Cómo diseñar y construir un altavoz cruzado:¡guía de bricolaje con diagramas!

Bienvenido! En esta gran guía práctica, le mostraré cómo puede diseñar y construir su propio altavoz cruce para el audio del hogar o del automóvil.

He creado muchos propios, desde diseños básicos hasta diseños más avanzados, así que me encantaría compartir lo que he aprendido en el camino. ¡Voy a cubrir un poco, así que profundicemos!

Lo que cubre esta guía práctica

Hay tantos tipos y variaciones diferentes de tipos de diseño de crossover pasivo que no me resulta práctico cubrirlos todos. Para mantener las cosas manejables y ayudar a la mayor cantidad de personas (¡como usted!), Cubriré lo que necesita saber para crear una de varias opciones que funcionarán para más del 95 % de las necesidades del sistema de altavoces.

Cómo te ayudará este artículo

Mi artículo proporcionará los conocimientos, diagramas, información y pasos para construir un hágalo usted mismo (DIY) altavoz cruce para obtener el sonido que desea basado en mi propia experiencia en el mundo real al hacerlo. ¡Es completamente posible construir algo que disfrutarás usando y de lo que estarás orgulloso sin grandes dolores de cabeza o quebrando!

En esta guía práctica, cubriré:

• 1 vía (paso alto del tweeter o paso bajo del woofer), cruces de 2 y 3 vías.
• Buenos tipos de diseño cruzado de primer y segundo orden para usar.
• Cómo determinar los números de frecuencia de corte (frecuencia de cruce) que necesitará.
• Diagramas esquemáticos para ayudarlo a construir el suyo que puede descargar o imprimir si lo desea.
• Lo que necesita saber sobre la impedancia del altavoz (ohmios del altavoz) y por qué es importante.
• Elegir las piezas correctas para comprar y un enfoque práctico de los valores de las piezas.
• Qué hacer si no puede encontrar los valores de pieza correctos.
• Cableando su red cruzada y ensamblando todo (sin tener que construir una placa de circuito personalizada).
• Cosas adicionales que hacer para ese toque adicional y un rendimiento aún mejor.

(Siéntase libre de omitir algunas secciones si no es nuevo en algunas de las ideas aquí).

Nota: Como este no pretende ser un artículo más avanzado, no cubriré algunos aspectos técnicos como la impedancia de la bobina móvil, la respuesta de fase, la respuesta fuera del eje de la onda de sonido, el cambio de fase o las opciones de diseño de cuarto orden.

¿Cómo funciona un crossover pasivo? (Una breve guía para principiantes)

Un filtro de cruce pasivo es diferente de un filtro de cruce activo (utilizado en diseños de audio electrónico, amplificadores y preamplificadores, etc.) en que utiliza componentes pasivos sin alimentación para filtrar una frecuencia rango antes de que pueda llegar a un altavoz o altavoces. En términos prácticos, "bloquean" efectivamente las frecuencias de sonido no deseadas para que no lleguen a un controlador de altavoz al reducir o atenuar en gran medida la señal de entrada de un estéreo o amplificador.

Esto es posible debido a una propiedad de los capacitores e inductores llamada reactancia. La reactancia es una oposición al flujo de corriente eléctrica y cambia con la frecuencia de la señal de audio. Esto crea una impedancia a la señal que controla cuánto nivel de señal (voltaje de nivel de altavoz) está presente en los terminales de altavoz.

El papel de los capacitores e inductores en cruce red diseño

• A condensador aumenta su oposición al flujo de corriente a frecuencias por debajo de cruce punto . Esto significa que actúa como un filtro de paso alto cuando se conecta en serie con una carga de altavoz (carga de ohmios).
• Un inductores aumenta su oposición al flujo de electricidad más a frecuencias más altas por encima del cruce punto . Esto significa que actúa como un filtro de paso bajo cuando se conecta en serie con un altavoz.

Los usos reales de estos son extremadamente importante en los sistemas de altavoces de audio para el hogar o para el automóvil:

• ¡Podemos usar el capacitor de valor correcto (clasificado en unidades llamadas Farads) para evitar que el sonido de baja frecuencia llegue a un tweeter, lo que podría causar distorsión o incluso daño!
• Podemos usar un inductor del valor correcto (clasificado en unidades llamadas Henries) para evitar que las señales musicales de alta frecuencia lleguen a un woofer que sonaría muy pobre o áspero.

Los capacitores y los inductores se pueden usar solos (cruce de etapa única, también llamado primer orden) o combinados para hacer un filtro aún más efectivo con diferentes características. Los cruces de primer orden tienen una pendiente de cruce, o filtrado de inclinación/efectividad, que se reduce a una velocidad de 6 dB por octava.

Los cruces de segundo orden, que tienen dos secciones de capacitor o inductor, reducen su salida a 12dB por octava. segundo orden Los diseños son uno de los más utilizados para cruces pasivos ya que son un buen compromiso entre complejidad, costo, inclinación de la pendiente y calidad de sonido.

Usamos decibelios (dB) en el mundo de la ingeniería, usamos decibelios para medir los niveles de salida de los altavoces o los valores de la señal de cruce de audio porque ambos no son lineales. Esto significa que para el audio aumentan o disminuyen en función de potencias de 10 (es decir, son logarítmicos).

Un signo negativo delante indica una reducción, mientras que un signo positivo o ninguno delante indica una ganancia.

Ej.: Un crossover con una pendiente de -6dB/octava tendrá una salida que se reduce en 6dB por cada octava (reducir a la mitad o duplicar la frecuencia:400 Hz, 800 Hz, 1600 Hz, etc.) más allá de la frecuencia de corte.

¿Qué es un punto de cruce de altavoces?

Un punto de cruce de altavoz generalmente se llama cruce frecuencia y a veces se escribe como “Fc ” para representar la “frecuencia de corte”. A altavoz cruce punto es el límite frecuencia más allá del cual las frecuencias de audio se reducen considerablemente para llegar a los altavoces, bloqueándolos efectivamente.

En términos técnicos, se basa en el punto en el que la salida de un cruce tiene una pérdida de 3dB. En términos de potencia eléctrica, el punto -3dB es el frecuencia en el que el poder para el altavoz se reduce a la mitad.

A medida que superamos la frecuencia de cruce (el punto de -3dB), la salida disminuirá más y hasta que sea esencialmente cero. Por ejemplo, para un cruce de tweeter de -6dB/octava con un corte a 1kHz:

• El tweeter tendrá una salida de -3dB a 1kHz.
• A una octava de distancia (500 Hz), la salida será -6dB.
• A frecuencias aún más lejanas, la salida será de casi 0 decibelios.

Elección del tipo de diseño cruzado y detalles relacionados

Elegir un tipo de cruce y pendiente

Estas son algunas recomendaciones sobre la mejor pendiente de cruce y tipos de orden de cruce para usar en función de su sistema de altavoces. Tenga en cuenta que estos son generalmente los más populares y funcionan para la mayoría de los casos.

• Para un cruce de tweeter simple (paso alto, para agudos o “agudos”) o un woofer o cruce de altavoz de rango medio (para pasar una señal de baja frecuencia) un tipo de 1er orden, 6dB/octava suele estar bien. Los diseños de 12dB/octava de segundo orden también son opcionales si desea filtrar las frecuencias no deseadas de forma aún más nítida.
• Para bidireccional altavoz sistemas a segundo orden Linkwitz-Riley suele ser el mejor compromiso entre calidad de sonido y rendimiento. Aunque el primer pedido es simple y más fácil de construir, no es ideal a menos que tenga una razón específica para hacerlo. Otro beneficio es que proporcionan una salida de altavoz en fase cuando se usan correctamente (cubriré esto más adelante).
• Para diseños de 3 vías, un tipo de segundo orden está bien y también evita problemas con problemas de fase y otras complejidades que pueden surgir.

Linkwitz-Riley vs Butterworth y otros tipos de cruces de segundo orden

Los diseños de Linkwitz-Riley son, sin lugar a dudas, uno de los más utilizados por varias razones, la principal es su respuesta plana donde las salidas del punto de cruce del woofer y el tweeter se superponen. Otros diseños como Butterworth, Chebychev y Bessel no ofrecen la misma respuesta de frecuencia, aunque ofrecen varias cantidades de ganancia que pueden ser útiles para objetivos de diseño específicos.

El Linkwitz-Riley (de izquierda a derecha) cruce es una excelente opción para crear un estándar altavoz diseño con su pendiente de -12dB por octava y buena salida (plana).

El cruce L-R de segundo orden es una configuración de paso total que suma una magnitud plana...

La respuesta de magnitud plana, la baja sensibilidad al desplazamiento y las resonancias del controlador en banda han hecho que el L-R sea una opción popular entre los fabricantes. Vance Dickason, The Speaker Design Cookbook (7.ª ed.)

Aunque es un tema aparte, el crossover L-R no es sensible a la resonancia del controlador del altavoz, lo cual es otro beneficio. Si está interesado en obtener más información, lo animo a que consiga una copia de The Loudspeaker Design Cookbook de Vance Dickason. .

Cómo encontrar los valores de frecuencia de cruce

La buena noticia es que hay algunas formas de saber qué frecuencia de cruce debe elegir para diseñar y construir la suya propia:

1. Recomendaciones del fabricante.
2. La respuesta de frecuencia del altavoz si se proporciona esa especificación. (¡No siempre está disponible, desafortunadamente!)
3. Reglas generales basadas en el tipo y tamaño de los altavoces que tiene (tweeters vs woofers, altavoces de cono pequeño vs cono grande, etc.).

Probablemente terminará usando 2 o más de las cosas anteriores para obtener los mejores resultados.

Nota: También cubriré los altavoces de 3 vías por separado, ya que son un caso un poco especial. Vea a continuación para eso.

1. Recomendaciones del fabricante

Si tiene suerte, es posible que su empresa de altavoces le haya proporcionado un buen rango de frecuencia para su uso. Para el ejemplo que se muestra arriba, elegiría una frecuencia de cruce de al menos 3,5 kHz, que resulta ser muy común.

2. Gráfico o especificaciones de respuesta de frecuencia del controlador

Si tiene la suerte de tener un gráfico de respuesta de frecuencia con los altavoces que le gustaría usar, puede ver las áreas donde tienen una salida deficiente y usar esto como guía . Estas son las áreas que querrás evitar.

Para hacerlo, elija una frecuencia de cruce fuera de este rango. Cuando se utilizan configuraciones de 2 o 3 vías, este debería ser idealmente el punto en el que el otro controlador o controladores también pueden producir sonido. La idea es encontrar un "punto medio" en el que ambos puedan producir sonido hasta ese punto sin una brecha o un rango de salida significativamente más débil.

A partir del ejemplo anterior, podemos ver que el tweeter que se muestra tiene una buena salida hasta por debajo de los 2 kilohercios (2kHz). Sabiendo que querremos elegir una frecuencia de cruce de al menos 2 kHz o más.

3. Tamaño y tipo de altavoz

Para elegir el corte necesario en función del tamaño del controlador de altavoz y escriba, las siguientes reglas generales son útiles:

• Los tweeters utilizan un controlador pequeño que en muchos casos no puede manejar graves o medios. La mayoría puede producir sonido de aproximadamente 3 kHz y más, por lo que una frecuencia de corte de paso alto de 3 kHz o 3,5 kHz suele ser una excelente opción.
• Un parlante de rango medio usado en un diseño de 2 vías generalmente también es bueno para aproximadamente 3kHz-3.5kHz. [Para un controlador de rango medio en un diseño de 3 vías, vea mis notas más abajo.]
• Los woofers que producen algunas frecuencias de rango medio o bajo a menudo necesitan un paso bajo de alrededor de 120 a 250 Hz más o menos.
• Los subwoofers funcionan mal con cualquier cosa que no sea un rango de baja frecuencia muy limitado, por lo que 80-100 Hz suelen ser los mejores. 120 Hz también es aplicable en algunos casos.

notas de frecuencia de cruce de 3 vías

Aunque no lo parezca, los cruces de 3 vías no son solo una simple extensión de un diseño de 2 vías. La idea en este caso es utilizar un diseño de cruce de paso completo (APC) con un amplio rango de frecuencias entre la frecuencia de paso alto y la frecuencia de paso bajo.

Eso se debe a las interacciones no deseadas que pueden ocurrir si están demasiado juntas. Puede usar mi tabla a continuación o esta regla general basada en la relación del corte de paso alto (Fh ) y corte de paso bajo (Fl ):

Buen 3 vías cruce relación: Fh/Fl =8 o superior.

Algunas excelentes frecuencias de cruce de 3 vías para usar son:

• 3kHz/375Hz
• 5kHz/625Hz
• 6kHz/750Hz

Para usar la relación 1:8 anterior, seleccione la frecuencia superior y divida por 8 para obtener la segunda. Del mismo modo, puede elegir una frecuencia más baja y multiplicarla por 8 para obtener una buena frecuencia de corte superior.

Tenga en cuenta que los diseños de 3 vías tienen una salida de rango medio con un nivel de dB más alto o más bajo. En este caso, el diseño de 3 vías tiene una ganancia de 2,45 dB en comparación con las salidas de tweeter y woofer, que es bastante pequeña.

En términos generales, cuanto más separados estén los dos puntos de cruce, mejor será la respuesta combinada de los controladores (tres octavas es un buen punto de partida).

Los puntos de cruce más cercanos que el ideal de tres octavas sufrirán complicados patrones de interferencia indeseables. Vance Dickason

Diseñar el circuito cruzado y encontrar los valores de las partes

Una vez que tenga lo siguiente:

• El tipo de cruce que necesita.
• Las frecuencias de cruce.
• Sus altavoces y su impedancia (índice de ohmios del altavoz).

…¡puedes ponerte manos a la obra! La buena noticia es que no será muy difícil:no tiene que hacer los cálculos usted mismo a menos que lo prefiera. Puedes usar mi altavoz cruce calculadora para proporcionarle los valores de las piezas que necesita.

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Usando una calculadora cruzada

Se explica por sí mismo, pero no se preocupe, ya que proporcioné instrucciones en la página de la calculadora. Introduzca sus valores y selecciones para:

• El tipo de cruce (se mostrará un diagrama para aclararlo).
• Las impedancias de los altavoces utilizadas.
• La frecuencia/frecuencias de cruce según sea necesario.

Escriba o guarde los valores, ya sea en los esquemas a continuación o en algún otro lugar donde pueda encontrarlos.

DIAGRAMAS:esquemas de redes cruzadas para imprimir y usar

Haga clic aquí para ver o imprimir los esquemas de cruce proporcionados para construir su cruce de bricolaje. Se proporciona espacio en la impresión para anotar los valores calculados de las piezas si lo desea.

Reuniendo sus partes

Comprar componentes cruzados

Necesitará los siguientes tipos de componentes cruzados como mínimo:

• Condensadores electrolíticos no polarizados (bipolares) con una tensión nominal suficiente. Por lo general, es de aproximadamente 48 V o más.
• Inductores de núcleo de aire, aunque los tipos de bobina de ferrita (núcleo de ferrita) también están bien, pero no son obligatorios.

Los capacitores se clasifican en unidades llamadas Farad y generalmente se venden en "microFarad", también a veces escrito con el símbolo griego Mu (µF, 1/1,000,000 de Farad) o con un pequeño " u” (uF). Los inductores se miden en Henries y normalmente se venden en miliHenries (1/1000 de Henry) escrito como "mH".

Condensadores bipolares versus polarizados

Los capacitores polarizados son el tipo más común pero no funcionarán para uso de audio; DEBE usar tipos no polarizados. Esto se debe a que 1) no pueden manejar un voltaje de corriente alterna (CA) que se invierte y 2) pueden distorsionar el sonido e incluso fallar. Los condensadores no polarizados permiten que una señal musical eléctrica pase bien.

Los capacitores bipolares ("BP", no polarizados) generalmente están marcados como tales, mientras que los tipos polarizados tienen un lado con una raya que marca la conexión negativa.

Valores nominales de voltaje del capacitor

Los capacitores no pueden manejar un voltaje aplicado que está por encima de la clasificación máxima. 48 V o más es una buena regla general, aunque puede calcular el valor mínimo usted mismo usando la ley de Ohm si conoce la clasificación de potencia RMS del amplificador de la siguiente manera:

V (voltios) =raíz cuadrada(Potencia x ohmios del altavoz)

Por ejemplo, un amplificador con 50 W por canal a un altavoz de 8 ohm tendrá un voltaje de salida de aproximadamente raíz cuadrada (50 x 8) = 20V. Una clasificación de voltaje más alta estaría bien, pero no queremos ir por debajo de 20V. Usaríamos la siguiente parte con mayor calificación que encontremos o una superior.

Tolerancias de valores parciales (por qué no buscar valores "perfectos")

Los condensadores electrolíticos y los inductores de núcleo de aire tienen una tolerancia de más o menos el 20 % de su valor etiquetado (+/-20 %). More expensive parts may have 10% or lower tolerance which is nice but not really necessary.

I say this to help get the point across that:

• No capacitor or inductor will have a perfect value – they vary slightly from their rated value.
• You don’t need an exact value, but rather the goal is to get it pretty close to the value you need.
• Inductors, capacitors, and resistors are sold in standardized values and you’ll almost never find the EXACT value. In many cases it’s not stocked by a supplier and not worth the time trying to search and search for it.

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.

TIP:How to get the part values you need if you can’t find them

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.

• Inductance adds when they’re connected in series and divides when wire in parallel.
• Capacitance adds (sums) when they’re wired in parallel. The total capacitance divides when connected in series.

This means you can use spare parts or buy other parts of different values that are available to accomplish the same thing!

Miscellaneous parts you’ll need

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:

• Project enclosure (if not being mounted directly inside a speaker cabinet), ideally made of ABS plastic.
• [Optional] Breadboard or other flat material for a mounting surface.
• Speaker wire or miscellaneous wire for connecting the components to each other and wire terminals.
• Sandpaper or metal file to remove insulating enamel from inductor wire ends.
• Wire terminals:I use a dual row inline wire terminal strip as they’re relatively easy to get, not expensive, and can be mounted with screws.
• Adhesive to mount your parts:General adhesive, silicone-based adhesive, or a hot glue stick and a hot glue gun (although not recommended for hot areas).
• [Optional] Labels:Clear Scotch tape or shipping tape and white paper + permanent marker or black &white printer.
• Typical hand tools:cutting pliers or needle nose pliers, Philips screwdriver, and others as needed.

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.

DIAGRAM – How to build your speaker crossover

Prepare the crossover circuit &components for assembly

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:

• Place the capacitors and inductors in the project box in order to figure out the best placement before you start building. Sometimes space is tight and you don’t want problems when you’re already in the middle of building the crossover network circuitry.
• If you’re using a mounting board or perfboard, etc., measure between the cover screw columns. This is important because many plastic project enclosures have screw bases that take up space on the inside. Cut your board as needed to fit this area.
• Although it can be possible to find a single-row wire terminal strip they’re hard to get. I recommend using a dual row strip as they’re affordable and much easier to find.
• With the top on the box, place the terminal strip slightly below the top to leave enough room for wiring to exit below the cover when it’s on. Using a permanent marker or knife, mark the area above it and cut that section of plastic out.

Mounting &connecting your components

• I recommend using a non-permanent adhesive like hot glue and a hot glue gun, silicone sealant, contact adhesive, Gorilla Glue, etc. to mount the parts. This way you can remove them later if you need to modify the design or reuse parts.
• For warmer temperatures hot glue really isn’t so great. Hot glue can become detached from the mounting surface in warm temperatures and doesn’t stick well to smooth surfaces like ABS plastic, either. For that reason I don’t recommend it in most cases.
• Inductors use magnet type wire which has an enamel insulator you’ll need to remove with coarse sandpaper, a file, or Dremel tool. In order to solder the wire ends, you’ll need to expose the wire surface and provide a good clean contact area.
• You can use spare speaker wire or miscellaneous stranded hookup wire to connect the components together.

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.

Proper placement of inductors

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.

Putting it in a project enclosure

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.

Speaker terminals and tweeter polarity

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:

• 2-way speaker systems: reverse the tweeter output crossover connections at the wire terminals and connect the tweeter like you normally would. This puts the tweeter back in phase with the woofer / bass driver.
• 3-way speaker systems: reverse the midrange polarity to the wire terminals for the crossover.

[Optional] Adding speaker wiring labels

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:

• Using copier or printer paper, write your connection label notes using a Sharpie permanent marker. Optionally you can print using a black and white printer (although it’s harder to get text lined up perfectly).
• Cut out the labels using scissors.
• Using clear tape such as large shipping tape, place the tape over the label and trim with scissors if needed.
• Apply the label to the project box.

Example of a finished DIY speaker crossover

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!

More helpful crossover resources you’ll enjoy

• Check out my L-pad, speaker Ohms, and other audio calculators here.
• Learn more details about what capacitors and inductors do in a crossover.
• Here’s a lot more helpful info about what a crossover frequency is.
• What more knowledge? Here I cover how to determine the speaker crossover frequency.
• The crossover frequency Fc, slopes, and why they matter.
• Find out a good crossover frequency for car or home audio.