Um pouco confuso sobre o que
exatamente capacitores ou indutores fazem em um crossover de alto-falante?
Você veio ao lugar certo! Neste artigo, está tudo aqui junto com diagramas claros e fáceis de entender que eu mesmo fiz. Eu adoraria ajudá-lo a aprender mais e entender mais sobre essas partes de áudio extremamente úteis. Leia e divirta-se!
Indutores versus capacitores – como eles são diferentes?
Indutores e capacitores são os componentes básicos por trás de todos os tipos de eletrônicos de áudio maravilhosos, incluindo sistemas de alto-falantes em casa ou no carro. Cada um é considerado um
componente passivo tipo de peças, pois não requerem uma fonte de alimentação para funcionar.
O que é realmente legal é como eles são como opostos polares, mas podem trabalhar juntos em um crossover não alimentado (crossover passivo) para melhorar muito a qualidade do som e obter o máximo de seus alto-falantes.
O que um indutor faz?
Um indutor é uma bobina de fio bem enrolada com um número específico de voltas usadas para aproveitar uma propriedade chamada indutância. A indutância é a tendência de um condutor (especificamente uma bobina de fio neste caso) de se opor a uma mudança na corrente elétrica que flui através dele devido aos campos magnéticos que ele gera.
Eles são usados em motores elétricos, solenóides, bobinas de velas de ignição e, é claro, designs de crossover de alto-falante. Os indutores se comportam como o oposto dos capacitores:
um indutor se opõe a sinais de alta frequência, o que significa que ele passa sinais de áudio de baixa frequência com mais facilidade. Um comportamento elétrico chamado
reactanc e é o que torna isso possível.
Quando a frequência muda, o mesmo acontece com a oposição de um indutor ou capacitor ao fluxo de eletricidade.
- Reatância indutiva: Um indutor cria uma maior resistência (impedância) à corrente à medida que a frequência aumenta devido à indutância que possui.
- Reatância capacitiva: um capacitor cria uma resistência maior (impedância) à corrente à medida que a frequência diminui devido à sua capacitância.
Unidades de medida para indutância
Para indutores, a unidade de medida é o
Henry. Por convenção, os indutores são geralmente vendidos em unidades de miliHenries (1/1.000 de um Henry, ou 0,001 Henries). Um crossover típico de alto-falante pode usar um indutor com um valor de 10 mH, por exemplo.
Como funciona um capacitor?
Os capacitores armazenam uma carga elétrica usando condutores elétricos extremamente finos e bem enrolados, separados por um isolante. Isso pode ser um eletrólito, mica ou vários outros tipos de materiais. Embora eles não permitam a passagem de um sinal de corrente contínua (CC),
eles permitem a passagem de sinais e tensão de corrente alternada (CA). Eles têm uma característica interessante:
capacitores permitem que apenas altas frequências passem – aumentam sua impedância (resistência baseada em frequência) quando são aplicadas frequências mais baixas.
O ponto em que isso ocorre é cuidadosamente escolhido para ser a frequência de cruzamento. Existem dois tipos fundamentais de capacitores com um em particular usado para áudio.
Unidades de medida para capacitância
Para capacitores, a unidade de medida é o
Farad. Por convenção, os capacitores são frequentemente vendidos em unidades de microFarads (1/1.000.000 de Farad, ou 0,000 001 F), às vezes escrito com a letra grega mu “µ” para representar “micro”. Por exemplo, ao comprar capacitores para seus próprios crossovers, você verá capacitores listados em “µF” às vezes.
Os menores podem usar picoFarads (pF) ou nanoFarads (nF), que são ainda menores e são usados em eletrônica.
Capacitores usados em áudio quase sempre tendem a estar na faixa microFarad. Por exemplo, um bloqueador de graves para um tweeter pode usar um capacitor de 47 µF.
Tipos de capacitores comuns a serem conhecidos
1. Capacitor eletrolítico
Os capacitores eletrolíticos são essencialmente o tipo mais comum e mais acessível, daí sua popularidade em todos os tipos de aplicações eletrônicas e de alto-falantes. Você os encontrará frequentemente em um crossover passivo ou diretamente conectado a um tweeter como um crossover de alta frequência.
Eles têm uma caixa de metal fina e contêm um eletrólito entre as placas condutoras carregadas superfinas no interior.
Um capacitor eletrolítico não polarizado permite a passagem de uma forma de onda de corrente alternada (CA) como a usada para um sinal musical. Eles também são chamados de capacitores “bipolares”. Os tipos DC, por outro lado, não podem e devem ser usados apenas para corrente contínua, como em uma fonte de alimentação.
Observação: capacitores não polarizados normalmente são marcados como tal e são os únicos tipos que você deve usar para áudio. Capacitores polarizados podem ser danificados (e até explodir!) se usados para aplicações de áudio. No mínimo, você terá um som distorcido que odiará.
2. Capacitor de filme
Um capacitor de filme usa um material de filme fino para separar suas placas carregadas e normalmente é um pouco mais caro. Eles também têm vida útil mais longa, melhor desempenho (em alguns casos) para áudio e podem ter limites de temperatura mais altos.
Capacitores de filme também são oferecidos em tipos de alta tensão que são ótimos para projetos de áudio de tubo de vácuo. Eles também são uma boa atualização para capacitores eletrolíticos mais baratos, se você for habilidoso com um ferro de solda.
3. Capacitores de cerâmica
Capacitores de cerâmica não são normalmente usados em crossovers porque seus valores de capacitância são geralmente muito pequenos (na faixa picoFarad, por exemplo), enquanto muitas vezes precisamos de valores de faixa microFarad para alto-falantes.
Eles são usados para outros propósitos normalmente, como um capacitor de bypass em uma fonte de alimentação para controlar o ruído do sinal elétrico ou em um crossover ativo.
Como funciona um crossover de alto-falante?
Um crossover usa um capacitor, indutor ou ambos para limitar a faixa de frequência do áudio enviado para um ou mais alto-falantes. Isso é extremamente útil para evitar que frequências graves atinjam um tweeter ou médios e agudos com som áspero de atingir um subwoofer.
O ponto de cruzamento é frequentemente recomendado pelo fabricante do alto-falante ou escolhido como um bom compromisso entre os limites da resposta de frequência de cada alto-falante usado. A frequência do filtro (também chamada de frequência de canto ou Fc às vezes) é diretamente afetada pela impedância do alto-falante.
Declives de cruzamento explicados
Quando falamos sobre a “ordem” de uma rede crossover, estamos nos referindo ao número de estágios (seções). Isso afeta a eficácia da inclinação – a capacidade de filtragem de áudio.
Um projeto de 1ª ordem usa um único indutor ou capacitor, enquanto 2 formam um de 2ª ordem, três de 3ª ordem e assim por diante. Cada estágio (ordem) tem uma inclinação de -6dB por oitava com -12dB/oitava sendo um dos mais usados tanto para crossovers de alto-falante quanto de amplificador.
crossover de 1ª ordem com um capacitor (filtro passa-altas)
Um filtro passa-alta funciona passando frequências mais altas para um alto-falante e opondo-se a frequências mais baixas. Em frequências mais baixas, a impedância de um capacitor tem um valor de Ohm muito alto, reduzindo bastante a tensão de saída do alto-falante.
Da mesma forma, o oposto é verdadeiro em altas frequências. Muitas vezes, você os encontrará instalados em um tweeter de áudio de carro ou doméstico definido para bloquear a reprodução de graves distorcidos e potencialmente prejudiciais.
crossover de 1ª ordem com um indutor (filtro passa-baixa)
Um filtro passa-baixa funciona bloqueando frequências mais altas para um alto-falante e permitindo que frequências mais baixas passem. Em frequências mais altas, a impedância do indutor significa que ele tem um valor de Ohms muito alto, reduzindo bastante a saída para um alto-falante.
Este tipo é normalmente usado com um woofer ou alto-falante de médio alcance para evitar que os agudos ou “agudos” que eles não podem produzir bem sejam reproduzidos.
crossovers de 2 vias de segunda ordem com capacitores e indutores
Como funcionam
Uma rede de cruzamento de alto-falante de 2 vias e 2ª ordem é essencialmente um filtro de cruzamento de alta e baixa passagem combinado em paralelo. No entanto, como eles adicionam um segundo estágio (filtro de 2ª ordem, -12dB/oitava), eles têm melhor desempenho do que um design simples de 1ª ordem. Eles também são o tipo mais comum, usando um woofer e tweeter para criar um sistema de alto-falantes de 2 vias para alto-falantes de áudio doméstico ou um conjunto de alto-falante componente para áudio de carro.
Mesmo conjuntos de componentes baratos de 2 vias de 2ª ordem podem soar
excelentes com drivers de alto-falante de qualidade decente e design adequado.
Por causa do ponto de sobreposição em sua frequência de corte, as coisas podem ficar um pouco mais complicadas quando se trata de cruzamentos de 2 vias, como explicarei mais abaixo.
Como funciona:
- Capacitor C1 reduz a saída de tensão para o tweeter abaixo do ponto de corte. Indutor L1 reduz ainda mais os sinais de alta frequência que o atingiram, passando-os para o caminho de retorno do amplificador terra/negativo (-).
- Indutor L2 reduz a saída de tensão para o woofer acima do ponto de corte, passando sinais de baixa frequência para o alto-falante. Capacitor C2 passa sinais de alta frequência adicionais que o atingiram para o caminho de retorno do amplificador terra/negativo (-).
O resultado final são dois estágios de crossover que são escalonados em série, o que significa que eles se compõem para uma inclinação de crossover que é 2x mais eficaz que um projeto de estágio único (-6dB/oitava). Esta é uma inclinação de -12dB/oitava.
Por que os cruzamentos de 1ª ordem são usados se os de 2ª ordem são melhores?
Embora as redes de crossover de 1ª ordem sejam menos comuns agora, elas ainda estão por aí. Muitas vezes você vai encontrá-los em:
- Sistemas econômicos de gabinete de alto-falante de 2 vias
- Projetos em que o rolloff natural do alto-falante (resposta de frequência decrescente) pode ser usado para reduzir os componentes necessários para obter o mesmo efeito.
- Simples crossovers de alto-falantes em linha, como bloqueadores de graves para uso em estéreo de carro e aplicativos relacionados, onde algo rápido e fácil é ideal.
De um modo geral, no entanto, os crossovers de 12dB/oitava são os mais populares, pois são um bom compromisso entre custo, número de peças e complexidade. De fato, amplificadores de carro e receptores AV domésticos geralmente usam um design de 12dB/oitava (12dB/oitava) mesmo em seus crossovers ativos eletrônicos.
Tipos de design cruzado
Há uma variedade de possíveis designs de rede de cruzamento que um designer pode escolher, mas alguns são preferidos em relação a outros:
- Butterworth: Em sua configuração padrão, o projeto Butterworth soma +3dB na sobreposição de frequência de corte. Isso pode ser útil para várias necessidades de design, como contabilizar os deslocamentos dos diferentes drivers de alto-falante (espaçamento entre os alto-falantes em seu ponto acústico central).
- Linkwitz-Riley: Esse tipo se soma a uma saída plana (0dB) na sobreposição de frequência de crossover e é um dos mais usados. É a escolha ideal na maioria dos casos.
- Bessel: Um projeto de Bessel não é considerado “all pass” como um Linkwitz-Riley e não soma plano no ponto de frequência.
- Chebyshev: Não usado com frequência, isso pode ser útil quando há necessidade de uma saída aprimorada no ponto de cruzamento, pois o Chebyshev fornece uma soma de +6 dB.
Por que isso importa?
Normalmente, não importa muito para uma pessoa comum. No entanto, se você estiver interessado em fazer seu próprio crossover de alto-falante, é útil entender as opções possíveis. Cada tipo de rede crossover usa um conjunto de fórmulas matemáticas ligeiramente diferente para calcular os valores das peças que você precisará. Em todos os casos, um bom livro de design de alto-falante pode ajudá-lo a fazer isso sozinho se estiver interessado em obter o melhor desempenho ou se estiver interessado em projetos de alto-falante do tipo faça você mesmo (DIY).
Quer aprender habilidades mais avançadas de design de alto-falantes ou fazer seus próprios crossovers? Eu recomendo o livro de receitas de design de alto-falante por Vance Dickason. Está cheio de informações excelentes! Os crossovers de alto-falantes domésticos ou automotivos de pós-venda geralmente usam um design Linkwitz-Riley e somam um nível de 0dB em seu ponto de cruzamento. Uma razão é que se supõe que os alto-falantes que você está usando terão uma saída adequada perto desse ponto. Se não for esse o caso, você pode investigar projetos mais avançados e compensar as fraquezas de um determinado alto-falante.
Preocupações da fase cruzada
Crossovers têm outro problema para enfrentar:cada componente de crossover adiciona uma fase de 90° (deslocamento) ao sinal enviado ao alto-falante. Capacitores e indutores têm uma “mudança de fase” quando um sinal passa por eles.
Para crossovers simples de estágio único, isso não é realmente uma preocupação, pois não é algo que você provavelmente notará, embora seja um detalhe para designs de alto-falante mais avançados. No entanto, para projetos de 2ª ordem, isso significa que há uma diferença de 180° entre as duas saídas, muitas vezes resultando em um som “estranho” e também significa que o som não está chegando aos ouvidos do ouvinte ao mesmo tempo.
Para remediar isso,
cruzamentos de 2ª ordem/ordem par normalmente têm a saída do tweeter invertida. Essa reversão de uma saída de alto-falante significa que ambos os alto-falantes estão "em fase" e não há mais problemas com atraso de som. Se você já comprou crossovers de alto-falante de 2 vias, provavelmente nem sabia que foi projetado dessa maneira de propósito!
O que é uma rede cruzada Zobel?
Uma rede Zobel é uma rede de equalização de impedância usada para compensar o aumento da impedância do alto-falante na faixa de frequência devido à indutância da bobina de voz. Por exemplo, muitos alto-falantes com bobina de voz geralmente mostram um aumento em sua impedância total à medida que a frequência aumenta. Você pode ver isso em gráficos de impedância plotados para alto-falantes.
Como o comportamento de um crossover é diretamente afetado pela impedância, esse design simples pode melhorar o desempenho do sistema de alto-falantes, compensando e “achatando” o aumento normal na carga Ohm do alto-falante que o crossover vê.
A rede usa uma rede simples RC (resistor-capacitor) em paralelo com um driver de alto-falante para compensar a impedância, resultando no crossover vendo uma impedância quase plana na faixa de resposta de frequência.
O resistor garante que a impedância total mínima seja sempre atendida enquanto o capacitor trabalha para diminuir a carga total de Ohm de crossover à medida que a frequência aumenta.
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