Filtro de cruce para niños
Los filtros de cruce son dispositivos electrónicos especiales que toman una señal de sonido completa y la dividen en diferentes partes, según la altura de los tonos. Imagina que tienes una canción con sonidos muy graves (bajos), medios y agudos (altos). Un filtro de cruce separa esos sonidos para enviarlos a los altavoces adecuados.
¿Por qué es esto importante? Porque la mayoría de los altavoces no pueden reproducir todos los sonidos, desde los más graves hasta los más agudos, con la misma claridad y sin que el sonido se escuche mal. Por eso, en muchos sistemas de sonido, como los de tu casa o los de un concierto, se usan varios tipos de altavoces juntos:
- Los woofers son grandes y están hechos para los sonidos graves.
- Los tweeters son pequeños y se encargan de los sonidos agudos.
- A veces hay altavoces de rango medio para los sonidos intermedios.
El filtro de cruce se asegura de que cada altavoz reciba solo los sonidos para los que fue diseñado, haciendo que todo suene mucho mejor y más claro.
Contenido
¿Qué son los filtros de cruce?
Los filtros de cruce son como "guardianes" del sonido. Reciben la señal de audio de un reproductor de música o un micrófono y la dividen en varias "bandas" de frecuencia. Por ejemplo, un filtro de cruce de "dos vías" divide el sonido en dos bandas (graves y agudos), mientras que uno de "tres vías" lo divide en tres (graves, medios y agudos).
Estos filtros se usan en casi todos los sistemas de sonido, desde los altavoces de tu computadora hasta los grandes equipos de sonido en conciertos.
¿Por qué usamos filtros de cruce?
La razón principal es que un solo altavoz no puede manejar todos los tipos de sonido a la vez. Si intentaras que un altavoz pequeño reprodujera sonidos muy graves, no lo haría bien y el sonido se distorsionaría. Lo mismo pasaría si un altavoz grande intentara reproducir sonidos muy agudos.
Al usar un filtro de cruce, cada altavoz trabaja en su "zona de confort", lo que mejora mucho la calidad del sonido. Así, los graves suenan profundos, los agudos claros y los medios nítidos.
Tipos de filtros de cruce
Los filtros de cruce se pueden clasificar de varias maneras, según cómo funcionan o qué partes usan.
Filtros pasivos
Los filtros pasivos son los más comunes. Se construyen con partes electrónicas simples como condensadores, inductores y resistencias. No necesitan electricidad adicional para funcionar; simplemente se conectan a la salida del amplificador de sonido.
Una ventaja es que son más sencillos de instalar. Sin embargo, pueden ser un poco grandes y pueden hacer que se pierda algo de potencia del sonido. Además, su rendimiento puede cambiar un poco dependiendo del altavoz al que estén conectados.
Filtros activos
A diferencia de los pasivos, los filtros activos dividen la señal de sonido antes de que llegue al amplificador. Esto significa que cada parte del sonido (graves, medios, agudos) necesita su propio amplificador. Por ejemplo, un sistema de dos vías con un filtro activo necesitaría dos amplificadores: uno para los graves y otro para los agudos.
Aunque son más complejos y pueden ser más caros porque necesitan más amplificadores, los filtros activos ofrecen muchas ventajas:
- El sonido es más claro y preciso.
- Puedes ajustar cada banda de frecuencia (graves, medios, agudos) de forma independiente.
- Los amplificadores tienen un mejor control sobre los altavoces, lo que mejora la respuesta del sonido.
- Se pierde menos potencia, lo que puede significar que necesitas amplificadores menos potentes.
Filtros digitales
Algunos filtros activos son digitales. Esto significa que usan chips especiales o computadoras pequeñas (procesadores digitales de señales o DSP) para dividir y ajustar el sonido. Los filtros digitales pueden hacer ajustes muy precisos y ofrecer funciones adicionales como limitar el volumen o mejorar la ecualización.
Filtros mecánicos
Este tipo de filtro es diferente porque no usa componentes electrónicos. En cambio, utiliza las propiedades físicas de los materiales del propio altavoz para separar los sonidos. Por ejemplo, un altavoz puede tener un cono principal para los graves y un cono más pequeño y ligero (llamado "whizzer") que se encarga de los agudos.
Estos filtros son difíciles de diseñar para lograr un sonido de alta calidad, pero tienen la ventaja de que el sonido proviene de un solo punto, lo que puede hacer que la experiencia auditiva sea muy natural.
¿Cómo se clasifican los filtros por su "pendiente"?
La "pendiente" de un filtro de cruce se refiere a qué tan rápido baja el volumen de los sonidos que no queremos que pasen. Se mide en "decibelios por octava" (dB/octava). Cuanto mayor sea la pendiente, más rápido se "corta" el sonido no deseado.
Primer orden
Tienen una pendiente suave de 6 dB/octava. Son los más simples y usan menos componentes. Permiten que un poco de sonido no deseado pase, lo que puede ser un problema para los altavoces pequeños (tweeters) si reciben demasiada energía de sonidos graves.
Segundo orden
Con una pendiente de 12 dB/octava, son más comunes en filtros pasivos. Ofrecen un buen equilibrio entre complejidad y protección del altavoz. A menudo, necesitan que uno de los altavoces se conecte "al revés" para que los sonidos se mezclen correctamente.
Tercer orden
Tienen una pendiente de 18 dB/octava. Ofrecen una muy buena mezcla de sonidos y se usan en sistemas donde la posición de los altavoces es importante para crear un sonido equilibrado.
Cuarto orden
Con una pendiente de 24 dB/octava, son muy efectivos para separar los sonidos. Son más complejos de diseñar, especialmente en filtros pasivos. Permiten que los altavoces trabajen en un rango de frecuencias más específico, lo que reduce la superposición de sonidos y mejora la claridad.
Órdenes superiores
Existen filtros con pendientes aún más pronunciadas (hasta 96 dB/octava), pero son muy complejos y caros, por lo que se usan principalmente en sistemas de sonido profesionales muy grandes.
Filtros mixtos
A veces, los filtros de cruce combinan diferentes órdenes. Por ejemplo, un filtro de segundo orden para los graves y uno de tercer orden para los agudos. Esto se hace para optimizar el sonido y compensar las características de los altavoces.
¿Cómo se conectan los filtros?
Hay dos formas principales de conectar los filtros de cruce:
Paralelo
Es la forma más común. Los filtros se conectan de manera que cada sección (para graves, medios, agudos) funciona de forma independiente. Esto facilita el diseño, pero hay que asegurarse de que los altavoces se complementen bien para que el sonido final sea armonioso.
Serie
En esta conexión, los filtros y los altavoces están conectados en una cadena. La señal de sonido "elige" su camino a través de los filtros y altavoces según su frecuencia. Por ejemplo, los sonidos agudos pasarán por el tweeter, mientras que los graves irán al woofer.
Diseño y simulación
Hoy en día, los ingenieros usan programas de computadora especiales para diseñar y simular cómo funcionarán los filtros de cruce con los altavoces. Esto les permite probar diferentes configuraciones de forma virtual antes de construir el sistema real, lo que ahorra tiempo y mejora mucho la calidad del sonido final. Antes, este proceso era mucho más largo y complicado.
Galería de imágenes
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Comparación de la respuesta en magnitud de los filtros de paso bajo y paso alto de segundo orden de Butterworth y Linkwitz-Riley sumados.
Véase también
En inglés: Audio crossover Facts for Kids
