DIVISOR DE FRECUENCIAS (CROSSOVER) ACTIVO Crossover activo
A continuación presentamos un divisor de frecuencias o crossover activo. Este c ircuito es ideal para sonidos profesionales de gran potencia, ya que divide las frecuencias antes de ser amplificadas, entregando cada grupo de frecuencias a un amplificador independiente. Esto logra un sonido más definido y puro, sin contar que no hay pér didas de potencia. Para poder entender que e s y que hace un crossover activo, primero explicaremos algunos conceptos, conexiones y tipos de sonido profesional.
El sonido profesional
Hablar de sonido profesional es algo complejo. Muchos creen que un sonido profesional es el que suena fuerte y que hace que todo retumbe por todas to das partes. Eso es un sonido potente. potente. Pero… ¿es realmente realmente un sonido profesional? Un sonido profesional debe cumplir co n varias condiciones: Por supuesto debe sonar fuerte, pero también debe sonar muy claro y nítido. Y una condición muy importante es que tenga una gran definición. Esto se refiere a que si reproducimos música, cada instrumento se debe e scuchar perfectamente sin que sea opacado por otros instrumentos. Para terminar un sonido profesional se debe escuchar fuerte, pero no molesto. Debe sonar al mismo nivel en todo e l espacio donde haremos el evento. Ahora bien; Existen dos tipos de sonido que se caracterizan por su forma de conexión y por los equipos que lo componen. El primero es el sonido de configuración clásica o convencional y el otro es el sonido tipo Line Array. Comencemos por explicar el sonido de configuración clásica o convencional. Este sonido consiste en amplificar una señal de rango completo y se divide al salir del amplificador por medio dedivisores de frecuencia pasivos. Es decir que estos no requieren alimentación eléctrica.
El sonido sale del reproductor, ya sea un computador, un DVD, un reproductor Mp3, un equipo de torna mezas de DJ, etc. De ahí va a un mezclador que como su nombre lo dice, mezc la las diferentes fuentes de sonido, como por ejemplo, micrófonos y señales de línea. También sirve para agregar efectos como la reverberación, delay, o flanger. Luego que el sonido está mezclado y optimizado al g usto del ingeniero de sonido o DJ ya sea el caso, pasa por unecualizador gráfico. Este hace varias funciones. Una de e llas es dar color y personalidad al sonido. Pero hay otra función que no es muy notoria por el público pero que es mucho más indispensable. Es la cancelación de frecuencias de feedback o retroalimentación. Expliquemos esto un poco más a fondo. Cuando estamos cuadrando los micrófonos en un escenario, muchas veces te nemos problemas con unos sonidos agudos que se producen al acercar un micrófono a un bafle. A este sonido se le conoce como feedback. La retroalimentación de audio o acústica, también se le conoce con el nombre de (efecto Larsen) Cuando el sonido producido por un altavoz, ya sea ruido blanco o cualquier sonido proveniente del mic rófono, es percibido por el micrófono, este sonido es amplificado nuevamente y vuelve a salir por e l altavoz, repitiéndose este efecto una y otra vez. La frecuencia del sonido resultante es determinada por las frecuencias de resonancia del micrófono, del amplificador, de los altavoces, la acústica del recinto, los patrones direccionales del micrófono y altavoces y su e misión, y la distancia entre ellos. Finalmente tendremos un fuerte chirrido que puede llegar a dañar el oído humano. Aquí entra el ecualizador gráfico. Este debe tener al menos 30 bandas por canal. Entre más bandas, el corte será más selectivo. Ahora bien: para poder cancelar el famoso fee dback, se debe averiguar la frecuencia del chirrido o pito emitido por el parlante. Esto se puede hacer con un analizador de espectro o de una forma más económica es a oído.
Se escucha el sonido y se busca la nota en un piano. Luego se mira una tabla de equivalencias de notas musicales a frecuencias. Cuando sabemos la frecuencia, la cancelamos en el ecualizador gráfico y listo. Ahora que tenemos la señal perfecta, sin ruidos y bien mezclada y ecualizada, la enviamos al amplificador de sonido. Este amplifica a gran volumen todo el espectro de onda. Ahora es el momento de hablar del divisor de frecuencias o crossover. Como la señal es de rango completo, ni los woofers ni los drivers están en c apacidad de reproducir todo el rango, por lo tanto se generan cancelaciones de fase y distorsión. Estos se puede explicar fácilmente. Por ejemplo c uando suena una guitarra que está en las frecuencias medias, y ésta suena al tiempo con e l bajo que está en las frecuencias bajas, el woofer cancela parte de la guitarra y parte del bajo, ya que los movimientos que debe realizar para estos dos sonidos son opuestos. Al colocar un divisor de frecuencias a l a salida del amplificador, este por ser pasivo lo que hace dividir las frecuencias, atenuando unas por un canal y otras por el o tro canal, es decir que en la salida para el woofer están atenuadas las frecuencias altas y medias y en la salida del driver están atenuadas las frecuencias bajas. Esto se traduce en nitidez del sonido y se reduce el nivel de distorsión. Al mismo tiempo se protegen las bobinas y diafragmas de los drivers y twee ters que no fueron diseñadas para reproducir señales fuertes. El crossover pasivo es de gran utilidad, aunque no da ganancia a la señal de audio. Una de las grandes desventajas del sonido clásico es su deficiencia para repartir el sonido de ma nera uniforme. Se requiere colocar los bafles en puntos demasiado estratégicos y aún así el problema es que las personas que están cerca siempre escucharán mucho más fuente que los que e stán lejos de los parlantes. Por eso aparece el sonido Lina array.
Sonido Line Array
El sonido line array es un conjunto de equipos y altavoces acoplados de tal forma que logran una mejor repartición de sonido, aprovechando mejor la potencia de los amplificadores. Se le llama Line Array, ya que la forma de colocar los altavoces es en línea vertical. Estos llevan ciertos g rados de inclinación, dependiendo de la altura, permitiendo una distribución más uniforme de sonido.
El moderno equipo de sonido Line Array amplifica la señal ya dividida por grupos de fr ecuencias, bajas, medias y altas. Por esto el componente que precede al ecualizador gráfico es el crossover activo. Los divisores de frecuencia o crossovers activos (active c rossover) también son conocidos como crossovers electrónicos y últimamente están apareciendo los crossover digitales. Todos estos nece sitan de una fuente de alimentación eléctrica para funcionar. Toman la señal preamplificada y la separan en 3 o 4 grupos según el modelo y luego la entregan a tantos amplificadores como sea necesario. De esta manera filtran o separan las frecuencias antes de llegar al amplificador. La otra gran ventaja del crossover activo es que es variable o ajustable. Puede te ner ajustes de frecuencia, ajustes de nivel y en algunos casos inversión de fase. Los amplificadores reciben su señal correspondiente, ya sean bajos, m edios o altos. Cada amplificador se encargará de excitar los altavoces diseñados para la frecuencia específica. Las frec uencias bajas van a un amplificador que mueve los subwoofer. Las frecuencias medias van a un amplificador que mueve parlantes midrange y drivers y las frecuencias altas van a un amplificador que mueve super tweeters. Habiendo explicado brevemente como es un sonido Line array, ahora e stamos en capacidad de entender el crossover activo que enseñaremos a construir a continuación.
Presentamos un divisor de frecuencias activo que fue diseñado a partir de nuestros Filtros pasa banda . Básicamente tomamos los tres filtros y los unimos en una misma tarjeta, incluyendo la fuente simétrica regulada. Este es un desarrollo que se hizo a conciencia, buscando una alternativa para las personas que desean hacer un sonido profesional. Inspirados en los famosos picó que se fabrican en nuestras costas colombianas y en los sonidos gigantes que hacen e n la ciudad de Iloilo en Filipinas, hicimos este crossover con el fin de comenzar a trabajar en el proyecto de hacer uno de estos sonidos para enseñarlo a fabricar. Si construye 3 Amplificadores de 1000W como el que tenemos en nuestra secc ión de proyectos amplificadores, tendrá un sonido ideal para eventos al aire libre.
A continuación explicaremos las 4 etapas que conforman este circuito.
Etapa filtro pasa bajos . Esta parte se encarga de atenuar todas las frecuencias medias y altas y sólo permite el paso de las frecuencias bajas. Además hace un realce de las mismas de segundo orden. Es decir que es bastante notorio el realce. El realce se hace desde los 30 Hz hasta los 500 Hz. Su componente principal es el TL082 . Este es un amplificador operacional de bajo ruido con buena respuesta de bajos. La señal que entra al filtro pasa bajos es estéreo, pero para mantener una uniformidad en los bajos y lograr que se mantengan en el centro, se suman los dos canales L y R, para luego tratar la señal estando monofónica. Después de que la señal ha sido tratada, se divide en dos, pensando en que se pueda conectar un amplificador estéreo a la salida. Lógicamente que aunque el bajo es mono, este saldrá por dos vías.
La siguiente etapa es el filtro pasa medios o pasa banda media. Esta se comprende entre los 500 Hz y los 4.000 Hz. En estas frecuencias se encuentra la voz humana. Este filtro pasa medios es 100% e stéreo. Quiere decir que son dos etapas idénticas, una se encarga de procesar el canal derecho y la
otra el canal izquierdo. Por esta razón vemos dos c ircuitos integrados, cada uno controla un canal. Hemos usado e l famoso operacional C4558 que tiene un bajo nivel de ruido y excelente respuesta a las frecuencias medias y altas.
El filtro pasa altos se encuentra desde los 2KHz, hasta casi los14KHz. Da un brillo muy agradable y si usamos los tweeters adecuados, el sonido será de excelente calidad. En esta etapa también usamos los C4558. También es una etapa totalmente estéreo, ya que la música grabada en estéreo tiene paneados los instrumentos hacia los lados, ex cepto el bajo y el bombo. Así que todos los sonidos que e stán en la banda media y alta tienen movimientos hacia la derecha y la izquierda. Esto da un efecto de amplitud en la música.
La última etapa es la fuente de alimentación. Esta es una fuente regulada simétrica. Está formada por un puente de diodos de 1 amperio, dos condensadores de 2200 uF y dos reguladores de 12 voltios; uno de voltaje positivo ( LM7812) y el otro de voltaje negativo (LM7912). Es indispensable que le fuente sea regulada para lograr un sonido limpio sin ruidos de ningún tipo.
Circuito impreso en fibra de vidrio
Hasta el momento hemos hecho nuestros circuitos impresos a partir de placas fenólicas de baquelita. En este caso queremos dar una presentación más profesional a los circuitos, por e so hemos usado fibra de vidrio.
Los circuitos impresos de fibra de vidrio son más fuertes, m ás resistentes al calor, sus pistas soportan más cambios de componentes sin llegar a levantarse fácilmente y todo e sto sin contar la buena presentación que le da al circuito impreso. La fabricación de circuitos impresos en fibra de vidrio se realiza con el método de serigrafía. Por otra parte no olvidemos que una de nuestras premisas es que los circuitos aquí expuestos sirvan para ser comercializados. Por esto si lo que se desea es hacer productos de calidad, es ne cesario comenzar a usar los m ateriales de vanguardia.
Mediciones
Cuando hacemos un circuito debemos tener en c uenta revisar muy bien todo antes de encenderlo. Se de be lavar muy bien el impreso con thinner y un cepillo de dientes y luego se revisa a contra luz que no haya cortos entre pistas. Por último se revisa cada componente, que sea el correcto y que esté en su sitio correspondiente. Luego que estamos seguros que el circuito está perfectamente ensamblado, debemos hacer algunas mediciones. La primera es colocar el multímetro en continuidad y medir los tres pines de entrada donde irá c onectado el transformador. No deberá marcar nada (un 1 a la izquierda) si llegase a haber mediciones o impedancias, se proc ede a revisar minuciosamente el circuito Si la medición sin conectar es corr ecta, se debe conectar el transformador al circuito y luego se alimenta sin olvidar que a TODO CIRCUITO cuando se conecta por primera vez se debe alimentar usando una serie con un bombillo para evitar que se queme el circuito en caso de que haya un corto. Como este circuito tiene un c onsumo muy bajo de corriente, se debe usar un bombillo incandescente o alógeno de 20W.
Si el bombillo enciente, es porque hay un corto. Revise y vuelva a conectar nuevamente Cuando el bombillo no enciende es porque el circ uito no tiene cortos. Entonces proceda a medir el voltaje que alimentará los circuitos integrados. Este voltaje es simétrico, es de cir que hay voltaje positivo, voltaje negativo y t ierra. En la máscara de componentes hemos marcado los j umpers o puentes metálicos con los voltajes que pasan por ellos. Los jumpers que llevan voltaje positivo tienen un mas (+), los que c onducen voltaje negativo tienen un signo menos (-) y los que conducen el tierra dicen GND (graund). Así podrá verificar que los voltajes entregados por los reguladores son los correctos. Recuerde que si el voltaje no es simétrico, el circuito funcionará mal o simplemente no funcionará. A veces el voltaje no es simétrico y encontramos que un r egulador marca 12 voltios y el otro 11 .2. Esto puede generar ruidos o un pésimo funcionamiento del circuito, con síntomas como distorsión o hum. Esto puede deberse a que uno de los reguladores esté defectuoso o sea falsificado. Proceda a cambiarlos.
El transformador usado para alimentar nuestro crossover activo debe ser de un voltaje entre los 12-0-12V AC y los 15-0-15V AC. El consumo en amperios del circuito es de 500 miliamperios. Así que el transformador puede ser de ahí en adelante. Recuerde que todo circuito sólo consume los amperios que nec esita y nada más. Así que si el transformador que usa es de 1 amperio o más, no habrá problema, ya que el crossover sólo tomará los 500 miliamperios y el resto nunca saldrá del transformador. Otra recomendación importante es usar un fusible. Este puede ser de 0.3 o 0.5 amperios.
Una de las cosas por las que más hemos visto fallas en los proyectos de nuestros visitantes son las malas soldaduras e impresos de mala calidad. Por eso es importante hacer el esfuerzo en lograr que el circuito impreso quede bien y las soldaduras deben ser impecables. Deben quedar redondas y cubrir todo e l rededor de la pata del componente. La limpieza también es fundamental para no tener problemas con el circuito. Una esquirla de soldadura puede hacer la diferencia entre un circuito funcionando y uno quemado por un corto circuito.
No necesariamente un buen circuito debe ser hecho con el método de serigrafía. El primer prototipo que hicimos de nuestro crossover activo fue hecho con el método de planchado. Este funciona tan bien como el que hicimos con fibra de vidrio, solo que no se ven tan elegante. Además hicimos la prueba de usar condensadores cerámicos y tuvimos un buen resultado, aunque yo personalmente prefiero los de poliéster y por eso la versión definitiva quedó con este tipo de condensadores, excepto los de escala en picofaradios que son cerámicos. En el video que presentamos a continuación mostramos nuestro primer prototipo funcionando, para que vean que se puede hacer de manera casera, obteniendo un muy buen resultado.
