Devido a fatores físicos como peso do conjunto móvel, rigidez da suspensão, centragem da bobina, etc, um só falante não consegue reproduzir toda a gama de frequência audível. Por exemplo: um subwoofer que possue um cone razoavelmente pesado, uma área grande, portanto maior volume de ar para deslocar e uma rigidez relativamente forte, fica impossiblitado de reproduzir frequências altas como 2000Hz que equivale a 2000 ciclos por segundo, ou seja, o cone vai e volta 2000 vezes por segundo.
Para contornarmos esses fatores físicos, somos obrigados a usar vários falantes específicos para cada faixa de frequência de tal forma que o subwoofer trabalhe até 100Hz, midbass de 100 a 1000Hz, midrange de 1K a 5KHz e tweeter acima de 5KHz.
Dividindo as frequências do sinal musical em várias faixas estaremos obtendo o maior rendimento dos falantes e também protegendo-os de frequências indesejáveis. Ex: o tweeter e midrange não podem receber frequências baixas com risco de danificar os mesmos.
1a ordem | atenuação de 6dB/oitava |
2a ordem | atenuação de 12dB/oitava |
3a ordem | atenuação de 18dB/oitava |
4a ordem | atenuação de 24dB/oitava |
... | ... |
O que é uma oitava?
A expressão "oitava" significa o dobro ou a metade de uma frequência (fc) .
Dada uma frequência fc, a próxima oitava será 2fc, de posse desse valor, multiplicamos novamente por 2 para achar a próxima oitava, 2*2fc = 4fc, e assim por diante. Para achar a oitava inferior, dividimos a frequência por 2, portanto fc/2 , de posse desse valor, dividimos por 2 para achar a oitava anterior, (fc/2)/2 = fc/4.
Exemplo, se tomarmos por base, a frequência de 1000Hz, suas oitavas superiores são:
- 2000Hz, 4000Hz, 8000Hz, 16000Hz
E suas oitavas inferiores:
- 500Hz, 250Hz, 125Hz, 62Hz, 31Hz
Um filtro passa-baixa de 12dB/oitava significa que a cada oitava, há uma atenuação de 12dB. Como na frequência de corte há uma atenuação de -3dB, uma oitava acima da frequência de corte teremos (-3dB - 12dB) = -15dB. Uma oitava acima teremos mais 12dB de atenuação, resultando em -27dB.
Já um filtro com atenuação 6dB/oitava, teremos -6dB a cada oitava da fc. Portanto em uma oitava acima (2fc), teremos -9dB, pois já temos -3dB em fc. Temos -15dB a 4fc, -21dB a 8fc, -27dB a 16fc e assim por diante.
A título de curiosidade, a faixa de frequência audível possui 10 oitavas (40, 80, 160, 320, 640, 1280, 2560, 5120, 10240, 20480). A oitava foi criada para expressar o intervalo entre as 12 notas musicais.
Passa-baixa de 1a ordem (6dB/oitava) | Passa-baixa de 2a ordem (12dB/oitava) |
A frequência de corte é o ponto de -3dB do gráfico.
Frequência de corte e desvio de fases
Para saber em que frequência fazer o corte nos crossovers de falantes médios e agudos, basta verificar com o fabricante qual a frequência de ressonância, sabendo este valor, o corte do crossover deve estar a no mínimo uma oitava acima, isto é, acima do dobro da frequência de ressonância para evitar alteração no som nessa faixa de atuação do falante.
Para cada ordem do crossover, isto é, para cada 6dB/oitava, as fases dos falantes ficam afastados em 90 graus, portanto é normal e correto que num crossover de 12dB/oitava, o tweeter seja ligado invertido.
Capacitores
No alto, um capacitor Bipolar e os outros, capacitores eletrolíticos
Capacitores eletrolíticos, que são polarizados, explodem quando submetidos a tensões negativas. Mas muitas vezes você tem a mão somente capacitores eletrolíticos, então saiba"despolarizá-los", basta ligar os terminais negativos de dois capacitores eletrolíticos iguais e use os terminais positivos para interligar o amplificador e o alto-falante, veja a figura ao lado. Agora você tem um capacitor "despolarizado" mas com metade do valor! Ex: ligando dois capacitores eletrolíticos de 220uF em série (terminal negativo com negativo) você terá um equivalente de 110uF.
Como você pode observar, ligando 2 capacitores em série (como na figura acima), o equivalente é a metada deles e a fórmula geral é:
1/Ceq = 1/C1 + 1/C2 + 1/C3 + ...
ou simplificando:
1/Ceq = (C1+C2)/(C1*C2)
Ceq = (C1*C2)/(C1+C2)
ou quando utilizado 2 valores iguais:
Ceq = C/2 (onde C é o valor de um dos 2 capacitores de igual valor)
A tensão suportada resultante de uma associação série será a mínima tensão dos capacitores. Isto é, se associar dois capacitores de 25 Volts, a tensão máxima suportada pelo conjunto será 25Volts.
Capacitores em paralelo
A Associação de capacitores em paralelo, resulta na soma das capacitâncias, nesse caso, deve-se tomar cuidado em ligar positivo com positivos e negativos com negativos:
Ceq = C1 + C2 + C3 + .....
Mas este método não serve para som aumotivo, uma vez que precisamos de capacitores despolarizados.
A associação de capacitores não altera a ordem do crossover, isto é, sempre um filtro composto somente por um capacitor ou um conjunto deles, será de 6dB/oitava.
O indutor é composto por fio de cobre envernizado enrolado em torno de um núcleo que pode ser o ar, ferrite ou outro material e seus valores são expressos em Henrys (H).
Ele tem a propriedade de dificultar gradativamente a passagem das frequências acima da fc (frequência de corte é definida no ponto de -3dB ) na proporção de 6dB/oitava e deixa passar as baixas frequências, isto é, sons graves, portanto seu principal uso é em subwoofers. Sua frequência de corte pode ser calculada através da expressão:
falantes:
| |||
Frequência (Hertz) | L | L | L |
80 | 8.2mH | 4.1mH | 16mH |
100 | 6.2mH | 3.1mH | 12mH |
125 | 5.0mH | 2.5mH | 10mH |
150 | 4.0mH | 2.0mH | 9.0mH |
200 | 3.5mH | 1.6mH | 6.8mH |
L = Indutor (bobina), valores dados em "miliHenry"
Crossover passa-baixa de 2a ordem (12dB/oitava)
Frequência | 4 ohms | 2 ohms | 8 ohms | |||
Hertz | L | C | L | C | L | C |
80 | 11mH | 330uF | 5.6mH | 700uF | 22mH | 180uF |
100 | 9mH | 270uF | 4.5mH | 550uF | 18mH | 135uF |
125 | 7mH | 220uF | 3.5mH | 450uF | 14mH | 110uF |
150 | 6.0mH | 180uF | 3.0mH | 375uF | 12mH | 90uF |
200 | 4.5mH | 140uF | 2.3mH | 281uF | 9mH | 70uF |
260 | 3.5mH | 100uF | 1.7mH | 220uF | 7mH | 50uF |
400 | 2.2mH | 70uF | 1.1mH | 140uF | 4.5mH | 35uF |
600 | 1.5mH | 50uF | 0.75mH | 100uF | 3.0mH | 25uF |
800 | 1.0mH | 33uF | 0.56mH | 68uF | 2.0mH | 15uF |
1000 | 0.9mH | 27uF | 0.45mH | 55uF | 1.8mH | 13uF |
1500 | 0.6mH | 18uF | 0.3mH | 36uF | 1.2mH | 10uF |
2000 | 0.45mH | 14uF | 0.22mH | 28uF | 0.9mH | 7uF |
3000 | 0.3mH | 10uF | 0.15mH | 19uF | 0.6mH | 4.6uF |
4000 | 0.225mH | 7uF | 0.11mH | 14uF | 0.45mH | 3.5uF |
5000 | 0.18mH | 5.6uF | 0.09mH | 10uF | 0.36mH | 2.8uF |
6000 | 0.15mH | 4.6uF | 0.075mH | 9.3uF | 0.30mH | 2.3uF |
8000 | 0.11mH | 3.5uF | 0.056mH | 7uF | 0.25mH | 1.7uF |
10000 | 0.09mH | 2.8uF | 0.045mH | 5.6uF | 0.18mH | 1.4uF |
L = Indutor (bobina) ; C = capacitor despolarizado
valores dados em "miliHenry" e "microFarads"
Fonte: Catálogo JKR
Filtro Passa-Alta
Na sua forma mais simples é geralmente composto por um capacitor em série com o falante.
A frequência de corte ( fc) é dada por:
Onde [R]=Ohms; [C]=Faraday; [fc ]=Hertz
O capacitor deve ser despolarizado, veja acima como fazer isso com capacitores eletrolíticos que tem polaridade (terminal positivo e negativo), pois o capacitor estará trabalhando com tensões contrárias à polaridade do capacitor e pode até ococrrer a explosão do capacitor (como uma bombinha estourando), portanto deve-se usar capacitores não polarizados (veja acima como despolaziar capacitores eletrolíticos). A tabela abaixo demonstra alguns valores:
A frequência de corte ( fc) é dada por:
Onde [R]=Ohms; [C]=Faraday; [fc ]=Hertz
O capacitor deve ser despolarizado, veja acima como fazer isso com capacitores eletrolíticos que tem polaridade (terminal positivo e negativo), pois o capacitor estará trabalhando com tensões contrárias à polaridade do capacitor e pode até ococrrer a explosão do capacitor (como uma bombinha estourando), portanto deve-se usar capacitores não polarizados (veja acima como despolaziar capacitores eletrolíticos). A tabela abaixo demonstra alguns valores:
falante:
| |||
Frequência (Hertz) | C | C | C |
100 | 400uF | 800uF | 200uF |
125 | 320uF | 640uF | 160uF |
150 | 260uF | 530uF | 130uF |
200 | 200uF | 400uF | 100uF |
260 | 150uF | 300uF | 75uF |
400 | 100uF | 200uF | 50uF |
600 | 70uF | 140uF | 35uF |
800 | 50uF | 100uF | 25uF |
1000 | 40uF | 80uF | 20uF |
1500 | 25uF | 50uF | 13uF |
2000 | 20uF | 40uF | 10uF |
3000 | 13uF | 25uF | 6.6uF |
4000 | 10uF | 20uF | 5uF |
5000 | 8uF | 16uF | 4uF |
6000 | 6.6uF | 13uF | 3.3uF |
8000 | 5uF | 10uF | 2.5uF |
10000 | 4uF | 8uF | 2uF |
C = capacitor despolarizado, valores dados em "microFarads"
Abaixo podemos ver um exemplo de filtro de 2a ordem (12db/oitava) bem como os valores de seus componentes.
Esquema de um crossover passa-alta de 2a ordem (12dB/oitava)
Tensão dos capacitores Para saber qual a tensão, devemos saber a potência aplicada ao alto-falante, bem como a impedância nominal do falante.
Vamos utilizar a fórmula de potência para saber a tensão sobre o falante.
P = Potência
V = Tensão de pico
R = resistência do falante
Vrms = Tensão RMS equivalente a uma Tensão Contínua
Por exemplo: um amplificador que fornece 100W para falante de 4 Ohms nominal (Re=3.6 Ohms Resistência DC).
Tensão de pico = 18,97 Volts
Tensão RMS = 13,41 Volts
Você precisará de capacitores que suportem 13 Volts. Mas vamos utilizar 100% de margem de erro, portanto, capacitores de aproximadamente 25 Volts.
Agora um pouco sobre Crossovers
Crossover Passivo vs. Ativo
Filtro passivo é o filtro constituído somente de componentes discretos (capacitores, indutores, resistores) que não necessitam de fonte de alimentação externa sendo passível de perda da potência fornecida e capaz de trabalhar sob altas potências.
O crossover ativo já necessita de uma fonte de alimentação externa, trabalha com sinal de baixa intensidade, tem maior controle na atenuação e pode ter as frequências de corte controladas mas fica mais susceptível a ruídos.
Por trabalhar com sinais de baixa intensidade não podemos ligá-los diretamente ao falante sem o intermédio de um amplificador. Nesse caso teremos que ter um amplificador para cada faixa de frequência dividida pelo crossover como segue o esquema abaixo:
Podemos também utilizar o crossover passivo para dividir a frequência entre midrange e tweeter.
Muito bom o post! Me ajudou a direcionar minhas dúvidas. Agora já sei o que tenho que procurar. Estou projetando um filtro para picos de alta tensão em motores ac controlados por inversores.
ResponderExcluirSobre o cálculo de tensão para o capacitor, é necessário utilizar um capacitor com uma tolerância específica para que haja o corte na frequência correta, ou é possível chutar alto na tolerância do capacitor, sem problemas?
ResponderExcluirA tensão (volts) do capacitor a ser utilizado estará relacionada à potência (WATTS RMS) de saída do módulo. É fácil, é só aplicar a fórmula da página.
ExcluirMaravilhoso post.
ResponderExcluirBOA NOITE! SE EU LIGAR 4 FALANTES EM SERIE POSSO USAR UM CAPACITOR BIPOLAR DE DE 100uf 100v PARA CADA POLO POSITIVO DE CADA FALANTE ?
ResponderExcluirNão esqueça que ligações em série, soman-se as impedâncias, logo: 4 falantes de 4 ohms em série, terá uma impedância final de 16 ohms, é como se fosse um único altofalante, basta ligar um capacitor no positivo do módulo. A maioria dos amplificadores trabalham na faixa de 4 ohms.
ExcluirBoa tarde, a saída do meu amplificador é de 2 Ohms e o autofalante é de 4 ohms.
ResponderExcluirGostaria de cortar em 200 hertz, uso a tabela do 2 ou do 4 ohms?
Obrigado
Use tabela de 4 ohms, o cálculo é baseado na impedância/resistência final do(s) altofalante(s). A Impedância do amplificador significa que voçê pode ligar no mínimo 2 ohms ou mais.
ExcluirTenho uma potência altomotiva ela é 4oms 300rms e queria ligar um twitter de caixa de som antiga de 25w 8 oms qual capacitor devo usar pra não queimar os Twitters...
ResponderExcluirCapacitor de 2,5 uf
ResponderExcluirTenho uma duvida, tenho um divisor de frequência nos meus satélites, primeiro usa uma lâmpada com thermistor para ser usado como atenuador e resistência para a potencia do amplificador! Passando pela lâmpada como é placa de fenolite comp todos sao, um capacitor desp. de 100 uf para medios e 2,2 uf para o Twitter e ambos sao 8 ohms! Se eu troca o tweeter por um de 6 ohms ? Altera a resistência? Sei q necessário a troca do capacitor para fazer o mesmo corte
ResponderExcluirTenho uma duvida, tenho um divisor de frequência nos meus satélites, primeiro usa uma lâmpada com thermistor para ser usado como atenuador e resistência para a potencia do amplificador! Passando pela lâmpada como é placa de fenolite comp todos sao, um capacitor desp. de 100 uf para medios e 2,2 uf para o Twitter e ambos sao 8 ohms! Se eu troca o tweeter por um de 6 ohms ? Altera a resistência? Sei q necessário a troca do capacitor para fazer o mesmo corte
ResponderExcluirTenho uma duvida, tenho um divisor de frequência nos meus satélites, primeiro usa uma lâmpada com thermistor para ser usado como atenuador e resistência para a potencia do amplificador! Passando pela lâmpada como é placa de fenolite comp todos sao, um capacitor desp. de 100 uf para medios e 2,2 uf para o Twitter e ambos sao 8 ohms! Se eu troca o tweeter por um de 6 ohms ? Altera a resistência? Sei q necessário a troca do capacitor para fazer o mesmo corte
ResponderExcluirTenho uma duvida, tenho um divisor de frequência nos meus satélites, primeiro usa uma lâmpada com thermistor para ser usado como atenuador e resistência para a potencia do amplificador! Passando pela lâmpada como é placa de fenolite comp todos sao, um capacitor desp. de 100 uf para medios e 2,2 uf para o Twitter e ambos sao 8 ohms! Se eu troca o tweeter por um de 6 ohms ? Altera a resistência? Sei q necessário a troca do capacitor para fazer o mesmo corte
ResponderExcluircreio que nao respondera mas tenho uma duvida, qual seria o corte de um tweeter de 8hms se eu usar o crossover Bravox para tweeter de 4ohms vc saberia? obgd
ResponderExcluirBoa noite qual capacitor posso ussa para 45 hz até 150hz
ResponderExcluirBom dia
ResponderExcluirola boa tarde , estou com um driver que está medindo 5,6 ohms , para eu fazer um corte de 500 Hz qual seria o valor ideal do capacitor?
ResponderExcluirBoa noite gostaria de saber um capacitor 33 microfarad qual seria a frequência que ele corta ?
ResponderExcluir