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Divisores activos (crossovers)

En post anteriores se habló de los divisores pasivos (Parte I, Parte II) en donde se explicó la necesidad y las limitaciones en su uso. Como continuación al tema, en este post se habla de los divisores activos.

Para empezar cabe aclarar que la finalidad es la misma, es decir separar el rango de frecuencias que cada componente va a reproducir. Básicamente la diferencia es que en los sistemas con divisores activos la señal se manipula antes de ser amplificada (a nivel de línea), y por ende necesita de un amplificador para cada vía, como se observa en la figura 1.

circuitos

Fig 1. Arriba: Divisor pasivo. Abajo: Divisor activo.

Como su nombre lo indica, un crossover activo requiere de componentes activos para su funcionamiento. Esto puede ser una serie de transistores, amplificadores operacionales o un DSP. Existen varios tipos de topologías de filtros activos, tanto analógica como digitalmente, pero no es la finalidad de este post.

Actualmente este tipo de configuración es cada vez más común y no es raro escuchar de sistemas bi-amplificados o tri-amplificados. Esto se debe principalmente a la reducción en el costo y tamaño del procesamiento digital de la señal y a las soluciones de amplificación con DSP incorporado, pero por sobre todo a sus ventajas con respecto a los sistemas pasivos.

En principio, al conectar los amplificadores directo a los componentes se eliminan los problemas que causan los componentes reactivos (capacitores e inductores) de los filtros pasivos, es decir los cambios en la curva de impedancia, fase y magnitud debido a la interacción con el parlante.

Otra ventaja de los filtros activos es que la frecuencia de cruce no cambia por las diferencias de impedancia en los parlantes, la frecuencia elegida siempre va a ser la misma, y tampoco por el cambio de impedancia que sucede con el aumento de temperatura (ver temperatura en altoparlantes).

Si bien se necesitan más amplificadores, se puede ajustar mejor la potencia necesaria para cada vía. Por ejemplo, si sumamos una onda de 100Hz con una de 1000Hz podemos ver (figura 2) como el pico de la señal resultante es de 2, cuando por separado es de 1.

suma

Fig 2: Suma de señales senoidales.

Mientras que el valor resultante de potencia RMS se duplica (ver Suma de señales), el valor de potencia pico se cuadruplica (doble de tensión), del cual depende el clip de los amplificadores. Obviamente la música no es predecible como las ondas senoidales, pero nos da una idea de lo que puede llegar a suceder.

Por otro lado hay que notar que un parlante de 12”, especificado en 350 Watts AES, no necesita el mismo amplificador que un driver de compresión especificado en 60 Watts AES. También al ser diferente la sensibilidad de los componentes, en los divisores pasivos se usan resistencias para igualarlos, esto se traduce en potencia desperdiciada (sin contar la resistencia parásita de capacitores e inductores), cosa que no sucede en sistemas activos. Es por esto que en los sistemas activos los amplificadores pueden ser optimizados a la necesidad de los componentes.

Complementariamente si se realiza un estudio de distribución energética se puede notar que la mayor parte de la potencia es necesaria en bajas frecuencias, como se puede observar al analizar el espectro de un tema musical (figura 3). El resultado se asemeja al del ruido rosa (caída de 3 dB/Oct).

energía

Fig 3: Espectro de un tema musical.

Actualmente es común implementar los divisores pasivos por medio de procesamiento digital (DSP, a diferencia de los divisores activos analógicos). Esto amplía aún más las herramientas disponibles, dado que puede contar con diferentes tipos de filtro de crossover sumado a filtros convencionales y retraso.

filtro digital

Fig 4: Pantalla de filtro digital.

 

Ing. Eduardo Sacerdoti

Investigación & Desarrollo – Equaphon

 

Eduardo Sacerdoti

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