Cuando leemos las características de un altavoz, nos encontramos con términos como respuesta de frecuencia, potencia recomendada o impedancia nominal. Términos que, quizás, os suenen más familiares. Sin embargo, hay un término que puede que a muchos se os escape. Nos referimos al crossover, frecuencia de cruce o simplemente cruce. Según el fabricante lo verás denominado de una forma u otra, además de más o menos especificado. Pero, ¿qué es el crossover exactamente? Y lo más importante, ¿afecta a la calidad de sonido? Pues sí, lo hace.
Tal y como explica SVS en su blog oficial, los seres humanos con audición normal pueden percibir hasta 10 octavas de frecuencias, lo que se traduce en un rango que va desde los 20 Hz hasta los 20 kHz (20.000 Hz). Los altavoces de rango completo están diseñados para reproducir la mayor parte posible de ese rango pero, siendo realistas, la mayoría de altavoces pueden abarcar alrededor de ocho o nueve octavas, que vendría a ser desde los 20 kHz (o incluso un poco más en la parte superior) hasta algún punto entre 40 y 80 Hz. Aunque hay excepciones claro, algunos pueden llegar a frecuencias más bajas.
Aunque es un alcance un poco inferior al de la audición humana, sigue siendo un rango muy amplio y la mayoría de los drivers que equipan los altavoces no pueden cubrirlo todo por sí solos. Es aquí cuando entra en juego el croosover, un controlador montado dentro del altavoz que se encarga de repartir las frecuencias.
Por ejemplo, un altavoz de dos vías divide el rango completo de frecuencias en dos rangos más pequeños, y cada rango es reproducido por un driver diferente: el tweeter maneja las frecuencias altas y el woofer se encarga de las frecuencias más bajas. Los altavoces de tres vías dividen el rango completo en tres rangos más pequeños utilizando tres controladores: un tweeter, un woofer y un controlador de rango medio que reproduce las frecuencias medias entre el tweeter y el woofer.
La función del crossover: divide y vencerás
¿Cómo se divide el rango completo en rangos más pequeños y se dirige a los drivers correspondientes? Eso es precisamente lo que hace el crossover o circuito de cruce. Este circuito acepta una señal de rango completo del amplificador de potencia o receptor AV y envía las frecuencias altas al tweeter mediante un filtro de paso alto, las frecuencias más bajas al woofer o woofers mediante un filtro de paso bajo y, en un altavoz de 3 vías, el rango medio de frecuencias al controlador de rango medio mediante un filtro de paso de banda.
En esencia, un circuito de cruce pasivo es simple. Consta de tres componentes electrónicos básicos: inductores, condensadores y resistencias. Pero la clave está en los detalles: el diseño específico del circuito (qué componentes se utilizan exactamente y cómo se disponen) es una parte importante en el diseño de los altavoces. Según los ingenieros de SVS, gran parte del tiempo dedicado a diseñar un altavoz debe ser para el crossover o circuito de cruce, ya que tiene un gran impacto en el sonido final del altavoz.
Si un fabricante intenta ahorrar costes utilizando componentes baratos y un diseño simplista, el altavoz puede sonar distorsionado y forzado a niveles altos, la escena sonora y la imagen pueden degradarse y la respuesta de frecuencia puede ser imprecisa y desigual. Para evitar estos y otros problemas, los fabricantes de altavoces que buscan cuidar al máximo su producto utilizan componentes de primera calidad, un diseño de circuito sofisticado, un modelado detallado asistido por ordenador y pruebas anecoicas y en el mundo real exhaustivas para lograr un gran rendimiento en sus altavoces.
Una parte de este proceso es decidir exactamente dónde dividir todo el rango de frecuencia en rangos más pequeños; los puntos de división se denominan frecuencias de cruce. Esto depende de las capacidades de los altavoces. Lo ideal es que cada altavoz reproduzca solo las frecuencias con las que se siente más cómodo; en otras palabras, su rango de funcionamiento lineal. Si un altavoz intenta reproducir frecuencias fuera de su rango de funcionamiento lineal, puede sonar débil o incluso distorsionado.
Frecuencias de cruce
Desde SVS también nos indican que igual de importante es la forma en la que el crossover pasa de un rango al siguiente. Una transición abrupta y repentina causa todo tipo de problemas sonoros, por lo que debe seguir una pendiente más gradual, llamada «pendiente de crossover». A medida que aumenta la frecuencia, la salida de un filtro disminuye gradualmente mientras que la salida del siguiente filtro aumenta. De hecho, los rangos de frecuencia de los filtros se superponen y ambos controladores reproducen frecuencias en la conocido como zona de transición.
Por ejemplo, supongamos que la frecuencia de cruce entre el tweeter y el woofer en un altavoz de 2 vías es de 2 kHz. En este caso, las frecuencias inferiores a 2 kHz se envían al woofer y las frecuencias superiores a 2 kHz se envían al tweeter. Sin embargo, a medida que las frecuencias más bajas se acercan a los 2 kHz, el filtro de paso bajo comienza a reducir el nivel de señal enviado al woofer. En el mismo punto, el filtro de paso alto comienza a aumentar el nivel enviado al tweeter hasta que alcanza su nivel máximo en algún lugar por encima de los 2 kHz.
La velocidad a la que el nivel disminuye en el woofer y aumenta en el tweeter es la pendiente de cruce (a veces llamada atenuación). Por ejemplo, en la mayoría de los altavoces SVS, esa pendiente es de 12 dB/octava. Así que las dos pendientes se cruzan en la frecuencia de cruce (2 kHz en este ejemplo), donde ambas están 6 dB por debajo de su nivel nominal. Pero como tanto el tweeter como el woofer reproducen esta frecuencia, se combinan para alcanzar el mismo nivel que las frecuencias más altas y más bajas, y la respuesta de frecuencia general del altavoz es plana en todo su rango.
Un crossover de 3 vías funciona de manera muy similar, con la adición de un filtro de paso de banda entre los filtros de paso bajo y paso alto. En este caso, hay dos frecuencias de crossover.
Crossover en altavoces activos y pasivos
Los crossovers activos hacen el mismo trabajo que los diseños pasivos, pero en un punto diferente de la cadena de señal, y son más sofisticados electrónicamente. El tipo más común de crossover activo es el digital: acepta una señal de audio digital de rango completo y la divide en diferentes rangos más pequeños mediante DSP (procesamiento de señal digital). Al igual que un crossover pasivo, los rangos se superponen en la zona de transición y la pendiente del crossover es generalmente de 12 dB/octava. Las señales divididas luego se convierten a analógicas y se envían a amplificadores separados que alimentan cada tipo de controlador.
Los crossovers activos se utilizan a menudo en altavoces activos, es decir, altavoces con amplificadores de potencia integrados. Los subwoofers autoamplificados también utilizan un crossover activo digital si reciben una señal de rango completo. En este caso, el crossover actúa como un filtro de paso bajo que evita que las frecuencias superiores al rango operativo del subwoofer lleguen al controlador.
Los crossovers activos digitales son más precisos y tienen tolerancias mucho más estrictas que los circuitos pasivos, y se pueden ajustar con una simple actualización de firmware. Los ingenieros de los fabricantes pueden usar el DSP para refinar el rendimiento de un altavoz más allá de las capacidades de un crossover pasivo.
Con todo lo comentado, es evidente que los filtros de cruce o crossover son una parte fundamental de todos los altavoces multivía.
Fuente | SVS
