CROSSOVER
En muchos equipos de audio de alta fidelidad es necesario colocar circuitos de cruce para poder alimentar los parlantes de graves, medios y agudos con las frecuencias de audio correspondientes a su rango de frecuencias especificado. En la presente nota daremos datos de diseño y construcción para circuitos de crossover sencillos y eficientes.
LOS CIRCUITOS DE CRUCE PASIVOS
Los llamados “divisores de frecuencia”, “circuitos de cruce” o “crossover” se deben colocar en aquellos sistemas sonoros donde existe más de un altoparlante específico, por ejemplo un woofer para las frecuencias bajas, inferiores a 800 Hertz, un squawker o midrange para las frecuencias medias, de 500 a 3000 Hertz y un tweeter para las frecuencias altas, superiores a 2500 Hertz, aproximadamente.

Cabe aclarar que los valores de frecuencia de corte no son fijos para todos los equipos, sino dependen, entre otras cosas, de las características propias de cada parlante que interviene en el sistema, de las condiciones acústicas de la sala y también del tipo de música que será difundido por el sistema con preferencia.

Los circuitos de cruce permiten el paso de las frecuencias destinadas al parlante e introducen una atenuación para las frecuencias fuera de este rango. La respuesta de un circuito de woofer y squawker o midrange debe dejar pasar los graves para el woofer y las demás frecuencias para el midrange.

En la figura 1 vemos la respuesta necesaria para este cometido. Se observa que entre las dos respuestas individuales de cada parlante hay un punto que idealmente debe estar a un nivel de 3dB por debajo de la respuesta máxima. Este punto forma parte de ambas curvas y se denomina frecuencia de cruce o frecuencia de crossover. Cuando el sistema acústico posee tres parlantes, woofer, midrange y tweeter, las curvas individuales obviamente son tres y también los puntos de cruce poseen esta cantidad. En la figura 2 vemos este tipo de respuesta que es la más común en los sistemas de audio modernos. En el caso concreto ilustrado las frecuencias de cruce son de 500 Hertz entre woofer y midrange y de 4000 Hertz entre midrange y tweeter. Un crossover de esta naturaleza permite una división adecuada de la potencia disponible en cada rango de frecuencias.

Recuerde que 3 dB de potencia es la mitad del total, de manera que al recibir cada parlante esta potencia, el total sigue siendo el total original entre los dos o tres parlantes.

Este tipo de circuito de cruce puede diseñarse con componentes pasivos sencillos, como capacitares e inductores. En la figura 3 vemos un esquema básico de este tipo donde se forma el circuito de cruce en conjunto por cuatro capacitares y cuatro inductores.

Estos componentes pueden montarse en una pequeña plaqueta de circuito impreso, pero a veces simplemente se colocan sobre el tablerito de conexiones del mismo parlante.

A continuación trataremos algunos casos concretos con los valores indicados para cada caso.
 
APLICACIONES PRACTICAS
Los valores indicados en la Tabla 1 corresponden a un sistema con un woofer de 8 pulgadas de alta fidelidad, 2 midrange de 5 pulgadas y 2 tweeter de 1 pulgada. La potencia manejada en esta sugerencia es de 20 Watt, la impedancia de 8 ohm y el volumen del bafle de 15 litros.

Puede llamar la atención que se usen solo dos capacitores y tres inductores para este circuito, pero el circuito básico está preparado para todas las eventualidades y en el caso concreto indicado los componentes necesarios son los de la Tabla.

Debemos aclarar que estos valores pueden usarse también en los casos de otras impedancias, por ejemplo de 4 ohm o 16 ohm. En este caso debemos tomar en cuenta que la inductancia usada en el circuito de cruce es directamente proporcional y la capacidad es inversamente proporcional a la impedancia del circuito donde se aplican.

En 4 ohm debemos entonces usar inductores con la mitad del valor y capacitores con el doble del valor.

En 16 ohm serían entonces inductores con el doble del valor usado en 8 ohm y capacitores con la mitad del valor de 8 ohm.

En cuanto a los inductores pueden bobinarse sobre formas de pertinax u otro material aislante o también pueden usarse núcleos de hierro pulverizado que reducen enormemente la cantidad de espiras necesarias.

Los capacitores pueden ser con dieléctrico de papel o debido a los altos valores capacitivos involucrados, electrolíticos no polarizados.

Sin embargo, es factible usar también capacitores electrolíticos convencionales conectados en serie como vemos en la figura 4, si bien en este caso los valores deben ser del doble del indicado en la Tabla, debido a esta conexión en serie.

La tensión de trabajo de los capacitores debe ser de por lo menos 50 Volt.
 
UN PROYECTO DE ALTA POTENCIA Y ALTA FIDELIDAD
En las salas de teatro o salones de baile u otras aplicaciones similares, la alta fidelidad HiFi no está reñida con la alta potencia acústica que se necesita en estos lugares. A continuación describiremos un bafle capaz de manejar 250 Watt de potencia rms o potencia musical de 325 Watt.

El volumen de este bafle es de 200 litros y la impedancia nominal es de 8 ohm. Se usan 4 woofers de 12 pulgadas de alta fidelidad, 8 squawkers (parlantes de rango medio) de 5 pulgadas y 8 tweeters de 1 pulgada. Se observa que cada bafle posee 20 parlantes cuyo conexionado requiere un estudio muy cuidadoso para lograr un rendimiento adecuado tanto en lo referente a potencia y volumen sonoro, como en calidad musical.

El esquema de conexiones se observa en la figura 5 y se usa un circuito de cruce con las frecuencias de cruce de 500 y 4800 Hertz. Se observa que la particular configuración de estos 20 parlantes reduce los componentes del circuito de cruce a sólo dos capacitores, de 3,3 y 36µF, respectivamente.

Los valores de los capacitares electrolíticos usados en este esquema son un poco difícil de obtener, sobre todo el de 36µF. En este caso se puede lograr un funcionamiento dentro de un porcentaje de tolerancia bastante aceptable si usamos un conjunto de 4 capacitores de 20µF en paralelo junto con otro conjunto de 4 electrolíticos similares de 4 unidades en serie. Así tenemos 4 x 20 = 80 en serie con otros 80, lo que da un total efectivo de 40µF.
 
MODELOS COMERCIALES
Las bobinas necesarias para el circuito de cruce pueden fabricarse en el taller si no se desea recurrir a productos comerciales.

Los valores necesarios de inductancia están disponibles en el mercado y a continuación daremos algunos de los datos de estas bobinas: La bobina de 0,35mH: es una bobina cuyas medidas de diámetro y altura son 44 x 30 mm, con un alambre de 1 mm de diámetro y una resistencia interna de 0,27 ohm. Otro modelo diferente está bobinado con alambre de 0,5 mm de diámetro y terminada posee 25 x 10,5 mm de dimensiones.

La resistencia interna de esta bobina es desde luego mucho más alta que la bobina anterior.

La bobina de 0,50mH: es una bobina de dimensiones similares a la anterior, con un alambre de 1 mm de diámetro y una resistencia interna de 0,36 ohm.

La bobina de 3mH: es una bobina de 62 x 41 mm de dimensiones físicas, un alambre de 1 mm de diámetro y una resistencia interna de 1 ohm.

La construcción “casera” de estas bobinas sólo es recomendable cuando se dispone de un medidor de inductancia (medidor de Z, Q-metro, etc.). Si bien los valores no son demasiado críticos, debe existir un mínimo de seguridad en su confección.
 
Autor: Egon Strauss
FIGURA 1
 
FIGURA 2
 
FIGURA 3
 
FIGURA 4
 
FIGURA 5
 
TABLA 1
 
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