores e seleções para:
Anote ou salve os valores, seja nos esquemas abaixo ou em outro lugar onde você possa encontrá-los.
Clique aqui para ver ou imprimir os esquemas de crossover fornecidos para construir seu crossover DIY. O espaço é fornecido na impressão para anotar os valores calculados das peças, se desejar.
Você precisará, no mínimo, dos seguintes tipos de componentes de cruzamento:
Os capacitores são classificados em unidades chamadas Farad e geralmente vendidos em “microFarad”, também às vezes escrito com o símbolo grego Mu (µF, 1/1.000.000 de um Farad) ou com um pequeno “ u” (uF). Os indutores são medidos em Henries e geralmente vendidos em milliHenries (1/1.000 de um Henry) escrito como “mH”.
Os capacitores polarizados são o tipo mais comum, mas não funcionam para uso de áudio – você DEVE usar tipos não polarizados. Isso porque 1) eles não podem lidar com uma tensão de corrente alternada (AC) que reverte e 2) eles podem distorcer o som e até falhar. Capacitores não polarizados permitem que um sinal musical elétrico passe bem.
Os capacitores bipolares (“BP”, não polarizados) geralmente são marcados como tal, enquanto os tipos polarizados têm um lado com uma faixa marcando a conexão negativa.
Os capacitores não podem lidar com uma tensão aplicada que está acima da classificação máxima. 48V ou superior é uma boa regra geral, embora você possa calcular o valor mínimo usando a lei de Ohm se souber a classificação de potência RMS do amplificador assim:
V (volts) =raiz quadrada (potência x ohms do alto-falante)
Por exemplo, um amplificador com 50W por canal para um alto-falante de 8 ohms terá uma tensão de saída de cerca de raiz quadrada (50 x 8) =20V. Uma classificação de tensão mais alta seria boa, mas não queremos ficar abaixo de 20V. Usaríamos a próxima maior parte avaliada que encontrarmos ou superior.
Capacitores eletrolíticos e indutores de núcleo de ar têm uma tolerância de cerca de 20% para mais ou para menos de seu valor rotulado (+/-20%). Peças mais caras podem ter 10% ou menos de tolerância, o que é bom, mas não é realmente necessário.
Digo isso para ajudar a entender isso:
For example, a capacitor labeled as 4.7 uF (4.7 microFarad) may have an actual of around 3.76 to 5.64 uF when measured with test equipment. (It’ll probably be around 4 to 5uF but you see what I mean). The same is true for inductors too.
In that case, you’d buy a 4.7uF one if it’s reasonably easy to get but if not, the good news is there’s another way.
There’s a simple way to handle not finding the exact part values you need. The trick is to use multiple crossover components in such a way that they add up close to what you’re after.
This means you can use spare parts or buy other parts of different values that are available to accomplish the same thing!
I can’t recommend enough being prepared. Here’s a general list of what you’ll need to build and encase your passive speaker crossovers:
TIP: When shopping for a project enclosure, be aware that the screw thread columns take up some of the internal space. You may need to buy a slightly larger size if the space is too tight.
I recommend always checking how much room you’ll need based on the size of your capacitors and inductors.
Once you’ve got your parts and the schematic it’s time to jump right in! To build your crossovers, I recommend doing the following:
You can also use crimp connectors instead of a soldering iron and solder, although I personally recommend soldering for the best connection possible.
Going by the crossover schematic, connect each section to the next and double-check your work.
Inductors, as you may already know, work by increasing the magnetic field strength using loops of wire. Because of this it’s possible for one to cause magnetic coupling (interference) which can induce a signal or distortion in another.
To avoid this, if at all possible mount them at a 90° difference as shown in the diagram above or a minimum of about 3 inches. I begin by placing them at opposite corners of the box when building mine.
Once you’ve got the crossover circuit built, place the whole assembly in the box and use a bit of adhesive to hold it inside if you like (optional). Connect the amp side wiring, negative side wiring, and speaker output wires to the terminal strip on the top row.
This will leave the bottom row free for speaker connections.
Second order networks have an output signal phase difference of 180 degrees. Fortunately, unlike odd-order designs (1st order or 3rd order) we can get a perfectly in phase (0° difference) sound output easily.
To do this with second order networks:
Want to add an extra touch? You can easily make your own labels for your speaker and amplifier input connections. Personally, I recommend the following steps:
Here’s an example of my own – one of my first DIY crossovers projects I built myself. As you can see it doesn’t have to be perfect – but does need to be well-connected, use the right parts, and be put together in a way that’s practical for everyday use.
Note that if you’re installing yours directly in a speaker enclosure it’s not necessary to use a project box, but the rest of the steps should still apply.
Hopefully you’ve found my guide helpful. Here’s to enjoying good sound the way you like it – and proving you can do it yourself!
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