Crossovers são importantes para um sistema de áudio com ótimo som, seja em casa, carro ou até barco. Mas o que exatamente é uma frequência de crossover?
Neste post detalhado, explicarei o que são, como funcionam, e muito mais de forma que qualquer um entenda. Vamos começar!
Resumo de frequência de crossover e fundamentos de crossover
São parte crítica de boa fidelidade sonora. De facto, quase nunca encontrará sistema de alto-falantes bom que não use 1 ou mais tipos de crossovers.
Existem 2 tipos de crossovers que usará com seu sistema de áudio doméstico ou de carro:
Como tweeters não produzem som de baixa frequência, distorcem e podem ser danificados por graves pesados. Para evitar, bloqueamos sons indesejados. (Mostra frequência típica usada a 3.500 Hz [3.5 KiloHertz]).
A frequência de crossover é o ponto de frequência de som a partir do qual sons depois dessa serão grandemente reduzidos, bloqueando-os efetivamente. Usamo-lo como ponto de referência onde a saída para um alto-falante (ou entrada para amplificador, ao usar crossovers ativos) é reduzida em 3 decibéis (-3dB).
Às vezes chamada frequência de canto ou frequência de corte, é usada como ponto de partida em cálculos matemáticos para design de áudio.
A frequência de um sinal musical é descrita pelo número de vezes por segundo que uma onda alternada é completada.
Quando falamos de "frequência", referimo-nos a uma gama de som que o ouvido humano pode ouvir. Por convenção, gama de 20 a 20.000 Hertz (20 a 20 KiloHertz, ou 20 mil Hertz) representa isto.
Na realidade, o ouvido humano só ouve até cerca de 30 Hz e perto de 16 KiloHertz, embora dependa da capacidade auditiva da pessoa.
Hertz representa unidades de frequência em ciclos por segundo. Isto porque ondas sonoras (e sinais de áudio eletrónicos também) são feitas de ondas alternadas que acontecem muitas vezes por segundo.
"Hz", "KiloHertz", "kHz" são formas abreviadas de escrever (Kilo = mil).
Aqui estão algumas das gamas de som mais comuns que crossovers ajudam:
Exemplo típico de crossover eletrónico ativo separado. Um conjunto de jacks de saída fornece saída de filtro passa-alta para amp para alimentar tweeters ou par principal. O 2º par é frequentemente saída de frequência de crossover de subwoofer.
A secção de crossover interna de amplificador de carro é feita de componentes eletrónicos básicos: resistores variáveis, chips amplificadores operacionais, capacitores, e resistores de valor fixo. São essencialmente crossovers eletrónicos integrados no amp, poupando necessidade de usar um separado.
Crossovers eletrónicos são também chamados "ativos" pois, ao contrário de crossovers de alto-falante, precisam de fonte de energia para funcionar. Enquanto crossovers passivos ligam diretamente aos terminais de saída de maior potência de um amp, crossovers eletrónicos funcionam apenas com sinais de baixa tensão.
Ligam-se aos jacks RCA de nível de linha ou stereo de carro, amp de carro, ou receiver AV doméstico por exemplo.
Esquerda: Um típico amplificador operacional (Op amp) circuito integrado (IC), Texas Instruments TL072. Direita: Exemplo de circuito crossover passa-baixa usando op-amp para filtrar sons de alta frequência.
Crossovers eletrónicos podem soar muito complicados (e são, pelo menos de algumas formas) mas baseiam-se em princípios bastante básicos.
Funcionam usando variedade de circuitos de filtro eletrónico baseados num componente eletrónico muito comum: o amplificador operacional ("op amp"). Op-amps são minúsculos amplificadores multi-propósito úteis para amplificar ou alterar sinal de entrada de muitas formas.
Eles, junto com resistores e capacitores, podem controlar o sinal musical.
Esquemático de crossover eletrónico típico. Neste caso, canal estéreo esquerdo do crossover integrado de amplificador Alpine é mostrado.
Podem ser projetados para mudar modos com interruptor. Frequentemente usam resistores ajustáveis para permitir mudar frequência de corte.
Uma vez aplicado sinal de entrada, obterá as seguintes saídas dependendo do tipo:
Topo: Crossovers componentes 2-vias para alto-falantes componentes de carro. Baixo: Crossover de alto-falante estéreo doméstico como encontraria num conjunto de estantes. Ambos usam capacitores e indutores para filtrar e controlar som enviado a tweeter, médios ou woofer.
Crossovers de alto-falante são às vezes chamados "passivos" pois não precisam de ligação de fonte de alimentação externa. Funcionam usando componentes passivos: capacitores e indutores.
Um crossover de alto-falante é circuito elétrico que usa indutores e capacitores para filtrar 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 de crossovers eletrónicos, normalmente ligam-se às saídas de um amplificador e depois com cabo de alto-falante ao seu conjunto de drivers, um para cada canal.
Crossover 2ª ordem 2-vias mostrado aqui. Indutores usam símbolo "L" e capacitores "C". Tipo "2ª ordem" tem segundo estágio de peças para filtrar sons mais eficaz que design 1ª ordem.
Capacitores e indutores têm propriedades interessantes dependendo da frequência do sinal aplicado:
Quando capacitor ou indutor tem sinal aplicado passado a frequência de crossover, a resistência aumenta, reduzindo tensão de saída do alto-falante pois perde-se através do capacitor ou indutor.
Isto significa que o alto-falante receberá cada vez menos do sinal que queremos bloquear quanto mais a frequência sonora estiver passada o ponto de crossover. Valores das peças são escolhidos segundo impedância do alto-falante (Ohms) para os quais serão usados, pois isto afeta como se comportam.
Nota: Crossovers de alto-falante só podem ser usados com impedância para a qual foram projetados, ou não soarão igual.
Por exemplo, usar crossover doméstico 8 Ohm com alto-falante carro 4 Ohm não funcionará corretamente. Isso porque valores das peças foram escolhidos para uma impedância apenas. Ao mudar isso, muda drasticamente a frequência de crossover!
Crossovers de alto-falante são projetados de muitas formas mas todos têm mesma estrutura básica – só detalhes mudam.
São também frequentemente rotulados como "1ª ordem", -6dB/oitava, "2ª ordem", -12dB/oitava, etc. Designs 2ª ordem, 3ª ordem, etc usam mesmos princípios mas com mais estágios, ou "ordens", adicionados para serem ainda mais eficazes a bloquear som.
Crossovers (e muita outra eletrónica e equipamento de áudio) são medidos em Decibéis. Decibéis ("dB") são forma matemática conveniente de lidar com números que ocorrem como potências de 10, ao contrário de números lineares, que ocorrem em linha reta. Mostra exemplo de calcular redução, em dB, de saída de crossover.
No mundo real, muitas medições lidam com coisas que não aumentam ou diminuem em linha reta ("linear") mas em curva ("não-linear", ou logaritmos).
Não o aborreço com matemática pesada aqui, mas usamos Decibéis no mundo do áudio como forma matemática de medir sinais elétricos musicais. Isso porque muito acontece não em linha reta mas em curvas.
Muito do mundo do áudio trabalha com potências de 10 (logaritmos, que pode lembrar da aula de álgebra). Daí a necessidade de forma de lidar com esses – é onde representação dB é útil.
E não são só crossovers que trabalham com decibéis, mas até os seus ouvidos são logarítmicos. Isto significa que a forma como nossos ouvidos percebem volume funciona em escala logarítmica.
Diagrama mostrando inclinação, ou inclinação do corte, para tipos mais comuns. Crossovers têm "ordens" – 2ª, 3ª, ou mais estágios que aumentam capacidade de filtrar frequências sonoras indesejadas.
A inclinação é a inclinação da capacidade de filtragem de um crossover. Em outras palavras, é quão eficaz é passado o ponto de frequência de crossover.
Inclinações, tal como frequência de crossover, são categorizadas em decibéis (dB) por oitava. O símbolo negativo mostra que representam atenuação, ou redução, do sinal.
No mundo do áudio, comumente medimos gama de frequências sonoras entre dois pontos usando uma oitava. Uma oitava é duplicação ou redução à metade de número de frequência. (100Hz, 200Hz, 400Hz, etc.)
Quando nos referimos a crossover com corte de -6dB por oitava, significa que continuará a reduzir saída em 6dB adicionais para cada duplicação da frequência anterior.
Exemplo: -6dB @ 1KHz, -12dB @ 2KHz, -18dB @ 4KHz, -24dB @ 8KHz, -32dB @ 16KHz, até 20KHz.
Crossovers são geralmente projetados para serem bom compromisso entre complexidade, preço e qualidade sonora. Embora possa pensar "ordem mais alta, melhor" sempre seria certo, as coisas complicam-se quando passa de designs 2ª ou 3ª ordem.
De modo geral, inclinação de crossover de -12dB é frequentemente a melhor escolha e funciona bem para a maioria dos sistemas de alto-falantes. Um subwoofer geralmente soa muito bem com inclinação de 12dB ou 18dB.
Uma razão é que tem design relativamente acessível e simples mas ainda dá boa capacidade de corte. Funciona bem tanto para alto-falantes únicos ou 2-vias.
Em geral, as inclinações mais usadas são:
Crossovers eletrónicos e de alto-falante 2-vias são tipicamente -12dB.
Alto-falantes 2-vias comuns em sistemas de carro ou casa. São muito semelhantes exceto que alto-falantes domésticos geralmente estão em caixa enquanto de carro podem ser instalados separadamente.
Cada alto-falante recebe apenas a gama de som que produz bem:
A frequência de crossover usada varia por necessidades de design, então não há uma que funcione em todos os casos. Além disso, devem ser usados com impedância correta (Ohms) para os alto-falantes para os quais foram projetados.
Altifalantes coaxiais são 2-vias também. Na verdade, no exemplo mostrado, vê crossovers na traseira do alto-falante. Tal como crossovers separados, frequências baixas vão para woofer grande e agudos para tweeter.
Resultado é gama completa de som sem distorção ou mau desempenho que obteria tentando tocar mesma gama em apenas 1 alto-falante. Em outras palavras, alto-falante 2-vias oferece som limpo e detalhado que não obteria de outra forma.
Em muitos casos, não necessariamente precisa componentes ou alto-falantes caros para obter ótimo som. Até alto-falantes 2-vias económicos podem soar muito bem!
A verdade é que não há conjunto perfeito de frequências de crossover que funcione para todo alto-falante. Depende de muitas coisas. No entanto, aqui estão algumas das frequências mais comuns que funcionam bem em muitos casos.
Baseado no que a maioria de sistemas de áudio doméstico ou carro precisam junto com minha experiência de design e instalação de alto-falantes.
| Tipo de Alto-falante/Sistema | Freq. Crossover & Tipo |
|---|---|
| Subwoofers | 70-80 Hz (passa-baixa) – Melhor para som grave puro, claro que "bate". |
| Altifalantes principais carro (gama completa) | 56-60Hz (passa-alta) – Bloqueia graves de baixa extremidade que causam distorção ou "bottom out". |
| Tweeters ou alto-falantes 2-vias | 3-3.5KHz (passa-alta, ou passa-alta/baixa) – A maioria crossovers 2-vias ou 1-via (tweeter) usam frequência perto desta |
| Médios/woofer | 1K-3.5KHz (passa-baixa) – Woofers e muitos médios não funcionam bem acima desta gama geral. |
| Sistema 3-vias | 500Hz & 3.5KHz (pontos crossover woofer/tweeter) – Semelhante a sistemas 2-vias a freq. superior seria mesma. |
Crossover passivo de subwoofer não iguala desempenho de eletrónico se quer graves ótimos.
Já se perguntou como alguns têm graves puros e fortes no carro, ou por que seu subwoofer home theater soa tão bem? É por causa dos crossovers eletrónicos atuais. Ao contrário de alto-falantes gama completa, subwoofer é especialmente suscetível a mau som se frequências médias forem permitidas tocar através dele. O som grave puro que ouviu requer bom crossover.
Um verdadeiro subwoofer tem resposta de frequência bastante limitada (cerca de 20 a 100Hz tipicamente) então é importante tirar máximo deles.
Embora seja possível obter som grave razoavelmente bom usando indutor passa-baixa grande, volumoso e às vezes difícil de encontrar, muitas vezes não soam tão bem como crossover eletrónico com melhor corte que bloqueia vocais e agudos.
Também, alguns incluem função bass boost para adicionar punch extra quando quer mais thump – isso simplesmente não é possível com passivo. Também não aguentam níveis de alta potência sem bobina indutora enorme e cara.
Um problema com sistema estéreo usando alto-falantes traseiros é que canais traseiros podem "puxar" imagem estéreo para trás e confundir som. Isso porque sons de tom mais alto são usados como pistas para nosso cérebro saber de onde vêm. É uma razão pela qual tende a virar controle fader mais para frente que trás.
Quando ouvidos ouvem vindo tanto da frente como trás, muitas vezes não soa bem. Em sistemas surround a tocar surround, isto não é problema pois já está misturado especificamente para soar bem. No entanto, usar conjunto satélite com som estéreo mostrará rapidamente o problema.
Para obter melhor rear fill no seu carro ou sistema doméstico, truque simples é usar filtro passa-baixa para bloquear médios e agudos. Tente algo como 1KHz ou 500Hz passa-baixa e veja o que acha!
Recomendo vivamente o famoso Loudspeaker Design Cookbook. É fonte excelente de informação incluindo fórmulas para construir seus próprios projetos profissionais de áudio carro ou casa. Falo por experiência!
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