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Construya un Divisor de Frecuencias o Crossover Activo de 3 Bandas
Aprenda a hacer un divisor de frecuencias electrónico, de los mismos usados en los sonidos profesionales tipo Line Array
Crossover activo
A continuación presentamos un divisor de frecuencias o crossover activo. Este circuito es ideal para sonidos profesionales de gran potencia. Se encarga de dividir las frecuencias antes de ser amplificadas, entregando cada grupo de frecuencias a un amplificador independiente. Esto logra un sonido más definido y puro, sin contar que no hay pérdidas de potencia. Para poder entender qué es y qué hace un crossover activo, primero explicaremos algunos conceptos, conexiones y tipos de sonido profesional.
El sonido profesional Hablar de sonido profesional es algo complejo. Muchos creen que un sonido profesional es el que suena fuerte y que hace que todo retumbe por todas partes. Eso es un sonido potente. Pero… ¿es realmente un sonido profesional?
Un sonido profesional debe cumplir con varias condiciones: Por supuesto debe sonar fuerte, pero también debe sonar muy claro y nítido. Y una condición muy importante es que tenga una gran definición. Esto se refiere a que si reproducimos música, cada instrumento se debe escuchar perfectamente sin que sea opacado por otros instrumentos.
Un sonido profesional se debe escuchar fuerte, pero no molesto. Debe sonar al mismo nivel en todo el espacio donde haremos el evento.
Ahora bien; Existen dos tipos de sonido que se caracterizan por su forma de conexión y por los equipos que lo componen. El primero es el sonido de configuración clásica o convencional y el otro es el sonido tipo Line Array.
Comencemos por explicar un sonido de configuración clásica o convencional. Este sonido consiste en amplificar una señal de rango completo y se divide al salir del amplificador por medio de divisores de frecuencia pasivos. Es decir que éstos no requieren alimentación eléctrica.
El sonido sale del reproductor, ya sea un computador, un DVD, un reproductor Mp3, un equipo de torna mezas de DJ, etc. De ahí va a un mezclador que como su nombre lo dice, mezcla las diferentes fuentes de sonido, como por ejemplo, micrófonos y señales de línea. También sirve para agregar efectos como la reverberación, delay, o flanger.
Luego que el sonido está mezclado y optimizado al gusto del ingeniero de sonido o DJ, pasa por un ecualizador gráfico. Este hace varias funciones. Una de ellas es dar color y personalidad al sonido. Pero hay otra función que no es muy notoria por el público pero que es mucho más indispensable. Es la cancelación de frecuencias de feedback o retroalimentación.
Expliquemos esto un poco más a fondo.
Cuando estamos cuadrando los micrófonos en un escenario, muchas veces tenemos problemas con unos sonidos agudos que se producen al acercar un micrófono a un bafle. A este sonido se le conoce como feedback.
La retroalimentación de audio o acústica, también se le conoce con el nombre de (efecto Larsen). Cuando el sonido producido por un altavoz, ya sea ruido blanco o cualquier sonido proveniente del micrófono, es percibido por el micrófono, éste sonido es amplificado nuevamente y vuelve a salir por el altavoz, repitiéndose este efecto una y otra vez. La frecuencia del sonido resultante es determinada por las frecuencias de resonancia del micrófono, del amplificador, de los altavoces, la acústica del recinto, los patrones direccionales del micrófono y altavoces y su emisión, y la distancia entre ellos. Finalmente tendremos un fuerte chirrido que puede llegar a dañar el oído humano.
Aquí entra el ecualizador gráfico. Este debe tener al menos 30 bandas por canal. Entre más bandas, el corte será más selectivo. Ahora bien: para poder cancelar el famoso feedback, se debe averiguar la frecuencia del chirrido o pito emitido por el parlante. Esto se puede hacer con un analizador de espectro o de una forma más económica, es a oído.
Se escucha el sonido y se busca la nota en un piano. Luego se mira una tabla de equivalencias de notas musicales a frecuencias. Cuando sabemos la frecuencia, la cancelamos en el ecualizador gráfico y listo.
Ahora que tenemos la señal perfecta, sin ruidos y bien mezclada y ecualizada, la enviamos al amplificador de sonido. Éste amplifica a gran volumen todo el espectro de onda.
Como la señal es de rango completo, ni los woofers ni los drivers están en capacidad de reproducir todo el rango. Por lo tanto se generan cancelaciones de fase y distorsión. Estos se puede explicar fácilmente. Por ejemplo, cuando suena una guitarra que está en las frecuencias medias, y ésta suena al tiempo con el bajo que está en las frecuencias bajas, el woofer cancela parte de la guitarra y parte del bajo, ya que los movimientos que debe realizar para estos dos sonidos son opuestos.
Distribución de Frecuencias En cada salida del amplificador se coloca un divisor de frecuencias pasivo. Éste se encarga, como su nombre lo dice, de dividir las frecuencias, atenuando unas y otras, dependiendo a que tipo de parlante se van a entregar. Es decir, que en la salida para el woofer están atenuadas las frecuencias altas y medias y en la salida del driver están atenuadas las frecuencias bajas. Esto se traduce en nitidez del sonido y se reduce el nivel de distorsión. Al mismo tiempo se protegen las bobinas y diafragmas de los drivers y tweeters que no fueron diseñadas para reproducir señales bajas y fuertes.
El
crossover pasivo es de gran utilidad, aunque no da ganancia a la señal de audio.
Una de las grandes desventajas del sonido clásico es su deficiencia para distribuir el sonido de manera uniforme. Se requiere colocar los bafles en puntos demasiado estratégicos, y aún así el problema es que las personas que están cerca, siempre escucharán mucho más fuerte que los que están lejos de los parlantes. Por eso aparece el sonido Line array.
Sonido Line Array El sonido line array es un conjunto de equipos y altavoces acoplados de tal forma que logran una mejor repartición de sonido. Se aprovecha mejor la potencia de los amplificadores. Se le llama Line Array, ya que la forma de colocar los altavoces es en línea vertical. Estos llevan ciertos grados de inclinación, dependiendo de la altura. Así se logra una distribución más uniforme de sonido.
El moderno equipo de sonido Line Array amplifica la señal ya dividida previamente por grupos de frecuencias, bajas, medias y altas. Por esto el componente que precede al ecualizador gráfico es el Crossover activo.
Los divisores de frecuencia o crossovers activos (active crossover) también son conocidos como crossovers electrónicos. Últimamente están apareciendo los crossover digitales. Todos éstos necesitan de una fuente de alimentación eléctrica para funcionar. Toman la señal preamplificada y la separan en 3 o 4 grupos según el modelo y luego la entregan a tantos amplificadores como sea necesario. De esta manera se filtran o separan las frecuencias antes de llegar al amplificador. La otra gran ventaja del crossover activo es que es variable o ajustable. Puede tener ajustes de frecuencia, ajustes de nivel y en algunos casos inversión de fase.
Los amplificadores reciben su señal correspondiente, ya sean bajos, medios o altos. Cada amplificador se encarga de excitar los altavoces diseñados para cada frecuencia específica. Las frecuencias bajas, van a un amplificador que mueve los subwoofer. Las frecuencias medias, van a un amplificador que mueve parlantes midrange y drivers y las frecuencias altas, van a un amplificador que mueve super tweeters.
Habiendo explicado brevemente como es un sonido Line array, estamos en capacidad de entender el crossover activo que enseñaremos a construir a continuación.
Presentamos un divisor de frecuencias activo que fue diseñado a partir de nuestros
Filtros pasa banda. Básicamente tomamos los tres filtros y los unimos en una misma tarjeta, incluyendo la fuente simétrica regulada.
Este es un desarrollo que se hizo a conciencia, buscando una alternativa para las personas que desean hacer un sonido profesional.
Inspirados en los famosos picó que se fabrican en nuestras costas colombianas y en los sonidos gigantes que hacen en la ciudad de Iloilo en Filipinas, hicimos éste crossover con el fin de comenzar a trabajar en el proyecto de hacer uno de estos sonidos, para luego enseñarlo a fabricar.
A continuación explicaremos las 4 etapas que conforman este circuito.
Etapa filtro pasa bajos.
Esta parte se encarga de atenuar todas las frecuencias medias y altas y sólo permite el paso de las frecuencias bajas. Además hace un realce de las mismas de segundo orden. Es decir que es bastante notorio el realce. El realce se hace desde los 30 Hz hasta los 500 Hz.
Su componente principal es el TL082. Este es un amplificador operacional de bajo ruido con buena respuesta de bajos.
La señal que entra al filtro pasa bajos es estéreo, pero para mantener una uniformidad en los bajos y lograr que se mantengan en el centro, se suman los dos canales L y R, para luego tratar la señal estando monofónica. Después de que la señal ha sido tratada, se divide en dos, pensando en que se pueda conectar un amplificador estéreo a la salida. Lógicamente que aunque el bajo es mono, éste saldrá por dos vías.
Filtro pasa Medios
La siguiente etapa es el filtro pasa medios o pasa banda media. El ancho de banda realzado está entre los 500 Hz y los 4.000 Hz. En estas frecuencias se encuentra la voz humana.
Este filtro pasa medios es 100% estéreo. Quiere decir que son dos etapas idénticas, una se encarga de procesar el canal derecho y la otra el canal izquierdo. Por esta razón vemos dos circuitos integrados, cada uno controla un canal. Hemos usado el famoso operacional C4558, que tiene un bajo nivel de ruido y excelente respuesta a las frecuencias medias y altas.
Filtro pasa Altos
El filtro pasa altos se encuentra desde los 2KHz, hasta casi los 14KHz. Da un sonido delgado muy agradable. Y si usamos los tweeters adecuados, el sonido será de excelente calidad.
En ésta etapa también usamos los C4558.
También es una etapa totalmente estéreo, ya que la música grabada en estéreo tiene paneados los instrumentos hacia los lados, excepto el bajo y el bombo. Así que todos los sonidos que están en la banda media y alta tienen movimientos hacia la derecha y la izquierda. Esto da un efecto de amplitud en la música
Fuente de Alimentación
La última etapa es la fuente de alimentación. Esta es una fuente regulada simétrica. Está formada por un puente de diodos de 1 amperio, dos condensadores de 2200 uF y dos reguladores de 12 voltios. Un regulador es de voltaje positivo (LM7812) y el otro de voltaje negativo (LM7912).
Es indispensable que la fuente sea regulada para lograr un sonido limpio sin ruidos de ningún tipo.
Circuito impreso en fibra de vidrio
Hasta el momento hemos hecho nuestros circuitos impresos a partir de placas fenólicas de baquelita. En este caso queremos dar una presentación más profesional a los circuitos. Por eso hemos usado la fibra de vidrio.
Los circuitos impresos de fibra de vidrio son más fuertes y más resistentes al calor. Sus pistas soportan más cambios de componentes sin llegar a levantarse fácilmente. Todo esto sin contar la buena presentación que le da al circuito impreso.
Por otra parte no olvidemos que una de nuestras premisas es que los circuitos aquí expuestos sirvan para ser comercializados. Por esto si lo que se desea es hacer productos de calidad, es necesario comenzar a usar los materiales de vanguardia.
Mediciones Cuando hacemos un circuito debemos tener en cuenta revisar muy bien todo antes de encenderlo. Se debe lavar muy bien el circuito impreso por el lado de las pistas, con thinner y un cepillo de dientes. Luego se revisa a contra luz que no haya cortos entre pistas. Por último se revisa cada componente, que sea el correcto y que esté en su sitio y posición adecuada.
Luego que estamos seguros que el circuito está perfectamente ensamblado, debemos hacer algunas mediciones. La primera es colocar el multímetro en continuidad y medir los tres pines de entrada donde irá conectado el transformador. No deberá medir impedancia alguna (un 1 a la izquierda) si llegase a haber mediciones o impedancias, se procede a revisar minuciosamente el circuito.
Si la medición sin conectar es correcta, se debe conectar el transformador al circuito y luego se alimenta sin olvidar que a TODO CIRCUITO cuando se conecta por primera vez, se debe alimentar usando un
Circuito serie con un bombillo. Así evitar que se queme el circuito en caso de que haya un corto.
Como éste circuito tiene un consumo muy bajo de corriente, se debe usar un bombillo incandescente o halógeno de 20W.
Si el bombillo enciende, es porque hay un corto. Revise y vuelva a conectar nuevamente.
Cuando el bombillo no enciende es porque el circuito no tiene cortos. Entonces proceda a medir el voltaje que alimentará los circuitos integrados. Este voltaje es simétrico, es decir que hay voltaje positivo, voltaje negativo y tierra.
En la máscara de componentes hemos marcado los jumpers o puentes metálicos con los voltajes que pasan por ellos. Los jumpers que llevan voltaje positivo tienen un mas (+). Los que conducen voltaje negativo tienen un signo menos (–) y los que conducen el tierra dicen GND (graund). Así podrá verificar que los voltajes entregados por los reguladores son los correctos.
Recuerde que si el voltaje no es simétrico, el circuito funcionará mal o simplemente no funcionará. A veces el voltaje no es simétrico y encontramos que un regulador marca 12 voltios y el otro 11.2. Esto puede generar ruidos o un pésimo funcionamiento del circuito, con síntomas como distorsión o hum. Esto puede deberse a que uno de los reguladores esté defectuoso o sea falsificado. Proceda a cambiarlos.
El transformador
El transformador usado para alimentar nuestro crossover activo debe ser de un voltaje entre los 12-0-12V AC y los 15-0-15V AC. El consumo en amperios del circuito es de 500 miliamperios. Así que el transformador puede ser de ahí en adelante. Recuerde que todo circuito sólo consume los amperios que necesita y nada más. Así que si el transformador que usa es de 1 amperio o más, no habrá problema, ya que el crossover sólo tomará los 500 miliamperios y el resto nunca saldrá del transformador.
Otra recomendación importante es usar un fusible. Este puede ser de 0.3 o 0.5 amperios.
Sea pulido en su trabajo Una de las cosas por las que más hemos visto fallas en los proyectos de nuestros visitantes son las malas soldaduras y circuitos impresos de mala calidad. Por eso es importante hacer el esfuerzo en lograr que el circuito impreso quede bien y las soldaduras deben ser impecables. Deben quedar redondas y cubrir todo el rededor de la pata del componente.
La limpieza también es fundamental para no tener problemas con el circuito. Una esquirla de soldadura puede hacer la diferencia entre un circuito funcionando y uno quemado por un corto circuito.
No es la flecha, si no el indio No necesariamente un buen circuito debe ser hecho con el método de serigrafía. El primer prototipo que hicimos de nuestro crossover activo fue hecho con el método de planchado. Éste funciona tan bien como el que hicimos con fibra de vidrio, sólo que no se ve tan elegante. Además hicimos la prueba de usar condensadores cerámicos y tuvimos un buen resultado, aunque yo personalmente prefiero los de poliéster. Por eso la versión definitiva quedó con éste tipo de condensadores, excepto los de escala en picofaradios que son cerámicos.
En el video que presentamos a continuación mostramos nuestro primer prototipo funcionando, para que vean que se puede hacer de manera casera, obteniendo un muy buen resultado.
Video de prueba de nuestro crossover activo
https://youtu.be/CHv0ENm6ESE?si=fGh4juKUCEU8LQQ2
Recuerde que este video tiene subtítulos en español y en inglés. Sólo debe poner en play el video y luego activar el botón de subtítulos en la parte inferior derecha.
Encajando el circuito en su Gabinete
La presentación de un aparato es muy importante a la hora de comercializarlo o simplemente por satisfacción personal.
Para nuestro crossover activo hemos preparado una caja metálica de tres piezas. Tiene las dimensiones estándar usadas en los Rack profesionales. Todos los aparatos tienen un ancho de 42 centímetros para poderlos empotrar en un soporte metálico, que permite transportarlos fácilmente.
En la fotografía se aprecia la parte trasera de la caja, en ésta colocamos el transformador, un fusible, la entrada de señal y 6 salidas estéreo para 6 amplificadores. Cada señal tiene dos salidas para dos amplificadores.
Frente de la Caja
La parte del frente de la caja tiene el interruptor y sostiene la tarjeta del crossover activo. Ésta tiene el dibujo con las funciones de cada perilla de control. La hemos hecho con el método serigrafía.
Para ver el detalle de la foto, de clic sobre ella y se abrirá en un tamaño más grande.
Para terminar podemos apreciar la parte de atrás del gabinete con su serigrafía que nos indica la entrada, salidas y fusible de protección
Esperamos que este proyecto sea de gran utilidad y que puedan algún día construir un sonido de gran potencia y definición, con ayuda de este circuito.
Descargar Archivo PDF del Crossover activo de 3 vías
Luego de leer nuestro artículo y ver el video, lo invitamos a descargar el archivo ZIP que contiene El diagrama y el PCB para la construcción del Divisor de frecuencias o crossover activo de 3 vías.
NOTA: Para conseguir el éxito ensamblando nuestro crossover activo de 3 vías, usted debe tener un nivel intermedio de conocimientos en electrónica. Así que recomendamos que primero estudie nuestra sección de
Recomendaciones
ES IMPORTANTE que antes comenzar a construir el proyecto que se encuentra en el archivo PDF, lea a conciencia el artículo escrito y vea el video. En muchos casos no es suficiente con sólo ver el archivo PDF.
>>>Descargue aquí<<<
El archivo PDF con el diagrama, el circuito impreso y lista de materiales, para la construcción del Divisor de frecuencias o crossover activo de 3 vías.
NOTA: Los archivos PDF vienen comprimidos en un archivo .ZIP. Así, que si usted descarga el archivo desde su dispositivo móvil, debe descomprimirlo con una aplicación como AndroZip.
https://www.mediafire.com/file/6j5k68jjf6flv47/crossover_activo.zip
