Divisor de Frecuencias de Dos Vías (Two Way Crossover) Presentamos un divisor de frecuencias de segundo orden en dos versiones: La primera es para usar con tweeter y woofer, y la segunda es para usar con driver y woofer. Ésta permite más potencia. En esta ocasión haremos un crossover que puede ser usado en cabinas activas o pasivas, con una potencia de hasta 300W RMS. Una de las grandes ventajas de nuestro divisor de frecuencias, es que diseñamos la tarjeta de buen tamaño. Esto permite, que en dado caso, se pueda ampliar su potencia con sólo fabricar bobinas con alambre más grueso. Obviamente, recalculando las vueltas de alambre. También podemos cambiar su punto de corte, cambiando el valor de los condensadores y la inductancia de las bobinas. El crossover que aprenderemos a hacer a continuación es del tipo Butterworth o Filtro Pasivo, que por lo regular se usan en el sonido Hi-fi. NOTA: Antes de encaminarse a realizar este proyecto, recomendamos leer el artículo del Crossover de 3 vías de primer orden. En él se encuentra la teoría básica necesaria para entender éste tipo de circuitos. Teoría del divisor de frecuencia Diagrama esquemático Etapa pasa bajos El filtro pasa bajos comienza con una bobina en serie de 1mH, que en conjunción con el condensador de 11uF, logran un corte en los 2000Hz. Para algunos es un woofer reproduciendo demasiada banda media, pero si estamos hablando de hacer un bafle full range es totalmente válido. Hay que entender, que como no tenemos parlante medio, es necesario que el woofer haga parte del trabajo. De ésta manera no se pierden frecuencias. El condensador del woofer de 11uF no polar, está formado por 2 condensadores de 22uF polares. ¿Porque hacer esto? Sencillamente porque los condensadores no polares de alto voltaje son escasos o son muy costosos. Recordemos que al colocar dos condensadores polares unidos por sus negativos, se convierten en un condensador no polar de la mitad de la capacitancia de ambos condensadores. Y si se colocan dos condensadores en paralelo, su capacidad se suma. Al tener dos condensadores de 22 uF en serie, obtenemos un condensador de 11uF no polar. La resistencia limita y protege el condensador, y la bobina restringe los picos de exceso de bajos, que puedan hacer distorsionar el woofer. Etapa pasa altos El filtro pasa altos comienza con un condensador de 5 uF en paralelo, que se encarga de restringir las frecuencias bajas y algo de frecuencias medias. Luego tenemos una resistencia que puede ser desde 1.5, hasta 4.7 ohmios. Ésta se encarga de proteger el tweeter de excesos de corriente. Se coloca con una potencia de 10W ya que cuando el amplificador trabaja a su máxima potencia, la resistencia se calienta. Luego de la resistencia viene otro condensador de 5 uF en serie. En el punto de unión de la resistencia y el segundo condensador, tenemos un circuito paralelo con una bobina y una resistencia de protección. La bobina se encarga de restringir la frecuencias bajas y medias. El corte de frecuencias altas de éste filtro es de 3000 Hz. Este corte es ideal para tweeter piezoeléctricos, ya que estos son muy chillones. Así se reduce su distorsión. Pero si se usa un tweeter de bobina, el sonido va a ser más suave y si solo se usa un tweeter, se perderá algo de volumen, a pesar de que el sonido es mucho más bonito. En ese caso se recomienda subir la bobina a unos 0.5mH, y así el tweeter reproduce un poco de frecuencia media (2500Hz) y suena más fuerte. Ahora bien, si se usan dos tweeter de bobina, se recupera el volumen y el sonido es delgado y fino. En ese caso no es necesario modificar la bobina. Cómo calcular un divisor de frecuencias? No es tarea fácil. Las fórmulas para calcular bobinas son algo complejas. En nuestro caso hemos diseñado este crossover, para usarlo con una caja que también fue diseñada por nosotros. Sin embargo, para las personas que quieren o necesitan un rango de frecuencias diferente al que proponemos, les dejamos a continuación dos programas para calcular divisores de frecuencia. Basta con colocar la impedancia del woofer y del tweeter, y la frecuencia de unión entre los dos parlantes. El programa hará el cálculo de la bobina y del condensador principal. Las páginas son: diyaudioandvideo.com y shopping.na3.netsuite.com Materiales 1 Circuito impreso del crossover, que puede hacer a partir de los dibujos que entregamos en este PDF y con ayuda de nuestro tutorial: Fabricación de circuitos impresos, que se encuentra en nuestra sección de tutoriales. 1 Resistencia de entre 1.5 ohmios hasta 4.7 ohmios a 10W 2 Resistencias de o.47 ó 0.56 ohmios a 10W 2 Condensadores de 22uF a 250V 4 Condensadores de 10uF a 250V 8 terminales tipo espadín o lengüeta de 6.3 mm 2 carretes reciclados con un núcleo de 2.6 cms de altura por 1.5 cms de radio interno (aprox). 2 tornillos de 1/8 x 1.5 pulgadas con tuerca y arandela. Pegante instantáneo Pegante sintético blanco Pintura negra a base de aceite Thinner Cinta de enmascarar Pintura negra a base de aceite Papel adhesivo transparente o papel Contact 23 láminas de hierro-silicio de 7.5 cms por 1.2 cms 2 hojas de 1/8 de cartón paja grueso (entre 390 gr, 420 gr) 22 metros de alambre de cobre aislado calibre 22 AWG 7 metros de alambre de cobre aislado calibre 18 AWG Soldadura de estaño. Herramientas Un multímetro que tenga el servicio de medición de Mili henrios. Tijeras Cautín Bisturí tipo punta de lanza Destornillador Pinzas Un lápiz Una regla o un metro para medir Lija de grano grueso Un cepillo de dientes reciclado Una broca de 5/64 de pulgada Y un taladro eléctrico. NOTA: si no consigue las láminas de hierro silicio, puede usar láminas de hierro normal o galvanizado. Esto cambia la inductancia y el valor de la bobina. Así que se hace INDISPENSABLE tener un multímetro que mida mili-henrios, para poder medir la bobina y dar las vueltas de alambre faltantes por la pérdida, al no usar el material adecuado. Las bobinas Las bobinas son componentes indispensables en los divisores de frecuencia. Su función es atenuar frecuencias, dependiendo de la forma como se conecten. Están formadas por un rollo de alambre enrollado sobre un núcleo, que puede ser de aire o en muchos casos de hierrosilicio. Para sostener el alambre sobre el núcleo sin que se despliegue, se requiere de una formaleta. En éste caso hicimos dos bobinas con núcleo de aire y una con núcleo de Hierro-silicio. En las dos bobinas de núcleo de aire el alambre está enrollado en carretes reciclados de esparadrapo, del mismo usado en primeros auxilios. En los crossover de marca la formaleta que lleva el núcleo de hierro-silicio, está hecha de plástico, pero como éstas no son comerciales, nos vimos en la necesidad de hacerlas con cartón paja o algún tipo de cartón duro. Se enrolla cartón sobre el núcleo, teniendo en cuenta que el ancho no cubra los orificios de las láminas, ya que esos orificios son para posteriormente asegurar la bobina con tornillos. Luego se construyen dos cuadrados de cartón más grueso, que serán las tapas laterales de la formaleta. Todo se pega con pegante instantáneo. NOTA: Como no conseguimos cartón grueso, de al menos 3 milímetros para los laterales, nos vimos en la necesidad de pegar varios cartones, hasta dar el grosor y consistencia ideal. Construcción de las bobinas La construcción de las bobinas es muy simple. La primera bobina de izquierda a derecha es una de las bobinas del woofer (0.28mH). Es de núcleo de aire. Enrollamos 10.6 metros de alambre calibre 22. La otra bobina es la principal del woofer (1mH). Está formada por 23 láminas de transformador en forma de (I). Su tamaño es de 7.5 cms por 1.2 cms, y la suma de éstas láminas da 1.2 centímetros. En caso de que sean muy delgadas, deberá agregar tantas láminas sean necesarias, hasta lograr la altura de 1.2 centímetros. La bobina del tweeter, al igual que la bobina pequeña del woofer, está construida sobre un carrete reciclado. Se enrollan 10.8 metros de alambre de cobre aislado calibre 22 AWG. Con esto se logra una inductancia de 0.3mH. NOTA: Si no logra conseguir las láminas de hierro-silicio, del mismo tamaño al que usamos, para hacer la bobina principal del woofer, o simplemente no consigue el material adecuado, lo puede reemplazar por láminas de hierro común, conocido como (cold rolled). Claro está que como éste material no va a generar la misma inductancia, tendrá que dar más vueltas de alambre y obligatoriamente deberá tener un multímetro que mida inductancia (inductómetro). Así verificar que la bobina quede con la inductancia correcta. Divisor de frecuencias para driver y woofer Pensando en las cabinas activas, también en las pasivas con parlante de 15 pulgadas, tan usadas hoy en día, decidimos publicar también el crossover ideal. Las diferencias con nuestro primer divisor son muy pocas. Básicamente es más robusto. Usa alambre más grueso en las bobinas y por consiguiente éstas son más grandes. Puede usarlo con potencias de hasta 500W RMS. Claro está que si desea más potencia, deberá usar alambre más grueso en las bobinas, y dar más vueltas, midiendo con el multímetro en escala de milihenrios. El valor de la bobina del driver es de 0.6 mH, para que reproduzca frecuencias desde los 2500 Hz aproximadamente. Ya esto depende de la calidad y tipo de driver. La otra diferencia es que trae un fusible tipo bombillo. Éste se encarga de consumir el exceso de corriente que pueda estropear el driver. Para terminar, ya no usamos condensadores polares conectados por su negativo para convertirlos en no polares. Usamos los típicos condensadores de poliéster de alto voltaje, que se usan regularmente en este tipo de crossover. Esperamos disfruten este proyecto. Divisor de Frecuencias Pasivo de 3 vías de Segundo Orden Presentamos un divisor de frecuencias de segundo orden que puede ser ampliado en potencia. También se pueden modificar sus componentes, para obtener otras frecuencias de salida. Debido al éxito de nuestro crossover pasivo básico para principiantes que hicimos ya hace unos años, nos vimos en la necesidad de ampliar el tema. En esta ocasión haremos un crossover que puede ser usado con amplificadores que tengan una potencia de hasta 500W por canal. Así los pueden usar con nuestros Amplificadores estéreo de 1000W. Una de las grandes ventajas de este divisor de frecuencias es que su tarjeta es bastante amplia. Esto permite en dado caso, ampliar su potencia con sólo fabricar bobinas con alambre más grueso y obviamente, recalculando las vueltas de alambre. También podemos cambiar su punto de corte de la frecuencia cambiando los condensadores y la inductancia de las bobinas. El crossover que aprenderemos hacer a continuación es del tipo Butterworth o Filtro Pasivo, que por lo regular se usa en el sonido Hi-fi. NOTA: Antes de encaminarse a realizar este proyecto, debe leer el artículo del Crossover de 3 vías de primer orden. En él se encuentra la teoría básica necesaria para entender este circuito. Algunos ejemplos de cómo cambiar el corte de frecuencias Como un buen crossover o divisor de frecuencias debe estar acorde con los parlantes, caja y gusto del escucha, a continuación mostramos un par de ejemplos de cómo al cambiar el valor de un componente, se cambia el corte de frecuencias. La bobina del Woofer El corte de las frecuencias bajas para el woofer o parlante de bajos, se realiza principalmente con una bobina que se coloca en serie con el parlante. Entre más alto es el valor de la bobina, mayor será el corte de frecuencias medias y altas, dejando pasar únicamente las frecuencias bajas. Observemos el gráfico de la izquierda. Éste representa el corte que da una bobina de 1.8 mH en el woofer de nuestro crossover. El parlante tiene un tope de 1000 Hz y a partir de ahí se da una caída rápida de frecuencias. Quiere decir que el woofer reproduce todos los bajos, llegando hasta 1KHz que ya es algo de banda media. En cambio en el gráfico de la derecha, tenemos un corte con una caída a los 500 Hz. La bobina de 3.6 mH no permite el paso de frecuencias medias, como sí lo permite la bobina de 1.8 mH. Así que con este ejemplo se puede dar una idea de cómo cambiar el valor de la bobina del bajo, para conseguir el corte de frecuencias de su gusto. Bobina del Tweeter Ahora veamos el caso opuesto. El corte de las frecuencias altas para el tweeter se hace con condensadores en serie y bobinas en paralelo. Entre más bajo es el valor de la bobina, el corte de frecuencias bajas y medias será mayor y va subiendo hacia las frecuencias altas. En el gráfico de la izquierda se muestra como al colocar una bobina en paralelo con el tweeter, se logra un corte de frecuencias desde los 3500 Hz. Eso es un sonido bastante agudo y delgado. Personalmente éste sonido delgado que me parece bastante agradable. En cambio en el gráfico de la derecha tenemos que el corte de frecuencias es más abajo, más o menos por los 2500 Hz. Este sonido es un poco más medio, pero tiene más volumen. Ya será a gusto de cada quien el tipo de corte que desee lograr. Los condensadores en los Crossover El comportamiento de los condensadores es totalmente inverso al de las bobinas. Con ellos también se puede experimentar cambiando los valores hasta lograr el corte ideal. Lo invitamos a que haga muchas pruebas. Reiteramos que lograr un buen sonido depende de muchos factores como; la caja, tipo de parlantes y por supuesto el crossover. Sin contar que debemos tener un buen amplificador. A continuación daremos algunos consejos prácticos a la hora de armar su propio divisor de frecuencias de 3 vías, de segundo orden. La formaleta La bobina está formada por un rollo de alambre enrollado sobre un núcleo que puede ser de aire o en muchos casos de hierro-silicio. Para sostener el alambre sobre el núcleo sin que se desperdicie, se requiere de una formaleta o molde. En los crossover de marca la formaleta esta hecha de plástico. Pero como no son comerciales, nos vimos en la necesidad de hacerlas con cartón paja o algún tipo de cartón duro. Se enrolla cartón sobre el núcleo, teniendo en cuenta que el ancho no cubra los orificios de las láminas del núcleo. Tenga en cuenta que esos orificios son para posteriormente asegurar la bobina con tornillos. Luego se construyen dos cuadrados de cartón más grueso, que serán las tapas laterales de la formaleta. Todo se pega con pegante instantáneo. NOTA: Como no conseguimos cartón grueso, de al menos 3 milímetros para los laterales, lo que hicimos fue pegar varios cartones, hasta dar la consistencia ideal para las tapas. Construcción de las bobinas La construcción de las bobinas es muy simple. El núcleo está formado por cierta cantidad de láminas de transformador en forma de (I). Para el caso de la bobina del medio, usamos 28 láminas de hierro-silicio de 6.8 cms por 1.2 cms. Y para la bobina del bajo usamos 30 láminas de hierro-silicio de 7.5 cms por 1.3 cms Luego de tener los núcleos y haber construido la formaleta sobre cada uno de ellos, se procede en enrollar el alambre magneto hasta conseguir la inductancia deseada. La bobina del tweeter está construida sobre un carrete reciclado de esparadrapo, del mismo usado en primeros auxilios. Se enrollaron 16 metros de alambre de cobre aislado calibre 21 AWG, para lograr una inductancia de 0.65mH. Para la bobina del parlante medio se enrollaron 6 metros de alambre de cobre calibre 18 AWG, para lograr una inductancia de 0.6mH. Y para la bobina del parlante bajo o woofer, se enrollaron 12 metros de alambre de cobre aislado calibre 16 AWG, para lograr una inductancia de 1.8mH. NOTA: Si no logra conseguir láminas de hierro-silicio del mismo tamaño del que usamos o simplemente no consigue el material adecuado, lo puede reemplazar por láminas de hierro común, conocido como ( cold rolled). Claro está que como éste material no va a generar la misma inductancia, tendrá que dar más vueltas de alambre. Y obligatoriamente deberá tener un multímetro que mida inductancia (inductómetro), para verificar que la bobina quede con la inductancia correcta. Bobina del tweeter La bobina del tweeter trabaja en equipo con un condensador de 2.2 uF. Claro que eso puede variar, dependiendo del corte de frecuencia que se desea. Como explicamos anteriormente, el corte de frecuencias altas de éste crossover es de 3500 Hz. Este corte es ideal para tweeter piezoeléctricos, ya que estos son muy chillones. Así se reduce su distorsión. Pero si se usa un tweeter de bobina, el sonido va a ser más suave. En el caso de sólo usar un tweeter, se perderá algo de volumen, a pesar de que el sonido es mucho más bonito. Si se usan dos tweeter de bobina, se recupéra el volumen y el sonido es delgado y fino. Pero si solo tenemos un tweeter de bobina y es de buena calidad, podemos probar con una bobina de 1mH y condensador de 3.3 uF. Todo esto es al gusto personal y requerimiento del tweeter que piense usar. Bobina del parlante medio Para el caso de la bobina del medio, en este caso es algo diferente. Su función es la de restringir frecuencias altas y no está trabajando con ningún condensador. El condensador que va en serie con esta bobina hace todo lo contrario. El condensador restringe frecuencias bajas, mientras que la bobina en serie restringe las frecuencias altas. Un corte de entre 2500 Hz y 3000 Hz se logra con bobinas entre los 0.6 y 0.8 mH. De igual manera que en la bobina del tweeter, se puede experimentar subiendo o bajando su valor, hasta lograr el punto que deseamos. Bobina del woofer Esta bobina es la más polémica. El gusto de cada persona es bastante diferente. En este caso es una bobina de 1.8 mH que hace el corte a los 1000Hz. Para algunos es un woofer haciendo demasiado medio, pero si estamos hablando de hacer un bafle full range es válido. Hay que entender que el medio hace el corte y su cruce con el bajo en los 1000 Hz, así que no se pierden frecuencias. Sin embargo un corte a los 500Hz es muy usual. Así que si desea ese corte, es necesario enrollar 24 metros de alambre, usando el mismo núcleo. En la siguiente página mostramos otro crossover de 3 vías con diferentes cortes. Ésto para que comparen. Condensadores del woofer La etapa del woofer también tiene un condensador de 22 uF no polar, que está formado por 4 condensadores de 22 uF polares. ¿Porque hacer esto? Sencillamente porque los condensadores no polares de alto voltaje son escasos o son muy costosos. Recordemos que al colocar dos condensadores polares unidos por sus negativos, se convierten en un condensador no polar de la mitad de la capacitancia de ambos condensadores. Y si se colocan dos condensadores en paralelo, su capacidad se suma. Al tener dos condensadores de 22 uF en serie, tenemos un condensador de 11 uF no polar, pero como son dos series colocadas en paralelo, volvemos a obtener una capacitancia de 22 uF no polar. Resistencia protectora En la etapa del tweeter primero tenemos una resistencia que puede ser desde 8.2 ohmios, hasta 15 ohmios. Se coloca con una potencia de 20W ya que cuando el amplificador trabaja a su máxima potencia, la resistencia se calienta. Luego de la resistencia viene dos condensadores de 4.7 uF en serie y unidos por sus polos negativos. Así se consigue un condensador de 2.3 uF, que es lo más aproximado a los 2.2 uF que tenemos en el diagrama eléctrico. Éste condensador se encarga de limitar el paso de frecuencias bajas y medias. Luego sigue la bobina de 0.65 mH en paralelo a la salida del crossover. También se encarga de restringir la frecuencias bajas y medias. Condensador de frecuencias medias La etapa para el parlante medio tiene dos condensadores de 22 uF en serie, unidos por sus negativos. Forman un condensador de 11 uF No polar. Como ya sabemos, los condensadores en serie restringen el paso de las frecuencias bajas. Luego sigue la bobina de 0.6 mH que también está en serie y que restringe las frecuencias altas. Así solo llegan frecuencias medias al parlante medio. NOTA: Los valores de las bobinas y condensadores aquí expuestos en nuestro crossover, han sido calculados para una impedancia de 8 ohmios. Si su deseo es hacer un crossover para trabajar con parlantes de 4 ohmios, se debe dividir a la mitad el valor de las bobinas, y duplicar el valor de los condensadores. En la siguiente página veremos un crossover que puede ser ampliado en potencia Crossover ampliable en potencia Ahora que ya hemos realizado un divisor de frecuencias con características óptimas, nos hemos dado cuenta de la necesidad de un diseño, que pueda ser ampliable en potencia. De ésta manera, además de poder modificar los cortes de frecuencia a nuestro gusto, también podemos hacer el crossover de la potencia exigida por nuestro amplificador. Básicamente lo que hicimos fue agrandar un poco la tarjeta para así eventualmente poder usar alambres más gruesos. Claro está que esto implica recalcular la cantidad de alambre y para esto es obligatorio tener un multímetro que mida milihenrios. También en esta ocasión hicimos la tarjeta en fibra de vidrio, ya que las anteriores tarjetas se alcanzan a curvar, al apretar los tornillos que aseguran las bobinas. A continuación daremos otros consejos prácticos para que logren hacer divisores de calidad. Las bobinas Podemos ver las 3 bobinas de nuestro crossover. La primera es la bobina de tweeter. Esta vez la hicimos de 1mH para que haya un paso de frecuencias desde los 2.000 hercios en adelante. Lógicamente al pasar más frecuencias medias, el tweeter trabaja más forzado, así que es muy importante que sea de buena calidad y preferiblemente que en su interior tenga bobina. No usar piezoeléctrico. El carrete que usamos para la bobina del tweeter es reciclado de un rollo de soldadura de estaño de ¼ de libra. Así aprovechamos estos carretes y le ayudamos al planeta a no botar el plástico en él. La segunda bobina es la del medio y usa núcleo de hierro silicio, reciclado de transformadores viejos. Esta bobina la dejamos con una inductancia de 0.8mH. Y la bobina del woofer la hicimos con un núcleo más grande, con una inductancia de 3.6mH y como se aprecia, quedó bastante espacio para enrollar más alambre. Esto permite que como dijimos anteriormente, podamos usar un alambre más grueso en caso de requerir más potencia. Los condensadores Éstos también cambiaron un poco. En el tweeter seguimos usando dos condensadores de 4.7 uF unidos por sus polos negativos, que se convierten en un condensador de 2.3 uF no polar. Es lo más cercano a los 2.2uF que se proponen en el diagrama. Para el parlante medio también adicionamos un par de condensadores de 4.7uF que están en paralelo al parlante, para ayudar a restringir el paso de frecuencias altas. La idea es que el medio sólo reproduzca frecuencias medias y nada más. Y un cambio significativo se hizo en el woofer. Cambiamos los condensadores de 22uF, por unos de 33uF, aumentando la restricción de frecuencias medias y altas. Así tenemos un bajo más definido. De igual manera que con el anterior crossover, los animamos a que hagan sus propias pruebas, cambiando condensadores, escuchando y analizando el comportamiento, hasta llegar al corte de frecuencias que más les agrade. Construimos un par de crossover para poder tener un sonido estéreo Un buen sonido es como mínimo estéreo. Quiere decir que el amplificador tiene dos canales, y por tanto requiere dos bafles. Así que lo usual es construir dos crossover iguales para colocar uno en cada bafle o cabina. En éste caso para parlantes woofer de 15 pulgadas, parlante medio de 6 pulgadas y tweeter tipo bala. La potencia del parlante que usamos es de 600W pico, es decir que entregan realmente unos 300W RMS. Claro está que puede usar parlantes de más potencia. El parlante medio es de aproximadamente 150W. Por lo general no necesitan ser de la misma potencia del woofer, ya que el crossover no permite que le lleguen frecuencias bajas, que son las que más potencia requieren. El tweeter es de fabricación casera y su sonoridad no es muy alta por tener diafragma en aluminio. Por esta razón tuvimos que desarmarlos y cambiar el diafragma por uno de titanio y así recuperar la sonoridad del tweeter.
