Le basi dei componenti crossover.

Questo articolo approfondisce l’uso dei componenti LCR nei crossover passivi. In un crossover passivo per diffusori, vengono utilizzati tre componenti passivi fondamentali: induttore, condensatore e resistore, noti anche come componenti LCR. Si chiamano componenti passivi perché non richiedono un’alimentazione esterna per funzionare, al contrario dei crossover attivi che necessitano di una sorgente di alimentazione dedicata. I componenti LCR sono i tre componenti passivi più importanti. Nei circuiti in corrente alternata (AC), costituiscono la base per quasi tutti i circuiti immaginabili. Nei circuiti audio, vengono impiegati principalmente per filtrare, accoppiare o interrompere segnali. Un segnale elettrico è, infatti, una corrente alternata, e può essere filtrato sulla base di una frequenza di crossover per separare le alte e basse frequenze. A parte una gamma molto ristretta di driver full-range di alta qualità, quasi nessun driver è in grado di riprodurre l’intero spettro audio da 20 Hz a 20 kHz senza distorsioni e allo stesso livello di pressione sonora. Per questo motivo, non si può fare a meno di un crossover nella maggior parte dei progetti di altoparlanti. Li chiamiamo componenti passivi, ma si comportano davvero come passivi quando li utilizziamo nei circuiti audio? Inoltre, quali componenti dovresti scegliere, e cosa li rende ideali per l’uso in un filtro crossover passivo? I prossimi paragrafi spiegano le basi di ogni componente, e cercheremo di rispondere alle domande sopra riportate. Questo articolo non indica la marca migliore o il componente perfetto: ogni progetto ha le sue esigenze. Tuttavia, le informazioni fondamentali che seguono possono aiutarti a fare la scelta giusta per selezionare i componenti più adatti al tuo crossover passivo.

Condensatori

I condensatori sono componenti che si possono considerare come resistenze dipendenti dalla frequenza. Sono costituiti da due conduttori isolati (chiamati anche piastre o elettrodi) separati da un materiale isolante detto dielettrico, cioè un materiale che non conduce elettricità. I condensatori vengono classificati in base al tipo di dielettrico utilizzato, ad esempio: condensatori ceramici, elettrolitici, oppure a polipropilene.

La capacità di un condensatore si misura in farad (abbreviato F) e indica la sua capacità di immagazzinare carica elettrica. Come per gli induttori, anche nel caso dei condensatori, l’unità farad è molto elevata per le applicazioni audio; per questo motivo, si utilizzano unità più piccole.

A differenza di una resistenza, un condensatore non converte in calore l’energia associata alla corrente capacitiva, ma la immagazzina sotto forma di energia nel campo elettrico interno del condensatore. Tutta questa energia viene restituita nel momento in cui il condensatore si scarica, nel caso di corrente continua (DC). Un condensatore non lascia passare la corrente continua, ma nel caso della corrente alternata (AC) sì. In pratica, una corrente di carica e una di scarica (cioè una corrente alternata) fluiscono continuamente nel circuito. L’intensità di queste correnti dipende da due fattori:

• la capacità del condensatore (F)

• la frequenza del segnale (f)

Poiché la corrente alternata aumenta all’aumentare della capacità e/o della frequenza, si può affermare che la resistenza diminuisce. Questa particolare resistenza presente in un condensatore è chiamata resistenza capacitiva (Xc), nota anche come reattanza capacitiva.

Conclusione: A causa della sua caratteristica di resistenza dipendente dalla frequenza, un condensatore offre più resistenza alle basse frequenze rispetto alle alte frequenze. È proprio per questo motivo che viene utilizzato in un crossover per filtrare le frequenze basse. La formula da usare per determinare la giusta capacità è la seguente:C = 1 / (2π × f × Xc)

Tipo di condensatore, classe di tensione, dielettrico e materiali utilizzati

Esistono fondamentalmente 3 tipi di condensatori in base alla loro struttura: condensatori a film, condensatori ceramici e condensatori elettrolitici. Nei crossover, utilizziamo principalmente condensatori a film/lamina e condensatori elettrolitici, poiché non tutti i tipi sono adatti alle applicazioni audio. Il dielettrico, i valori di tensione (tensione nominale) e la capacità sono gli aspetti più importanti. La capacità di un condensatore dipende da tre fattori: la superficie degli elettrodi, la distanza tra gli elettrodi e il valore del dielettrico utilizzato. Per aumentare la capacità, è necessario aumentare la superficie dei conduttori e ridurre la distanza tra di essi. Questo viene spesso ottenuto applicando il materiale conduttivo su un isolante sottile (il dielettrico) e arrotolandolo. Esempi sono i condensatori cilindrici in cui i conduttori a film/lamina vengono arrotolati, come i condensatori in polipropilene, in polipropilene metallizzato e gli elettrolitici non polarizzati/bipolari. Esistono diversi valori di tensione per ciascuna serie di condensatori, come 63V, 100V, 250V, 400V, 630V, ecc. Questo è un fattore importante, perché il dielettrico può diventare critico quando la tensione è troppo alta. Inoltre, la capacità del condensatore non è stabile al variare della temperatura. Questo può variare a seconda del tipo ed è un aspetto da tenere in considerazione. Nei condensatori, una tolleranza dell’1% è preferibile, tuttavia una tolleranza del 5% non compromette la qualità del componente. Scopri l’intera gamma di condensatori offerta da SoundImports qui.

Induttori

A causa della sua caratteristica di resistenza dipendente dalla frequenza, un induttore offre più resistenza alle alte frequenze rispetto alle basse frequenze. Un induttore non è altro che un filo di rame smaltato avvolto (filo laccato) attorno a un nucleo. Il nucleo può essere in ferrite, in ferro, oppure un nucleo d’aria, cioè semplicemente un foro vuoto. Una bobina può filtrare le alte frequenze e funziona infatti in modo opposto rispetto a un condensatore. La proprietà di un induttore è la costante di induttanza, ovvero il coefficiente di autoinduzione, indicato con la lettera L e misurato in henry (H). Esprime il livello di autoinduzione della bobina. Viene spesso utilizzata in unità minori.

Fondamentalmente, un induttore funziona in modo opposto rispetto a un condensatore. Un induttore immagazzina energia nel campo magnetico. Questa energia viene rilasciata quando la corrente attraverso la bobina viene interrotta. La velocità con cui la corrente varia in un induttore dipende dalla tensione applicata ai suoi capi. Quando la frequenza aumenta, il campo magnetico nella bobina cambia più spesso al secondo tra il polo nord e sud. La corrente (o il campo magnetico) aumenta e diminuisce più rapidamente. La tensione di autoinduzione, che si oppone al passaggio della corrente, aumenta, e quindi anche la resistenza induttiva diventa maggiore. La resistenza induttiva dipende quindi da:

• il coefficiente di autoinduzione (L)

• la frequenza (f)

Un aumento della tensione di autoinduzione ha lo stesso effetto sulla corrente di un aumento della resistenza del filo: cioè, una diminuzione della corrente. Questa resistenza causata dall’induzione si chiama resistenza induttiva (Xl), nota anche come reattanza induttiva.

Conclusion: Due to its frequency-dependent resistance characteristic, the coil offers more resistance at high frequencies than at low frequencies. As a result, it is also used in a crossover to filter out high frequencies. The formula you can eventually use to come to the right induction is as follows: L = Xl / (2 π f)

Tipo di bobina, tolleranza e materiali

La struttura della maggior parte delle bobine destinate all’uso nei crossover consiste in filo di rame smaltato. Un nucleo in ferrite o ferro aumenta la capacità di induttanza, richiede meno filo di rame rispetto a un nucleo in aria di pari valore e presenta una minore resistenza in corrente continua (DC). Meno filo di rame si traduce spesso in un costo inferiore. Esistono anche bobine più “di lusso”, come le bobine a nastro (foil coils), le bobine Litz cerate e le bobine con nucleo toroidale, ognuna con caratteristiche specifiche. Nel caso delle bobine, esistono diverse gradazioni nei materiali e nei tipi, che definiscono la stabilità e il valore effettivo. Anche la resistenza termica e la capacità di gestire potenza giocano un ruolo importante. Alla fine, è la percentuale di tolleranza a determinare quanto il valore reale si avvicina a quello nominale, e quindi quanto preciso sarà il tuo circuito finale. Se vuoi avvicinarti al valore calcolato, scegli una tolleranza dell’1%. Una bobina con tolleranza del 5% non compromette la qualità, ma il valore effettivo può discostarsi maggiormente. Sia i condensatori che gli induttori sono componenti fondamentali in un progetto di crossover, ma ognuno in modo diverso. Le bobine non alterano il segnale audio in termini di "colorazione". I condensatori, invece, sono più sensibili sotto questo aspetto. Gli aspetti più importanti nella scelta di una buona bobina riguardano quindi la capacità di gestione della potenza e il tipo di bobina. Quando la qualità del materiale e il posizionamento della bobina sono corretti, un induttore non influenzerà il segnale, a differenza di un condensatore. Posizionare correttamente le bobine (ad angoli corretti tra loro) aiuta a prevenire diafonia e rumore. Fin qui i principi di base su condensatori e induttori. Un condensatore in combinazione con un induttore all’interno di un filtro crossover genera una differenza di fase tra tensione e corrente, trattandosi di componenti reattivi. Il comportamento congiunto di induttore e condensatore varia nel tempo ed è un capitolo a parte, che non viene approfondito in questo articolo.

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Resistenze

Il termine "resistenza", in ambito tecnico, indica letteralmente il grado di opposizione che gli elettroni incontrano durante il passaggio attraverso un materiale, ovvero la resistenza elettrica. Le resistenze utilizzate nei crossover, nei circuiti Zobel o L-Pad sono chiamate resistenze ohmiche. Le resistenze ideali non presentano autoinduzione e non mostrano comportamento capacitivo. Non c'è differenza nelle caratteristiche di una resistenza ohmica collegata a corrente alternata (AC) o continua (DC). Quando una resistenza ohmica è collegata alla corrente alternata, la resistenza risultante viene chiamata resistenza in corrente alternata o impedenza. Il termine impedenza è quello più comunemente utilizzato, ma il suo valore è uguale alla resistenza in corrente continua, espressa in ohm (Ω).

• Quando la tensione ai capi di una resistenza ohmica aumenta, la Legge di Ohm afferma che la corrente aumenta proporzionalmente: V = I × R

Nelle applicazioni crossover si utilizzano resistenze che producono pochissimo rumore. Si impiegano resistenze al carbone, resistenze a film metallico e resistenze avvolte (bifilari). Le resistenze al carbone non sopportano elevate potenze, mentre le resistenze a film metallico (fino a qualche watt) e le resistenze avvolte (decine di watt) sono le più comunemente utilizzate. Esistono diverse gradazioni nei materiali e nei tipi di resistenze per garantirne stabilità e valore preciso. Anche in questo caso, la resistenza alla temperatura gioca un ruolo fondamentale. Le resistenze più comuni nei crossover sono le resistenze a film metallico e le resistenze avvolte, realizzate con materiali come nichel-cromo (Cr + Ni), rame-nichel (Cu + Ni) e ossido metallico.

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Ohm (Ω), classi di potenza, tolleranza e bifilare

Nel complesso, la resistenza è il componente più semplice, e i due parametri più importanti sono il valore ohmico e la potenza nominale. Anche per le resistenze, la percentuale di tolleranza determina quanto il valore misurato si avvicina a quello dichiarato. Scegli una tolleranza dell’1% se desideri la massima precisione, oppure una tolleranza del 5% se il valore non è critico per il progetto. Tornando al tema dell’induttanza nel caso delle resistenze: nella pratica, i componenti non sono mai perfetti, e anche le resistenze possono presentare una leggera induttanza parassita. L’induttanza può influenzare il segnale, e per evitarlo si utilizzano resistenze avvolte bifilari. Esempi sono le serie Mundorf MRES e Dayton Audio Precision Series. Queste resistenze sono note per avere un bassissimo coefficiente termico e una minima induttanza, rendendole ideali per applicazioni crossover ad alta precisione.

A quanto pare, la scelta del componente passivo può avere un impatto sulla qualità sonora complessiva tanto quanto il design stesso del circuito. Ma è davvero importante quale marca o tipo si sceglie? La risposta è sì, e ci sono numerosi articoli sull’argomento che dimostrano le differenze sia all’ascolto che sulla carta, attraverso test approfonditi. Anche in quel caso, però, la valutazione resta in parte soggettiva. In generale, per chi è agli inizi, si può ottenere un netto miglioramento complessivo semplicemente prestando molta attenzione alla scelta del tipo di crossover e dei componenti utilizzati. Scopri l’intera gamma di componenti per crossover offerta da SoundImports qui.

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