[Guida] Il crossover

[daddu90]

Abbiamo parlato dell'importanza di avere un'ap che suoni esclusivamente nella sua gamma utile di frequenza in modo da restituire un suno il più possibile pulito e esente da distorsioni che, oltre a risultare sgradevoli, porterebbero velocemente il trasduttore alla rottura. Ma come fare a operare un "taglio" sulle frequenze in arrivo all'ap? Ci viene in aiuto l'importantissimo crossover (da quì in poi "x-over").
Mettiamo subito in chiaro una fondamentale differenza formale: in realtÃ* alcuni filtri sono impropriamente chiamati x-over: il x-over vero e proprio è quello che prende un segnale completo (chiamato full-range) e lo divide in due o più gamme di frequenza incrociandole tra di loro (da quì il termine di cross-over). Quei filtri che invece restituiscono in uscita solo frequenze alte o basse sono detti semplicemente filtri "passa-alto" e "passa-basso".
Ma come fa un x-over a separare un segnale per frequenza? Esso sfrutta la capacitÃ* di alcuni componenti elettrici di oppore una resistenza variabile al variare della frequenza.
I componenti principali dei x-over sono due: l'induttore e il condensatore.
L'induttore (o induttanza o bobina), è semplicemente un filo di rame o di alluminio opportunamente isolato e avvolto intorno ad un nucleo di materiale ferromagnetico. Questo tipo di induttori, pur essendo più piccoli ed economici, tendono a saturarsi in presenza di segnali di elevata potenza introducendo sgradevoli distorsioni. Quindi si è soliti a volte usare degli induttori senza nucleo, si dice che vengono "avvolti in aria". Sono molto ingombranti e costosi ma in panorama audiofilo si fa questo ed altro! In foto sotto vediamo un'induttore autocostruito utilizzato in un x-over artigianale.



L'induttore ci serve perchè ha la proprietÃ* di opporre una grande resistenza ai sengali di frequenza alta mentre lascia passare quasi indisturbati quelli di bassa frequenza. Il punto di transizione tra resistenza e cortocircuito viene determinato dalla sua induttanza che si misura in Henry (H).
Il condensatore ha naturalmente comportamento opposto: oppone elevata resistenza alle basse frequenze e bassa resistenza a quelle alte.
Anche se molti sicuramente sapranno come è fatto, facciamo un breve riassunto. Dicesi condensatore un sistema di due elettrodi (chiamati "armature") in induzione completa, cioè in cui una carica positiva data a un'armatura induce nell'altra una carica negativa. Le caratteristiche costruttive e funzionali di questo componente verranno discusse nell'apposito capitolo! Per ora vi basti vedere come è fatto:



Ora grazie alle proprietÃ* di questi due componenti è facile capire che basta un induttore per fare un filtro passa-basso e un condensatore per fare un filtro passa-alto. E si intuisce che combinando i due si può ottenere un filtro chiamato "passa-banda" che permette di filtrare la gamma media dello spettro musicale. Tutto quì? Non credo proprio! Infatti se avete riflettuto bene su quello che abbiamo detto in precedenza vi starete chiedendo come si sceglie la "frequenza di taglio" di un x-over ovvero quella determinata frequenza in cui il filtro comincia a lavorare inviando diligentemente i segnali all'uno o all'altro ap. Tale punto (chiamato anche "freqeunza -3dB" per via della quantitÃ* di attenuazione che opera il x-over in quel punto) dovrebbe all'incirca coincidere con la frequenza media di sovrapposizione di due trasduttori. Immaginiamo ad esempio un due vie composto da un mid-woofer che arriva a 3kHz e un tweeter che scende a 1kHz: la frequenza di taglio sarÃ* ragionevolmente impostata a 2kHz; da ciò si deduce che per fare un buon impianto due componenti dovranno avere buona parte della gamma utile in comune per evitare di farli lavorare in distorsione. Infatti nonostante la parola "taglio" faccia venire in mente uno stacco deciso, i x-over sono caratterizzati da una ben determinata "pendenza" ovvero non attenuano improvvisamente il segnale ma lo fanno calare più o meno dolcemente a seconda della pendenza propria di ogni x-over. La pendenza si esprime in dB/Oct (decibel per ottava) e indica di quanti dB un filtro riesce a "smorzare" il segnale all'interno di un'ottava. Mi preme ricordare che 1 ottava indica quel punto della gamma sonora che ha frequenza doppia rispetto al punto che prendiamo come origine (in questo caso la frequenza di taglio). Quindi un filtro passa-basso che ha frequenza di taglio di 500Hz con pendenza di 6dB/Oct (chiamato filtro di primo ordine xche utilizza un solo componente) avrÃ* un'attenuanzione di -3dB alla frequenza di taglio, poi -6dB a 1.000Hz (500x2), poi -12dB a 2.000Hz (1.000x2), -24dB a 4.000Hz (2.000x2) e così via. Normalmente nell'hi-fi si usano filtri di terzo e quarto ordine, con architetture molto complesse che generano pendenze nell'ordine dei 24dB/Oct e oltre. Se contate che per fare un x-over a 3 vie dovremo combinare 4 di questi filtri con componenti in grado di sopportare migliaia di watt di carico si intuisce la dificoltÃ* di costruzione di queste reti di filtraggio.
Quì in figura vediamo ad esempio il grafico di risposta in fase e risposta in frequenza di un x-over con pendenza di 24db/oct e frequenza di tagli di 5kHz.



Vi avrei fatto volentieri vedere un x-over passivo a 3 vie che occupava l'intero vano della ruota di scorta di una Lancia Y ma non trovo più la foto!
Ho accennato all'aggettivo "passivo" riferito al x-over. Questo indica che il x-over è fisso su una certa pendenda e con una certa frequenza di taglio determinata dai suoi componenti e agisce inoltre sulla potenza e non sul segnale (quindi dopo l'amplificazione). Una soluzione per limitare gli ingombri e la fatica è l'utilizzo di x-over attivi (anche chiamati x-over digitali) che permettono di cambiare pendenze e tagli molto velocemente attraverso dei potenziometri e agiscono sul segnale quindi prima degli amplificatori; sono una sorta di equalizzatori molto specifici e permettono raffinati incroci tra trasduttori ma il loro costo è notevole e aumentando le connessioni sul segnale contribuiscono a sporcarlo.
Bene, nel nostro viaggio a ritroso dall'ap al x-over arriviamo finalmente al componente che fa la felicitÃ* di grandi e piccini contribuendo materialmente a farci apprezzare le onde di pressione acustica che i nostri trasduttori sono capaci di produrre. Sto parlando naturalmente dell'amplificatore!