Cruce de audio

Un cruce pasivo de 2 vías diseñado para operar a voltajes de altavoces.

Los cruces de audio son un tipo de circuito de filtro electrónico que divide una señal de audio en dos o más rangos de frecuencia, de modo que las señales puedan enviarse a controladores de altavoces que están diseñados para operar dentro de diferentes rangos de frecuencia.. Los filtros cruzados pueden ser activos o pasivos. A menudo se describen como dos vías o tres vías, que indican, respectivamente, que el cruce divide una señal dada en dos rangos de frecuencia o tres rangos de frecuencia. Los cruces se utilizan en gabinetes de altavoces, amplificadores de potencia en productos electrónicos de consumo (hi-fi, sonido de cine en casa y audio para automóviles) y productos amplificadores de instrumentos musicales y de audio profesional. Para los dos últimos mercados, los cruces se utilizan en amplificadores de bajo, amplificadores de teclado, gabinetes de altavoces de teclado y bajo y equipos de sistemas de refuerzo de sonido (altavoces PA, altavoces de monitor, sistemas de subwoofer, etc.).

Los cruces se utilizan porque la mayoría de los controladores de altavoces individuales son incapaces de cubrir todo el espectro de audio, desde frecuencias bajas hasta frecuencias altas, con un volumen relativo aceptable y ausencia de distorsión. La mayoría de los sistemas de altavoces de alta fidelidad y los gabinetes de altavoces del sistema de refuerzo de sonido utilizan una combinación de múltiples controladores de altavoces, cada uno de los cuales se adapta a una banda de frecuencia diferente. Un ejemplo simple estándar es en los gabinetes de sistemas de megafonía y alta fidelidad que contienen un woofer para frecuencias bajas y medias y un tweeter para frecuencias altas. Dado que una fuente de señal de sonido, ya sea música grabada desde un reproductor de CD o la mezcla de una banda en vivo desde una consola de audio, tiene todas las frecuencias bajas, medias y altas combinadas, se utiliza un circuito cruzado para dividir la señal de audio. en bandas de frecuencia separadas que se pueden enrutar por separado a altavoces, tweeters o bocinas optimizadas para esas bandas de frecuencia.

Los cruces pasivos son probablemente el tipo más común de cruce de audio. Utilizan una red de componentes eléctricos pasivos (p. ej., condensadores, inductores y resistencias) para dividir una señal amplificada proveniente de un amplificador de potencia para que pueda enviarse a dos o más controladores de altavoces (p. ej., un woofer y un altavoz de muy baja frecuencia). subwoofer, o un woofer y un tweeter, o una combinación de woofer-gama media-tweeter).

Los cruces activos se distinguen de los cruces pasivos porque dividen una señal de audio antes de la etapa de amplificación de potencia para que pueda enviarse a dos o más amplificadores de potencia, cada uno de los cuales está conectado a un controlador de altavoz independiente. Los sistemas de audio de sonido envolvente de cine en casa 5.1 utilizan un cruce que separa la señal de muy baja frecuencia para que pueda enviarse a un altavoz de subgraves y luego enviar las frecuencias restantes de gama baja, media y alta a cinco altavoces que son colocado alrededor del oyente. En una aplicación típica, las señales enviadas a los gabinetes de los altavoces de sonido envolvente se dividen aún más mediante un cruce pasivo en un woofer de rango bajo/medio y un tweeter de rango alto. Los crossovers activos vienen en variedades digitales y analógicas.

Los crossovers activos digitales a menudo incluyen procesamiento de señal adicional, como limitación, retardo y ecualización. Los cruces de señal permiten dividir la señal de audio en bandas que se procesan por separado antes de volver a mezclarlas. Algunos ejemplos son la compresión multibanda, la limitación, el de-essing, la distorsión multibanda, la mejora de graves, los excitadores de alta frecuencia y la reducción de ruido, como la reducción de ruido Dolby A.

Resumen

Comparación de la respuesta de magnitud de 2 filtros de cruce de postes Butterworth y Linkwitz-Riley. La salida sumada de los filtros Butterworth tiene un pico +3dB en la frecuencia de crossover.

La definición de un cruce de audio ideal cambia en relación con la tarea y la aplicación de audio en cuestión. Si las bandas separadas se van a mezclar nuevamente (como en el procesamiento multibanda), entonces el cruce de audio ideal dividiría la señal de audio entrante en bandas separadas que no se superponen ni interactúan y que dan como resultado una señal de salida sin cambios en frecuencia, relativa niveles y respuesta de fase. Este rendimiento ideal solo puede ser aproximado. Cómo implementar la mejor aproximación es un tema de animado debate. Por otro lado, si el cruce de audio separa las bandas de audio en un altavoz, no se requieren características matemáticas ideales dentro del mismo cruce, ya que la frecuencia y la respuesta de fase de los controladores del altavoz dentro de sus montajes eclipsarán los resultados. El objetivo del diseño es una salida satisfactoria del sistema completo que comprende el cruce de audio y los controladores de los altavoces en sus recintos. Tal objetivo a menudo se logra utilizando características de filtro de cruce asimétricas no ideales.

En el audio se utilizan muchos tipos de crossover diferentes, pero generalmente pertenecen a una de las siguientes clases.

Clasificación

Clasificación basada en el número de secciones de filtro

Los altavoces a menudo se clasifican como "N vías", donde N es el número de controladores en el sistema. Por ejemplo, un altavoz con un woofer y un tweeter es un sistema de altavoces de 2 vías. Un altavoz de N vías generalmente tiene un cruce de N vías para dividir la señal entre los controladores. Un cruce de 2 vías consta de un filtro de paso bajo y uno de paso alto. Un cruce de 3 vías se construye como una combinación de filtros de paso bajo, paso de banda y paso alto (LPF, BPF y HPF respectivamente). La sección BPF es a su vez una combinación de las secciones HPF y LPF. Los cruces de 4 (o más) vías no son muy comunes en el diseño de altavoces, principalmente debido a la complejidad involucrada, que generalmente no se justifica por un mejor rendimiento acústico.

Puede haber una sección HPF adicional en un "N-way" cruce de altavoz para proteger el controlador de frecuencia más baja de frecuencias más bajas de las que puede manejar con seguridad. Dicho cruce tendría un filtro de paso de banda para el controlador de frecuencia más baja. De manera similar, el controlador de frecuencia más alta puede tener una sección LPF protectora para evitar daños de alta frecuencia, aunque esto es mucho menos común.

Recientemente, varios fabricantes han comenzado a utilizar lo que a menudo se denomina "N.5-way" técnicas de cruce para cruces de altavoces estéreo. Esto generalmente indica la adición de un segundo woofer que reproduce el mismo rango de bajos que el woofer principal pero se apaga mucho antes que el woofer principal.

Observación: Las secciones de filtro mencionadas aquí no deben confundirse con las secciones individuales de filtro de 2 polos en las que consiste un filtro de orden superior.

Clasificación basada en componentes

Los crossovers también se pueden clasificar según el tipo de componentes utilizados.

Pasivo

A menudo se monta un circuito transversal pasivo en un recinto de altavoces para dividir la señal amplificada en un rango de señal de menor frecuencia y un rango de señal de mayor frecuencia.

Un divisor de frecuencias pasivo divide una señal de audio después de que un solo amplificador de potencia la amplifica, de modo que la señal amplificada se puede enviar a dos o más tipos de controladores, cada uno de los cuales cubre diferentes rangos de frecuencia. Estos cruces están hechos completamente de componentes y circuitos pasivos; el término "pasivo" significa que no se necesita una fuente de alimentación adicional para el circuito. Un crossover pasivo solo necesita conectarse mediante cableado a la señal del amplificador de potencia. Los cruces pasivos generalmente se organizan en una topología Cauer para lograr un efecto de filtro Butterworth. Los filtros pasivos utilizan resistencias combinadas con componentes reactivos como condensadores e inductores. Es probable que los cruces pasivos de muy alto rendimiento sean más caros que los cruces activos, ya que es difícil fabricar componentes individuales capaces de un buen rendimiento con las altas corrientes y voltajes a los que se manejan los sistemas de altavoces.

Los productos electrónicos de consumo económicos, como los paquetes de cine en casa en una caja de precio económico y los estéreos portátiles de bajo costo, usan cruces pasivos de menor calidad, a menudo utilizando redes de filtro de orden inferior con menos componentes. Los costosos sistemas de altavoces y receptores de alta fidelidad utilizan cruces pasivos de mayor calidad para obtener una mejor calidad de sonido y una menor distorsión. El mismo enfoque de precio/calidad se utiliza con equipos de sistemas de refuerzo de sonido y amplificadores de instrumentos musicales y gabinetes de parlantes; un monitor de escenario de bajo precio, un altavoz PA o un gabinete de altavoz amplificador de bajo generalmente usará cruces pasivos de menor calidad y precio más bajo, mientras que los gabinetes de alta calidad y precio alto usarán cruces de mejor calidad. Los cruces pasivos pueden utilizar condensadores de polipropileno, lámina de poliéster metalizado, papel y tecnología de condensadores electrolíticos. Los inductores pueden tener núcleos de aire, núcleos de metal en polvo, núcleos de ferrita o núcleos de acero al silicio laminado, y la mayoría están enrollados con alambre de cobre esmaltado.

Algunas redes pasivas incluyen dispositivos como fusibles, dispositivos PTC, bombillas o disyuntores para proteger los controladores de los altavoces de sobrecargas accidentales (por ejemplo, picos o sobretensiones repentinos). Los crossovers pasivos modernos incorporan cada vez más redes de ecualización (p. ej., redes Zobel) que compensan los cambios de impedancia con la frecuencia inherentes a prácticamente todos los altavoces. El problema es complejo, ya que parte del cambio de impedancia se debe a los cambios de carga acústica en la banda de paso del conductor.

Dos desventajas de las redes pasivas son que pueden ser voluminosas y causar pérdida de energía. No solo son específicos de frecuencia, sino también específicos de impedancia (es decir, su respuesta varía con la carga eléctrica a la que están conectados). Esto impide su intercambiabilidad con sistemas de altavoces de diferentes impedancias. Los filtros cruzados ideales, incluidas las redes de ecualización y compensación de impedancia, pueden ser muy difíciles de diseñar, ya que los componentes interactúan de formas complejas. El experto en diseño de cruces Siegfried Linkwitz dijo de ellos que "la única excusa para los cruces pasivos es su bajo costo". Su comportamiento cambia con la dinámica dependiente del nivel de señal de los controladores. Impiden que el amplificador de potencia tome el máximo control sobre el movimiento de la bobina móvil. Son una pérdida de tiempo, si el objetivo es la precisión de la reproducción." Alternativamente, se pueden utilizar componentes pasivos para construir circuitos de filtro antes del amplificador. Esta implementación se denomina cruce de nivel de línea pasivo.

Activo

Esquemática de implementación de una red transversal activa de tres vías para su uso con un sistema estéreo de altavoces de tres vías.

Un filtro de cruce activo contiene componentes activos en sus filtros, como transistores y amplificadores operacionales. En los últimos años, el dispositivo activo más utilizado es un amplificador operacional. En contraste con los cruces pasivos, que operan después de la salida del amplificador de potencia con alta corriente y, en algunos casos, con alto voltaje, los cruces activos funcionan a niveles adecuados para las entradas del amplificador de potencia. Por otro lado, todos los circuitos con ganancia introducen ruido, y dicho ruido tiene un efecto perjudicial cuando se introduce antes de que la señal sea amplificada por los amplificadores de potencia.

Los cruces activos siempre requieren el uso de amplificadores de potencia para cada banda de salida. Por lo tanto, un crossover activo de 2 vías necesita dos amplificadores, uno para el woofer y otro para el tweeter. Esto significa que un sistema de altavoces basado en cruces activos a menudo costará más que un sistema basado en cruces pasivos. A pesar de las desventajas de costos y complicaciones, los cruces activos brindan las siguientes ventajas sobre los pasivos:

Uso típico de un crossover activo, aunque una crossover pasiva se puede posicionar de forma similar antes de los amplificadores.

• una respuesta de frecuencia independiente de los cambios dinámicos en las características eléctricas de un conductor (por ejemplo, desde el calentamiento de la bobina de voz)
• Normalmente, la posibilidad de una manera fácil de variar o ajustar cada banda de frecuencia a los conductores específicos utilizados. Ejemplos serían la pendiente cruzada, tipo de filtro (por ejemplo, Bessel, Butterworth, Linkwitz-Riley, etc.), niveles relativos, etc.
• mejor aislamiento de cada conductor de las señales que están siendo manejadas por otros conductores, reduciendo así la distorsión de intermodulación y superando
• los amplificadores de potencia están conectados directamente a los controladores de altavoces, lo que maximiza el control de amortiguación amplificador de la bobina de voz del alta, reduciendo las consecuencias de cambios dinámicos en las características eléctricas del conductor, todo lo cual es probable que mejore la respuesta transitoria del sistema
• reducción en el requisito de salida de amplificador de potencia. Sin perder energía en componentes pasivos, los requisitos de amplificación se reducen considerablemente (hasta 1/2 en algunos casos), reduciendo los costos y aumentando potencialmente la calidad.

Digital

Los cruces activos se pueden implementar digitalmente usando un procesador de señal digital u otro microprocesador. Utilizan aproximaciones digitales a los circuitos analógicos tradicionales, conocidos como filtros IIR (Bessel, Butterworth, Linkwitz-Riley, etc.), o utilizan filtros de respuesta de impulso finito (FIR). Los filtros IIR tienen muchas similitudes con los filtros analógicos y son relativamente poco exigentes con los recursos de la CPU; Los filtros FIR, por otro lado, suelen tener un orden superior y, por lo tanto, requieren más recursos para características similares. Se pueden diseñar y construir para que tengan una respuesta de fase lineal, lo que muchos involucrados en la reproducción de sonido consideran deseable. Sin embargo, existen inconvenientes: para lograr una respuesta de fase lineal, se incurre en un tiempo de retardo más largo que el que sería necesario con un IIR o filtros FIR de fase mínima. Los filtros IIR, que son por naturaleza recursivos, tienen el inconveniente de que, si no se diseñan con cuidado, pueden entrar en ciclos límite, lo que da como resultado una distorsión no lineal.

Mecánica

Este tipo de cruce es mecánico y utiliza las propiedades de los materiales en un diafragma de controlador para lograr el filtrado necesario. Dichos cruces se encuentran comúnmente en altavoces de rango completo que están diseñados para cubrir la mayor parte posible de la banda de audio. Uno de ellos se construye acoplando el cono del altavoz a la bobina de la bobina de voz a través de una sección compatible y conectando directamente un cono whizzer pequeño y liviano a la bobina. Esta sección compatible sirve como filtro compatible, por lo que el cono principal no vibra a frecuencias más altas. El cono zumbador responde a todas las frecuencias, pero debido a su tamaño más pequeño, solo proporciona una salida útil a frecuencias más altas, implementando así una función de cruce mecánico. La cuidadosa selección de los materiales utilizados para el cono, el zumbador y los elementos de suspensión determina la frecuencia de cruce y la eficacia del cruce. Dichos cruces mecánicos son complejos de diseñar, especialmente si se desea una alta fidelidad. El diseño asistido por computadora ha reemplazado en gran medida el laborioso enfoque de prueba y error que se utilizó históricamente. Durante varios años, la conformidad de los materiales puede cambiar, afectando negativamente la respuesta de frecuencia del altavoz.

Un enfoque más común es emplear la tapa antipolvo como un radiador de alta frecuencia. La tapa antipolvo irradia bajas frecuencias, moviéndose como parte del conjunto principal, pero debido a su baja masa y amortiguación reducida, irradia mayor energía a frecuencias más altas. Al igual que con los conos Wizzer, se requiere una selección cuidadosa del material, la forma y la posición para proporcionar una salida suave y extendida. La dispersión de alta frecuencia es algo diferente para este enfoque que para los conos zumbadores. Un enfoque relacionado es dar forma al cono principal con tal perfil, y de tales materiales, que el área del cuello permanezca más rígida, radiando todas las frecuencias, mientras que las áreas exteriores del cono se desacoplan selectivamente, radiando solo a frecuencias más bajas. Los perfiles de cono y los materiales se pueden modelar utilizando un software de análisis de elementos finitos y los resultados se predicen con tolerancias excelentes.

Los altavoces que utilizan estos crossovers mecánicos tienen algunas ventajas en cuanto a calidad de sonido a pesar de las dificultades de diseño y fabricación y de las inevitables limitaciones de salida. Los controladores de rango completo tienen un solo centro acústico y pueden tener un cambio de fase relativamente modesto en todo el espectro de audio. Para obtener el mejor rendimiento a bajas frecuencias, estos controladores requieren un diseño de carcasa cuidadoso. Su pequeño tamaño (normalmente de 165 a 200 mm) requiere una considerable excursión del cono para reproducir los graves de forma eficaz, pero las bobinas de voz cortas necesarias para un rendimiento razonable de alta frecuencia solo pueden moverse en un rango limitado. No obstante, dentro de estas limitaciones, se reducen los costos y las complicaciones, ya que no se requieren cruces.

Clasificación basada en orden de filtro o pendiente

Así como los filtros tienen diferentes órdenes, también los tienen los cruces, según la pendiente del filtro que implementen. La pendiente acústica final puede estar completamente determinada por el filtro eléctrico o puede lograrse combinando la pendiente del filtro eléctrico con las características naturales del altavoz. En el primer caso, el único requisito es que cada controlador tenga una respuesta plana al menos hasta el punto en que su señal esté aproximadamente -10 dB por debajo de la banda de paso. En este último caso, la pendiente acústica final suele ser más pronunciada que la de los filtros eléctricos utilizados. Un crossover acústico de tercer o cuarto orden a menudo tiene solo un filtro eléctrico de segundo orden. Esto requiere que los controladores de los altavoces se comporten bien a una distancia considerable de la frecuencia de cruce nominal y, además, que el controlador de alta frecuencia pueda sobrevivir a una entrada considerable en un rango de frecuencia por debajo de su punto de cruce. Esto es difícil de lograr en la práctica real. En la discusión a continuación, se analizan las características del orden del filtro eléctrico, seguidas de una discusión de los cruces que tienen esa pendiente acústica y sus ventajas o desventajas.

La mayoría de los cruces de audio utilizan filtros eléctricos de primer a cuarto orden. Generalmente, los órdenes superiores no se implementan en cruces pasivos para altavoces, pero a veces se encuentran en equipos electrónicos en circunstancias en las que su considerable costo y complejidad pueden justificarse.

Primer pedido

Los filtros de primer orden tienen una pendiente de 20 dB/década (o 6 dB/octava). Todos los filtros de primer orden tienen una característica de filtro Butterworth. Muchos audiófilos consideran que los filtros de primer orden son ideales para los cruces. Esto se debe a que este tipo de filtro es 'transitorio perfecto', lo que significa que la suma de las salidas de paso bajo y paso alto pasa tanto la amplitud como la fase sin cambios en el rango de interés. También utiliza la menor cantidad de piezas y tiene la pérdida de inserción más baja (si es pasivo). Un cruce de primer orden permite que pase más contenido de señal que consta de frecuencias no deseadas en las secciones LPF y HPF que las configuraciones de orden superior. Si bien los woofers pueden manejar esto fácilmente (aparte de generar distorsión en frecuencias superiores a las que pueden reproducir correctamente), es más probable que los controladores de alta frecuencia más pequeños (especialmente los tweeters) se dañen, ya que no son capaces de manejar grandes entradas de potencia en frecuencias. por debajo de su punto de cruce nominal.

En la práctica, los sistemas de altavoces con verdaderas pendientes acústicas de primer orden son difíciles de diseñar porque requieren un gran ancho de banda de controlador superpuesto, y las pendientes poco profundas significan que los controladores no coincidentes interfieren en un amplio rango de frecuencia y provocan grandes cambios de respuesta. eje.

Segunda orden

Los filtros de segundo orden tienen una pendiente de 40 dB/década (o 12 dB/octava). Los filtros de segundo orden pueden tener una característica de Bessel, Linkwitz-Riley o Butterworth según las opciones de diseño y los componentes que se utilicen. Este orden se usa comúnmente en cruces pasivos, ya que ofrece un equilibrio razonable entre complejidad, respuesta y protección del conductor de alta frecuencia. Cuando se diseñan con una ubicación física alineada en el tiempo, estos cruces tienen una respuesta polar simétrica, al igual que todos los cruces de orden par.

Suele pensarse que siempre habrá una diferencia de fase de 180° entre las salidas de un filtro de paso bajo (de segundo orden) y un filtro de paso alto con la misma frecuencia de cruce. Y así, en un sistema de 2 vías, la salida de la sección de paso alto generalmente se conecta al controlador de alta frecuencia 'invertido', para corregir este problema de fase. Para sistemas pasivos, el tweeter está cableado con polaridad opuesta al woofer; para cruces activos, la salida del filtro de paso alto está invertida. En los sistemas de 3 vías, el controlador o filtro de rango medio está invertido. Sin embargo, esto generalmente solo es cierto cuando los altavoces tienen una amplia superposición de respuesta y los centros acústicos están alineados físicamente.

Tercer orden

Los filtros de tercer orden tienen una pendiente de 60 dB/década (o 18 dB/octava). Estos cruces suelen tener características de filtro Butterworth; la respuesta de fase es muy buena, la suma de niveles es plana y en cuadratura de fase, similar a un cruce de primer orden. La respuesta polar es asimétrica. En el arreglo original D'Appolito MTM, se usa un arreglo simétrico de controladores para crear una respuesta simétrica fuera del eje cuando se usan cruces de tercer orden. Los cruces acústicos de tercer orden a menudo se construyen a partir de circuitos de filtro de primer o segundo orden.

Cuarta orden

Pendientes transversales de cuarto orden mostrados en la medición de la función de transferencia Smaart.

Los filtros de cuarto orden tienen una pendiente de 80 dB/década (o 24 dB/octava). Estos filtros son relativamente complejos de diseñar en forma pasiva, porque los componentes interactúan entre sí, pero el moderno software de diseño de optimización cruzada asistido por computadora puede producir diseños precisos. Las redes pasivas de pendiente pronunciada son menos tolerantes con las desviaciones o tolerancias del valor de las piezas, y más sensibles a la terminación incorrecta con cargas de controladores reactivos (aunque esto también es un problema con los cruces de orden inferior). Un cruce de cuarto orden con punto de cruce de −6 dB y suma plana también se conoce como cruce de Linkwitz-Riley (llamado así por sus inventores) y se puede construir en forma activa conectando en cascada dos secciones de filtro Butterworth de segundo orden. Las señales de salida de baja y alta frecuencia del tipo crossover Linkwitz-Riley están en fase, lo que evita la inversión parcial de fase si los pasos de banda del crossover se suman eléctricamente, como lo harían dentro de la etapa de salida de un compresor multibanda. Los cruces utilizados en el diseño de altavoces no requieren que las secciones de filtro estén en fase; Las características de salida suaves a menudo se logran utilizando características de filtro de cruce asimétricas no ideales. Bessel, Butterworth y Chebyshev se encuentran entre las posibles topologías cruzadas.

Estos filtros de pendiente pronunciada tienen mayores problemas con el sobreimpulso y el timbre, pero tienen varias ventajas clave, incluso en su forma pasiva, como la posibilidad de un punto de cruce más bajo y un mayor manejo de potencia para los tweeters, junto con una menor superposición entre los controladores., lo que reduce drásticamente el desplazamiento del lóbulo principal del patrón de radiación de un sistema de altavoces de múltiples vías con la frecuencia u otros efectos fuera del eje no deseados. Con menos superposición de frecuencia entre controladores adyacentes, su ubicación geométrica relativa entre sí se vuelve menos crítica y permite una mayor libertad en la estética del sistema de altavoces o en las restricciones prácticas de instalación (audio en el automóvil).

Orden superior

Los cruces pasivos que dan pendientes acústicas superiores al cuarto orden no son comunes debido al costo y la complejidad. Los filtros con pendientes de hasta 96 dB por octava están disponibles en crossovers activos y sistemas de gestión de altavoces.

Orden mixto

Los cruces también se pueden construir con filtros de orden mixto. Por ejemplo, un filtro de paso bajo de segundo orden se puede combinar con un filtro de paso alto de tercer orden. Estos son generalmente pasivos y se usan por varias razones, a menudo cuando los valores de los componentes se encuentran mediante la optimización del programa de computadora. A veces, un cruce de tweeter de orden superior puede ayudar a compensar el desfase de tiempo entre el woofer y el tweeter, causado por centros acústicos no alineados.

Clasificación basada en la topología del circuito

Serie y topologías transversales paralelas. Las secciones HPF y LPF para el crossover de la serie se intercambian con respecto al cruce paralelo ya que aparecen en shunt con los conductores de baja y alta frecuencia.

Paralelo

Los crossovers paralelos son, con mucho, los más comunes. Eléctricamente, los filtros están en paralelo y, por lo tanto, las diversas secciones de filtro no interactúan. Esto hace que los cruces de dos vías sean más fáciles de diseñar porque, en términos de impedancia eléctrica, las secciones se pueden considerar separadas y porque las variaciones de tolerancia de los componentes estarán aisladas, pero como todos los cruces, el diseño final se basa en que la salida de los parlantes sea acústicamente complementaria. y esto, a su vez, requiere una coincidencia cuidadosa en amplitud y fase del cruce subyacente. Los cruces paralelos también tienen la ventaja de permitir que los controladores de los parlantes estén bicableados, una característica cuyos beneficios son muy discutidos.

Serie

En esta topología, los filtros individuales se conectan en serie y un controlador o combinación de controladores se conecta en paralelo con cada filtro. Para comprender la ruta de la señal en este tipo de cruce, consulte la sección "Serie Crossover" figura, y considere una señal de alta frecuencia que, en un momento determinado, tiene un voltaje positivo en la terminal de entrada superior en comparación con la terminal de entrada inferior. El filtro de paso bajo presenta una alta impedancia a la señal y el tweeter presenta una baja impedancia; por lo que la señal pasa a través del tweeter. La señal continúa hasta el punto de conexión entre el woofer y el filtro de paso alto. Allí, el HPF presenta una baja impedancia a la señal, por lo que la señal pasa a través del HPF y aparece en la terminal de entrada inferior. Una señal de baja frecuencia con una característica de voltaje instantáneo similar pasa primero por el LPF, luego por el woofer y aparece en el terminal de entrada inferior.

Derivado

Los cruces derivados incluyen cruces activos en los que una de las respuestas del cruce se deriva de la otra mediante el uso de un amplificador diferencial. Por ejemplo, la diferencia entre la señal de entrada y la salida de la sección de paso alto es una respuesta de paso bajo. Así, cuando se utiliza un amplificador diferencial para extraer esta diferencia, su salida constituye la sección del filtro de paso bajo. La principal ventaja de los filtros derivados es que no producen diferencia de fase entre las secciones de paso alto y paso bajo en ninguna frecuencia. Las desventajas son:

1. que las secciones de alto paso y bajo paso a menudo tienen diferentes niveles de atenuación en sus bandas de parada, es decir, sus pendientes son asimétricas, o
2. que la respuesta de una o ambas secciones pico cerca de la frecuencia de cruce, o ambas.

En el caso de (1), la situación habitual es que la respuesta de paso bajo derivada se atenúa a un ritmo mucho más lento que la respuesta fija. Esto requiere que el altavoz al que se dirige continúe respondiendo a las señales que se encuentran en lo más profundo de la banda de exclusión, donde sus características físicas pueden no ser las ideales. En el caso de (2), arriba, se requiere que ambos parlantes operen a niveles de volumen más altos a medida que la señal se acerca a los puntos de cruce. Esto utiliza más potencia del amplificador y puede conducir a los conos de los altavoces a la no linealidad.

Modelos y simulación

Los profesionales y aficionados tienen acceso a una variedad de herramientas informáticas que no estaban disponibles antes. Estas herramientas de simulación y medición basadas en computadora permiten el modelado y el diseño virtual de varias partes de un sistema de altavoces, lo que acelera enormemente el proceso de diseño y mejora la calidad de un altavoz. Estas herramientas van desde ofertas comerciales hasta gratuitas. Su alcance también varía. Algunos pueden enfocarse en el diseño del woofer/gabinete y los problemas relacionados con el volumen y los puertos del gabinete (si corresponde), mientras que otros pueden enfocarse en el cruce y la respuesta de frecuencia. Algunas herramientas, por ejemplo, solo simulan la respuesta del escalón del deflector.

En el período anterior a que el modelado por computadora hiciera asequible y rápido simular los efectos combinados de controladores, cruces y gabinetes, una serie de problemas podían pasar desapercibidos para el diseñador de altavoces. Por ejemplo, los cruces de tres vías simplistas se diseñaron como un par de cruces de dos vías: el tweeter/rango medio y la otra sección de rango medio/woofer. Esto podría crear un exceso de ganancia y un 'pajar' respuesta en la salida de rango medio, junto con una impedancia de entrada menor a la anticipada. Otros problemas, como la coincidencia de fase incorrecta o el modelado incompleto de las curvas de impedancia del controlador, también podrían pasar desapercibidos. Estos problemas no eran imposibles de resolver, pero requerían más iteraciones, tiempo y esfuerzo que en la actualidad.