lunes, 10 de octubre de 2011

Filtros

Introducción:

En este artículo sólo me ocuparé de HPF o "High Pass Filter/Filtro paso alto" cuya función es a partir de un determinado punto de cruce atenuar las frecuencias por debajo de ese punto y dejar pasar el contenido por encima de ese punto.

En particular analizaré sólo a los HPF pasivos utilizados en drivers/tweeters de alta frecuencia de cajas de sonido de bajo costo, por lo general DIY/HUM (Do It Yourself/Hágalo Usted Mismo)

La forma más rápida y sencilla de proteger un tweeter para que no lleguen a él frecuencias graves que no es capaz de reproducir, y así evitar un desplazamiento excesivo de la membrana fuera de su rango utilizable que terminaría en un componente dañado o quemado, es utilizando un capacitor conectado en serie entre la potencia y el tweeter.

De la siguiente forma:



Esto es lo que se denomina un filtro de primer orden, del tipo Butterworth.
En el caso de los filtros Butterworth el punto de cruce es aquel que está -3dB por debajo del 0dB, o sea donde la señal pasa sin restricciones.

Photobucket 

Éstas son capturas acústicas de un Driver de 2" de diafragma y 1" de salida filtrados con un HPF de primer orden variando el punto de cruce.

La curva verde indica la respuesta del driver sin ningún filtrado y luego poniendo en serie capacitores de los valores indicados a la izquierda (6,6uF - 4,4uF - 2,2uF), a medida que disminuye el valor del capacitor, la frecuencia de cruce es más alta y deja pasar menos contenido de lo que está antes de dicho punto, pero lo que pasa desde ese valor hacia arriba en frecuencia permanece intacto, se puede ver que arriba de 8KHz la respuesta es igual para cualquier tipo de filtrado.
También puede verse que a medida que aumenta el corte, la curva de fase se adelanta cada vez más yéndose "hacia arriba"
 




Esto es una curva eléctrica de lo que hace el HPF de primer orden.
Como vemos en la curva roja, la señal se atenua 6dB cada vez que bajamos una octava en frecuencia, o sea, tomar una determinada frecuencia y dividirla entre dos.

En este caso la frecuencia de cruce es 1KHz, lo que quiere decir que:
· Por encima de 1KHz la curva está en 0dB, no hay diferencia entre lo que sale de la potencia y lo que entra al tweeter.
· a 1KHz pasan -3dB (Por ser la frecuencia de cruce)
· a 500Hz pasan -6dB
· a 250Hz pasan -12dB
· a 125Hz pasan -18dB
· a 63Hz pasan -24dB

Cada paso de 6dB significa 4 veces menos potencia o lo que es lo mismo la mitad de voltaje en los bornes del tweeter.

Como puede verse en ese gráfico gigantesco, si uno pone como frecuencia de cruce 1KHz y un filtro de 1er Orden, al tweeter/driver le van a llegar muchas frecuencias graves que no es capaz de controlar.

La solución a esto es:

· a) Subir la frecuencia de cruce: por ejemplo hasta 4KHz, no va a cambiar significativamente la cantidad de graves que le llegan pero si cambia significativamente la respuesta audible del tweeter/driver.

(En este caso en 500Hz pasarían -18dB, aproximadamente un décimo de la potencia que le llega por encima de la frecuencia de cruce)
Sin embargo la mayoriía de drivers con diafragmas de 2" o mas chicos son incapaces de controlar lo que le llega por debajo de 1KHz.


· b) Aumentar la pendiente de atenuación: A mayor orden del filtro, mayor rechazo a las frecuencias por debajo del punto de cruce elegido.

En este caso para pasar a un filtro de segundo orden es necesario una bobina en paralelo con el tweeter.


Que nos daría la siguiente atenuación (curva roja)



Esto ofrece una atenuación mucho más saludable para el tweeter/driver ya que ataca más agresivamente las frecuencias por debajo del punto de cruce.

El problema de las bobinas es que es dificil medir sus valores o fabricar una estimando en qué valor nos va a quedar.
A eso hay que sumarle el costo, porque lleva unos buenos metros de cobre esmaltado.


[Observación]
Este tema continuará expandiendose hasta poder enlazarlo correctamente y poder mostrar de una forma clara lo que empecé analizando aquí:

http://estebanclassen.blogspot.com/2011/06/divisores-de-frecuencia-economicos-y.html

http://estebanclassen.blogspot.com/2011/08/reload.html