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: Crossover
: Panteras82 05 August 2007, 13:31
(http://www.professionistidelsuono.net/immagini/crossover.jpg)

Introduzione
              Il crossover è un dispositivo che consente                  la suddivisione della gamma audio in più sottogamme (comunemente                  chiamate “vie”) ognuna delle quali alimenterà                  l’altoparlante corrispondente. Per operare l’attenuazione                  delle frequenze “indesiderate” si sfrutta la proprietà                  reattiva di alcuni componenti elettrici, soprattutto delle induttanze                  e dei condensatori.
                In particolare l’induttanza mostra una bassa resistenza                  (tipicamente quella del filo che la costituisce) da 20 Hz fino                  alla frequenza di intervento, oltre questo valore la resistenza                  aumenterà con una progressione di 6 dB per ottava (si ricorda                  che una ottava è l’intervallo tra una qualsiasi frequenza                  e il suo doppio) fino a 20000 Hz. Il condensatore si comporta                  esattamente in modo opposto, la sua resistenza diminuirà                  con l’aumentare della frequenza con una progressione di                  – 6 dB per ottava Proviamo ad applicare questo concetto                  in pratica. Supponiamo di voler
                realizzare un sistema formato da un woofer e un tweeter, dovremo                  quindi dividere la gamma audio in due parti (sistema due vie)                  ed individuare, in base alle caratteristiche degli altoparlanti                  ed all’obiettivo del progetto, quale dovrà essere                  la frequenza di separazione tra le due zone (frequenza di incrocio),                  per il nostro esempio ipotiziamo una frequenza di 3000 Hz. Inseriremo                  quindi una induttanza in serie al woofer per attenuare le frequenze                  superiori a 3000 Hz (passa-basso) e un condensatore in serie al                  tweeter per attenuare le frequenze inferiori a 3000 Hz (passa-alto).

Frequenza di taglio              
In un crossover a 2 vie sono presenti un filtro passa-basso,                  che provvede a convogliare verso l’altoparlante dei medio-bassi                  tutte le frequenze basse fino alla sua frequenza di taglio, e                  un filtro passa-alto che provvede a convogliare verso l’altoparlante                  dei medio-acuti tutte le frequenze partendo dalla sua frequenza                  di taglio per arrivare fino e oltre i 20.000 Hz.Ne consegue che                  dove il filtro passa-basso inizia ad attenuare le frequenze dei                  medio-acuti, il filtro passa-alto deve iniziare a riprodurle.                  Nei crossover la frequenza di taglio viene normalmente definita                  frequenza d’incrocio, perché su questa frequenza                  le curve dei due filtri si incrociano come visibile nella figura.                  In un filtro crossover a 2 vie, composto da un passa-basso e un                  passa-alto, abbiamo una sola frequenza di taglio che va scelta                  normalmente tra i 2.000 e i 3.000 Hz.

Stabilire le caratteristiche di un filtro crossover              
Prima di costruire un crossover dobbiamo sapere due cose fondamentali:                  frequenza di taglio e pendenza. Ora vi darò qualche consiglio                  per trovare la giusta frequenza di taglio, se ho a che fare con                  un subwoofer il filtro dovrà avere un taglio di frequenza                  inferiore ai 100 Hertz ed aggiustarlo fino a quando il suono non                  ti risulterà perfetto, ricorda che più alto è                  il punto di taglio, maggiore è la potenza richiesta dal                  driver e si avrà un suono con maggiore direzionalità.
                Bisogna, prima di tutto, effettuare una taratura grezza per far                  lavorare l'altoparlante nella fascia più adatta, facendo                  un lavoro di "rifinitura" scegliendo il punto di taglio                  che riesce a dare una corretta emissione sonora ( ricorda che                  anche una piccola variazione nel taglio di frequenza può                  variare nettamente l'immagine sonora dell'impianto).
                A questo punto abbiamo stabilito che un subwoofer non dovrebbe                  essere tagliato al di sopra dei 100 Hz, mentre per un Woofer da                  20 cm dovrebbe poter scendere a 80/90 Hz, un
                16 cm dovrebbe essere tagliato intorno ai 90/100Hz un 12 cm a                  450/500Hz, ed un tweeter in una frequenza variabile dai 3000 ai                  4500 Hz (naturalmente questi valori sono in linea generale, perché                  in commercio si possono trovare diffusori in grado di lavorare                  in uno spicchio di frequenza molto più ampio).
                Per quando riguarda la pendenza di taglio (che non è altro                  che la "ripidità" che assume il taglio di frequenza)                  in linea generale, consiglierei 6-12dB/ottava per i tweeter, 6dB/ottava                  per i midrange, 12dB/ottava per i woofer e 18-24dB/ottava per                  il subwoofer.
                Ricorda, queste non sono delle regole fisse ma è solo un                  modo per aiutarti a lavorare con i filtri crossover.
             Nei filtri              a 2 vie si sceglie normalmente una frequenza di taglio compresa tra              i 2.000 e i 3.000 hertz. La frequenza di taglio giunge sui due altoparlanti              attenuata di un 50% (3 dB), ma essendo equamente ripartita, potremo              ascoltare anche la frequenza di taglio con un livello sonoro pari              al 50 + 50 = 100%.
Nei filtri a 3 vie, che              si utilizzano quando ci sono 3 altoparlanti, normalmente si sceglie              una frequenza di taglio compresa tra i 400 e i 500 hertz per il Woofer              e una frequenza di taglio compresa tra i 4.000 e i 6.000 Hz per il              Tweeter. Tutte le frequenze centrali vengono riprodotte dal Midrange.

Attenuazione e Pendenza
               
Viene definito filtro del 1° ordine, quando è                  formato, cioè da un solo componente reattivo per ogni via,                  che, come abbiamo visto, operano una attenuazione di 6 dB per                  ottava. Se da un lato questa configurazione è la più                  semplice, è però da considerare che l’attenuazione                  di soli 6 dB/ott. potrebbe mettere in crisi gli altoparlanti,                  principalmente i tweeter ed in misura significativa anche i midrange                  a cupola, entrambi molto sensibili a frequenze esterne alla loro                  gamma soprattutto dal lato bassa frequenza. Per ridurre il contenuto                  di frequenze esterne alla banda utile si aumenta la pendenza dell’attenuazione.                  Per far ciò si ricorre ad una altra proprietà dei                  componenti reattivi (induttanze e condensatori), in base alla                  quale se si usano più componenti reattivi per ogni via,                  l’attenuazione complessiva sarà data dal prodotto                  dell’attenuazione di un componente (6 dB/ott.) per il numero                  dei componenti stessi, il numero dei componenti inoltre, determinerà                  anche l’ordine del filtro. Ad esempio se in un passa-basso                  del 1° ordine, formato da una sola induttanza in serie, aggiungiamo                  un condensatore in parallelo, il filtro produrrà una attenuazione                  di 12 dB per ottava e diventerà del 2° ordine (fig.                  4). Se aggiungiamo ancora una induttanza in serie, l’attenuazione                  sarà di 18 dB per ottava, quindi del 3° ordine (fig.                  5), e così via. Naturalmente le stesse considerazioni valgono                  per i filtri passa-alto. Anche per il passa-banda valgono le stesse                  regole circa l’attenuazione e l’ordine, tuttavia nella                  progettazione di questo tipo di filtro si deve porre particolare                  attenzione alla distanza tra le due frequenze di taglio, se sono                  troppo vicine (distanza inferiore a 3 ottave), le due sezioni,                  passa-alto e passa-basso, interagiscono tra loro producendo una                  risposta complessiva non corretta. Una caratteristica molto importante                  dei filtri del 2° ordine è la simmetria,
(http://www.professionistidelsuono.net/immagini/attenuazione.jpg)
cioè una volta fissata la frequenza di incrocio,                  entrambe le sezioni utilizzeranno gli stessi componenti di uguale                  valore, ma invertiti di posizione. Il passa-basso è costituito                  da una induttanza in serie e da un condensatore in parallelo,                  il passa alto sarà formato da una induttanza dello stesso                  valore ma collegata in parallelo e da un condensatore dello stesso                  valore ma collegato in serie.