Quando se trata de conseguir bom som, filtros de crossover são incrivelmente úteis. Mas o que é filtro passa-alta (high pass filter) de áudio e por que são tão importantes?
Explico tudo aqui!
A resposta básica é que um filtro passa-alta de áudio (HPF) é um tipo de crossover de áudio que atenua e bloqueia efetivamente todos os sinais de baixa frequência abaixo de um ponto definido. Ou seja, eliminam áudio de baixa frequência enquanto passam sinais de alta frequência para amplificadores, alto-falantes, caminhos de sinal ou outros componentes de áudio.
São amplamente usados em diversos designs de áudio para bloquear faixa de frequência indesejada por várias razões:
Existem outras aplicações úteis de filtro passa-alta para conhecer. Há 3 principais tipos de design de filtro passa-alta como verá.
Nota: O nome "frequência de canto" (corner frequency) também é usado às vezes para se referir ao ponto de corte.
Enquanto filtro passa-alta permite frequências mais altas passarem, um filtro passa-baixa (LPF) trabalha para bloquear sons de alta frequência acima da frequência de corte.
São frequentemente usados para woofers e subwoofers mas também podem ser parte de design de alto-falante 2 vias. Filtro HPF seria usado para parte do tweeter do design.
Um filtro passa-faixa consiste em filtro passa-baixa e passa-alta em série. Passa uma faixa média (passband) de frequências sonoras.
São às vezes usados como parte de sistemas 3 vias para fornecer faixa de som a drivers de médio.
Existem três tipos de design de filtro passa-alta. Cada tem seus usos, prós e contras, e aplicações.
Um crossover de alto-falante (também chamado filtro passivo) usa componentes eletrônicos passivos em vez de eletrônicos que requerem fonte de alimentação. Componentes passivos são capacitores, indutores e resistores.
Crossover passa-alta de alto-falante é muito comum em tweeters onde bloqueia frequências de médio e graves de alcançá-los. Tipo mais simples é capacitor eletrolítico único montado no próprio alto-falante.
Exemplo de capacitor usado como filtro passa-alta inline
Outros usam capacitor e indutor para corte mais íngreme e bloqueio mais efetivo de sons indesejados. A maioria é fixa e tem ajustes mínimos ou nenhum, já que design é definido por valores fixos das peças.
Filtro passa-alta eletrônico, também chamado filtro ativo, é tipo de crossover que usa componentes eletrônicos pequenos e requer fonte de alimentação. Diferente de filtros passivos, são frequentemente flexíveis e podem oferecer ajustes adicionais como:
A maioria dos filtros passa-alta ativos é projetada em torno de amplificadores operacionais (op amps) que são minúsculos amplificadores de transistor em circuito integrado (IC). São muito eficientes em consumo de energia, tamanho e recursos.
Encontrará designs de filtro ativo em home theaters, amplificadores automotivos, unidades de pré-amplificador, mesas de mixagem estéreo e muitos outros produtos eletrônicos de áudio.
Filtro passa-alta digital trabalha com sinais de áudio convertidos a valores digitais usando funções matemáticas em software antes de convertê-los de volta a sinal analógico.
Crossover digital pode ser encontrado em várias plataformas:
Em todos casos, filtro passa-alta de áudio é implementado usando funções matemáticas (transformadas z) codificadas em rotinas de software. Quando sinal musical é aplicado, o código processa a representação digital (valor numérico binário), resultando em sinal de saída grandemente reduzido abaixo da frequência de crossover.
Mostrado aqui filtro passa-baixa digital embutido em receptor Denon doméstico. Crossovers digitais funcionam usando código de programa de software para fornecer função passa-alta matematicamente.
Crossovers digitais também são usados junto com EQ gráfico ou paramétrico em head units automotivos, receptores estéreo domésticos e software de processamento e gravação de áudio.
Filtros passa-alta são úteis em estúdio de gravação de várias formas:
Em sistemas de áudio automotivo, filtro passa-alta é encontrado em alguns itens geralmente: embutido em amplificadores automotivos, crossovers passivos de alto-falante, acessórios add-on de instalação, e embutido em rádios automotivos, equalizadores (EQs) ou processadores de sinal.
São geralmente muito úteis para entregar som melhor de várias formas:
Hoje alguns head units têm filtros passa-alta digitais embutidos com inclinações selecionáveis. Muitos amplificadores automotivos têm função crossover passa-alta ou passa-baixa selecionável, alguns com frequência de corte ajustável. Outros têm ponto de corte fixo que não pode ser alterado.
Tweeters e outros alto-falantes simplesmente não aguentam ondas sonoras maiores criadas por frequências graves baixas. Mesmo sistema barato pode soar ótimo quando alimentado por amplificador decente com crossover passa-alta impedindo que cheguem aos alto-falantes.
Pode então combiná-los com subwoofer e filtro passa-baixa para obter ótimo som full-range que vai curtir.
Estéreos domésticos frequentemente incluem opções de filtro passa-alta por várias razões:
Muito como sistemas de som automotivo, filtros passa-alta domésticos frequentemente não vêm ligados por padrão — precisará checar configurações de menu e habilitá-los em muitos casos.
Um filtro subsonico é filtro passa-alta com frequência de crossover muito baixa (frequentemente 30 ou 20Hz por exemplo) usado para impedir sinais de frequência muito baixa que não ouvimos de serem enviados a subwoofer, evitando desperdício de potência sem razão.
Filtro subsonico é opcional e nem sempre necessário mas pode ser útil em algumas situações. São mais comuns para áudio vintage e toca-discos, embora às vezes encontre em equalizadores automotivos ou itens de graves de subwoofer.
A faixa de audição humana para a maioria está por volta de 30Hz. Ondas de 20Hz podem ser sentidas mas não ouvidas, então é inútil consumir muita potência do amplificador para algo que nem ouve. No caso de toca-discos, algum rumble pode estar presente e filtro subsonico evita que seja amplificado.
A maioria da música é mixada com graves mais agradáveis por volta de 40 a 50Hz para "punch". Também é similar para rumble ou som de ação em filmes, significando que 20 a 30Hz não é necessário.
Inclinação do filtro (filter slope) é a inclinação da sua capacidade de filtragem. Ou seja, quão efetivo é em reduzir frequências sonoras além da frequência de corte do crossover.
Inclinações são categorizadas em decibéis (dB) por oitava. Sinal negativo (-) representa atenuação, ou redução, do sinal de entrada.
Frequências sonoras entre dois pontos são frequentemente medidas usando oitava. Uma oitava é duplicação ou metade de número de frequência. (100Hz, 200Hz, 400Hz, etc.)
Quando nos referimos a crossover com corte de -6dB por oitava, significa que continuará reduzindo saída em 6dB adicionais para cada duplicação da frequência anterior.
Quanto maior a inclinação do filtro, mais reduz frequências baixas além da frequência de corte porque filtro de ordem superior é mais efetivo.
Inclinações de filtro de crossover são tipicamente 6dB/oitava, 12dB/oitava, 18dB/oitava, etc.
De modo geral, usar filtro passa-alta é simples: ajuste para frequência de corte mais adequada aos alto-falantes que está usando. No caso de sistemas 2 vias, também ajustará para combinar frequência de corte passa-baixa para evitar lacuna no som.
Quando se trata de alto-falantes e sistemas, fabricantes frequentemente incluem especificações para ajudar a saber frequência de corte a usar.
Às vezes claramente declarado como frequência recomendada de filtro passa-alta, outras vezes baseia-se na informação de resposta de frequência do alto-falante. Por exemplo, na imagem de especificações acima, o alto-falante tem faixa utilizável de 3,5 kiloHertz (kHz) e acima.
Se não tiver nada disso, consulte as tabelas abaixo. A boa notícia é que geralmente há alguma informação para saber faixa de resposta de frequência do alto-falante para ajudar ajustar frequência de corte passa-alta.
| Tipo de alto-falante/sistema | Frequência de crossover |
|---|---|
| Alto-falantes frontais tipo torre (pequenos) | 60 a 80 Hz passa-alta. Funciona melhor com subwoofer para complementar. |
| Alto-falantes frontais tipo torre (grandes) | 60-80Hz passa-alta. |
| Central ou surround (pequenos) | 100-120Hz passa-alta. Tipos muito ruins para graves e distorcem fácil. |
| Central ou surround (médios/grandes) | 60-80Hz passa-alta. Maioria centrais não projetados para produção de graves. |
| Alto-falantes on-wall ou mini satélite | 100-120Hz passa-alta. Ajuda evitar distorção ruim pois não aguentam graves profundos. |
| Sistemas 2 vias | 3kHz a 3,5kHz. Frequência de crossover muito comum |
| Sistemas 3 vias | 3,5kHz passa-alta (tweeter) & 250-500Hz passa-alta (médio) |
| Tipo de alto-falante/sistema | Frequência de crossover |
|---|---|
| Coaxiais ou componentes frontais/traseiros full-range | 56, 60, a 80 Hz passa-alta. Bloqueia graves baixos que causam distorção. |
| Tweeters | 3-3,5kHz passa-alta |
| Médios ou woofers | 250-500Hz passa-alta |
| Sistemas 2 vias | 3kHz a 3,5kHz para tweeters. Mesmo para médios/woofers |
| Sistemas 3 vias | 3,5kHz (médio/agudo) & 500Hz (médio/woofer) |
Espero que tenha aprendido muito sobre conceitos de filtro passa-alta de áudio. Quer aprender mais? Confira meus artigos relacionados:
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