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Filtro crossover

Cosa si intende per filtro crossover

Il filtro crossover viene usato nelle casse acustiche (o diffusori acustici) per separare le varie frequenze da inviare agli altoparlanti presenti nel diffusore.
Un altro compito del filtro crossover è quello di ottimizzare l'impedenza del diffusore in modo che non abbia "buchi" o "impennate" di impedenza, per rendere più semplice il pilotaggio da parte dell'amplificatore.
Questa trattazione viene fatta in modo non approfondito, in quanto serve solo per farvi rendere conto di quanto tutto ciò sia strettamente correlato al buon funzionamento di un amplificatore, specie se a valvole, che in genere mal tollera i "buchi" di impedenza non essendo in grado di erogare forti correnti verso il carico.

Tipologia dei filtri crossover

I filtri crossover si posso classificare in funzione del numero di vie e della pendenza della curva caratteristica.
Ci sono quindi:

I filtri a tre vie con l'evoluzione delle tecniche costruttive degli altoparlanti che ora sono in grado di riprodurre una banda di frequenze più ampia, sia per la complessità tecnica, sono caduti relativamente in disuso.

Pendenza dei filtri crossover

In funzione del numero di componenti reattivi utilizzati è possibile ottenere dei filtri con una pendenza più o meno accentuata.
Quindi con un taglio di frequenze più netto e una miglior separazione dei segnali da inviare ad ogni singolo altoparlante.
Tuttavia, in genere, più i filtri sono complessi più inducono effetti indesiderati come alterazione della fase del segnale in corrispondenza sopratutto delle frequenze di taglio.
Quindi è sempre meglio realizzare dei filtri semplici, senza troppe criticità, magari con un occhio per la qualità dei componenti utilizzati.
Esistono poi scelte progettuali particolari in cui si utilizza un filtro minimale, composto anche da un solo condensatore, che sfrutta le caratteristiche elettriche e meccaniche del woofer per avere meno problemi di linearità e di fase.

Filtro crossover a due vie con pendenza 6 e 12dB per ottava

E' una delle tipologie di filtro più utilizzata in assoluto.

Filtro crossover a due vie

Questo è il classico filtro a 6dB/oct a due vie che pilota un woofer e un tweeter.
Il funzionamento è banale.
L'induttanza L1 posta in serie al woofer aumenta la propria reattanza induttiva in funzione della frequenza, quindi fungerà da sbarramento alle frequenze alte mentre lascerà passare quelle basse verso il woofer, mentre il condensatore C2 ha il comportamento inverso, aumentando la sua reattanza capacitiva al diminuire della frequenza, quindi facendo passare solo le frequenze alte verso il tweeter.
Si tratta di un filtro banale, che tuttavia è apprezzato per l'assenza di buchi di impedenza in quanto non ci sono circuito LC risonanti serie.

Filtro crossover a due vie

A sinistra un filtro crossover a due vie tipico, con una pendenza di 12 dB per ottava.
Il segnale da filtrare, in uscita dall'amplificatore, viene applicato all'ingresso.
Qui viene filtrato dal filtro passa-basso costituito da L1 e C1 e inviato al woofer W1.
Allo stesso tempo le frequenze alte vengono filtrate dal filtro passa-alto costituito da C2 e L2 e inviate al tweeter TW1.
Nel dettaglio se prendiamo in considerazione il comportamento del filtro costituito da L1 e C1 abbiamo che all'aumentare della frequenza del segnale (in funzione dei valori di L1 e C1) la reattanza induttiva di L1 aumenta e la reattanza capacitiva di C1 diminuisce.
Quindi più la frequenza sale più viene ostacolata da L1 e bypassata a massa da C1.
Unico limite di cui occorre tenere conto è la frequenza di risonanza serie del gruppo L1-C1, che essendo un circuito LC serie per detta frequenza oppone una resistenza molto bassa producendo di conseguenza un "buco" di impedenza.
Altra cosa di cui occorre tenere conto è la frequenza di risonanza dell'altoparlante, in corrispondenza di cui quest'ultimo assume una impedenza molto alta.

Progettazione dei filtri crossover: Condizioni e complessità

Quando si progetta un filtro crossover si ricerca innanzi tutto la linearità nella curva dell'impedenza del complesso filtro-altoparlante, quindi occorre tenere conto dei seguenti problemi:

  • Frequenza di risonanza dell'altoparlante (aumento dell'impedenza dello stesso in corrispondenza di detta frequenza)
  • Frequenza di risonanza del complesso altoparlante-cassa acustica (aumento dell'impedenza dello stesso in corrispondenza di detta frequenza).
    Nel caso di una cassa bass-reflex occorre tenere in considerazione l'influsso del tubo di accordo.
  • Frequenza di risonanza dei vari filtri (nel caso di crossover a 12 dB/oct) LC serie.
    L'impedenza in corrispondenza della frequenza di risonanza è molto bassa (praticamente la sola componente resistiva del ramo)
  • Differenze di sensibilità fra i vari altoparlanti (equalizzazione delle stesse).
    In genere la sensibilità dei tweeter è più alta di quella dei woofer, quindi occorre mettere in serie al tweeter una resistenza.

Queste sono condizioni indispensabili per avere un buon funzionamento dell'amplificatore e un buon equilibrio in generale fra le varie frequenze riprodotte dal diffusore.
In pratica esiste un solo filtro crossover che funziona bene per un altoparlante, quello fatto su misura.

Rimandiamo a testi specifici una trattazione più approfondita.

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