¿Qué hace un capacitor o un inductor en el cruce de un altavoz?

Inductores vs condensadores: ¿en qué se diferencian?

Lo realmente genial es cómo son algo así como opuestos polares pero pueden trabajar juntos en un cruce sin alimentación (cruce pasivo) para mejorar enormemente la calidad de sonido y sacar lo máximo de tus altavoces.

¿Qué hace un inductor?

Se usan en motores eléctricos, solenoides, bobinas de bujía, y por supuesto, diseños de cruces de altavoz. Los inductores se comportan como lo opuesto a los condensadores: un inductor se opone a señales de alta frecuencia, lo que significa que pasa señales de audio de baja frecuencia más fácilmente.

Un comportamiento eléctrico llamado reactancia es lo que lo hace posible. Cuando la frecuencia cambia, también lo hace la oposición al flujo de electricidad de un inductor o condensador.

• Reactancia inductiva: Un inductor acumula mayor resistencia (impedancia) a la corriente cuando la frecuencia aumenta debido a la inductancia que tiene.
• Reactancia capacitiva: Un condensador acumula mayor resistencia (impedancia) a la corriente cuando la frecuencia disminuye debido a su capacitancia.

Unidades de medida para inductancia

Para inductores, la unidad es el Henry. Por convención, los inductores suelen venderse en miliHenrios (1/1000 de Henry, o 0.001 Henrios). Un cruce típico de altavoz podría usar inductor de 10 mH, por ejemplo.

¿Cómo funciona un condensador?

Tienen característica interesante: los condensadores solo dejan pasar frecuencias altas; aumentan su impedancia (resistencia basada en frecuencia) cuando se aplican frecuencias bajas.

El punto donde esto ocurre se elige cuidadosamente para ser la frecuencia de cruce. Hay dos tipos fundamentales de condensadores, uno en particular usado para audio.

Unidades de medida para capacitancia

Para condensadores, la unidad es el Faradio. Por convención, los condensadores suelen venderse en microFaradios (1/1,000,000 de Faradio, o 0.000001 F), a veces escrito con letra griega mu "µ" para "micro". Ejemplo: al comprar condensadores para tus cruces verás "µF" a veces.

Los más pequeños pueden usar picoFaradios (pF) o nanoFaradios (nF) que son aún más pequeños y se usan en electrónica.

Los condensadores de audio casi siempre tienden a estar en rango microFaradio. Por ejemplo, un bloqueador de graves para tweeter puede usar condensador de 47 µF.

Tipos comunes de condensadores a conocer

1. Condensador electrolítico

Tienen carcasa metálica delgada y contienen electrolito entre las placas conductoras superfinas cargadas dentro.

Un condensador electrolítico no polarizado permite pasar forma de onda de corriente alterna (CA) como la usada para señal musical. También se llaman condensadores "bipolares". Los de CC, en cambio, no pueden y solo deben usarse para corriente continua como en fuente de alimentación.

Nota: Los condensadores no polarizados normalmente vienen marcados como tales y son los únicos que debes usar para audio. Los polarizados pueden dañarse (¡e incluso explotar!) si se usan para audio. Como mínimo tendrás sonido distorsionado que odiarás.

2. Condensador de película (film)

Los condensadores de película también se ofrecen en tipos de alto voltaje, geniales para diseños de audio con tubos de vacío. También son buena mejora para condensadores electrolíticos más baratos si te manejas con soldador.

3. Condensadores cerámicos

Se usan para otros propósitos típicamente, como condensador de bypass en fuente de alimentación para controlar ruido de señal eléctrica o en cruce activo.

¿Cómo funciona un cruce de altavoz?

El punto de cruce a menudo es recomendado por el fabricante del altavoz o elegido como buen compromiso entre los límites de respuesta en frecuencia de cada altavoz usado. La frecuencia del filtro (también llamada frecuencia de esquina o Fc a veces) se ve afectada directamente por la impedancia del altavoz.

Pendientes de cruce explicadas

Un diseño de 1er orden usa un solo inductor o condensador, 2 forman un 2do orden, tres un 3er orden, etc. Cada etapa (orden) tiene pendiente de -6dB por octava, siendo -12dB/octava una de las más usadas tanto en cruces de altavoz como de amplificador.

Cruce de 1er orden con condensador (filtro paso alto)

Lo opuesto ocurre en frecuencias altas. A menudo los hallarás instalados en set de tweeter de audio de coche o casa para bloquear graves distorsionantes y potencialmente dañinos.

Cruce de 1er orden con inductor (filtro paso bajo)

Este tipo se usa normalmente con woofer o altavoz de medios para evitar que agudos o "altos" que no pueden reproducir bien se reproduzcan.

Cruces de 2do orden 2-vías con condensadores e inductores

Cómo funcionan

Una red de cruce de altavoz de 2-vías, 2do orden es esencialmente un filtro de cruce paso alto y paso bajo combinados en paralelo.

Sin embargo, al añadir una segunda etapa (2do orden, filtro -12dB/octava), son mejores que diseño simple de 1er orden. Son el tipo más común también, usando woofer y tweeter para crear sistema de altavoz 2-vías para home audio o set componente para audio de coche.

Incluso sets componentes 2-vías 2do orden económicos pueden sonar excelentes con drivers de altavoz de calidad decente y diseño adecuado.

Por el punto de solape en su frecuencia de corte, la cosa se complica un poco más en cruces de 2 vías como explicaré más abajo.

Cómo funciona:

• Condensador C1 reduce tensión de salida al tweeter por debajo del punto de corte. Inductor L1 reduce aún más señales de alta frecuencia que le llegan pasándolas a tierra/retorno negativo (-) del amplificador.
• Inductor L2 reduce tensión de salida al woofer por encima del punto de corte, pasando señales de baja frecuencia al altavoz. Condensador C2 pasa señales de alta frecuencia adicionales que le llegan a tierra/retorno negativo (-) del amplificador.

El resultado final son dos etapas de cruce escalonadas en serie, lo que significa que se componen juntas para una pendiente de cruce 2x más efectiva que diseño de etapa simple (-6dB/octava). Esta es pendiente de -12dB/octava.

¿Por qué se usan cruces de 1er orden si los de 2do son mejores?

Aunque redes de cruce de 1er orden son menos comunes ahora, siguen existiendo. Las hallarás a menudo en:

• Sistemas de gabinete de altavoz 2-vías económicos
• Diseños donde la caída natural (rolloff) de respuesta en frecuencia del altavoz puede usarse para reducir componentes necesarios para lograr mismo efecto.
• Cruces simples en línea para bocinas como bloqueadores de graves para estéreo de coche y aplicaciones relacionadas donde algo rápido y fácil es ideal.

En general, sin embargo, cruces de 12dB/octava son los más populares por ser buen compromiso entre costo, número de componentes, y complejidad. De hecho, amplificadores de coche y receptores AV domésticos comúnmente usan diseño de 12dB/octava (12dB/octava) incluso en sus cruces activos electrónicos.

Tipos de diseño de cruce

• Butterworth: En configuración estándar, el diseño Butterworth suma +3dB en el solape de frecuencia de corte. Útil para necesidades de diseño como compensar offsets (espaciado entre bocinas en su punto acústico central) de distintos drivers.
• Linkwitz-Riley: Este tipo suma salida plana (0dB) en el solape de frecuencia de cruce y es de los más usados. Es elección ideal en la mayoría de casos.
• Bessel: Un diseño Bessel no se considera "todo paso" (all-pass) como Linkwitz-Riley y no suma plano en el punto de frecuencia.
• Chebyshev: Poco usado, puede ayudar donde se necesite salida realzada en el punto de cruce pues Chebyshev da suma de +6dB.

¿Por qué importa esto? Ordinariamente, no importa mucho para la persona promedio. Sin embargo, si te interesa hacer tu propio cruce de altavoz es útil entender las opciones posibles.

Cada tipo de red de cruce usa conjunto de fórmulas matemáticas ligeramente distinto para calcular los valores de componentes que necesitarás. En todos los casos, un buen libro de diseño de altavoces te ayudará a hacerlo tú mismo si buscas máximo rendimiento o te interesan proyectos DIY de altavoces.

Los cruces aftermarket de casa o coche generalmente usan diseño Linkwitz-Riley y suman nivel 0dB en su punto de cruce. Una razón es que se asume que las bocinas que uses tendrán salida adecuada cerca de ese punto. Si no es el caso, puedes investigar diseños más avanzados tú mismo y compensar debilidades de un altavoz particular.

Preocupaciones de fase en cruces

Para cruces simples de etapa única, esto no es realmente preocupación pues no es algo que probablemente notes, aunque es detalle para diseños avanzados. Sin embargo, para diseños de 2do orden, esto significa que hay diferencia de 180° entre las dos salidas, resultando a menudo en sonido "raro" y también que el sonido no llega a los oídos del oyente al mismo tiempo.

Para remediar esto, los cruces de 2do orden/orden par normalmente tienen la salida del tweeter invertida. Esta inversión de una salida significa que ambas bocinas están "en fase" y ya no hay problema de retardo de sonido. ¡Si alguna vez compraste cruces de 2-vías probablemente ni sabías que estaban diseñados así a propósito!

¿Qué es una red Zobel de cruce?

Como el comportamiento de un cruce se ve afectado directamente por la impedancia, este diseño simple puede mejorar el rendimiento del sistema de altavoz compensando y "aplanando" el aumento normal en la carga de Ohmios del altavoz que el cruce ve.

La resistencia asegura que la impedancia total mínima se cumpla siempre mientras el condensador trabaja para disminuir la carga total de Ohmios del cruce al subir la frecuencia.

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