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,
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.
