Crossover attivo per altoparlanti con filtro a 3 vie

Nonostante gli altoparlanti attivi siano significativamente più complicati dei corrispondenti modelli passivi, rispetto a questi ultimi presentano degli innegabili vantaggi in termini di tecnologia audio più evoluta, e migliore qualità del suono. La qualità superiore degli altoparlanti attivi è ben nota a tutti gli audiofili, che in questo articolo potranno cimentarsi nella realizzazione di un crossover attivo dalle prestazioni eccellenti.

Introduzione

L’autore di questo articolo (pubblicato sul numero Elektor di Gennaio-Febbraio 2016) è lo stesso che propose sul numero Elektor di Marzo 2014 il progetto di un amplificatore per altoparlanti attivi [1]. Come il nome stesso suggerisce, si trattava di un amplificatore più orientato all’ottenimento di un elevato standard di qualità (prestazioni eccellenti), che non alla ricerca di un’elevata potenza di uscita. Il circuito era basato su dei transistor MOSFET di Hitachi a bassa transconduttanza e resistenza di canale relativamente elevata. Circuiti di questo tipo sono stati utilizzati per decenni negli amplificatori finali, e sono tuttora presenti in alcuni modelli commerciali. La potenza di uscita è medio-bassa, con una distorsione molto ridotta: si tratta quindi di specifiche tecniche che si abbinano perfettamente al circuito crossover attivo presentato in questo articolo.

Ci si potrebbe chiedere se una potenza di 30 W sia sufficiente per pilotare degli altoparlanti attivi, dal momento che molti sostengono che occorrano almeno 100 W. La risposta a questa domanda è del tutto personale, ma occorre tenere presente che per ascoltare della buona musica in casa propria, con una qualità del suono eccezionale, sono sufficienti poche decine di watt. Gli audiofili sanno che la ricerca della potenza elevata e degli amplificatori con numeri a tre cifre non sempre si accompagna con un’altrettanto elevata qualità del suono.

Specifiche tecniche

Le caratteristiche tecniche del filtro crossover possono essere così sintetizzate:

  • ingresso bilanciato: jack da 2,5 pollici oppure connettore XLR;
  • livello tipico del segnale in ingresso: da 0,5 a 1 Vrms;
  • impedenza in ingresso: 100 kΩ;
  • distorsione armonica totale più rumore (THD +) per canale (con ampiezza di banda di 22 kHz):
    • toni bassi: 0,0003 % a 100 Hz;
    • toni medi: 0,0003 % a 2 kHz;
    • toni alti: 0,0005 % a 7 kHz
  • tensione di alimentazione: da ±16 V a ±25 V;
  • assorbimento di corrente: 65 mA tipico.

Perchè attivi?

Per realizzare un ottimo altoparlante attivo, occorre qualcosa in più di un buon amplificatore. L’idea di montare un amplificatore di buona qualità all’interno di un contenitore, aggiungere dei buoni altoparlanti, e distribuire la potenza audio ai tweeter, woofer, e possibilmente a un’unità per toni medi tramite un crossover passivo, è un’idea un pò azzardata. Per comprenderne il motivo, si consideri il caso di un crossover passivo a due vie come quello illustrato in Figura 1.

Figura 1 – schema elettrico di un crossover passivo a due vie, incluse le resistenze interne delle induttanze e dei condensatori

Figura 1: schema elettrico di un crossover passivo a due vie, comprese le resistenze interne delle induttanze e dei condensatori

Le reti crossover passive sono composte da induttanze e condensatori. Questi componenti hanno delle resistenze interne (Ri) in serie con gli altoparlanti, che riducono il fattore di smorzamento. Utilizzando ad esempio l’amplificatore progettato dall’autore, un fattore di smorzamento pari a 400 o superiore può essere raggiunto soltanto se l’altoparlante viene collegato direttamente all’uscita dell’amplificatore, utilizzando dei cavi più corti possibile. Nel caso di un woofer, una resistenza di crossover di soli 0,1 Ω può ridurre il fattore di smorzamento di un ordine di grandezza. Anche i condensatori presentano una resistenza serie, nonostante essa sia inferiore a quella delle induttanze. Anche le impedenze in alternata delle induttanze e dei condensatori, che devono essere dell’ordine di qualche ohm affinchè il crossover funzioni correttamente, giocano un ruolo importante nelle regioni di transizione prossime alle frequenze del crossover. Ciò rende la caratteristica smorzamento-frequenza non lineare. Inoltre, la non linearità è anche introdotta dalla qualità non elevata dei materiali utilizzati per la fabbricazione di induttanze, condensatori elettrolitici, e altri componenti economici. Componenti con caratteristiche migliori sono costosi, e possono annullare il vantaggio di costruire da sè un crossover attivo, piuttosto che acquistare direttamente un modello commerciale.

Un altro fattore da tenere in considerazione è che i filtri con i fronti molti ripidi non possono essere realizzati con semplici circuiti passivi, che richiedono altri condensatori ed induttanze. Utilizzando dei filtri attivi, i fronti ripidi (che comportano una netta separazione tra le differenti gamme di frequenze), possono essere implementati in modo semplice ed economico. Il filtro attivo descritto in questo articolo presenta dei fronti di 24 dB per ottava, un risultato virtualmente impossibile da raggiungere con un filtro passivo.

Un altro svantaggio significativo dei crossover passivi è che sono difficili da adattare ad altoparlanti con diversa sensibilità. Se si osservano i datasheet dei produttori di diversi tipi di altoparlanti, si potrà osservare un’ampia gamma di valori SPL (pressione acustica). Una differenza di solo 1 dB/W/m comporta un effetto percettibile sul sono prodotto, e la sua entità non è assolutamente trascurabile.

Il suono, come espresso dalla risposta in frequenza, dipende anche dalla specifica posizione degli altoparlanti, e dai mobili presenti nella stanza. Con un sistema passivo, l’unico modo per adattare l’SPL degli altoparlanti è quello di aggiungere delle resistenze in serie, in modo tale da ridurre la potenza [...]

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Una risposta

  1. Maurizio Di Paolo Emilio Maurizio Di Paolo Emilio 26 gennaio 2017

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