Introducción a los crossovers

Últimamente en el foro hay una creciente demanda de información sobre sistemas con subwoofers y el uso de estos junto a crossovers. Este documento tratará de arrojar algo de luz sobre este aparato; para qué sirve, sus principales controles y su funcionamiento. Para ello, en muchas ocasiones me apoyaré en capturas de pantalla de un programa llamado AudioCore, perteneciente a XTA Electronics, que me ha brindado su autorización para poder adjuntarlas a este artículo. Vaya desde el inicio mi más sincero agradecimiento.

Para evitar malos entendidos, hablemos un poco de su nomenclatura. Tanto en este artículo, como en la bibliografía en general, se denomina a estos aparatos como x-overs, filtros, procesadores, speaker management, etc. Siempre estamos hablando del mismo tipo de aparato, que podrá tener más o menos prestaciones, pero siempre es el mismo.

Un x-over es un dispositivo electrónico cuya función principal es el seccionamiento del espectro audible para posteriormente se reproducido por transductores distintos.

Como todos ya sabemos, el espectro audible, comúnmente, decimos que abarca desde 20Hz a 20.000Hz. Todo este espectro (19.980 frecuencias) es muy amplio para ser reproducido por un solo transductor (altavoz, cono, motor, tweeter, etc) sobre todo si queremos que la respuesta sea completa y a un volumen constatable. Para esto, se han inventado los x-overs. Dividen este espectro en trozos, como si se tratase de un hacha y un tronco. Y a cada trozo lo llamamos VÍA (en inglés; way). Si juntamos todas las vías que obtenemos con un x-over tendremos otra vez todo es espectro audible. Véase un ejemplo de un x-over que divide el espectro en nada más y nada menos que ocho trozos. Cabe decir que este es un ejemplo exagerado, ya que los sistemas más potentes funcionan normalmente a 3 o 4 vías y es difícil encontrar un sistema que use más vías.

Muchos de los x-overs que encontramos en el mercado, tanto analógicos como digitales, nos permiten varias configuraciones o “modos”, de manera que, un mismo x-over puede funcionar como “estéreo 2 vías” o “mono 3 vías”.

En el primer caso nos encontramos con un x-over que; de una entrada saca dos cortes, dos vías; y con su otra entrada, hace exactamente lo mismo. Es como tener dos x-overs mono de 2 vías. En el segundo caso estaremos ante un x-over que de una sola entrada nos saca tres trozos, tres vías. Quedará más claro con los siguientes esquemas:

Así pues, los x-overs normalmente pueden funcionar en varios “modos” como hemos visto.

Llegados a este punto, debemos aclarar si un x-over es lo mismo que un filtro interno de una caja.

Imaginemos una caja acústica (pantalla) que posee en su interior un cono de 15 pulgadas y un motor de agudos. Sin embargo, aunque tenga dos componentes nosotros sólo la atacamos con una señal, única y no dividida.

La razón de que podamos hacerlo así, es simplemente que en su interior hay un circuito electrónico que trabaja con la señal ya amplificada y se encarga de dividir el espectro; de cierto punto hacia el motor y de cierto punto hacia el cono. A este tipo de dispositivo lo llamamos FILTRO interno. Y está prefijado por el fabricante y nosotros no podemos variarlo.

Sin embargo, esa misma caja, puede tener una opción llamada “biamplificar” que podemos activar mediante un interruptor o algún mecanismo similar. En ese caso, la entrada de señal será distinta para el motor que para el cono y seremos nosotros, con nuestro x-over, quien determinará a partir de donde trabajará el motor y a partir de dónde lo hará el cono.

Cabe destacar, que para la función de biamplificación necesitaremos dos amplificadores (uno por componente) ya que los atacaremos con señales distintas. Como queda aclarado en el siguiente esquema.

En este artículo nos limitaremos a hablar sobre los x-overs externos ya que son los que nos permiten manejar ciertos parámetros mientras que los filtros suelen venir determinados por el fabricante y poco podemos hacer.

Antes de meternos de lleno en los botones que podremos manejar en un x-over cabe destacar que con la aparición de los x-overs digitales, la manipulación que nos permite un sólo aparato ha crecido sustancialmente frente a los x-overs analógicos. Así pues, trataremos prácticamente todos los controles que encontraremos; simplemente que en los analógicos sus funciones pueden ser mucho más limitadas o menores, pero al fin y al cabo son las mismas.

También llamado x-over point, frecuencia, etc. Como ya se puede adivinar con los esquemas anteriores, es el botón crucial de un x-over y determina el punto a partir del cual dividiremos nuestras vías. Evidentemente si tenemos un x-over de 3 vías, tendrá 2 puntos de corte, uno que determina entre low y mid y otro entre mid y high. En algunas ocasiones estos potenciómetros traen asociado un selector que pone “X10” significa que multiplicaremos por 10 la frecuencia en la que estemos operando, de manera que si tenemos el potenciómetro en 200Hz al pulsar este selector se convertiría en 2000Hz.

La selección de los puntos de corte ha de hacerse de acuerdo a las características de los componentes a los que afecte. Si el motor de nuestra caja sin filtro ni nada, reproduce aceptablemente frecuencias hasta 1Khz y nuestro cono reproduce de manera natural frecuencias hasta 2Khz, pues es obvio que el corte deberíamos escogerlo entre 1Khz y 2Kkz. Para localizar con exactitud estos parámetros es bueno apoyarse en un analizador de espectro.

Una vez hayamos cortado el espectro, necesitaremos nivelar las vías. Estamos usando transductores distintos que a buen seguro tendrán sensibilidades distintas y no serán amplificados de la misma manera, es necesario pues, un control de ganancia en cada vía, para ponerlas todas a un mismo nivel relativo. En este apartado en bueno el uso de RTAs y sonómetros.

En cada vía tendremos la posibilidad de invertir la polaridad. Debido al uso de determinados filtros (que veremos más adelante) puede ser necesaria la inversión de polaridad; o simplemente para tener todos los componentes en la misma polaridad con un acceso rápido. En este apartado nos pueden ayudar los “polarity check” y las respuestas de impulso de un analizador.

En cada salida tendremos un delay que podremos ajustar en milisegundos. Probablemente por la fisiología de la caja no tendremos todos los componentes perfectamente alineados (por el uso de difusores, por ejemplo), con este delay podremos simular virtualmente que todos los componentes y por consiguiente, todas las vías están perfectamente alineadas. O quizás nuestros subs estén desplazados respecto del resto del sistema; con este delay podremos ponerlos virtualmente justo en el sitio en el que deberían estar.

Muchos x-overs incluyen delays en las entradas, para ocasiones en las que todo nuestro sistema es una torre de retardo de un sistema mayor, con lo cual nos interesa retrasar todas las vías al mismo tiempo, lo cual es mucho más fácil hacerlo en una sola entrada que en cada salida. Para esto nos apoyaremos en las herramientas de impulso y la respuesta en fase de un analizador FFT.

Sobre todo en los digitales, tenemos la opción de dar unos cortes de EQ normalmente paramétricos, dependiendo del modelo tendremos más o menos posibilidades con la EQ, tanto en las salidas como en las entradas. Sin ninguna duda es una ayuda a la hora de ajustar el equipo o corregir la respuesta de nuestros componentes para encajarlos mejor con otros.

Con los x-overs podremos también acotar la respuesta tanto por agudos como por graves de nuestro sistema.

Podemos mutear las salidas y entradas a gusto de manera rápida, nos ayudará en la detección de problemas rápidamente.

Con el fin de proteger los componentes de nuestros equipos algunos modelos de x-over incluyen limitadores que podemos ajustar, tanto en las salidas como en las entradas.

Aquí se muestra el esquema general de un x-over muy completo:

La manera en la que “corta” el x-over nuestro especto puede hacerse de formas muy distintas y existen varios tipos de filtros que se dividen de varias maneras.

La primera división es el orden; se refiere a la “agresividad” con la que realiza el corte, o lo que es lo mismo la pendiente de caída que tiene el corte.

• Primer orden – 6dB/octava
• Segundo orden – 12dB/octava
• Tercer orden – 18dB/octava
• Cuarto orden – 24 dB/octava
• Quinto orden – 30 dB/octava
• Sexto orden – 36 dB/octava
• Séptimo orden – 42 dB/octava
• Octavo orden – 48 dB/octava

Existes filtros mayores (más agresivos), pero normalmente hasta 48dB por octava es lo común en audio.

Pero estas pendientes no son “gratuitas”; producen un retraso que se acusa en fase de la siguiente manera:

• Primer orden – 45º
• Segundo orden – 90º
• Tercer orden – 135º
• Cuarto orden – 180º
• Quinto orden – 225º
• Sexto orden – 270º
• Séptimo orden – 315º
• Octavo orden – 360º

Fruto de la combinación de estos filtros con sus respectivos desfases, podríamos tener que hacer uso del anteriormente mencionado cambio de polaridad.

También se dividen los filtros atendiendo a su diseño. Antes de explicarlos, cabe mencionar que la suma de dos señales sonoras RELACIONADAS produce un aumento de 6dB.

Butterworth: produce una atenuación de 3dB en el punto de corte. Al combinarlo con otro Butterworth produce un aumento total de 3dB (-3 + 6 = +3).

Bessel: produce una atenuación de 8dB en el punto de corte. Al combinarlo con otro Bessel produce una atenuación de 2dB (-8 + 6 = -2). Hay un Bessel llamado rectificado en el que el punto de corte se mueve para que se produzca donde la atenuación es de 3dB.

Linkwitz – Riley: produce una atenuación de 6dB en el punto de corte. Al combinarlo con otro Linkwitz – Riley produce 0dB, ni atenuación ni realce (-6 + 6 = 0)

Existen más, pero estos son los más habituales; sus nombres provienen de sus inventores.

Normalmente los x-overs vienen integrados en los racks de etapas y no es algo que haya que modificar cada día, si acaso los delays y poca cosa más. Algunos modelos incluyen una entrada para un micro de medición y nos hacen un preajuste (normalmente sólo EQ) del sistema completo en función de la información que capta el micro.

La mayoría de x-overs digitales tienen la posibilidad de ser controlados vía software; tanto para un diseño y manejo más fácil como para una monitorización de lo que está pasando en tiempo real, lectura de vúmetros, etc.