EL GRAN PROBLEMA PROBLE MA DE LOS ALTA ALTAVOCES. http://www.pcpaudio.com/pcpfles/doc_altavoc http://www.pcpaudio.co m/pcpfles/doc_altavoces/fltros_pasivos/fltro es/fltros_pasivos/fltrospasivos.h spasivos.h tml Todo Todo el mundo se habrá fijado en que los bafles no tienen un solo altavoz, sino dos, tres, o a veces más. Salvo extrañas excepciones, cuando un bafle tiene un solo altavoz (radiocasettes, altavoces para el ordenador,...) ordenador,...) no suelen sonar demasiado bin. !l problema es que no todos los altavoces pueden reproducir correctamente todo el ran"o de frecuencias audibles. #ara crear "raves ha$ que desplazar una "ran cantidad de aire, $ para eso hace falta un altavoz "rande. !ste altavoz tendrá masa, $ será dif%cil moverlo a altas frecuencias, $a que el tiempo que tarda en adquirir velocidad el cono es "rande. &n t'eeter puede estar sometido a campos de *, aunque la reducida masa de la c+pula hace que la fuerza que acelera la c+pula sea de - /. !sto ser%a impensable con las pesadas membranas de los 'oofer. 0o contrario ocurre con altavoces pequeños. #ara mover un "ran volumen de aire con un pist1n, puedes tener mucha área $ poco desplazamiento o mucho desplazamiento $ poca área. !l problema es que existen restricci1nes a la excursi1n máxima de la membrama.
1º #ara 1º #ara crear sonido sin distorsi1n, la primera suposici1n es que el proceso de creaci1n del sonido es adiabático. Si el aire se comprime, este proceso deja de serlo, $ esto ocurre cuando la presi1n es mu$ elevada. 0a presi1n depende de la superficie, $ la presi1n que crea un pist1n pequeño no es perfecta, $a que el aire ofrece resistencia al movimiento, $ cuanto ma$or sea el movimiento, ma$or será la compresi1n del aire, $ ma$or la distorsi1n.
2º 0a membrana está sujeta por dos puntos, que se encar"an de mantenerla centrada. 0a enlon"aci1n de estos materiales que sujetan la membrana es finita, $ además suelen ser elásticos, por lo que absorben $ devuelven ener"%a de la membrana $ producen distorsi1n. 2omo el fin de la suspensi1n es mantener el cono en su sitio, no pueden tener una lon"itud infinita, por lo que un desplazamiento mu$ amplio, además de causar d istorsi1n, puede lle"ar a romper el altavoz.
3º !l campo ma"ntico creado por el imán no es perfectamente homo"neo. 3 una cierta distancia, la lineas de flujo ma"ntico empiezan a separarse, $ el valor del campo ma"ntico en el eje no se mantiene constante, sino que empieza a disminuir. !sto !sto causa distorsi1n.
¿SOLUCIÓN? 0a soluci1n a este problema es tan simple como combinar varios tipos de altavoces especializados en a"udos, medios, "raves, medios-"raves, sub"raves...para conse"uir que la respuesta en frecuencia sea cubierta correctamente.
#!45 /5. Si las cosas fuesen tan fáciles como esto, nadie estar%a mirando esta pá"ina... •
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3 veces, un altavoz "rande "rande tiene un comportamiento comportamiento incorrecto a altas frecuencias. !so ha$ que quitarlo. 0os altavoces de a"udos tienen una potencia 6&7 limitada, $ un desplazamiento mu$ pequeño, de menos de .mm. Si se le hace reproducir "raves de 8 durará poco.
0o ideal en este punto es que a cada altavoz le lle"ue la banda de frecuencia que puede reproducir sin problemas $ sin d distorsi1n. istorsi1n. !xisten varias maneras de hacer este proceso, llamado filtrado. 9e momento, nos vamos a ocupar s1lo de los filtros pasivos. 6ás informaci1n en La enfermedad de los altavoces. inicio
EL PROBLEMA DE LOS FLTROS 0os filtros no cortan perfectamente una señal en frecuencias ma$ores o menores que una frecuencia determinada, llamada frecuencia de corte. 0o que hacen es disminuir la potencia de la señal a medida que su frecuencia se va alejando de la frecuencia de corte. 0a brusquedad con la que se produce e sta atenuaci1n se puede ele"ir $ depende del n+mero de componentes que se usen, como se ve en la "ráfica de a rriba.
Corte de frecuencia según el orden
0os filtros se clasifican en primer lu"ar por su funci1n (eliminar a"udos o "raves...) $ en se"undo lu"ar por la brusquedad con la que se aten+an las frecuencias fuera del ran"o. !n las "ráficas lo"ar%tmicas, esto da una linea recta, que empieza a decaer en la fecuencia de corte con otra linea recta, $ la pendiente de esta recta es lo que marca el orden del filtro. 0a pendiente se mide en decibelios por octava. &na octava es el doble de al"o. !n este caso, el espacio entre $ :;z es una octava $ es exactamente i"ual que el que ha$ entre $ <;z.
0os filtros causan errores de fase. 2uantos más componentes tiene un filtro, más desplazamiento de fase causará, pero menor será la interacci1n entre los los altavoces. !n !n la "ráfica de la derecha se aprecian los errores causados por los diferentes tipos de filtros. !l que menos desplazamiento produce es el de primer orden, que tiene un desfase de := en la frecuencia de corte (<;z) $ >= en la banda eliminada.
desfase según orden ver circuito
!l que más es el de := orden, que a la frecuencia de corte desplaza ?= $ en la banda eliminada @A=.
inicio
El !ro"lema de los f#ltros !ara s$"%oofers 5tro problema bastante importante, no exclusivo pero si a cuciante, de los filtros pasivos es que a medida que decrece la frecuencia de corte, aumenta el valor de los componentes. !sto implica que sean más "randes $ caros. !n concreto, las bobinas tienen resistencia en serie $ puden lle"ar a valores de 5hm. !n un 'oofer de : 5hm, esto es una prdida importante, -dB. !l ejemplo más simple es porqu los sub'oofers comerciales son activosC porque es más barato $ menos voluminoso fabricar un filtro activo con su fuente de alimentaci1n propia que utilizar bobinas de hasta D@Am;E para un filtro de := orden. Supon"o que nadie (ni $o) habrá visto una bobina de @A m; para altavoces. &na bobina con n+cleo de transformador(las más eficientes $ FpequeñasF para valores "randes) ocupar%a alrededor de , litros $ pesar%a entre A $ ? G". !n un sub, un filtro activo es prácticamente obli"ado. inicio
TPOS DE FLTROS PASVOS 0a frecuencia de corte es el punto donde la respuesta en frecuencia se reduce a una fracci1n determinada. !ste punto suele ser el punto de -@dB, que en potencia es el punto donde la respuesta se reduce a la mitad. #or la forma de percibir del o%do humano, la disminuci1n de la respuesta a la mitad no se percibe como Fla mitad de altoF sino como Fun poquito más bajoF. &n filtro puede dejar pasar las frecuencias ma$ores que la fecuencia de corte, o al contrario, dejar pasar s1lo las frecuencias menores que la frecuencia de corte. 5 se pueden dejar pasar s1lo las frecuencias de una banda (entre dos frecuencias de corte). •
Filtros paso alto: dejan pasar las frecuencia más altas que la fecuencia de corte.
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Filtros paso bajo: 9ejan pasar las frecuencias menores que la fecuencia de corte.
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Filtros paso bandaC 9ejan pasar las frecuencias entre dos frecuencias de corte. /ormalmente son una combinaci1n en serie de un paso alto $ un paso bajo, pero pueden implementarse de otras maneras. Filtro elimina banda: 3l contrario que los paso banda, estos eliminan una banda. !n altavoces no tiene mucho sentido. 3l i"ual que los paso banda, pueden implementarse con un paso bajo $ un paso a lto, pero en paralelo.
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Otros: muesca (notch), $ otras redesC 4ed Hobel, 0-pad, ...
0os filtros pasivos se basan en la impedancia variable $ dependiente de la frecuencia que tienen las bobinas $ los condensadores.
Condensadores 2uanto ma$or sea f, menor será su impedancia, por lo que un condensador dejará pasar las frecuencias altas $ ofecerá una "ran resistencia a las bajas frecuencias, que se verán atenuadas
Bobinas 2uanto ma$or sea f, ma$or será la impedancia de la bobina, por lo que a travs de una bobina, pasarán sin nin"+n problema las frecuencias bajas, $ las frecuencias altas se verán atenuadas, por atravesar una resistencia ma$or.
inicio
PAR&METRO ' DE (N FLTRO 3 partir de ahora nos encontramos con un nuevo problemaC 0a I del filtro. I suele ser sin1nimo de un factor de calidad, pero en los filtros no tiene nada que ver con eso. I define la proporci1n entre H n ominal, 0 $ 2. !n los ejemplos de f1rmulas $ "ráficas se han utilizado exclusivamente filtros de = oden, pero esto es com+n a todos los filtros de orden ma$or a . !l filtro de primer orden s1lo tiene una I, la de Butter'orth.
9ependiendo de los valores de I se obtiene respuesta u otra en la banda cercana a la frecuencia de corte. 3l"unos de estos valores de I producen que una caracter%stica sea 1ptimaC respuesta plana, a lineamiento en fase o brusquedad de la ca%da.
3hora $a no tiene mucho sentido hablar de A, , ? o AdBJoct, porque eso son comportamientos asint1ticos, mu$ por debajo de la banda audible, o por lo menos sin enmascarar. Sin embar"o, nos referiremos al orden para indicar ese comportamiento. 0os tipos de filtro más importantes en funci1n de I, para altavoces $ audio son los si"uientesC •
Butterworth: #roduce la respuesta en frecuencia más plana posible.
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cheb!che": #roduce la ca%da más brusca de todas, a pesar de tener un pico de respuesta cerca de la frecuencia de corte. !ste es el motivo por el que no se use demasiado. Bessel: /o decae tan rápido como los anteriores, pero produce los menores errores de fase de todos. #in$wit%&'ile!: !l punto de corte no se produce a -@dB, sino a -AdB. Se constru$e a partir de dos filtros butter'orth de orden menor. 2omo ventajas tiene que la respuesta es plana $ sobre todoCen todo momento la reproducci1n de ambos drivers está en fase. !s una idea diferente a los filtros convencionales $ es exclusiva del audio.
!n lu"ar de definir I con un n+mero, que cambia para diferentes 1rdenes, se emplean los nombres de matemáticos ilustres que definieron funciones que lue"o han sido usadas para deducir el comportamiento de los filtros en base a l comportamiento de esas funciones (sobreamorti"uado, subamorti"uado...). !ntre ellos están Bessel, Tcheb$chev, Butter'orth, 0e"endre, 2auer,... !n el caso del 0in<'itz-4ile$, Sie"frid 0in<'itz es un presti"ioso in"eniero que ahora retirado se dedica a la ac+stica. 0as peculiaridades de su confi"uraci1n son que la suma elctrica del paso bajo $ paso alto es exactamente , $ ambos filtros reproducen con la misma fase. 0a respuesta es completamente plana $ la readici1n sonora mu$ homo"nea.
!n la "ráfica de la derecha se ve c1mo se comportan estos filtros dependiendo de su I. #or debajo de la parte mostrada en la "ráfica, el filtro de Tcheb$chev es el que más atenuaci1n produce. !l de Bessel, el que menos. #uede parecer en un principio que el de Tcheb$chev no sirve para nada, tiene un "ran pico en la respuesta,... !sto es porque se muestra la respuesta en voltaje. Kalta la intensidad, $ juntas la intensidad $ el voltaje forman la potencia. !n potencia, que es como funciona un filtro pasivo, no ha$ "anancia de nin"+n tipo. 3l"o pasivo no puede producir "anancia.
(ar)metro * de un filtro ver circuito
#ero en circuitos activos más complejos, la propiedad de atenuar más que los demás hace que un filtro de A= orden Tcheb$chev acabe funcionando mejor que uno de Butter'orth de ?= orden. 9e hecho, es la I que se utiliza en los filtros anti-alisin" en los conversores anal1"ico-di"ital.
3 la izquierda se ve c1mo se comporta la fase de cada filtro. 0a peor es la de Tcheb$chev, es la que mas cambios bruscos produce, $ el de Bessel es el más suave. Butter'orth, como en el caso anterior, es al"o intermedio.
!n el fondo es un compromiso entre fase, respuesta temporal, respuesta en frecuencia $ atenuaci1n en la banda eliminada. /o se puede tener todo a la vez, as% que ha$ que decidir cual es el factor más importante. inicio
S(MA DE LAS RESP(ESTAS &na vez que la señal pasa por el filtro, lle"a al altavoz. #ero quedan cosas pendientes. Iueda por saber qu pasa cuando el sonido sale del altavoz. ;a$ que pensar que está desplazado en fase. Lamos a ver qu nuevos problemas sur"en ahora en el caso concreto del filtro de = orden.
3hora, a la derecha tenemos las señales que resultan de filtar, paso bajo $ paso alto, para conectarlas a los drivers. Se ha señalado la I de todos los filtros
7 la suma de las respuestas tiene este aspecto, desolador. Mqu es lo que está pasandoN #ues que a la frecuencia de corte el desfase es de ?=, $ eso supone que una se resta a la otra, $ esuna cancelaci1n perfecta.
0a soluci1n es invertir la fase de uno de los dos altavoces (cambiar el cable rojo por el ne"ro, as% de fácil). /ormalmente se invierte la fase del de a"udos, $a que en los a"udos no es posible percibir la fase absoluta. 0a suma en voltaje más plana es la de 0in<'itz-4ile$, "ranate. 0a si"uiente es la de Butter'orth, azul oscuro.
3 la derecha se v la fase de la suma de ambas pastes del filtro en el caso que están los dos altavoces en fase. Se v que el desfase máximo es de >=. !l caso en el que más bruscamente se desv%a la fase es el de Tchebichev $ el que menos, el de Bessel.
3hora, la respuesta en fase de la suma con el t'eeter invertido de fase. Se aleja de cero, pero esto es a costa de no tener una cancelaci1n. !s el precio que ha$ que pa"ar.
!sto es com+n a los filtros de orden par. ;a$ que ele"ir entre una cancelaci1n o un desfase, $ es completamente l1"ico ele"ir el desfase, es decir, ha$ que invertir la polaridad del t'eeter. !sto es as% con los de , :=, A=,...orden, excepto en el filtro activo de := orden 04, donde no ha$ que invertir la fase de nin"uno de los drivers. !n el caso de un filtro de orden impar, concretamente el @er orden tenemos este resultado.
Se trata de un filtro de @er orden Butter'orth. Se puede observar a primera vista que la suma de las respuestas es perfectamente plana. !n caso de invertir la fase del t'eeter tambin es plana.
0a respuesta en fase se muestra a la derecha. 0os drivers reproducen a O@= $ -@= a <;z, la f recuencia de corte. !sto quiere decir que ha$ un desfase de P= entre ellos... o visto de otra manera, ->=. !s un artificio matemático perfectamente válido. a pesar de lo aparatosa que resulta la "ráfica, la respuesta en fase no está mal para ser un filtro de @er orden.
0a tentaci1n de invertir la fase del t'eeter puede ser demasiado "rande. 3 la derecha se ve lo que pasa en ese caso. 0a respuesta tiene un desfase de ->= a la frecuencia de corte, pero lue"o avanza hacia los ?= que tiene el t'eeter de desfase.
!n definitiva, no produce nin"+n beneficio sin que produzca otro perjuicio. 2omo viene siendo habitual, es cuesti1n de decidir qu caracter%stica nos conviene. inicio
GRO(P DELA) *retardo de +r$!o, !l retardo de "rupo es la variaci1n del desfase (fi) frente a la frecuencia an"ular (ome"a), que es proporcional a la frecuencia. !s una ma"nitud que ha permanecido i"norada durante mucho tiempo pero parece que ahora empieza por fin a despertar inters.
!s una medida de la respuesta temporal que produce un filtro. 2uanto más "rande, más tiempo tarda en reaccionar, pero no es un problema de tiempo sino de uniformidad. /o podemos percibir un retraso absoluto en la m+sica, es como pulsar el pla$ @ microse"undos antes o despus, pero se puede distin"uir cuándo el platillo empieza a sonar en relaci1n con el bombo. 0os casos más dramáticos se producen en "raves, donde los desfases $ los retrasos temporales son perceptibles por nuestro o%do. !n los casos de las cajas ac+sticas basadas en sistemas resonantes, como las bass-reflex $ las paso banda, es donde ma$or importancia tiene, cuando los retrasos empiezan a superar los ms, cosa que nuestro o%do percibe como un eco.
3 la derecha se observa el retardo de "rupo para los : 1rdenes de filtro visto aqu%. Todos son de I Butter'orth. !s obvio que no s1lo aumenta el retraso, sino que aumenta tambin su no uniformidad, que e s el principio del problema. +roup dela! frente al orden
3qu% se muestra la dependencia del retardo de "rupo con la I del filtro. Tras ver las dos "ráficas $a se puede deducir al"o. 2uanto ma$or es la atenuaci1n del filtro, ma$or es la no uniformidad $ peor la respuesta temporal. 0a I de Bessel es la mejor mientras que la de 2heb$chev es la peor.
+roup dela! frente a *
!l resultado de todo lo expuesto anteriormente (fase, respuesta tempora, "roup dela$,... es el "ringing" , o sobreoscilaci1n. !s una distosi1n añadida por el filtro a la onda ori"inal. !l ejemplo más acertado es la onda cuadrada, que aunque muchos opinan que no es un test válido, resulta ser la onda con ma$or contenido en arm1nicos $ la más exi"ente para la respuesta temporal. 3 la derecha se observa una onda cuadrada con un periodo de ms.
'espuesta a la onda cuadrada
!n el detalle de la derecha se aprecia mejorC el filtro de Tcheb$chev produce unos picos bastante "randes. 0e si"ue el de Butter'orth, al"o mejor. 0ue"o vienen Bessel $ 0-4 con una respuesta bastante buena.. ,etalle de la sobreoscilaci-n
!l circuito empleado para esta +ltima simulaci1n se muestra aqui. Son los filtros de = orden con una entrada de onda cuadrada. inicio
DSE-O ) C&LC(LO 3 continuaci1n se ofrecen los circuitos del los filtros $ scripts para cálculos on-line de todos los filtros $ redes +tiles para la construci1n 9Q7 de pantallas ac+sticas.
inicio
FLTRO DE / ORDEN0 0a pendiente de la recta es de AdbJoct. Son los más sencillos. 2onstan de un solo componente $ producen menos errores de fase. 2omo problema, hacen que los altavoces ten"an que trabajar en un ran"o de frecuencias mu$ amplio, cosa que por ejemplo a los t'eeter no les viene nada bin. Lase la referencia a Fdesen"año con los filtros de er ordenF.
Filtro de paso alto 1º orden
Filtro de paso bajo 1º orden
C&LC(LO DE (N FLTRO DE / ORDEN Krecuencia
;erci Qmpedancia del altavoz más a"udo 5hms ?
Qmpedancia del altavoz más "rave 5hms ?
os
Lalor del condensador
6icrofaradios
Lalor de la bobina
6ilihenrios
inicio
FLTRO DE 1/ ORDEN 0a pendiente de la recta es de dbJoct. 2onstan de dos componente.por filtro. !l corte es más brusco $ producen más errores de fase. 3 cambio, los altavoces puden trabajar en un ran"o más reducido. !n los t'eeter de una cierta calidad se recomienda que la pendiente m%nima del filtro sea esta, para que no les afecten frecuencias más bajas. !ste es el tipo de filtro más usado, aunque $o personalmente le encuentro un "ran problema. 2ausa "raves errores de fase, como suelen hace todos los filtros de orden par. !n el de Butter'orth, los el desfase entre los dos altavoces es de ?=. !l de 0in<'itz-4ile$ no causa
errores de fase, pero la polaridad de uno de los altavoces debe estar invertida. !n el de Butter'orth, tambin se recomienda. 9e esta manera, si el desfase es ?=, $ la fase en la que reproduce el altavoz es O-?, esto produce o @A=, es decir, que está en fase. Se constru$en con un componente en serie (bobina o condensador) $ el componente complementario en paralelo con el altavoz.
Filtro de paso alto 2º orden
Filtro de paso bajo 2º orden
C&LC(LO DE (N FLTRO DE 1/ ORDEN
Krecuencia
;erci Qmpedancia del altavoz más a"udo 5hms ?
Qmpedancia del altavoz más "rave 5hms ?
os
2ondensador 2
2ondensador 2
Bobina 0
Bobina 0
inicio
2/ ORDEN3B(TTER4ORT5. 0a pendiente asint1tica de la recta es de ?db oct. 0a atenuaci1n de las frecuencias es bastante brusca, en el punto de corte, las fecuencias están en fase $ los desplazamientos de fase se reparten por el ran"o de frecuencias, por lo que no son tan evidentes. 3 veces es necesario usar este tipo de filtros, por ejemplo si los altavoces están mu$ pr1ximos al final de su ran"o de frecuencias, pero en este caso es mejor que sean filtros activos. 0a acumulaci1n de componentes de"rada la señal.
0a otra excepci1n la constitu$en los t'eeter, donde s% puede ser interesante utilizar este orden de filtro, o ma$or, para evitar una excesiva excursi1n de la c+pula.
Filtro de paso alto 3º orden
Filtro de paso bajo 3º orden
C&LC(LO DE (N FLTRO DE 2/ ORDEN Krecuencia
;erci Qmpedancia del altavoz más a"udo 5hms ?
Qmpedancia del altavoz más "rave 5hms ?
os
2ondensador 2
Bobina 0
uK
2ondensador 2
m;
Bobina 0
uK
m;
2ondensador 2@
Bobina 0@
uK
m;
inicio
6/ ORDEN LN74T83RLE). 0a pendiente de la recta son : dBJoct. 2ada filtro consta de cuatro componentes, dos bobinas $ dos condensadores. !xiste el := orden-butter'orth, pero tiene el problema de que a en la frecuencia de corte el desfase es de ?=. !ste tipo de filtro realmente minimiza la interacci1n de los dos altavoces. !n la frecuencia de corte, los dos altavoces están en fase $ la respuesta es plana. 0os componentes en serie de"radan la señal $ este tiene dos, por lo que tambin es recomendable que sea un filtro activo.
!n altavoces con diafra"mas r%"idos, cu$a operaci1n fuera del ran"o puede ser ca1tica, este tipo de filtro puede ser la +nica opci1n. Si además se une a un t'eeter con c+pula metálica, donde pasa lo mismo pero a frecuencias menores, entonces SQ es la +nica opci1n.
Filtro de paso alto .º orden
Filtro de paso bajo .º orden
C&LC(LO DE (N FLTRO DE 6/ ORDEN Krecuencia
;erci Qmpedancia del altavoz más a"udo 5hms ?
Qmpedancia del altavoz más "rave 5hms ?
os
2ondensador 2
Bobina 0
2ondensador 2
Bobina 0
2ondensador 2@
Bobina 0@
2ondensador 2:
Bobina 0:
inicio
FLTRO NOTC5 !l altavoz tiende a moverse con "ran facilidad a la frecuencia de resonancia. !sto, como en los motores elctricos en funcionamiento quiere decir que consume poca corriente, $ se traduce como una "ran impedancia.
!n un altavoz, esto se produce s1lo a esa frecuencia $ sus alrededores, $ crea picos de valores mu$ diversos se"+n el tipo de altavoz. !n los 'oofer, los picos tiende a ser "randes $ estrechos, $ en los t'eeter pasa lo contrario. !l caso es que este pico de impedancia interacciona con el filtro $ es un problema serio, sobre todo en los diseños donde se trabaja cerca de la frecuencia de resonancia del driver. !l uso habitual de el filtro notch es corre"ir este pico de impedancia, $ dejarla plana, para que el filtro pueda funcionar correctamente. Tambin un notch sirve para ecualizar picos en la respuesta. (resonancias del diafra"ma, etc...). Se hace con una resistencia en serie con toda la red 402 $ driver. Su comportamiento es como el de la red atenuadora 0.pad, pero sta, a diferencia de 4 de la 0-pad, es Filtro notch /corrector de selectiva a la frecuencia. impedancia0
&na soluci1n al pico de impedancia, empleada especialmente en t'eeters es el ferroflu%do. !s un aceite con part%culas ma"nticas en suspensi1n que elimina prácticamente los picos de impedancia.
C&LC(LO DE (N FLTRO NOTC5 Fs
;ercios
'e
5hms
*es
?
4
5hmios
*ms ?
2
microfaradios
?
0
milihenrios
inicio
REDES DE ATEN(AC9N L3PAD /ormalmente la eficiencia de un t'eeter es ma$or que la de un 'oofer. !sto quiere decir que recibiendo la misma potencia 46S, el t'eeter producirá más sonido que el 'oofer, $ la respuesta en frecuencia no será plana.
!xiste una manera sencilla de evitar esto. ;a$ que evitar que el t'eeter aproveche toda la potencia, es necesario que parte de esta potencia se pierda. !sto se consi"ue añadiendo una resistencia suficientemente "rande. !l problema es que los filtros están preparados para trabajar con una determinada impedancia, $ si esta var%a, el comportamiento no será el mismo.
6ediante resistencias en serie $ paralelo se puede conse"uir que la impedancia vista por el filtro sea la misma, $ que parte de la potencia se pierda en las resistencias, con lo cual el filtro funciona bien $ se obtiene una respuesta más plana. #&(,
C&LC(LO DE (NA RED L3PAD Qmpedancia nominal
5hm
3tenuaci1n
dB
4
5hm 4
5hm
?
#otencia del altavoz
8 #otencia m%nima de 4
8 #otencia m%nima de 4
8
2alcular las resistencias para potencia m%nima
inicio
REDES 8OBEL. 0os altavoces tienen inductancia porque tienen una bobina, que cuando le pasa corriente es la que se encar"a de reacccionar contra el campo ma"ntico del imán, lo que pone en movimiento el diafra"ma. !l problema es que los filtros necesitan una impedancia constante para funcionar correctamente. Si la impedancia no es plana, aparecen picos en la respuesta (cambia la I), e incluso se p uede lle"ar a reducir un orden la respuesta del filtro.
3ñadir una red Hobel no aumenta la pendiente de ca%da. 0a deja como tiene que ser, sin que la inductancia del altavoz interact+e con el filtro. !s cierto que añadir la red Hobel al de "raves le aumenta la ca%da, porque la inductancia impide filtrar bien a la bobina, $ con red puesta la impedancia es plana, no ha$ inductancia. 7 no aumenta el orden, lo que pasa es que sin la red, el orden disminu$e.
'ed obel
QzquierdaC circuito simulado 0 $ 0@ son las inductancias de las bobinas de voz de los 'oofers. !l altavoz ideal no tiene inductancia. 9erechaC4espuesta del circuito simulado con Spice.
!n el "ráfica de la derecha se observan los efectos de la red Hobel en un filtro de @er orden a <;z, en un altavoz de ?5hm $ una inductancia de ,?m;, caso que puede tratarse perfectamente de un altavoz de A. u ?F en confi"uraci1n dos v%as. 0a respuesta del circuito ideal se ha desplazado li"eramente hacia abajo en ambos casos porque la "ráfica era completamente coincidente con la del circuito con red Hobel. 0as conclusiones son obvias.
C&LC(LO DE (NA RED 8OBEL Qmpedancia nominal
5hm
Qnductancia nominal (0e)
m;
?
2apacidad del condensador
uK
4esistencia
5hm ?
inicio
SOBRE LA FASE0DESENGA-O CON LOS FLTROS DE ER ORDEN.
0os altavoces reproducen con su propia fase. 0as "ráficas de impedancia de un t'eeter, Ks $ los parámetros I sirven para saber c1mo será la respuesta en "raves de un altavoz. !sto inclu$e los t'eeter.
3 ambos lados de Ks se definen dos polos, que se comportan como un filtro. Si el t'eeter tiene Ks a ;z, en un t'eeter normal se puede pensar que los polos estn a P;z $ a ;z. Si cortas con un condensador el t'eeter a ;z, al"o normal (el doble de Ks), lo que se está haciendo matemáticamente es poner un polo a esa frecuencia. 9e a bajará a AdBJoct, de a P con dBJoct $ de P;z para abajo, con ?dBJ oct, porque cada polo añade una ca%da de AdB, $ un desfase de >=. 3 ;z ha ca%do :dB, casi nada, $ si"ue siendo audible su comportamiento, $ a P;z ha ca%do > dB, más de lo debido, aunque $a no es tan audible. !l caso es que la banda entre $ es de todo menos un filtro de er orden. 2rea errores de fase de @= $ no de >= a ;z.
'espuesta del filtro ideal ! lo ue tenemos en realidad
Si se hubiese usado un filtro de @er orden a @;z, a ;z su respuesta habr%a ca%do ?-dB $ todo ser%a matemáticamente correcto. a ;z, con una atenuaci1n de dB ( más que con el de er orden), se desv%a s1lo dB $ P= de la respuesta ideal. #ero sobre todo, al"o mu$ importanteC tal $ como es la respuesta usual de la m+sica, a esas frecuencias baja desde los medios hasta los a"udos con una pendiente aproximada de dBJoct. &n filtro de er orden no limita el movimiento del t'eeter, de hecho va aumentando (porque la m+sica es as%) hasta que lle"a a los polos de al lado de Ks.
'espuesta del filtro de 3er orden a 3$4%5 real e ideal
2on un filtro de = orden el movimiento se hace más o menos constante, $ con uno de @= se reduce el movimiento del diafra"ma, que es lo que realmente prote"e al t'eeter. 5tro tema importante es que un filtro de er orden es más simple, es más fácil de atacar por el amplificador $ es menos intrusivo con la m+sica, por que cada componente aporta su Fdestrucci1nF particular al sonido. 3 bajo volumen son mejores los filtros suaves, aunque no recomiendo menos de = orden para v%as, pero para "ran volumen sonoro, los filtros duros son
n)lisis de frecuencias de una pie%a musical
necesarios $ mejores.
#ara ver los circuitos empleados en la simulaci1n, pulse aqui $ verá el circuito empleado para modelar el t'eeter ima"inario. #ulse aqui $ verá c1mo está implementado el filtro de @er orden. inicio
CONSTR(CC9N DE (N FLTRO. Par:metros o"v#os ; !redec#"les. ;a$ varias maneras de diseñar e implementar un filtro. 9es"raciadamente, diseño e implementaci1n no pueden ir por separado, es decir, no vale con diseñar un filtro con el ordenador, construirlo $ conenctarlo al altavoz. ;a$ parámetros que no son obvios en los altavoces, como la impedancia, que es dependiente de la frecuencia, $ no s1lo por la bobina de voz, sino por factores mecánicos. &no de estos es la frecuencia de resonancia del altavoz, donde se pueden encontrar valores de HR 5hm en altavoces de : 5hm nominales. 5tros son el la fase en la que reproduce el altavoz, que añade un poco más de complejidad al modelo, pero si"ue siendo más o menos predecible. #or otro lado están los efectos no predecibles, en especial la capacidad del altavoz para reproducir parte de la banda que le corresponde sin crear distorsi1n o coloraci1n.!sto s1lo se puede comporbar experimentalmente, $ aplicar un diseño del filtro Fa medidaF del altavoz. 0as restricciones de potencia son obvias. Si se pretencde usar los altavoces a "ran volumen, la frecuencia de corte del t'eeter no debe ser mu$ baja, $ la pendiente del filtro debe ser como m%nimo dBJoct en todo caso. 3unque no se rompa, no sonará bien. ;a$ otras restricciones derivadas que no son tan ovias. #or ejemplo, la resistencia 92 de una bobina. Su potencia determina la cantidad de cobre de su secci1n, pero ste área es inversamente proporcional a su 4dc, que interact+a de manera mu$ notable con los filtros. 0as frecuencias de corte de los filtros deben estar alejadas como m%nimo dos octavas de la frecuencia de resonancia de cada altavoz si no se usa un notch. inicio
Com!rar el f#ltro
0as casas desarrollan filtros pensando en sus propios altavoces, por lo que $a ha$ una restricci1n importante. #or otra parte está que las casas hacen no tiene por qu ser lo mejor del mundo, ni el caso 1ptimo. !xisten muchos casos de resultados poco satisfactorios con el
inicio
Pr$e"as ; l=+#ca #iensa seriamente c1mo hacer el filtro. !sta es la parte más dura de construir un altavoz. #uede ser que ni siquiera exista un filtro que ha"a que dos altavoces funcionen juntos. !sto, dentro de lo que es obvio, por ejemplo que no se pude hacer un dos v%as con un ?F $ un t'eeter F, es realmente raro, s1lo pasa con altavoces de mu$ buena calidad $ dif%ciles de domar, como los de diafra"ma r%"ido, $ en "eneral cuando la tonalidad es mu$ diferente. /o te des por vencido. !l filtro es el +ltimo paso. 2onviene tener al"o que muestre la respuesta en frecuencia, como un bun micr1fono, una "rabaci1n de ruido rosa $ un analizador de fecuencias para el ordenador.(o aut1nomo). !l resultado final es tan simple como que te tiene que "ustar a ti. 2onviene tener la referencia auditiva de al"+n altavoz bueno o 6&7 bueno, porque despus de horas de escucha, se pierde la noci1n de lo que está bien o mal. 0o que es se"uro es que te acabas acostumbrando a c1mo suena tu altavoz, a no ser que halla al"o concreto que falle de manera evidente. inicio
m!lementac#=n. !s mu$ recomendable utilizar componentes de buena calidad.
4ecomiendo especialmente usar resistencias de film metálico para la atenuaci1n del t 'eeter. Si no, antes que usar resistencias bobinadas es mejor que uses resistencias buenas de carb1n. Sobre las bobinas, a no ser que sea imprescindible, no recomiendo usar bobinas con n+cleo de ferrita, sino de aire. (el comportamiento de la ferrita no es del todo lineal frente a la corriente $ se satura, con una marcada histresis). 0a opci1n del n+cleo de hierro es más interesante. Se usa para valores mu$ altos de inductancia, $ no tiene buen comportamiento a alta frecuencia, pero para los filtros a frecuencias de menos de @;z es la opci1n obli"ada. &na bobina con n+cleo de aire de esos valores ser%a escandalosamente "rande, $ la relaci1n
Bobina de aire
calidadJprecio no ser%a buena.
5tra cosa sobre las bobinas. !n cualquier tipo de filtro, sea como sea, no se deben poner bobinas en el mismo plano /&/23, los campos ma"nticos se acoplan $ puede pasar cualquier cosa. 0as bobinas deben colocarse perpendiculares, con án"ulos de >=. !sto reduce bastante la inducci1n entre ellas.
Condensador electrol6tico
Condensadores 78(
/o uses condensadores electrol%ticos baratos, especialmente en a"udos. Ler los consejos sobre condensadores.
PCB 0os filtros se pueden montar sobre #2B, aunque $o /5 lo recomiendo. 0as pistas tienen mu$ poco "rosor $ ofrecen más resistencia que los cables, además de que se de"radan $ se oxidan si no están prote"idas con ceras o barnices. !n el caso de que se oxiden, el 1xido de"rada la conducci1n del cobre mu$ rápido, por ser tan finas las pistas. !n caso de hacerlo en #2B, las pistas deben ser lo más "randes posible. #iensa que pueden pasar varios amperios por ellas, $ que se pueden quemar. 0as tablas que se ofrecen para los diseñadores de #2Bs, con el ancho de pista en relaci1n con los amperios son mu$ bonitas, pero completamente insuficientes para esta utilidad.
(CB est)ndar para filtros
6i recomendaci1n es el cableado. 2onsiste en fijar los componentes sobre una tabla in%fu"a $ soldar los terminales con cable. 3qu% el cable puede ser cualquiera !vita usar conectores, por lo menos en la versi1n definitiva. Se oxidan $ por ellos pueden pasar varios amperios, $ siento ser pesado, pero es una cantidad 6&7 respetable. Siempre es mejor una soldadura.
9plicaci-n de moonwal$er
Hola Víctor, bueno primero que nada te digo que la red de zobel no es el inductor de salida a parlantes, la red zobel es la resistencia en serie con el condensador colocado entre salida out amplifcado y tierra. El conjunto Bobina-Resistencia en paralelo y en serie a parlantes es un fltro R muy !til para minimizar el realce de las altas "recuencias. a bobina amortigua cualquier amplifcaci#n e$cesi%a de la alta "recuencia por medio de su reactancia inducti%a, la resistencia en paralelo a ella lo que &ace es compensar entonces o disminuir el e$cesi%o amortiguamiento ejercido por la bobina &acia las altas "recuencias. 'ara amplifcadores de clase (B, como los que t! y yo estamos armando, no debería ser un punto crítico la implementaci#n de la bobina. 'ara mi concepto no &ay un patr#n estricto y crítico para realizar una bobina seg!n el amplifcador que deseamos realizar. o !nico que si debes tener en cuenta es que )E*+ ( 'E/0( 1E (2'030/(1R, )0 1EBER0() //(R E4 /(0BRE (1E/+(1. +na ayuda muy efcaz es tomar los datos de las bobinas construidas en los amplifcadores de marca originales, "íjate 'ea%ey en su amplifcador de 5667 85 transistores por rama9 modelo p%:;66 usa un inductor con calibre :5 con :< %ueltas y un di=metro de n!cleo de aire de : cm. la mayoria de amplifcadores que rondan en estos %atiajes, ese es el inductor apro$imado. 'ara los amplifcadores zener de baja potencia 8;6679 que &e realizado &e puesto bobinas de :> %ueltas : cm de n!cleo de aire y calibre :?... )iempre las bobinas rondan entre :; y :? %ueltas con calibre entre :; 8para amplifcadores de alta potencia9 &asta calibre :? 8de baja potencia9 así que no deberías complicarte con eso brot&er. o que &ace las bobinas es que como te e$plique arriba es amortiguar la e$cesi%a amplifcaci#n de las altas "recuencias. @ la gran mayoria son de muy bajos &enrios 8micro &enrios entre ;micro &enrios a ? micro &enrios9 así que no te compliques en este punto. En amplifcadores tipo clase 1, la bobina de salida si constituye un gran4 calculo y por ende es critica sus medidas y su construcci#n.
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