¿Qué es una frecuencia de cruce? ¿Qué hace un cruce? Guía completa
Los cruces (crossovers) son esenciales para lograr un sistema de audio con gran calidad de sonido, ya sea en casa, en el coche o incluso en una embarcación. Pero, ¿qué es exactamente una frecuencia de cruce?
En esta guía detallada explicaré qué son, cómo funcionan y mucho más, de forma que cualquiera pueda entenderlo. ¡Empecemos!
Infografía: Datos clave sobre cruces de audio
Frecuencia de cruce y conceptos básicos
- Los cruces son circuitos eléctricos o electrónicos que modifican o separan una señal musical entrante hacia una o varias salidas. Permiten enviar el rango de frecuencias adecuado a cada altavoz según su respuesta en frecuencia (por ejemplo, tweeters y woofers en un sistema de 2 vías).
- Un filtro de cruce funciona mediante el principio de filtros pasivos o electrónicos para bloquear un rango de frecuencias en la señal de audio.
- La frecuencia de cruce es el punto de corte donde los filtros comienzan a atenuar la señal. Es la frecuencia a partir de la cual la señal se reduce en 3 decibelios (-3 dB) y sigue cayendo a medida que nos alejamos de ese punto.
- Las salidas de un cruce son los rangos de señal que deja pasar: paso alto (bloquea frecuencias bajas) y paso bajo (bloquea frecuencias altas).
- Existen dos tipos principales: activos (electrónicos) y pasivos (de altavoz). Ambos son muy comunes en audio doméstico, de coche y profesional.
Son una pieza fundamental para una buena fidelidad de sonido. De hecho, casi nunca encontrarás un sistema de altavoces que suene bien sin usar uno o más tipos de cruces.
La frecuencia de cruce explicada
Los tweeters no pueden reproducir graves; se distorsionan e incluso pueden dañarse con bajos intensos. Para evitarlo, bloqueamos las frecuencias no deseadas. (Se muestra una frecuencia típica de 3.500 Hz / 3,5 kHz).
La frecuencia de cruce es el punto a partir del cual las frecuencias se reducen drásticamente, bloqueándolas efectivamente. Se usa como referencia donde la salida hacia el altavoz (o la entrada al amplificador en cruces activos) cae 3 dB (-3 dB).
A veces se llama frecuencia de esquina o frecuencia de corte, y sirve como punto de partida en los cálculos matemáticos de diseño de audio.
¿Qué significa «frecuencia» en sonido?
La frecuencia de una señal musical se describe por el número de veces por segundo que se completa una onda alterna.
Cuando hablamos de «frecuencia» nos referimos al rango audible para el oído humano. Por convención, se usa de 20 a 20.000 Hz (20 Hz a 20 kHz).
En la práctica, el oído humano suele escuchar desde unos 30 Hz hasta cerca de 16 kHz, según la capacidad auditiva de cada persona.
El hercio (Hz) representa ciclos por segundo, ya que las ondas sonoras (y las señales de audio electrónicas) son ondas alternas que se repiten muchas veces por segundo.
«Hz», «kHz» (kilohercios) son formas abreviadas (kilo = mil).
Algunos rangos comunes que los cruces manejan:
- Graves (Bass): 20-100 Hz aproximadamente
- Medios (Midrange): (voces, instrumentos) ~100 Hz a 3 kHz
- Agudos (Treble): (sonidos de alta frecuencia) ~3 kHz a 20 kHz
¿Cómo funciona un cruce? ¿Qué es un cruce de altavoz?
1. Cruce activo (electrónico) – Fundamentos
Ejemplo típico de un cruce activo electrónico separado. Un juego de salidas proporciona filtro paso alto al amplificador para tweeters o altavoces principales; el segundo suele ser la salida de cruce para subwoofer.
La sección de cruce de un amplificador de coche usa componentes básicos: resistencias variables, chips amplificadores operacionales, condensadores y resistencias fijas. Son esencialmente cruces electrónicos integrados, evitando usar uno aparte.
Los cruces electrónicos también se llaman «activos» porque, a diferencia de los pasivos, necesitan alimentación para funcionar. Mientras los pasivos se conectan a las salidas de alta potencia del amplificador, los electrónicos trabajan solo con señales de bajo voltaje (nivel de línea).
Se conectan a las entradas RCA de nivel de línea de un estéreo de coche, amplificador o receptor AV doméstico.
Cómo funcionan los cruces electrónicos
Izquierda: Un circuito integrado amplificador operacional (Op amp) típico, el Texas Instruments TL072. Derecha: Ejemplo de circuito paso bajo usando un op-amp para filtrar agudos.
Los cruces electrónicos pueden parecer complicados, pero se basan en principios sencillos.
Utilizan circuitos de filtro electrónico basados en un componente muy común: el amplificador operacional («op amp»). Los op-amps son pequeños amplificadores multipropósito útiles para amplificar o modificar una señal de entrada de muchas formas.
Junto con resistencias y condensadores, controlan la señal musical.
Esquema de un cruce electrónico típico. Aquí se muestra el canal izquierdo del cruce integrado en un amplificador Alpine de coche.
Pueden cambiar de modo mediante un interruptor y suelen usar resistencias ajustables (potenciómetros) para variar la frecuencia de corte.
Una vez aplicada la señal de entrada, obtienes las siguientes salidas según el tipo:
- Filtro paso alto: Bloquea graves de subwoofer hacia tweeters o altavoces principales. Permite más volumen sin distorsión, pues los altavoces pequeños no manejan bien graves intensos.
- Filtro paso bajo: Bloquea voces y agudos que un woofer o subwoofer no reproduce bien. También llamado canal LFE en salidas de subwoofer de receptores AV.
- Filtro paso banda: Combina los dos anteriores: limita la salida a solo frecuencias medias (para altavoces de medios).
2. Cruces de altavoz (pasivos)
Arriba: Cruces de 2 vías para componentes de coche. Abajo: Cruce de altavoz doméstico como el de una estantería. Ambos usan condensadores e inductores para filtrar y dirigir el sonido a tweeter, medio o woofer.
Los cruces de altavoz se llaman «pasivos» porque no necesitan alimentación externa. Funcionan con componentes pasivos: condensadores e inductores.
Un cruce de altavoz es un circuito eléctrico que usa inductores y condensadores para filtrar la señal y dividirla entre una o más salidas, según la respuesta en frecuencia de los altavoces.
A diferencia de los electrónicos, normalmente se conectan a las salidas del amplificador y luego por cable de altavoz a los drivers, uno por canal.
Se muestra un cruce de 2 vías de 2º orden. Los inductores usan símbolo «L» y condensadores «C». Un diseño de «2º orden» tiene una segunda etapa de componentes para filtrar más eficazmente que uno de 1º orden.
Condensadores e inductores tienen propiedades interesantes según la frecuencia de la señal:
- Los condensadores ofrecen más «resistencia» (impedancia) a bajas frecuencias que a altas. Cuanto más baja la frecuencia, menos señal deja pasar.
- Los inductores (bobinas de hilo) ofrecen más resistencia a altas frecuencias que a bajas. Por tanto, filtran los agudos.
Cuando la señal supera la frecuencia de cruce, la impedancia del condensador o inductor aumenta, reduciendo el voltaje al altavoz (se pierde en el componente). Así, el altavoz recibe cada vez menos señal no deseada cuanto más lejos está de la frecuencia de corte. Los valores de los componentes se eligen según la impedancia (ohmios) del altavoz, ya que esto afecta su comportamiento.
Nota: Los cruces de altavoz solo funcionan correctamente con la impedancia para la que fueron diseñados. Usar un cruce de 8 ohmios (doméstico) con un altavoz de 4 ohmios (coche) no funcionará bien, ¡cambia drásticamente la frecuencia de cruce!
Los cruces de altavoz tienen muchos diseños, pero todos comparten la misma estructura básica; solo cambian los detalles.
Suelen etiquetarse como «1er orden», -6 dB/octava, «2º orden», -12 dB/octava, etc. Los diseños de 2º, 3er orden, etc., usan los mismos principios pero añaden más etapas («órdenes») para bloquear mejor el sonido no deseado.
¿Qué son los decibelios y por qué se usan en audio?
Los cruces (y mucha electrónica de audio) se miden en decibelios (dB). Los dB son una forma matemática cómoda de tratar números que varían en potencias de 10 (logarítmicos), no linealmente. Se muestra un ejemplo de cálculo de la atenuación en dB de una salida de cruce.
En el mundo real, muchas magnitudes no crecen en línea recta (lineal) sino en curva (no lineal, logarítmica).
No aburriré con matemáticas pesadas, pero usamos decibelios en audio para medir señales eléctricas musicales porque gran parte de su comportamiento es logarítmico.
Gran parte del audio trabaja con potencias de 10 (logaritmos, como en álgebra). De ahí la utilidad de la representación en dB.
Además, ¡nuestros oídos también son logarítmicos! La percepción del volumen sigue una escala logarítmica.
¿Qué es la pendiente (slope) de un cruce?
Diagrama que muestra la pendiente (agudeza del corte) para los tipos más comunes. Los cruces tienen «órdenes» (2º, 3º, etc.) que aumentan su capacidad de filtrar frecuencias no deseadas.
La pendiente es la agudeza del filtrado del cruce. Es decir, qué tan efectivo es más allá de la frecuencia de cruce.
Las pendientes, al igual que la frecuencia de cruce, se categorizan en decibelios (dB) por octava. El signo negativo indica atenuación (reducción) de la señal.
En audio, medimos rangos de frecuencia entre dos puntos usando octavas. Una octava es el doble o la mitad de una frecuencia (100 Hz, 200 Hz, 400 Hz...).
Un cruce con corte de -6 dB/octava reduce la salida 6 dB adicionales por cada duplicación de frecuencia.
Ejemplo: -6 dB @ 1 kHz, -12 dB @ 2 kHz, -18 dB @ 4 kHz, -24 dB @ 8 kHz, -30 dB @ 16 kHz, hasta 20 kHz.
¿Cuáles son las pendientes más comunes y recomendadas?
Los cruces se diseñan buscando equilibrio entre complejidad, precio y calidad sonora. Aunque parecería que «mayor orden = mejor», la cosa se complica más allá del 2º o 3er orden.
Generalmente, una pendiente de -12 dB/octava suele ser la mejor opción y funciona bien en la mayoría de sistemas. Un subwoofer suele sonar muy bien con 12 dB u 18 dB.
Una razón: diseño relativamente asequible y sencillo, pero con buena capacidad de corte. Funciona genial tanto para altavoces simples como de 2 vías.
Las pendientes más usadas son:
- -6 dB/octava
- -12 dB/octava
- -18 dB/octava
Los cruces electrónicos y de 2 vías suelen ser de -12 dB/octava.
¿Qué es un altavoz de 2 vías?
Altavoces de 2 vías comunes en sistemas de coche o casa. Son muy similares, salvo que los domésticos suelen ir en caja y los de coche se instalan por separado.
¿Qué son los altavoces de 2 vías?
- Los sistemas de 2 vías usan dos drivers para reproducir todo el rango audible con mejor calidad. La señal del amplificador estéreo se divide entre los altavoces mediante un cruce de 2 vías.
- Son el tipo más común en el mundo, y muchos ofrecen bajo coste con gran sonido.
- El tweeter reproduce agudos y el woofer medios y graves.
- Aunque el tipo de cruce varía, uno de 2º orden con pendiente -12 dB/octava es extremadamente común. También evita el desfase de fase que pueden causar otros diseños.
Cada altavoz recibe solo el rango que reproduce bien:
- Tweeters: solo agudos, típicamente desde ~3 kHz en adelante
- Woofers: solo graves y medios, típicamente hasta ~3 kHz
La frecuencia de cruce varía según el diseño; no hay una universal. Además, deben usarse con la impedancia correcta (ohmios) para la que fueron diseñados.
Los altavoces coaxiales también son de 2 vías. En el ejemplo se ve el cruce en la parte trasera: graves al woofer grande, agudos al tweeter.
El resultado es un rango completo sin distorsión ni el mal rendimiento que tendrías al intentar reproducir todo el rango con un solo altavoz. En otras palabras, un altavoz de 2 vías ofrece un sonido limpio y detallado que no conseguirías de otra forma.
En muchos casos no necesitas componentes caros para lograr un gran sonido. ¡Incluso altavoces de 2 vías económicos pueden sonar muy bien!
¿Cuál es una buena frecuencia de cruce?
No existe un conjunto perfecto de frecuencias de cruce para todos los altavoces. Depende de muchos factores. Sin embargo, aquí tienes las más usadas que funcionan bien en la mayoría de casos, basadas en necesidades típicas de audio doméstico/de coche y mi experiencia en diseño e instalación.
¿Qué frecuencia de cruce debo usar?
Tabla de frecuencias de cruce recomendadas
| Tipo de altavoz/sistema | Frecuencia y tipo de cruce |
|---|---|
| Subwoofers | 70-80 Hz (paso bajo) – Ideal para graves puros y contundentes. |
| Altavoces principales de coche (rango completo) | 56-60 Hz (paso alto) – Bloquea graves bajos que causan distorsión o «bottom out». |
| Tweeters o altavoces de 2 vías | 3-3,5 kHz (paso alto, o paso alto/bajo) – La mayoría de cruces de 2 vías o 1 vía (tweeter) usan frecuencias cercanas. |
| Medios/woofer | 1-3,5 kHz (paso bajo) – Woofers y muchos medios no rinden bien por encima de este rango. |
| Sistema de 3 vías | 500 Hz y 3,5 kHz (puntos de cruce woofer/tweeter) – Similar a 2 vías, la frecuencia superior sería la misma. |
Por qué un cruce es vital para un buen grave de subwoofer
Un cruce pasivo de subwoofer no iguala el rendimiento de uno electrónico si buscas graves excelentes.
¿Te has preguntado cómo algunos logran graves puros y contundentes en su coche, o por qué el subwoofer de tu home theater suena tan bien? Es por los cruces electrónicos actuales. A diferencia de los altavoces de rango completo, un subwoofer es especialmente susceptible a sonar mal si se le dejan pasar frecuencias medias. El grave puro que has oído requiere un buen cruce.
Un subwoofer real tiene respuesta limitada (típicamente 20-100 Hz), así que es crucial exprimirlo al máximo.
Aunque es posible obtener graves decentes con una bobina (inductora) grande, voluminosa y a veces difícil de encontrar, rara vez suenan tan bien como un cruce electrónico con mejor corte que bloquee voces y agudos.
Además, muchos incluyen refuerzo de graves (bass boost) para dar más punch cuando se quiere más golpe – eso simplemente no es posible con uno pasivo. Tampoco aguantan alta potencia sin una bobina enorme y cara.
Cómo usar un cruce para «rear fill» (refuerzo trasero)
Un problema en sistemas estéreo con altavoces traseros es que los canales traseros pueden «tirar» de la imagen estéreo hacia atrás y ensuciar el sonido. Esto pasa porque los agudos son pistas que usa el cerebro para localizar el sonido. Por eso sueles subir el fader hacia delante.
Cuando oímos lo mismo delante y detrás, a menudo no suena bien. En sistemas envolventes con mezcla envolvente no es problema, pero con estéreo en altavoces satélite se nota rápido.
Para mejorar el rear fill en tu coche o casa, un truco simple es usar un filtro paso bajo que corte medios y agudos. Prueba con 1 kHz o 500 Hz paso bajo y comprueba el resultado.
Lectura recomendada
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