¿Qué es una frecuencia de cruce? ¿Qué hace un cruce? Una guía útil
Los cruces son importantes para un sistema de audio de gran sonido, ya sea en su hogar, automóvil o incluso en un barco. Pero qué es exactamente es una frecuencia de cruce?
En esta publicación detallada, explicaré qué son, cómo funcionan y mucho, mucho más de una manera que cualquiera pueda entender. ¡Empecemos!
Infografía:hechos de cruce de audio
¿Qué es una frecuencia de cruce? ¿Qué hace un cruce?
Frecuencia de cruce y conceptos básicos de cruce resumidos- Los cruces son circuitos eléctricos o electrónicos que se utilizan para alterar o separar una señal musical entrante enviada a una o más salidas. Ofrecen una forma de enviar el rango correcto de sonido al altavoz con una respuesta de frecuencia más adecuada para él. (Por ejemplo, tweeters y woofers en un sistema de altavoces de 2 vías)
- Un filtro cruzado funciona utilizando el principio de filtros pasivos o electrónicos para bloquear un rango de sonido en la señal de audio.
- Una frecuencia de cruce es la frecuencia de sonido que actúa como punto de corte para los filtros cruzados. Es el punto de frecuencia más allá del cual las señales se reducen en 3 decibeles (representado como -3dB) y más lejos de ese punto.
- Las salidas de un crossover son los rangos de señal que pueden pasar, como paso alto (las frecuencias más bajas están bloqueadas) y paso bajo (las frecuencias más altas están bloqueadas)
- Hay 2 tipos de cruces:tipos activos (electrónicos) y pasivos (altavoces). Ambos tipos se encuentran muy comúnmente en el hogar, el estéreo del automóvil y el audio profesional.
Son una parte crítica de una buena fidelidad de sonido. De hecho, casi nunca encontrará un sistema de altavoces con buen sonido que no utilice uno o más tipos de crossovers.
Hay 2 tipos de cruces que usará con el sistema de audio de su hogar o automóvil:
- Un crossover activo (electrónico)
- Un cruce pasivo (cruce de altavoces)
Frecuencias de cruce explicadas
Como los tweeters no pueden producir sonido de baja frecuencia, se distorsionan e incluso pueden dañarse con graves fuertes. Para evitar esto, podemos bloquear los sonidos no deseados. (Se muestra una frecuencia típica utilizada a 3500 Hz [3,5 KiloHertz]).
La frecuencia de cruce es el punto de frecuencia de sonido en el que los sonidos posteriores se reducirán en gran medida, bloqueándolos efectivamente . Lo usamos como un punto de referencia en el que la salida a un altavoz (o la entrada a un amplificador, cuando se usan cruces activos) se reduce en 3 decibelios (-3dB).
A veces llamada la frecuencia de esquina o frecuencia de corte , se utiliza como punto de partida en los cálculos matemáticos para el diseño de audio.
¿Qué significa el sonido "frecuencia"?
La frecuencia de una señal musical se describe por el número de veces por segundo que se completa una onda alternativa.
Cuando hablamos de "frecuencia" nos referimos a un rango de sonido que el oído humano puede escuchar. Por convención, se usa un rango de 20 a 20,000 Hertz (20 a 20 KiloHertz, o 20 mil Hertz) para representar esto.
En realidad, el oído humano solo puede escuchar hasta alrededor de 30 Hz y cerca de 16 KiloHertz, aunque depende de la capacidad auditiva de la persona.
Hertz se utiliza para representar unidades de frecuencia en ciclos por segundo. Esto se debe a que las ondas de sonido (y también las señales de audio electrónicas) están formadas por ondas alternas que ocurren muchas veces por segundo.
“Hz”, “KiloHertz”, “kHz” son formas más cortas de escribirlo (Kilo =mil).
Estos son algunos de los rangos de sonido más comunes con los que ayudan los cruces:
- Bajo: 20-100 Hz más o menos
- Rango medio: (voces, instrumentos y más) ~100Hz a alrededor de 3Khz
- Agudos: (sonidos de alta frecuencia) Alrededor de 3KHz a 20Khz
¿Cómo funciona un cruce? ¿Qué es un cruce de altavoces?
1. Fundamentos del crossover activo (crossover electrónico)
Un ejemplo típico de un crossover activo electrónico independiente. Un conjunto de conectores de salida proporciona una salida de filtro de paso alto al amplificador para controlar los tweeters o el par de altavoces principales. El segundo par suele ser una salida de frecuencia de cruce de subwoofer.
La sección de cruce interna de un amplificador para automóvil está hecha de componentes electrónicos básicos:resistencias variables, chips de amplificadores operacionales, capacitores y resistencias de valor fijo. Son esencialmente cruces electrónicos integrados en el amplificador, lo que ahorra la necesidad de usar uno por separado.
Los cruces electrónicos también se denominan a veces cruces "activos" ya que, a diferencia de los cruces de altavoces, necesitan una fuente de alimentación para funcionar. Mientras que los cruces pasivos se conectan directamente a los terminales de salida de mayor potencia de un amplificador, los cruces electrónicos funcionan solo con señales de bajo voltaje.
Están conectados a las tomas RCA de nivel de línea o a un estéreo de automóvil, un amplificador de automóvil o un receptor AV doméstico, por ejemplo.
Cómo funcionan los cruces electrónicos
Izquierda:Una típica circuito integrado de amplificador operacional (Op amp) (IC), Texas Instruments TL072. Derecha:un ejemplo de un circuito de cruce de paso bajo que utiliza un amplificador operacional para filtrar los sonidos de alta frecuencia.
Los crossovers electrónicos pueden parecer muy complicados (y lo son, al menos en algunos aspectos), pero en realidad se basan en principios bastante básicos.
Funcionan utilizando una variedad de circuitos de filtros electrónicos basados en un componente electrónico muy común:el amplificador operacional ("op amp"). Los amplificadores operacionales son pequeños amplificadores multipropósito que son útiles para amplificar o cambiar una señal de entrada de muchas maneras.
Ellos, junto con resistencias y capacitores, pueden usarse para controlar la señal musical.
Un esquema de un crossover electrónico típico. En este caso, se muestra el canal estéreo izquierdo del circuito cruzado integrado de un amplificador de automóvil Alpine.
Se pueden diseñar para cambiar de modo con un interruptor. A menudo usan diales de resistencias ajustables para permitir cambiar la frecuencia de corte.
Una vez que se aplica una señal de entrada, obtendrá las siguientes salidas según el tipo:
- Filtro de paso alto:bloquea las frecuencias graves del subwoofer de los tweeters o de los altavoces principales. Esto permite más volumen sin distorsión, ya que los altavoces pequeños no pueden manejar bien los graves intensos.
- Filtro de paso bajo:bloquea las voces y otros sonidos de alta frecuencia que un woofer o subwoofer no puede reproducir bien. También llamado canal LFE para una salida de subwoofer de un receptor doméstico.
- Filtro de paso de banda:un filtro de paso de banda también es una combinación del otro:limita la salida solo a frecuencias de rango medio (para usar con un conjunto de controladores de rango medio).
2. Crossovers de altavoces (pasivos)
Superior: Crossovers de componentes de 2 vías para altavoces de componentes de automóviles. Abajo: Un cruce de altavoces estéreo para el hogar como el que podría encontrar en un conjunto de altavoces de estantería. Ambos usan capacitores e inductores para filtrar y controlar el sonido enviado a un tweeter, altavoz de rango medio o woofer.
Los cruces de altavoces a veces se denominan cruces "pasivos" ya que no necesitan una conexión de fuente de alimentación externa. Funcionan mediante componentes pasivos:condensadores e inductores.
Un crossover de altavoz es un circuito eléctrico que utiliza inductores y condensadores para filtrar la señal de un altavoz y dividirla entre 1 o más salidas. Las salidas dependen de la respuesta de frecuencia de los altavoces utilizados.
A diferencia de los cruces electrónicos, normalmente se conectan a las salidas de un amplificador y luego con un cable de altavoz a su conjunto de controladores de altavoz, uno para cada canal de altavoz.
Aquí se muestra un cruce de altavoces de 2 vías de segundo orden. Los inductores usan un símbolo "L" y los capacitores usan una "C". Un tipo de "segundo orden" tiene una segunda etapa de partes para filtrar los sonidos de manera más efectiva que un diseño de primer orden.
Los capacitores y los inductores tienen algunas propiedades interesantes según la frecuencia de la señal que se les aplica:
- Los capacitores tienen más "resistencia" (llamada impedancia) a una señal de baja frecuencia que a una más alta. Cuanto menor sea la frecuencia, menos señal se permite pasar.
- Los inductores son bobinas de alambre que tienen más resistencia a una señal de alta frecuencia que a una más baja. Por lo tanto, filtran las frecuencias de sonido más altas.
Cuando se aplica una señal a un capacitor o inductor que supera la frecuencia de cruce, la resistencia aumenta, lo que reduce la salida de voltaje del altavoz, ya que se pierde a través del capacitor o inductor.
Esto significa que el altavoz recibirá cada vez menos de la señal del altavoz que queremos bloquear cuanto más pase la frecuencia del sonido del punto de cruce. Los valores de las partes se eligen de acuerdo con la impedancia de los altavoces (ohmios) con los que se van a usar, ya que esto afecta su comportamiento.
Nota: Los cruces de altavoces solo se pueden usar con la impedancia de altavoz para la que están diseñados o no sonarán igual.
Por ejemplo, el uso de un altavoz cruzado de 8 ohmios para el hogar con un altavoz para el automóvil de 4 ohmios no funcionará correctamente. Esto se debe a que los valores de las piezas se eligieron solo para una impedancia. Cuando cambias eso, ¡cambia drásticamente la frecuencia de cruce!
Los cruces de parlantes están diseñados de muchas maneras, pero todos tienen la misma estructura de diseño básica:solo cambian los detalles.
También suelen estar etiquetados con nombres como "primer orden", -6dB/octava, "segundo orden", -12dB/octava, etc. Los diseños de segundo orden, tercer orden, etc. utilizan los mismos principios pero con más etapas u "órdenes" agregados para hacerlos aún más efectivos en el sonido de bloque.
¿Qué son los decibelios y por qué los usamos para el audio?
Los cruces (y muchos otros equipos y dispositivos electrónicos de audio) se miden en decibelios. Los decibeles ("dB") son una forma matemática conveniente de manejar números que se presentan como potencias de 10, a diferencia de los números lineales, que se presentan en línea recta. Se muestra un ejemplo de cómo calcular la reducción, en dB, de una salida de cruce.
En el mundo real, muchas medidas se ocupan de cosas que no aumentan o disminuyen en una línea recta ("lineal") sino en una curva ("no lineal" o logaritmos).
No te aburriré con matemáticas pesadas aquí, pero usamos decibelios en el mundo del audio como una forma matemática de medir señales eléctricas musicales. Eso se debe a que gran parte no sucede en línea recta sino en curvas.
Gran parte del mundo del audio funciona con potencias de 10 (logaritmos, que quizás recuerdes de tu clase de álgebra). De ahí la necesidad de encontrar una forma de lidiar con eso:ahí es donde la representación de dB resulta útil.
Y no son solo los cruces los que funcionan con decibelios, sino que incluso tus propios oídos son logarítmicos. Esto significa que la forma en que nuestros oídos perciben el volumen funciona en una escala logarítmica.
¿Qué es una pendiente cruzada?
Diagrama que muestra la pendiente, o pendiente de corte, para los tipos más comunes. Los crossovers tienen "órdenes", es decir, 2.°, 3.° o más etapas que aumentan su capacidad para filtrar las frecuencias de sonidos no deseados.
La pendiente es la inclinación de la capacidad de filtrado de un crossover. En otras palabras, es cuán efectivo es más allá del punto de frecuencia de cruce.
Las pendientes, al igual que la frecuencia de cruce, se clasifican en términos de decibelios (dB) por octava. El símbolo negativo se usa para mostrar que representan una atenuación o reducción de la señal.
En el mundo del audio, comúnmente medimos un rango de frecuencias de sonido entre dos puntos 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 seguirá reduciendo la salida en 6dB adicionales por cada duplicación de la frecuencia anterior.
Ejemplo:-6dB @ 1KHz, -12dB @ 2KHz, -18dB @ 4KHz, -24dB @ 8KHz, -32dB @ 16KHz, hasta 20KHz.
¿Cuáles son las pendientes cruzadas más comunes y mejores?
Los crossovers suelen estar diseñados para ser un buen compromiso entre complejidad, precio y calidad de sonido. Si bien podría pensar que "cuanto más alto, mejor" siempre tenga razón, las cosas se complican una vez que supera los diseños de segundo o tercer orden.
En términos generales, una pendiente de cruce de -12 dB suele ser la mejor opción y funciona bien para la mayoría de los sistemas de altavoces. Un subwoofer suele sonar muy bien con una pendiente de 12dB o 18dB.
Una de las razones es que tiene un diseño relativamente asequible y sin complicaciones, pero aún así ofrece una buena capacidad de corte. Esto funciona muy bien tanto para altavoces individuales como para altavoces de 2 vías.
En general, las pendientes más utilizadas son:
- -6dB
- -12 dB
- -18dB
Los cruces de altavoces electrónicos y de 2 vías suelen ser de -12 dB.
¿Qué es un altavoz de dos vías?
Altavoces comunes de 2 vías que encontrará en sistemas de altavoces domésticos o para automóviles. Son muy similares, excepto que los parlantes estéreo domésticos generalmente se colocan en una caja de parlantes, mientras que los parlantes del automóvil se pueden instalar por separado.
¿Qué son los altavoces de 2 vías?¿Qué son los altavoces de 2 vías?
- Los sistemas de altavoces de 2 vías utilizan dos controladores para producir una gama completa de sonido con mejor calidad. El audio de un amplificador estéreo se divide entre los altavoces mediante un cruce de altavoces de 2 vías.
- Los parlantes de 2 vías son el tipo más común en el mundo y muchos ofrecen un bajo costo con excelente sonido.
- Un tweeter produce frecuencias altas y un altavoz de graves produce porciones de rango medio y bajo de la música.
- Si bien el tipo de cruce varía de un modelo a otro, uno de segundo orden con una pendiente de -12 dB por octava es extremadamente común. También evita un problema llamado cambio de fase lo que puede ocurrir con otros diseños.
A cada altavoz se le proporciona solo el rango de sonido que puede producir bien:
- Los tweeters reciben solo frecuencias altas, generalmente alrededor de 3 KHz y más
- Los woofers solo reciben frecuencias más bajas, generalmente alrededor de 3 KHz e inferiores
La frecuencia de cruce utilizada varía según las necesidades del diseño, por lo que no hay una que funcione en todos los casos. Además, deben usarse con la impedancia correcta (clasificación de ohmios) para los altavoces para los que están diseñados.
Los altavoces coaxiales también son altavoces de 2 vías. De hecho, en el ejemplo que se muestra aquí, puede ver cruces en la parte posterior del altavoz. Al igual que los cruces separados, las frecuencias más bajas se dirigen al woofer grande y las altas se envían al tweeter.
El resultado es una gama completa de sonido sin distorsión ni bajo rendimiento que obtendrías al intentar reproducir la misma gama en solo 1 altavoz. En otras palabras, un altavoz de 2 vías ofrece un sonido limpio y detallado que no obtendrías de otro modo.
En muchos casos, no necesariamente necesitará componentes o parlantes costosos para obtener un sonido excelente. ¡Incluso los parlantes económicos de 2 vías pueden sonar muy bien!
¿Cuál es una buena frecuencia de cruce?
La verdad es que no existe un conjunto perfecto de frecuencias de cruce que funcione para todos los altavoces. Depende de muchas cosas. Sin embargo, estas son algunas de las frecuencias más comunes que funcionan bien en muchos casos.
Esto se basa en lo que la mayoría de las necesidades del sistema de audio del hogar o del automóvil, junto con mi propia experiencia en diseño e instalación de altavoces.
¿Qué frecuencia de cruce debo usar?
Tabla de frecuencias de cruce recomendadas
| Tipo de altavoz/sistema | Frecuencia de cruce &Tipo |
|---|---|
| Subgraves | 70-80 Hz (paso bajo):lo mejor para un sonido de graves puro y claro que "golpea". |
| Altavoces principales para coche (rango completo) | 56-60 Hz (paso alto):bloquea los graves graves que provocan distorsión o que los altavoces "toquen fondo". |
| Tweeters o altavoces de 2 vías | 3-3,5 KHz (paso alto o paso alto/bajo):la mayoría de los cruces de 2 o 1 vía (tweeter) utilizan una frecuencia cercana a esta |
| Radio medio/woofer | 1K-3.5KHz (paso bajo):los woofers y muchos altavoces de rango medio no funcionan bien por encima de este rango general. |
| Sistema de 3 vías | 500 Hz y 3,5 KHz (puntos de cruce de woofer/tweeter):similar a los sistemas de 2 vías, la frecuencia superior. sería lo mismo. |
Por qué un crossover es importante para un buen bajo de subwoofer
Un crossover de subwoofer pasivo no puede igualar el rendimiento de uno electrónico si desea unos graves excelentes.
¿Alguna vez se preguntó cómo algunas personas tienen bajos puros y contundentes en su automóvil, o por qué su subwoofer de cine en casa suena tan bien? Es debido a los cruces electrónicos de hoy. A diferencia de los altavoces de rango completo, un subwoofer es especialmente susceptible a un sonido deficiente si se permite que las frecuencias de rango medio se reproduzcan a través de él. El sonido de bajo puro que ha escuchado requiere un buen cruce.
Un verdadero subwoofer tiene una respuesta de frecuencia bastante limitada (alrededor de 20 a 100 Hz por lo general), por lo que es importante aprovecharlos al máximo.
Si bien es posible obtener un sonido de graves bastante decente utilizando una placa inductora de paso bajo grande, voluminosa y, a veces, difícil de encontrar, a menudo no suenan tan bien como un crossover electrónico con un mejor corte que puede bloquear las voces y los agudos.
Además, algunos incluyen una función de refuerzo de graves para añadir un toque extra cuando quieres más golpes; eso simplemente no es posible con uno pasivo. Tampoco pueden manejar altos niveles de potencia sin una enorme y costosa bobina inductora.
Cómo usar un crossover para relleno trasero
Un problema con un sistema de sonido estéreo que usa altavoces traseros es que los canales traseros pueden "jalar" la imagen estéreo detrás de usted y enturbiar el sonido. Esto se debe a que los sonidos más agudos se usan como señales para que nuestro cerebro sepa de dónde provienen. Esa es una de las razones por las que tiendes a girar el control del fader más hacia el frente que hacia atrás.
Cuando nuestros oídos lo escuchan venir tanto del frente como del la parte de atrás, a menudo no suena del todo bien. En los sistemas de sonido envolvente que reproducen sonido envolvente, esto no es un problema ya que ya está mezclado específicamente para que suene genial. Sin embargo, usar su conjunto de parlantes satelitales con sonido estéreo le mostrará rápidamente el problema.
Para obtener un mejor relleno trasero en su propio automóvil o sistema doméstico, un truco simple es usar un conjunto de filtros de paso bajo para bloquear medios y agudos. ¡Pruebe algo como un paso bajo de 1 KHz o 500 Hz y vea lo que piensa!
Lectura recomendada
Recomiendo encarecidamente el famoso libro de recetas de diseño de altavoces. Es un excelente fuente de información que incluye fórmulas que puede usar para crear sus propios proyectos de audio para el hogar o el automóvil de nivel profesional. ¡Hablo por experiencia!
Para conocer algunos proyectos y circuitos de bricolaje excelentes, consulte la página de productos de Elliot Sound.
Más artículos geniales
- Aprenda a averiguar la frecuencia de cruce de un altavoz.
- Aquí hay una guía para instalar y cablear cruces de parlantes para autos.
- ¿Quieres más detalles? ¿Qué es la frecuencia de cruce FC y por qué es importante?
- ¿Cuál es una buena frecuencia de cruce para cuidados o audio doméstico?
- Descubra cómo configurar las frecuencias cruzadas del sistema de audio del automóvil.