Os crossovers são importantes para um sistema de áudio com excelente som, seja em sua casa, carro ou até mesmo barco. Mas o que exatamente
é uma frequência de cruzamento?
Neste post detalhado, explicarei o que são, como funcionam e muito, muito mais de uma maneira que qualquer pessoa possa entender. Vamos começar!
Infográfico – Fatos sobre cruzamento de áudio
O que é uma frequência de cruzamento? O que um cruzamento faz?
Frequência de crossover e conceitos básicos de crossover resumidos
- Crossovers são circuitos elétricos ou eletrônicos usados para alterar ou separar um sinal musical de entrada enviado para uma ou mais saídas. Eles oferecem uma maneira de enviar a faixa correta de som para o alto-falante com uma resposta de frequência mais adequada para ele. (Por exemplo, tweeters e woofers em um sistema de alto-falantes de 2 vias)
- Um filtro crossover funciona usando o princípio de filtros passivos ou eletrônicos para bloquear uma faixa de som no sinal de áudio.
- Uma frequência de cruzamento é a frequência do som que atua como ponto de corte para filtros de crossover. É o ponto de frequência além do qual os sinais são reduzidos em 3 decibéis (representados como -3dB) e mais longe desse ponto.
- As saídas de um crossover são as faixas de sinal permitidas, como passa-alta (frequências mais baixas são bloqueadas) e passa-baixa (frequências mais altas são bloqueadas)
- Existem 2 tipos de crossovers:tipos ativos (eletrônicos) e passivos (alto-falante). Ambos os tipos são comumente encontrados em áudio doméstico, estéreo de carro e profissional.
Eles são uma parte crítica da boa fidelidade de som.
Na verdade, você quase nunca encontrará um sistema de alto-falantes de boa sonoridade que não esteja usando um ou mais tipos de crossovers. Existem 2 tipos de crossovers que você usará com seu sistema de áudio doméstico ou automotivo:
- Um crossover ativo (eletrônico)
- Um cruzamento passivo (cruzamento de alto-falante)
Frequências de cruzamento explicadas
Como os tweeters não podem produzir som de baixa frequência, eles distorcem e podem até ser danificados por graves pesados. Para evitar isso, podemos bloquear sons indesejados. (É mostrada uma frequência típica usada em 3.500 Hz [3,5 KiloHertz]). A frequência de cruzamento é o ponto de frequência do som no qual os sons posteriores serão bastante reduzidos, bloqueando-os efetivamente . Nós o usamos como um ponto de referência no qual a saída para um alto-falante (ou a entrada para um amplificador, ao usar crossovers ativos) é reduzida em 3 decibéis (-3dB).
Às vezes chamado de
frequência de canto ou
frequência de corte , é usado como ponto de partida em cálculos matemáticos para design de áudio.
O que significa "frequência" do som?
A frequência de um sinal musical é descrita pelo número de vezes por segundo que uma onda alternativa é completada. Quando falamos de “frequência”, estamos nos referindo a uma gama de sons que o ouvido humano pode ouvir. Por convenção, uma faixa de 20 a 20.000 Hertz (20 a 20 KiloHertz, ou 20 mil Hertz) é usada para representar isso.
Na realidade, o ouvido humano só pode ouvir até cerca de 30 Hz e perto de 16 KiloHertz, embora dependa da capacidade auditiva da pessoa.
Hertz é usado para representar unidades de frequência em
ciclos por segundo. Isso porque as ondas sonoras (e também os sinais eletrônicos de áudio) são feitas de ondas alternadas que acontecem muitas vezes por segundo.
“Hz”, “KiloHertz”, “kHz” são formas mais curtas de escrever (Kilo =mil).
Aqui estão algumas das faixas de som mais comuns com as quais os crossovers ajudam:
- Baixo: 20-100Hz ou mais
- Médio: (vocais, instrumentos e mais) ~100Hz a cerca de 3Khz
- Agudos: (sons de alta frequência) Cerca de 3KHz a 20Khz
Como funciona um crossover? O que é um crossover de alto-falante?
1. Noções básicas de crossover ativo (crossover eletrônico)
Um exemplo típico de um crossover ativo eletrônico separado. Um conjunto de conectores de saída fornece uma saída de filtro passa-alta para o amplificador para direcionar tweeters ou o par de alto-falantes principais. O segundo par geralmente é uma saída de frequência de crossover do subwoofer. 
A seção de crossover interna de um amplificador de carro é feita de componentes eletrônicos básicos:resistores variáveis, chips de amplificador operacional, capacitores e resistores de valor fixo. Eles são essencialmente crossovers eletrônicos embutidos no amplificador, evitando a necessidade de usar um separadamente. Os crossovers eletrônicos também são chamados de crossovers “ativos”, pois, ao contrário dos crossovers de alto-falante, eles precisam de uma fonte de energia para funcionar. Enquanto os crossovers passivos se conectam diretamente aos terminais de saída de maior potência de um amplificador, os crossovers eletrônicos funcionam apenas com sinais de baixa tensão.
Eles estão conectados às tomadas RCA de nível de linha ou a um estéreo de carro, amplificador de carro ou receptor AV doméstico, por exemplo.
Como funcionam os crossovers eletrônicos
Esquerda:um típico circuito integrado do amplificador operacional (Op amp) (IC), o Texas Instruments TL072. Direita:um exemplo de um circuito de crossover passa-baixa usando um amplificador operacional para filtrar sons de alta frequência. Os crossovers eletrônicos podem parecer muito complicados (e são, pelo menos em alguns aspectos), mas na verdade são baseados em princípios bastante básicos.
Eles trabalham usando uma variedade de circuitos de filtros eletrônicos baseados em um componente eletrônico muito comum:o amplificador operacional (“amp op”). Os amplificadores operacionais são pequenos amplificadores multifuncionais que são úteis para amplificar ou alterar um sinal de entrada de várias maneiras.
Eles, juntamente com resistores e capacitores, podem ser usados para controlar o sinal musical.
Um esquema de um crossover eletrônico típico. Nesse caso, o canal estéreo esquerdo do circuito de crossover integrado de um amplificador automotivo Alpine é mostrado. 
Eles podem ser projetados para alterar os modos com um interruptor. Eles costumam usar mostradores de resistores ajustáveis para permitir a alteração da frequência de corte.
Assim que um sinal de entrada for aplicado, você obterá as seguintes saídas, dependendo do tipo:
- Filtro passa-altas:bloqueia as frequências graves do subwoofer dos tweeters ou dos alto-falantes principais. Isso permite mais volume sem distorção, pois alto-falantes pequenos não conseguem lidar bem com graves pesados.
- Filtro de passagem baixa:bloqueia vocais e outros sons de alta frequência que um woofer ou subwoofer não consegue reproduzir bem. Também chamado de canal LFE para uma saída de subwoofer de receptor doméstico.
- Filtro de passagem de banda:um filtro de passagem de banda também é uma combinação do outro - ele limita a saída apenas a frequências de médio porte (para uso com um conjunto de drivers de médio porte).
2. Crossovers de alto-falantes (passivos)
Parte superior: Crossovers de componentes de 2 vias para alto-falantes de componentes automotivos. Inferior: Um crossover de alto-falante estéreo doméstico como você pode encontrar em um conjunto de alto-falantes de estante. Ambos usam capacitores e indutores para filtrar e controlar o som enviado a um tweeter, alto-falante de médio porte ou woofer. Os crossovers de alto-falante às vezes são chamados de crossovers “passivos”, pois não precisam de uma conexão de fonte de alimentação externa. Eles trabalham usando componentes passivos:capacitores e indutores.
Um crossover de alto-falante é um circuito elétrico que usa indutores e capacitores para filtrar um sinal de alto-falante e dividi-lo entre 1 ou mais saídas. As saídas dependem da resposta de frequência dos alto-falantes usados.
Ao contrário dos crossovers eletrônicos, normalmente eles são conectados às saídas de um amplificador e, em seguida, com fio de alto-falante ao seu conjunto de drivers de alto-falante, um para cada canal de alto-falante.
Um crossover de alto-falante de 2 vias de 2ª ordem é mostrado aqui. Os indutores usam um símbolo “L” e os capacitores usam um “C”. Um tipo de "segunda ordem" tem um segundo estágio de partes para filtrar sons com mais eficiência do que um design de primeira ordem. Capacitores e indutores têm algumas propriedades interessantes dependendo da frequência de um sinal aplicado a eles:
- Os capacitores têm mais “resistência” (chamada impedância) a um sinal de baixa frequência do que a um mais alto. Quanto menor a frequência, menos sinal pode passar.
- Indutores são bobinas de fio que têm mais resistência a um sinal de alta frequência do que a um sinal mais baixo. Portanto, eles filtram as frequências de som mais altas.
Quando um capacitor ou indutor tem um sinal aplicado a ele que ultrapassa a frequência de cruzamento, a resistência aumenta, reduzindo a saída de tensão do alto-falante, pois é perdida pelo capacitor ou indutor.
Isso significa que o alto-falante receberá cada vez menos o sinal do alto-falante que queremos bloquear quanto mais a frequência do som estiver além do ponto de cruzamento. Os valores das peças são escolhidos de acordo com a impedância do alto-falante (Ohms) com os quais serão usados, pois isso afeta como eles se comportam.
Observação: Os crossovers de alto-falante só podem ser usados com a impedância do alto-falante para a qual foram projetados ou não soarão da mesma forma.
Por exemplo, usar um crossover de alto-falante doméstico de 8 Ohm com um alto-falante de carro de 4 Ohm não funcionará corretamente. Isso porque os valores das peças foram escolhidos para apenas uma impedância.
Quando você muda isso, muda drasticamente a frequência de cruzamento! 
Os crossovers de alto-falante são projetados de várias maneiras, mas todos têm a mesma estrutura básica de design - apenas os detalhes mudam.
Eles também são frequentemente rotulados com nomes como “1ª ordem”, -6dB/oitava, “2ª ordem”, -12dB/oitava e assim por diante. Os designs de 2ª ordem, 3ª ordem, etc usam os mesmos princípios, mas com mais estágios, ou “ordens”, adicionados para torná-los ainda mais eficazes no som de bloco.
O que são decibéis e por que os usamos para áudio?
Crossovers (e muitos outros eletrônicos e equipamentos de áudio) são medidos usando decibéis. Decibéis (“dB”) são uma maneira matemática conveniente de lidar com números que ocorrem como potências de 10, ao contrário dos números lineares, que ocorrem em linha reta. É mostrado um exemplo de como calcular a redução, em dB, de uma saída de crossover. No mundo real, muitas medições lidam com coisas que não aumentam ou diminuem em uma linha reta (“linear”), mas sim em uma curva (“não linear”, ou logaritmos).
Não vou aborrecê-lo com matemática pesada aqui, mas usamos decibéis no mundo do áudio como uma maneira matemática de medir sinais elétricos musicais. Isso porque muito disso acontece não em linha reta, mas em curvas.
Grande parte do mundo do áudio funciona com potências de 10 (logaritmos, que você pode se lembrar de sua aula de álgebra). Daí a necessidade de uma maneira de lidar com isso – é aí que a representação em dB é útil.
E não são apenas os crossovers que funcionam com decibéis, mas até mesmo seus próprios ouvidos são logarítmicos. Isso significa que a maneira como nossos ouvidos percebem o volume funciona em uma escala logarítmica.
O que é uma inclinação cruzada?
Diagrama mostrando a inclinação, ou inclinação de corte, para os tipos mais comuns. Os crossovers têm “ordens” – ou seja, 2º, 3º ou mais estágios que aumentam sua capacidade de filtrar as frequências de sons indesejadas. A inclinação é a inclinação da capacidade de filtragem de um crossover. Em outras palavras, é a eficácia após o ponto de frequência de cruzamento. As inclinações, assim como a frequência de cruzamento, são categorizadas em termos de
decibéis (dB) por oitava. O símbolo negativo é usado para mostrar que eles representam uma atenuação ou redução do sinal.
No mundo do áudio, geralmente medimos uma faixa de frequências sonoras entre dois pontos usando uma oitava. Uma oitava é uma duplicação ou redução pela metade de um número de frequência. (100Hz, 200Hz, 400Hz, etc.)
Quando nos referimos a um crossover com um corte de -6dB por oitava, queremos dizer que ele continuará reduzindo a saída em 6dB adicionais para cada duplicação da frequência anterior. Exemplo:-6dB @ 1KHz, -12dB @ 2KHz, -18dB @ 4KHz, -24dB @ 8KHz, -32dB @ 16KHz, até 20KHz. Quais são as pistas de cruzamento mais comuns e melhores?
Os crossovers geralmente são projetados para serem um bom compromisso entre complexidade, preço e qualidade do som. Embora você possa pensar que "quanto mais alto, melhor"
sempre esteja certo, as coisas ficam mais complicadas quando você passa dos designs de 2ª ou 3ª ordem.
De um modo geral, uma inclinação de cruzamento de -12dB é geralmente a melhor escolha e funciona bem para a maioria dos sistemas de alto-falantes. Um subwoofer geralmente soa muito bem com uma inclinação de 12dB ou 18dB. Uma razão é que ele tem um design relativamente acessível e descomplicado, mas ainda oferece uma boa capacidade de corte. Isso funciona muito bem para alto-falantes individuais ou alto-falantes de 2 vias.
Em geral, os taludes mais usados são:
Crossovers de alto-falantes eletrônicos e de 2 vias são tipicamente -12dB.
O que é um alto-falante bidirecional?
Colunas comuns de 2 vias que você encontrará em sistemas de alto-falantes domésticos ou automotivos. Eles são muito semelhantes, exceto que os alto-falantes estéreo domésticos geralmente são colocados em uma caixa de alto-falante, enquanto os alto-falantes do carro podem ser instalados separadamente. O que são alto-falantes de 2 vias?
O que são alto-falantes de 2 vias?
- Os sistemas de alto-falantes de 2 vias usam dois drivers para produzir uma gama completa de som com melhor qualidade. O áudio de um amplificador estéreo é dividido entre os alto-falantes por um cruzamento de alto-falante de 2 vias.
- Os alto-falantes de 2 vias são o tipo mais comum no mundo, e muitos oferecem baixo custo com excelente som.
- Um tweeter produz altas frequências e um alto-falante woofer produz porções de médios e graves da música.
- Embora o tipo de crossover varie de modelo para modelo, um crossover de 2ª ordem com inclinação de -12dB por oitava é extremamente comum. Também evita um problema chamado mudança de fase o que pode acontecer com outros designs.
Cada alto-falante recebe apenas a faixa de som que pode produzir bem:
- Os tweeters recebem apenas frequências altas, normalmente em torno de 3KHz e acima
- Os woofers recebem apenas frequências mais baixas, normalmente em torno de 3KHz e abaixo
A frequência de crossover usada varia de acordo com as necessidades do projeto, portanto, não há uma que funcione em todos os casos. Além disso, eles devem ser usados com a impedância correta (classificação de Ohms) para os alto-falantes para os quais foram projetados.
Os alto-falantes coaxiais também são alto-falantes de 2 vias. De fato, no exemplo mostrado aqui, você pode ver crossovers na parte traseira do alto-falante. Assim como os crossovers separados, as frequências mais baixas são direcionadas para o woofer grande e as altas são enviadas para o tweeter. O resultado é uma gama completa de som sem distorção ou desempenho ruim que você obteria ao tentar reproduzir a mesma faixa em apenas 1 alto-falante. Em outras palavras,
um alto-falante de 2 vias oferece um som limpo e detalhado que você não obteria de outra forma. Em muitos casos, você não precisará necessariamente de componentes ou alto-falantes caros para obter um ótimo som. Mesmo alto-falantes de 2 vias econômicos podem soar muito bem!
O que é uma boa frequência de cruzamento?
A verdade é que não existe um conjunto perfeito de frequências de crossover que funcione para todos os alto-falantes. Isso depende de muitas coisas. No entanto, aqui estão algumas das frequências mais comuns que funcionam bem em muitos casos.
Isso é baseado no que a maioria das necessidades do sistema de áudio doméstico ou automotivo são, juntamente com minha própria experiência em design e instalação de alto-falantes.
Qual frequência de cruzamento devo usar?
Tabela de frequência de cruzamento recomendada
| Tipo de alto-falante/sistema | Frequência de cruzamento &Digite |
|---|
| Subwoofers | 70-80 Hz (passagem baixa) – Melhor para som de graves puros e nítidos que “atingem”. |
| Colunas principais do carro (gama completa) | 56-60Hz (passagem alta) – Bloqueia graves graves que causam distorção ou alto-falantes "abaixo". |
| Tweeters ou alto-falantes bidirecionais | 3-3,5 KHz (passa-alta ou passa-alta/baixa) – A maioria dos crossovers de 2 vias ou 1 via (tweeter) usa uma frequência próxima a essa |
| Médios/woofer | 1K-3,5KHz (passagem baixa) – Woofers e muitos alto-falantes de médio porte não têm um desempenho bem acima dessa faixa geral. |
| Sistema de 3 vias | 500Hz e 3,5KHz (pontos de crossover Woofer/tweeter) – Semelhante aos sistemas de 2 vias, a frequência superior. seria o mesmo. |
Por que um crossover é importante para bons graves do subwoofer
Um crossover de subwoofer passivo não pode igualar o desempenho de um eletrônico se você deseja ótimos graves. Você já se perguntou como algumas pessoas têm graves puros e contundentes em seus carros ou por que seu subwoofer de home theater soa tão bem? É por causa dos crossovers eletrônicos de hoje. Ao contrário dos alto-falantes de alcance total,
um subwoofer é especialmente suscetível a um som ruim se as frequências de médio porte puderem ser reproduzidas através dele. O som de graves puros que você ouviu requer um bom crossover. Um verdadeiro subwoofer tem uma resposta de frequência bastante limitada (normalmente cerca de 20 a 100Hz), por isso é importante tirar o máximo proveito deles.
Embora seja possível obter um som baixo bastante decente usando uma placa de passagem baixa de indutor grande, volumosa e às vezes difícil de encontrar, eles geralmente não soam tão bem quanto um crossover eletrônico com um corte melhor que pode bloquear os vocais e agudos.
Além disso, alguns incluem um recurso de reforço de graves para adicionar um pouco de força extra quando você quiser mais batida -
isso simplesmente não é possível com um passivo. Eles também não podem lidar com altos níveis de potência sem uma bobina indutora enorme e cara.
Como usar um crossover para preenchimento traseiro
Um problema com um sistema de som estéreo usando alto-falantes traseiros é que os canais traseiros podem “puxar” a imagem estéreo para trás e turvar o som. Isso ocorre porque os sons mais agudos são usados como pistas para o nosso cérebro saber de onde eles estão vindo. Essa é uma razão pela qual você tende a girar o controle do fader mais para a frente do que para trás.
Quando nossos ouvidos o ouvem vindo da frente
e na parte de trás, muitas vezes não soa muito bem. Em sistemas de som surround que reproduzem som surround, isso não é um problema, pois já está mixado especificamente para soar bem. No entanto, usar o conjunto de alto-falantes satélite com som estéreo mostrará rapidamente o problema.
Para obter um melhor preenchimento traseiro em seu próprio carro ou sistema doméstico, um truque simples é usar um filtro passa-baixo definido para bloquear médios e agudos. Tente algo como uma passagem baixa de 1KHz ou 500Hz e veja o que você acha!
Leitura recomendada
Eu recomendo o famoso livro de receitas de design de alto-falante. É um
excelente fonte de informações, incluindo fórmulas que você pode usar para construir seus próprios projetos de áudio de carro ou casa de nível profissional. Falo por experiência!
Para alguns grandes projetos e circuitos de bricolage, confira a página Elliot Sound Products.
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