¿Qué es un filtro de paso alto de audio? ¿Cómo se usan?

Cuando se trata de obtener un buen sonido, los filtros cruzados son increíblemente útil. Pero, ¿qué es un cruce de audio con filtro de paso alto y por qué es tan importante?

¡Lo explicaré todo aquí!

¿Qué es un filtro de paso alto de audio?

La respuesta básica es que un filtro de paso alto (HPF) de audio es un tipo de cruce de audio que atenúa y bloquea eficazmente todas las señales de baja frecuencia por debajo de un punto establecido. Es decir, eliminan el audio de baja frecuencia mientras pasan señales de alta frecuencia a amplificadores, parlantes, rutas de señal u otros componentes de audio.

Son ampliamente utilizados en una variedad de diseños de audio para bloquear un rango de frecuencia de sonido no deseado por varias razones:

• Evitar la distorsión
• Para evitar que los controladores de los altavoces de agudos se dañen
• Para obtener más volumen y claridad de los altavoces pequeños bloqueando los graves del subwoofer
• Funciona como parte de un sistema de altavoces de 2 o 3 vías
• Evitar problemas de resonancia al limitar el rango de frecuencia más bajo, evitando así que se alcance la frecuencia de resonancia de un altavoz

También hay otras aplicaciones útiles de filtro de paso alto que debe conocer. Hay 3 tipos principales de tipos de diseño de filtro de paso alto, como verá.

Nota: El nombre "frecuencia de esquina" también se usa a veces para referirse al punto de corte.

Diferencias entre filtro de paso alto y filtro de paso bajo

Mientras que un filtro de paso alto permite el paso de frecuencias más altas, un filtro de paso bajo (LPF) funciona para bloquear los sonidos de alta frecuencia arriba la frecuencia de corte.

Estos se usan a menudo para woofers y subwoofers, pero también se pueden usar como parte de un diseño de altavoz de 2 vías. Se usaría un filtro HPF para la parte del tweeter del diseño.

¿Qué es un filtro de paso de banda?

Un filtro de paso de banda consta de un filtro de paso bajo y un filtro de paso alto en serie. Esto pasa un rango medio (banda de paso) de frecuencias de sonido.

A veces se utilizan como parte de los sistemas de altavoces de 3 vías para proporcionar una variedad de sonidos a los controladores de los altavoces de rango medio.

Los tres tipos de cruces de paso alto

Hay tres tipos de diseños de filtros de paso alto. Cada uno tiene sus usos particulares, pros y contras, y aplicaciones.

1. Crossovers de altavoces (filtros pasivos)

Un cruce de altavoces (también llamado filtro pasivo) utiliza componentes electrónicos pasivos en lugar de componentes electrónicos que requieren una fuente de alimentación. Los componentes pasivos son condensadores, inductores y resistencias.

Un cruce de altavoces de paso alto es muy común en los altavoces de agudos, donde bloquea las frecuencias medias y graves para que no lleguen a ellos. El tipo más simple es un condensador electrolítico único montado en el propio altavoz.

Ejemplo de un condensador utilizado como cruce de filtro de paso alto en línea

Otros usan un condensador y un inductor para un corte más pronunciado para bloquear de manera más efectiva los sonidos no deseados para que no lleguen a un altavoz. La mayoría están cableados y tienen configuraciones ajustables mínimas, si las hay, ya que el diseño está establecido por los valores de las piezas fijas.

2. Crossovers electrónicos (filtros activos)

Un filtro de paso alto electrónico, también llamado filtro activo , es un tipo de cruce que utiliza pequeños componentes electrónicos y requiere una fuente de alimentación. A diferencia de los filtros pasivos, suelen ser flexibles y pueden ofrecer configuraciones adicionales como:

• Frecuencia de corte de paso alto ajustable
• Pendiente de cruce seleccionable
• Control de ganancia (niveles de entrada y/o salida ajustables)
• Control de fase

La mayoría de los filtros de paso alto electrónicos están diseñados en torno a amplificadores operacionales (op amps), que son pequeños amplificadores de transistor integrados en un circuito integrado (IC). Son muy eficientes en términos de uso de energía, tamaño y funciones.

Encontrará diseños de filtros activos en estéreos domésticos, amplificadores para automóviles, unidades de preamplificación, tableros mezcladores estéreo y muchos otros productos electrónicos de audio.

3. Crossovers digitales (basados ​​en software)

Un filtro de paso alto digital funciona con señales de audio convertidas a valores digitales usando funciones matemáticas en el software antes de convertirlas nuevamente a una señal analógica.

Un crossover digital se puede encontrar en varias plataformas:

• Software de audio para computadora (mezcla, edición y más)
• Chips de procesamiento de señal digital (DSP) o productos de audio
• Aplicaciones de audio para teléfonos inteligentes

En todos los casos, se implementa un cruce de audio con filtro de paso alto utilizando funciones matemáticas (transformadas z) que se codifican en rutinas de software. Cuando se aplica una señal musical, el código procesa la representación digital (valor numérico binario), lo que da como resultado una señal de salida que se reduce considerablemente por debajo de la frecuencia de cruce.

Aquí se muestra un filtro de paso bajo digital integrado en un receptor estéreo doméstico Denon. Los crossovers digitales funcionan utilizando un código de programa de software para proporcionar matemáticamente una función de paso alto.

Los cruces digitales también se utilizan junto con un ecualizador gráfico o paramétrico en unidades principales de audio para automóviles, receptores estéreo domésticos y software de procesamiento y grabación de audio.

Aplicaciones útiles de filtros de paso alto

Uso de micrófonos y estudios de grabación

Los filtros de paso alto son útiles en el estudio de grabación de varias maneras:

• Eliminar oclusivas (pops) de la respiración del cantante o vocalista
• Evitar la grabación de manipulación o ruidos sordos debido al contacto y ajuste del equipo
• Aislamiento de fuentes de audio de diferentes instrumentos durante la grabación
• Dar forma a la tonalidad de rangos de sonido durante la mezcla
• Bloquear el ruido de fondo de las pistas de grabación

Beneficios del audio del coche con filtro de paso alto

En los sistemas de audio para automóviles, el filtrado de paso alto se encuentra generalmente en algunos elementos:amplificadores de automóviles integrados, cruces de parlantes pasivos, accesorios adicionales de instalación y estéreos de automóviles, ecualizadores (EQ) o procesadores de señal integrados.

Por lo general, son muy útiles para ofrecer un mejor sonido de varias maneras:

• Evitar la distorsión o el daño potencial en los tweeters debido a los graves
• Proporcionando un sonido más limpio con más potencia tanto con tweeters como con altavoces pequeños
• Como parte de un sistema de altavoces de 2 vías (ejemplo:altavoces de componentes)
• Para bloquear el sonido de graves de gama baja de los altavoces principales, dejando que lo manejen los subwoofers para una mejor claridad del sonido

En estos días, algunas unidades principales tienen filtros digitales de paso alto incorporados junto con pendientes seleccionables. Muchos amplificadores para automóviles tienen una función de cruce de paso alto o bajo seleccionable, y algunos tienen una frecuencia de corte ajustable. Otros tienen un punto de corte fijo que no se puede cambiar.

Los tweeters y otros altavoces pequeños simplemente no pueden manejar ondas de sonido más grandes creadas por bajas frecuencias. Incluso un sistema económico puede sonar genial cuando está alimentado por un amplificador de calidad decente con un cruce de paso alto que evita que se envíen a los altavoces.

Luego, puede emparejarlos con un subwoofer y un filtro de paso bajo para obtener un excelente sonido de rango completo que disfrutará.

Filtros de paso alto estéreo para el hogar

Los estéreos domésticos a menudo incluyen opciones de filtro de paso alto por una variedad de razones:

• Uso de subwoofer:cuando un sistema de cine en casa o un receptor estéreo tiene una salida de subwoofer, el bloqueo de los graves a los altavoces principales puede ayudar a evitar el "enturbiamiento" o la producción de demasiados graves
• Algunos sistemas estéreo incluyen parlantes de calidad limitada, lo que significa que los bajos hacen que se distorsionen y suenen mal. El uso de una función de paso alto en estos casos ayuda a evitarlo.
• Integrado en el procesamiento de canales de audio de cine en casa con sonido envolvente.
• Para limitar el sonido enviado a un altavoz de canal central para obtener voces claras en las películas.

Al igual que los sistemas estéreo de los automóviles, los filtros de paso alto del estéreo doméstico a menudo no están activados de forma predeterminada; en muchos casos, deberá verificar la configuración del menú y habilitarlos.

Explicación de los filtros subsónicos

Un filtro subsónico es un filtro de paso alto con una frecuencia de cruce muy baja (a menudo alrededor de 30 o 20 Hz, por ejemplo) que se utiliza para evitar que las señales de baja frecuencia que no podemos escuchar se envíen a un altavoz de subgraves para evitar el desperdicio de energía sin motivo.>

Un filtro subsónico es opcional y no suele ser necesario, pero puede ser útil en algunas situaciones. Son más comunes en los reproductores de discos y de audio antiguos, aunque a veces se pueden encontrar en ecualizadores de audio para automóviles o en elementos de bajos de subwoofer.

El rango de frecuencia del oído humano para la mayoría de las personas se reduce a unos 30 Hz. Las ondas de sonido de 20 Hz se pueden sentir pero no escuchar, por lo que no tiene sentido consumir mucha potencia del amplificador para algo que ni siquiera puedes escuchar. En el caso de los tocadiscos, puede haber algo de ruido y un filtro subsónico puede evitar que se amplifique.

La mayor parte de la música se mezcla con los graves más agradables entre 40 y 50 Hz más o menos para "thump". También es más o menos lo mismo para el sonido retumbante o de acción en las películas, lo que significa que no se necesitan de 20 a 30 Hz.

Explicación de la atenuación de la frecuencia de corte (pendientes)

La pendiente del filtro es la inclinación de su capacidad de filtrado. En otras palabras, es cuán efectivo es para reducir las frecuencias de sonido más allá de la frecuencia de corte de cruce.

Las pendientes se clasifican en términos de decibelios (dB) por octava. Se utiliza un signo negativo (-) para representar una atenuación o reducción de la señal de entrada.

Las frecuencias de sonido entre dos puntos a menudo se miden usando una octava . Una octava es una duplicación o reducción a la mitad de un número de frecuencia. (100 Hz, 200 Hz, 400 Hz, etc.)

Cuando nos referimos a un crossover que tiene un corte de -6dB por octava, queremos decir que continuará reduciendo la salida en 6dB adicionales por cada duplicación de la frecuencia anterior.

Cuanto mayor sea la pendiente del filtro, más reducirá las frecuencias más bajas más allá de la frecuencia de corte porque un filtro de orden superior es más eficaz.

Las pendientes del filtro de cruce suelen ser de 6 dB por octava, 12 dB/octava, 18 dB/octava, etc.

Cómo usar un filtro de paso alto

En términos generales, usar un filtro de paso alto es simple:lo configura en la frecuencia de corte que mejor se adapta a los altavoces que está usando. En el caso de los sistemas de altavoces de 2 vías, también lo configurará para que coincida con la frecuencia de corte de paso bajo para evitar una brecha en el sonido.

Frecuencias de filtro de altavoces

Cuando se trata de altavoces y sistemas de altavoces, los fabricantes suelen incluir especificaciones para ayudarle a saber la frecuencia de corte que debe utilizar.

A veces se indica claramente como la frecuencia de filtro de paso alto recomendada, mientras que otras veces tendrá que basarse en la información de respuesta de frecuencia de un altavoz. Por ejemplo, en la imagen de especificaciones del altavoz que se muestra arriba, el altavoz tiene un rango de frecuencia utilizable de 3,5 kilohercios (kHz) y superior.

Si no tiene nada de eso disponible, consulte las tablas que proporcioné a continuación. La buena noticia es que generalmente hay algunos información para indicarle el rango de respuesta de frecuencia de un altavoz para ayudarlo a configurar la frecuencia de corte de paso alto.

¿Cuáles son algunas buenas configuraciones de HPF?

Tabla de frecuencias de cruce de paso alto de audio doméstico

Tipo/sistema de altavoz	Frecuencia de cruce
Altavoces frontales tipo torre/principal (pequeños)	60 a 80 Hz de paso alto. Funciona mejor con un subwoofer para complementarlos.
Altavoces frontales tipo torre/principal (grandes)	60-80 Hz de paso alto.
Sonido central o envolvente (pequeño)	100-120 Hz de paso alto. Estos tipos de altavoces son muy malos para los graves y pueden distorsionarse fácilmente.
Sonido central o envolvente (mediano/grande)	60-80Hz paso alto. La mayoría de los altavoces centrales no están diseñados para la producción de graves.
Altavoces de pared o minisatélite	Paso alto de 100-120 Hz. Esto ayuda a evitar malas distorsiones ya que no pueden manejar graves profundos.
Sistemas de altavoces de 2 vías	3kHz a 3,5KHz. Frecuencia de cruce muy común
Sistemas de altavoces de 3 vías	paso alto de 3,5 kHz (tweeter) y 250-500 Hz paso alto (rango medio)

Tabla de frecuencias de cruce de paso alto de audio para automóvil

Tipo/sistema de altavoz	Frecuencia de cruce
Altavoces de componente o coaxiales de rango completo delanteros o traseros	56, 60, a 80 Hz paso alto . Bloquea los graves graves que provocan distorsión.
Twitters	3-3,5 kHz de paso alto
Altavoces de gama media o woofer	250-500Hz paso alto
Sistemas de altavoces de 2 vías	3kHz a 3,5KHz para tweeters. Lo mismo para rango medio/woofers
Sistemas de altavoces de 3 vías	3,5 kHz (medios/agudos) y 500 Hz (medios/woofer)

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