Redes Zobel y Filtros de 1,2,y Tercer Orden Sof de Calculo

7/23/2019 Redes Zobel y Filtros de 1,2,y Tercer Orden Sof de Calculo

http://slidepdf.com/reader/full/redes-zobel-y-filtros-de-12y-tercer-orden-sof-de-calculo 1/20

EL GRAN PROBLEMA DE LOS ALTAVOCES.

http://www.pcpaudio.com/pcpfles/doc_altavoces/fltros_pasivos/fltrospasivos.html

Todo el mundo se habrá fijado en que los bafles no tienen un solo altavoz, sino dos, tres, o a vecesmás.

Salvo extrañas excepciones, cuando un bafle tiene un solo altavoz (radiocasettes, altavoces parael ordenador,...) no suelen sonar demasiado bin. !l problema es que no todos los altavocespueden reproducir correctamente todo el ran"o de frecuencias audibles.

#ara crear "raves ha$ que desplazar una "ran cantidad de aire, $ para eso hace falta un altavoz"rande. !ste altavoz tendrá masa, $ será dif%cil moverlo a altas frecuencias, $a que el tiempo quetarda en adquirir velocidad el cono es "rande.

&n t'eeter puede estar sometido a campos de *, aunque la reducida masa de la c+pulahace que la fuerza que acelera la c+pula sea de - /. !sto ser%a impensable con las pesadasmembranas de los 'oofer.

0o contrario ocurre con altavoces pequeños. #ara mover un "ran volumen de aire con un pist1n,puedes tener mucha área $ poco desplazamiento o mucho desplazamiento $ poca área. !lproblema es que existen restricci1nes a la excursi1n máxima de la membrama.

1º #ara crear sonido sin distorsi1n, la primera suposici1n es que el proceso de creaci1n delsonido es adiabático. Si el aire se comprime, este proceso deja de serlo, $ esto ocurre cuando lapresi1n es mu$ elevada. 0a presi1n depende de la superficie, $ la presi1n que crea un pist1npequeño no es perfecta, $a que el aire ofrece resistencia al movimiento, $ cuanto ma$or sea el

movimiento, ma$or será la compresi1n del aire, $ ma$or la distorsi1n.

2º 0a membrana está sujeta por dos puntos, que se encar"an de mantenerla centrada. 0aenlon"aci1n de estos materiales que sujetan la membrana es finita, $ además suelen serelásticos, por lo que absorben $ devuelven ener"%a de la membrana $ producen distorsi1n.2omo el fin de la suspensi1n es mantener el cono en su sitio, no pueden tener una lon"itudinfinita, por lo que un desplazamiento mu$ amplio, además de causar distorsi1n, puede lle"ar aromper el altavoz.

3º !l campo ma"ntico creado por el imán no es perfectamente homo"neo. 3 una cierta

distancia, la lineas de flujo ma"ntico empiezan a separarse, $ el valor del campo ma"ntico enel eje no se mantiene constante, sino que empieza a disminuir. !sto causa distorsi1n.

¿SOLUCIÓN?

0a soluci1n a este problema es tan simple como combinar varios tipos de altavoces especializadosen a"udos, medios, "raves, medios-"raves, sub"raves...para conse"uir que la respuesta enfrecuencia sea cubierta correctamente.

http://www.pcpaudio.com/pcpfiles/doc_altavoces/filtros_pasivos/filtrospasivos.html






#!45 /5. Si las cosas fuesen tan fáciles como esto, nadie estar%a mirando esta pá"ina...

• 3 veces, un altavoz "rande tiene un comportamiento incorrecto a altas frecuencias. !so

ha$ que quitarlo.

• 0os altavoces de a"udos tienen una potencia 6&7 limitada, $ un desplazamiento mu$

pequeño, de menos de .mm. Si se le hace reproducir "raves de 8 durará poco.

0o ideal en este punto es que a cada altavoz le lle"ue la banda de frecuencia que puede reproducir sin problemas $ sin distorsi1n. !xisten varias maneras de hacer este proceso, llamado filtrado. 9emomento, nos vamos a ocupar s1lo de los filtros pasivos.

6ás informaci1n en La enfermedad de los altavoces.

inicio

EL PROBLEMA DE LOS FLTROS

0os filtros no cortan perfectamente una señal en frecuenciasma$ores o menores que una frecuencia determinada,llamada frecuencia de corte. 0o que hacen es disminuir lapotencia de la señal a medida que su frecuencia se vaalejando de la frecuencia de corte.

0a brusquedad con la que se produce esta atenuaci1n sepuede ele"ir $ depende del n+mero de componentes que seusen, como se ve en la "ráfica de arriba.

Corte de frecuencia según elorden

0os filtros se clasifican en primer lu"ar por su funci1n (eliminar a"udos o "raves...) $ en se"undolu"ar por la brusquedad con la que se aten+an las frecuencias fuera del ran"o. !n las "ráficaslo"ar%tmicas, esto da una linea recta, que empieza a decaer en la fecuencia de corte con otra linearecta, $ la pendiente de esta recta es lo que marca el orden del filtro.

0a pendiente se mide en decibelios por octava. &na octava es el doble de al"o. !n este caso, elespacio entre $ :;z es una octava $ es exactamente i"ual que el que ha$ entre $ <;z.

0os filtros causan errores de fase. 2uantos más componentes tiene un

filtro, más desplazamiento de fase causará, pero menor será lainteracci1n entre los altavoces. !n la "ráfica de la derecha se aprecianlos errores causados por los diferentes tipos de filtros.

!l que menos desplazamiento produce es el de primer orden, que tieneun desfase de := en la frecuencia de corte (<;z) $ >= en la bandaeliminada.

desfase según orden

ver circuito

http://www.pcpaudio.com/pcpfiles/doc_altavoces/filtros%20pasivos/psicoacustica/psicoacustica.html#psica_errorfase

http://www.pcpaudio.com/pcpfiles/doc_altavoces/analisis_altavoces/enfermedad.htm

http://www.pcpaudio.com/pcpfiles/doc_altavoces/filtros_pasivos/filtrospasivos.html#inicio

http://www.pcpaudio.com/pcpfiles/doc_altavoces/filtros%20pasivos/psicoacustica/psicoacustica.html#psica_errorfase



!l que más es el de := orden, que a la frecuencia de corte desplaza?= $ en la banda eliminada @A=.

inicio

El !ro"lema de los f#ltros !ara s$"%oofers

5tro problema bastante importante, no exclusivo pero si acuciante, de los filtros pasivos es que amedida que decrece la frecuencia de corte, aumenta el valor de los componentes. !sto implica quesean más "randes $ caros. !n concreto, las bobinas tienen resistencia en serie $ puden lle"ar avalores de 5hm. !n un 'oofer de : 5hm, esto es una prdida importante, -dB. !l ejemplo mássimple es porqu los sub'oofers comerciales son activosC porque es más barato $ menosvoluminoso fabricar un filtro activo con su fuente de alimentaci1n propia que utilizar bobinas dehasta D@Am;E para un filtro de := orden.

Supon"o que nadie (ni $o) habrá visto una bobina de @A m; para altavoces. &na bobina con

n+cleo de transformador(las más eficientes $ FpequeñasF para valores "randes) ocupar%a alrededor de , litros $ pesar%a entre A $ ? G".

!n un sub, un filtro activo es prácticamente obli"ado.

inicio

TPOS DE FLTROS PASVOS

0a frecuencia de corte es el punto donde la respuesta en frecuencia se reduce a una fracci1ndeterminada. !ste punto suele ser el punto de -@dB, que en potencia es el punto donde larespuesta se reduce a la mitad. #or la forma de percibir del o%do humano, la disminuci1n de larespuesta a la mitad no se percibe como Fla mitad de altoF sino como Fun poquito más bajoF.

&n filtro puede dejar pasar las frecuencias ma$ores que la fecuencia de corte, o al contrario, dejarpasar s1lo las frecuencias menores que la frecuencia de corte. 5 se pueden dejar pasar s1lo lasfrecuencias de una banda (entre dos frecuencias de corte).

• Filtros paso alto: dejan pasar las frecuencia más altas que la fecuencia de corte.

• Filtros paso bajo: 9ejan pasar las frecuencias menores que la fecuencia de corte.

• Filtros paso bandaC 9ejan pasar las frecuencias entre dos frecuencias de corte.

/ormalmente son una combinaci1n en serie de un paso alto $ un paso bajo, pero puedenimplementarse de otras maneras.

• Filtro elimina banda: 3l contrario que los paso banda, estos eliminan una banda. !n

altavoces no tiene mucho sentido. 3l i"ual que los paso banda, pueden implementarse conun paso bajo $ un paso alto, pero en paralelo.



http://www.pcpaudio.com/pcpfiles/doc_altavoces/filtros_pasivos/ordenes.pdf





• Otros: muesca (notch), $ otras redesC 4ed Hobel, 0-pad, ...

0os filtros pasivos se basan en la impedancia variable $ dependiente de la frecuencia que tienenlas bobinas $ los condensadores.

Condensadores

2uanto ma$or sea f, menor será su impedancia, por lo que uncondensador dejará pasar las frecuencias altas $ ofecerá una "ranresistencia a las bajas frecuencias, que se verán atenuadas

Bobinas

2uanto ma$or sea f, ma$or será la impedancia de la bobina, por lo que atravs de una bobina, pasarán sin nin"+n problema las frecuencias bajas,$ las frecuencias altas se verán atenuadas, por atravesar una resistenciama$or.

inicio

PAR&METRO ' DE (N FLTRO

3 partir de ahora nos encontramos con un nuevo problemaC 0a I del filtro.

I suele ser sin1nimo de un factor de calidad, pero en los filtros no tiene nada que ver con eso. Idefine la proporci1n entre H nominal, 0 $ 2. !n los ejemplos de f1rmulas $ "ráficas se han utilizadoexclusivamente filtros de = oden, pero esto es com+n a todos los filtros de orden ma$or a . !lfiltro de primer orden s1lo tiene una I, la de Butter'orth.

9ependiendo de los valores de I se obtiene respuesta u otra en la bandacercana a la frecuencia de corte. 3l"unos de estos valores de I producenque una caracter%stica sea 1ptimaC respuesta plana, alineamiento en fase obrusquedad de la ca%da.

3hora $a no tiene mucho sentido hablar de A, , ? o AdBJoct, porque eso son comportamientosasint1ticos, mu$ por debajo de la banda audible, o por lo menos sin enmascarar. Sin embar"o, nosreferiremos al orden para indicar ese comportamiento.

0os tipos de filtro más importantes en funci1n de I, para altavoces $ audio son los si"uientesC

• Butterworth: #roduce la respuesta en frecuencia más plana posible.





• cheb!che": #roduce la ca%da más brusca de todas, a pesar de tener un pico de

respuesta cerca de la frecuencia de corte. !ste es el motivo por el que no se usedemasiado.

• Bessel: /o decae tan rápido como los anteriores, pero produce los menores errores de

fase de todos.

• #in$wit%&'ile!: !l punto de corte no se produce a -@dB, sino a -AdB. Se constru$e a partir

de dos filtros butter'orth de orden menor. 2omo ventajas tiene que la respuesta es plana $sobre todoCen todo momento la reproducci1n de ambos drivers está en fase. !s una ideadiferente a los filtros convencionales $ es exclusiva del audio.

!n lu"ar de definir I con un n+mero, que cambia para diferentes 1rdenes, se emplean los nombresde matemáticos ilustres que definieron funciones que lue"o han sido usadas para deducir elcomportamiento de los filtros en base al comportamiento de esas funciones (sobreamorti"uado,subamorti"uado...). !ntre ellos están Bessel, Tcheb$chev, Butter'orth, 0e"endre, 2auer,...

!n el caso del 0in<'itz-4ile$, Sie"frid 0in<'itz es un presti"ioso in"eniero que ahora retirado sededica a la ac+stica. 0as peculiaridades de su confi"uraci1n son que la suma elctrica del pasobajo $ paso alto es exactamente , $ ambos filtros reproducen con la misma fase. 0a respuesta escompletamente plana $ la readici1n sonora mu$ homo"nea.

!n la "ráfica de la derecha se ve c1mo se comportan estos filtrosdependiendo de su I. #or debajo de la parte mostrada en la"ráfica, el filtro de Tcheb$chev es el que más atenuaci1n produce.!l de Bessel, el que menos.

#uede parecer en un principio que el de Tcheb$chev no sirve paranada, tiene un "ran pico en la respuesta,... !sto es porque semuestra la respuesta en voltaje. Kalta la intensidad, $ juntas la

intensidad $ el voltaje forman la potencia. !n potencia, que es comofunciona un filtro pasivo, no ha$ "anancia de nin"+n tipo. 3l"opasivo no puede producir "anancia.

(ar)metro * de un filtro

ver circuito

#ero en circuitos activos más complejos, la propiedad de atenuar más que los demás hace que unfiltro de A= orden Tcheb$chev acabe funcionando mejor que uno de Butter'orth de ?= orden. 9ehecho, es la I que se utiliza en los filtros anti-alisin" en los conversores anal1"ico-di"ital.

3 la izquierda se ve c1mo se comporta la fase de cada filtro. 0apeor es la de Tcheb$chev, es la que mas cambios bruscosproduce, $ el de Bessel es el más suave. Butter'orth, como enel caso anterior, es al"o intermedio.

!n el fondo es un compromiso entre fase, respuesta temporal, respuesta en frecuencia $atenuaci1n en la banda eliminada. /o se puede tener todo a la vez, as% que ha$ que decidir cual esel factor más importante.

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http://www.linkwitzlab.com/

http://www.pcpaudio.com/pcpfiles/doc_altavoces/filtros_pasivos/Qus.pdf


http://www.linkwitzlab.com/

http://www.pcpaudio.com/pcpfiles/doc_altavoces/filtros_pasivos/Qus.pdf




S(MA DE LAS RESP(ESTAS

&na vez que la señal pasa por el filtro, lle"a al altavoz. #ero quedan cosas pendientes. Iueda por

saber qu pasa cuando el sonido sale del altavoz. ;a$ que pensar que está desplazado en fase.

Lamos a ver qu nuevos problemas sur"en ahora en el caso concreto del filtro de = orden.

3hora, a la derecha tenemos las señales que resultan defiltar, paso bajo $ paso alto, para conectarlas a los drivers. Seha señalado la I de todos los filtros

7 la suma de las respuestas tiene este aspecto, desolador.Mqu es lo que está pasandoN #ues que a la frecuencia de

corte el desfase es de ?=, $ eso supone que una se resta ala otra, $ esuna cancelaci1n perfecta.

0a soluci1n es invertir la fase de uno de los dos altavoces(cambiar el cable rojo por el ne"ro, as% de fácil). /ormalmentese invierte la fase del de a"udos, $a que en los a"udos no esposible percibir la fase absoluta.

0a suma en voltaje más plana es la de 0in<'itz-4ile$,"ranate. 0a si"uiente es la de Butter'orth, azul oscuro.

3 la derecha se v la fase de la suma de ambas pastes delfiltro en el caso que están los dos altavoces en fase. Se vque el desfase máximo es de >=.

!l caso en el que más bruscamente se desv%a la fase es el deTchebichev $ el que menos, el de Bessel.

3hora, la respuesta en fase de la suma con el t'eeterinvertido de fase. Se aleja de cero, pero esto es a costa de notener una cancelaci1n. !s el precio que ha$ que pa"ar.

!sto es com+n a los filtros de orden par. ;a$ que ele"ir entre una cancelaci1n o un desfase, $ escompletamente l1"ico ele"ir el desfase, es decir, ha$ que invertir la polaridad del t'eeter. !sto esas% con los de , :=, A=,...orden, excepto en el filtro activo de := orden 04, donde no ha$ que invertir la fase de nin"uno de los drivers.

!n el caso de un filtro de orden impar, concretamente el @er orden tenemos este resultado.

http://www.pcpaudio.com/pcpfiles/doc_altavoces/filtros_pasivos/sumafiltros.pdf

http://www.pcpaudio.com/pcpfiles/doc_altavoces/filtros_pasivos/3eroden.pdf

http://www.pcpaudio.com/pcpfiles/doc_altavoces/filtros_pasivos/sumafiltros.pdf

http://www.pcpaudio.com/pcpfiles/doc_altavoces/filtros_pasivos/3eroden.pdf



Se trata de un filtro de @er orden Butter'orth. Se puedeobservar a primera vista que la suma de las respuestas esperfectamente plana. !n caso de invertir la fase del t'eetertambin es plana.

0a respuesta en fase se muestra a la derecha. 0os driversreproducen a O@= $ -@= a <;z, la frecuencia de corte.!sto quiere decir que ha$ un desfase de P= entre ellos... ovisto de otra manera, ->=. !s un artificio matemáticoperfectamente válido. a pesar de lo aparatosa que resulta la"ráfica, la respuesta en fase no está mal para ser un filtro de@er orden.

0a tentaci1n de invertir la fase del t'eeter puede serdemasiado "rande. 3 la derecha se ve lo que pasa en esecaso. 0a respuesta tiene un desfase de ->= a la frecuenciade corte, pero lue"o avanza hacia los ?= que tiene elt'eeter de desfase.

!n definitiva, no produce nin"+n beneficio sin que produzca otro perjuicio. 2omo viene siendohabitual, es cuesti1n de decidir qu caracter%stica nos conviene.

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GRO(P DELA) *retardo de +r$!o,

!l retardo de "rupo es la variaci1n del desfase (fi) frente a la frecuenciaan"ular (ome"a), que es proporcional a la frecuencia.

!s una ma"nitud que ha permanecido i"norada durante mucho tiempopero parece que ahora empieza por fin a despertar inters.

!s una medida de la respuesta temporal que produce un filtro. 2uanto más "rande, más tiempotarda en reaccionar, pero no es un problema de tiempo sino de uniformidad. /o podemos percibir

un retraso absoluto en la m+sica, es como pulsar el pla$ @ microse"undos antes o despus, perose puede distin"uir cuándo el platillo empieza a sonar en relaci1n con el bombo.

0os casos más dramáticos se producen en "raves, donde los desfases $ los retrasos temporalesson perceptibles por nuestro o%do. !n los casos de las cajas ac+sticas basadas en sistemasresonantes, como las bass-reflex $ las paso banda, es donde ma$or importancia tiene, cuando losretrasos empiezan a superar los ms, cosa que nuestro o%do percibe como un eco.





3 la derecha se observa el retardo de "rupo para los :1rdenes de filtro visto aqu%. Todos son de I Butter'orth. !sobvio que no s1lo aumenta el retraso, sino que aumentatambin su no uniformidad, que es el principio del problema.

+roup dela! frente al orden

3qu% se muestra la dependencia del retardo de "rupo con laI del filtro. Tras ver las dos "ráficas $a se puede deduciral"o. 2uanto ma$or es la atenuaci1n del filtro, ma$or es la nouniformidad $ peor la respuesta temporal.

0a I de Bessel es la mejor mientras que la de 2heb$chev esla peor. +roup dela! frente a *

!l resultado de todo lo expuesto anteriormente (fase,respuesta tempora, "roup dela$,... es el "ringing" , osobreoscilaci1n. !s una distosi1n añadida por el filtro a laonda ori"inal.

!l ejemplo más acertado es la onda cuadrada, que aunquemuchos opinan que no es un test válido, resulta ser la ondacon ma$or contenido en arm1nicos $ la más exi"ente para larespuesta temporal. 3 la derecha se observa una ondacuadrada con un periodo de ms.

'espuesta a la onda cuadrada

!n el detalle de la derecha se aprecia mejorC el filtro deTcheb$chev produce unos picos bastante "randes. 0e si"ueel de Butter'orth, al"o mejor. 0ue"o vienen Bessel $ 0-4 conuna respuesta bastante buena..

,etalle de la sobreoscilaci-n

!l circuito empleado para esta +ltima simulaci1n se muestra aqui. Son los filtros de = orden conuna entrada de onda cuadrada.

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DSE-O ) C&LC(LO

3 continuaci1n se ofrecen los circuitos del los filtros $ scripts para cálculos on-line de todos losfiltros $ redes +tiles para la construci1n 9Q7 de pantallas ac+sticas.

http://www.pcpaudio.com/pcpfiles/doc_altavoces/filtros_pasivos/square.pdf


http://www.pcpaudio.com/pcpfiles/doc_altavoces/filtros_pasivos/square.pdf




inicio

FLTRO DE / ORDEN0

0a pendiente de la recta es de AdbJoct. Son los más sencillos. 2onstan de un solo componente $producen menos errores de fase. 2omo problema, hacen que los altavoces ten"an que trabajar enun ran"o de frecuencias mu$ amplio, cosa que por ejemplo a los t'eeter no les viene nada bin.Lase la referencia a Fdesen"año con los filtros de er ordenF.

Filtro de paso alto 1º orden Filtro de paso bajo 1º orden

C&LC(LO DE (N FLTRO DE / ORDEN

Krecuencia ;erci

os

Qmpedancia del altavoz más a"udo 5hms

Qmpedancia del altavoz más "rave 5hms

Lalor del condensador 6icrofaradios Lalor de la bobina 6ilihenrios

inicio

FLTRO DE 1/ ORDEN 0a pendiente de la recta es de dbJoct. 2onstan de dos componente.por filtro. !l corte es másbrusco $ producen más errores de fase. 3 cambio, los altavoces puden trabajar en un ran"o másreducido. !n los t'eeter de una cierta calidad se recomienda que la pendiente m%nima del filtro seaesta, para que no les afecten frecuencias más bajas.

!ste es el tipo de filtro más usado, aunque $o personalmente le encuentro un "ran problema.2ausa "raves errores de fase, como suelen hace todos los filtros de orden par. !n el deButter'orth, los el desfase entre los dos altavoces es de ?=. !l de 0in<'itz-4ile$ no causa

? ?


http://www.pcpaudio.com/pcpfiles/doc_altavoces/psicoacustica/psicoacustica.html#psica_errorfase

http://www.pcpaudio.com/pcpfiles/doc_altavoces/filtros_pasivos/filtrospasivos.html#desengano





http://www.pcpaudio.com/pcpfiles/doc_altavoces/filtros_pasivos/filtrospasivos.html#desengano





errores de fase, pero la polaridad de uno de los altavoces debe estar invertida. !n el deButter'orth, tambin se recomienda. 9e esta manera, si el desfase es ?=, $ la fase en la quereproduce el altavoz es O-?, esto produce o @A=, es decir, que está en fase.

Se constru$en con un componente en serie (bobina o condensador) $ el componentecomplementario en paralelo con el altavoz.


C&LC(LO DE (N FLTRO DE 1/ ORDEN

Krecuencia ;erci

os



2ondensador 2 2ondensador 2 Bobina 0 Bobina 0

inicio

2/ ORDEN3B(TTER4ORT5.

0a pendiente asint1tica de la recta es de ?db oct.

0a atenuaci1n de las frecuencias es bastante brusca, en el punto de corte, las fecuencias están enfase $ los desplazamientos de fase se reparten por el ran"o de frecuencias, por lo que no son tanevidentes.

3 veces es necesario usar este tipo de filtros, por ejemplo si los altavoces están mu$ pr1ximos alfinal de su ran"o de frecuencias, pero en este caso es mejor que sean filtros activos. 0aacumulaci1n de componentes de"rada la señal.

? ?





0a otra excepci1n la constitu$en los t'eeter, donde s% puede ser interesante utilizar este orden defiltro, o ma$or, para evitar una excesiva excursi1n de la c+pula.



Krecuencia ;erci

os



2ondensador 2 uK 2ondensador 2 uK 2ondensador 2@ uK

Bobina 0 m; Bobina 0 m; Bobina 0@ m;

inicio

6/ ORDEN LN74T83RLE).

0a pendiente de la recta son : dBJoct.

2ada filtro consta de cuatro componentes, dos bobinas $ dos condensadores.

!xiste el := orden-butter'orth, pero tiene el problema de que a en la frecuencia de corte el desfasees de ?=.

!ste tipo de filtro realmente minimiza la interacci1n de los dos altavoces. !n la frecuencia de corte,los dos altavoces están en fase $ la respuesta es plana. 0os componentes en serie de"radan laseñal $ este tiene dos, por lo que tambin es recomendable que sea un filtro activo.

? ?





!n altavoces con diafra"mas r%"idos, cu$a operaci1n fuera del ran"o puede ser ca1tica, este tipode filtro puede ser la +nica opci1n. Si además se une a un t'eeter con c+pula metálica, donde pasalo mismo pero a frecuencias menores, entonces SQ es la +nica opci1n.

Filtro de paso alto .º orden Filtro de paso bajo .º orden


Krecuencia ;erci

os



2ondensador 2 2ondensador 2 2ondensador 2@ 2ondensador 2:

Bobina 0 Bobina 0 Bobina 0@ Bobina 0:

inicio

FLTRO NOTC5 !l altavoz tiende a moverse con "ran facilidad a la frecuencia de resonancia. !sto, como en losmotores elctricos en funcionamiento quiere decir que consume poca corriente, $ se traduce comouna "ran impedancia.

? ?

http://www.pcpaudio.com/pcpfiles/doc_altavoces/materiales/materiales.html#material_rigidos

http://www.pcpaudio.com/pcpfiles/doc_altavoces/materiales/materiales.html#material_cupulaDURA


http://www.pcpaudio.com/pcpfiles/doc_altavoces/materiales/materiales.html#material_rigidos

http://www.pcpaudio.com/pcpfiles/doc_altavoces/materiales/materiales.html#material_cupulaDURA




!n un altavoz, esto se produce s1lo a esa frecuencia $ susalrededores, $ crea picos de valores mu$ diversos se"+n el tipo dealtavoz. !n los 'oofer, los picos tiende a ser "randes $ estrechos, $en los t'eeter pasa lo contrario.

!l caso es que este pico de impedancia interacciona con el filtro $ esun problema serio, sobre todo en los diseños donde se trabaja cercade la frecuencia de resonancia del driver.

!l uso habitual de el filtro notch es corre"ir este pico de impedancia, $dejarla plana, para que el filtro pueda funcionar correctamente.

Tambin un notch sirve para ecualizar picos en la respuesta.(resonancias del diafra"ma, etc...). Se hace con una resistencia enserie con toda la red 402 $ driver. Su comportamiento es como el dela red atenuadora 0.pad, pero sta, a diferencia de 4 de la 0-pad, esselectiva a la frecuencia.

Filtro notch /corrector deimpedancia0

&na soluci1n al pico de impedancia, empleada especialmente en t'eeters es el ferroflu%do. !s unaceite con part%culas ma"nticas en suspensi1n que elimina prácticamente los picos deimpedancia.

C&LC(LO DE (N FLTRO NOTC5

Fs ;ercios 'e 5hms *es *ms

4 5hmios 2 microfaradios 0 milihenrios

inicio

REDES DE ATEN(AC9N L3PAD

/ormalmente la eficiencia de un t'eeter es ma$or que la de un 'oofer. !sto quiere decir querecibiendo la misma potencia 46S, el t'eeter producirá más sonido que el 'oofer, $ la respuestaen frecuencia no será plana.

? ? ?





!xiste una manera sencilla de evitar esto. ;a$ que evitar que el t'eeter aproveche toda lapotencia, es necesario que parte de esta potencia se pierda. !sto se consi"ue añadiendo unaresistencia suficientemente "rande. !l problema es que los filtros están preparados para trabajarcon una determinada impedancia, $ si esta var%a, el comportamiento no será el mismo.

6ediante resistencias en serie $ paralelo se puede conse"uir que laimpedancia vista por el filtro sea la misma, $ que parte de la potencia sepierda en las resistencias, con lo cual el filtro funciona bien $ se obtieneuna respuesta más plana.

#&(,

C&LC(LO DE (NA RED L3PAD

Qmpedancia nominal 5hm 3tenuaci1n dB 4 5hm 4 5hm

#otencia del altavoz 8 #otencia m%nima de 4 8 #otencia m%nima de 4 8

2alcular las resistencias para potencia

inicio

REDES 8OBEL.

0os altavoces tienen inductancia porque tienen una bobina, que cuando le pasa corriente es la que

se encar"a de reacccionar contra el campo ma"ntico del imán, lo que pone en movimiento eldiafra"ma.

!l problema es que los filtros necesitan una impedancia constante para funcionar correctamente. Sila impedancia no es plana, aparecen picos en la respuesta (cambia la I), e incluso se puede lle"ar a reducir un orden la respuesta del filtro.

?

m%nima





3ñadir una red Hobel no aumenta la pendiente de ca%da. 0a deja comotiene que ser, sin que la inductancia del altavoz interact+e con el filtro.!s cierto que añadir la red Hobel al de "raves le aumenta la ca%da,porque la inductancia impide filtrar bien a la bobina, $ con red puestala impedancia es plana, no ha$ inductancia. 7 no aumenta el orden, lo

que pasa es que sin la red, el orden disminu$e.

'ed obel

QzquierdaC circuito simulado0 $ 0@ son las inductanciasde las bobinas de voz de los'oofers. !l altavoz ideal notiene inductancia.

9erechaC4espuesta delcircuito simulado con Spice.

!n el "ráfica de la derecha se observan los efectos de la red Hobel en un filtro de @er orden a <;z,en un altavoz de ?5hm $ una inductancia de ,?m;, caso que puede tratarse perfectamente de unaltavoz de A. u ?F en confi"uraci1n dos v%as. 0a respuesta del circuito ideal se ha desplazadoli"eramente hacia abajo en ambos casos porque la "ráfica era completamente coincidente con ladel circuito con red Hobel. 0as conclusiones son obvias.

C&LC(LO DE (NA RED 8OBEL

Qmpedancia nominal 5hm Qnductancia nominal (0e) m;

2apacidad del condensador uK 4esistencia 5hm

inicio

SOBRE LA FASE0DESENGA-O CON LOS FLTROS DEER ORDEN.

?

?

http://www.pcpaudio.com/pcpfiles/doc_altavoces/filtros_pasivos/circuito_zobelbig.gif

http://www.pcpaudio.com/pcpfiles/doc_altavoces/filtros_pasivos/resultados_zobelbig.gif


http://www.pcpaudio.com/pcpfiles/doc_altavoces/filtros_pasivos/circuito_zobelbig.gif

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0os altavoces reproducen con su propia fase. 0as "ráficas de impedancia de un t'eeter, Ks $ losparámetros I sirven para saber c1mo será la respuesta en "raves de un altavoz. !sto inclu$e lost'eeter.

3 ambos lados de Ks se definen dos polos, que se

comportan como un filtro. Si el t'eeter tiene Ks a;z, en un t'eeter normal se puede pensar quelos polos estn a P;z $ a ;z. Si cortas con uncondensador el t'eeter a ;z, al"o normal (eldoble de Ks), lo que se está haciendomatemáticamente es poner un polo a esa frecuencia.

9e a bajará a AdBJoct, de a P condBJoct $ de P;z para abajo, con ?dBJ oct,porque cada polo añade una ca%da de AdB, $ undesfase de >=. 3 ;z ha ca%do :dB, casi nada, $si"ue siendo audible su comportamiento, $ a P;z haca%do > dB, más de lo debido, aunque $a no es tan

audible. !l caso es que la banda entre $ esde todo menos un filtro de er orden. 2rea errores defase de @= $ no de >= a ;z.

'espuesta del filtro ideal ! lo uetenemos en realidad

Si se hubiese usado un filtro de @er orden a @;z, a;z su respuesta habr%a ca%do ?-dB $ todoser%a matemáticamente correcto. a ;z, con unaatenuaci1n de dB ( más que con el de er orden),se desv%a s1lo dB $ P= de la respuesta ideal.

#ero sobre todo, al"o mu$ importanteC tal $ como es larespuesta usual de la m+sica, a esas frecuencias bajadesde los medios hasta los a"udos con una pendienteaproximada de dBJoct. &n filtro de er orden nolimita el movimiento del t'eeter, de hecho vaaumentando (porque la m+sica es as%) hasta que lle"aa los polos de al lado de Ks.

'espuesta del filtro de 3er orden a 3$4%5real e ideal

2on un filtro de = orden el movimiento se hace más omenos constante, $ con uno de @= se reduce el

movimiento del diafra"ma, que es lo que realmenteprote"e al t'eeter.

5tro tema importante es que un filtro de er orden esmás simple, es más fácil de atacar por el amplificador$ es menos intrusivo con la m+sica, por que cadacomponente aporta su Fdestrucci1nF particular alsonido. 3 bajo volumen son mejores los filtros suaves,aunque no recomiendo menos de = orden para v%as,pero para "ran volumen sonoro, los filtros duros son

n)lisis de frecuencias de una pie%amusical



necesarios $ mejores.

#ara ver los circuitos empleados en la simulaci1n, pulse aqui $ verá el circuito empleado paramodelar el t'eeter ima"inario. #ulse aqui $ verá c1mo está implementado el filtro de @er orden.

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CONSTR(CC9N DE (N FLTRO.

Par:metros o"v#os ; !redec#"les.

;a$ varias maneras de diseñar e implementar un filtro. 9es"raciadamente, diseño eimplementaci1n no pueden ir por separado, es decir, no vale con diseñar un filtro con el ordenador,

construirlo $ conenctarlo al altavoz. ;a$ parámetros que no son obvios en los altavoces, como laimpedancia, que es dependiente de la frecuencia, $ no s1lo por la bobina de voz, sino por factoresmecánicos. &no de estos es la frecuencia de resonancia del altavoz, donde se pueden encontrarvalores de HR 5hm en altavoces de : 5hm nominales. 5tros son el la fase en la que reproduceel altavoz, que añade un poco más de complejidad al modelo, pero si"ue siendo más o menospredecible.

#or otro lado están los efectos no predecibles, en especial la capacidad del altavoz para reproducirparte de la banda que le corresponde sin crear distorsi1n o coloraci1n.!sto s1lo se puedecomporbar experimentalmente, $ aplicar un diseño del filtro Fa medidaF del altavoz.

0as restricciones de potencia son obvias. Si se pretencde usar los altavoces a "ran volumen, lafrecuencia de corte del t'eeter no debe ser mu$ baja, $ la pendiente del filtro debe ser comom%nimo dBJoct en todo caso. 3unque no se rompa, no sonará bien. ;a$ otras restriccionesderivadas que no son tan ovias. #or ejemplo, la resistencia 92 de una bobina. Su potenciadetermina la cantidad de cobre de su secci1n, pero ste área es inversamente proporcional a su4dc, que interact+a de manera mu$ notable con los f iltros.

0as frecuencias de corte de los filtros deben estar alejadas como m%nimo dos octavas de lafrecuencia de resonancia de cada altavoz si no se usa un notch.

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Com!rar el f#ltro <ec<o.

Si crees que puedes comprarlo hecho $ sonará bin, ... bueno... ha$ casos en los que puede pasar,pero normalmente s1lo será cuando ten"as todos los componentes de la misma marca, ($ a vecesni eso).

http://www.pcpaudio.com/pcpfiles/doc_altavoces/filtros_pasivos/tweeter.pdf

http://www.pcpaudio.com/pcpfiles/doc_altavoces/filtros_pasivos/tweeter2.pdf



http://www.pcpaudio.com/pcpfiles/doc_altavoces/filtros_pasivos/tweeter.pdf

http://www.pcpaudio.com/pcpfiles/doc_altavoces/filtros_pasivos/tweeter2.pdf





0as casas desarrollan filtros pensando en sus propios altavoces,por lo que $a ha$ una restricci1n importante.

#or otra parte está que las casas hacen no tiene por qu ser lomejor del mundo, ni el caso 1ptimo. !xisten muchos casos deresultados poco satisfactorios con el <it completo de una marca..

Filtro comercial 3 "6as

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Pr$e"as ; l=+#ca

#iensa seriamente c1mo hacer el filtro. !sta es la parte más dura de construir un altavoz. #uedeser que ni siquiera exista un filtro que ha"a que dos altavoces funcionen juntos. !sto, dentro de lo

que es obvio, por ejemplo que no se pude hacer un dos v%as con un ?F $ un t'eeter F, esrealmente raro, s1lo pasa con altavoces de mu$ buena calidad $ dif%ciles de domar, como los dediafra"ma r%"ido, $ en "eneral cuando la tonalidad es mu$ diferente. /o te des por vencido. !l filtroes el +ltimo paso.

2onviene tener al"o que muestre la respuesta en frecuencia, como un bun micr1fono, una"rabaci1n de ruido rosa $ un analizador de fecuencias para el ordenador.(o aut1nomo).

!l resultado final es tan simple como que te tiene que "ustar a ti. 2onviene tener la referenciaauditiva de al"+n altavoz bueno o 6&7 bueno, porque despus de horas de escucha, se pierde lanoci1n de lo que está bien o mal. 0o que es se"uro es que te acabas acostumbrando a c1mosuena tu altavoz, a no ser que halla al"o concreto que falle de manera evidente.

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m!lementac#=n.

!s mu$ recomendable utilizar componentes de buena calidad.

4ecomiendo especialmente usar resistencias de film metálicopara la atenuaci1n del t'eeter. Si no, antes que usar resistenciasbobinadas es mejor que uses resistencias buenas de carb1n.

Sobre las bobinas, a no ser que sea imprescindible, norecomiendo usar bobinas con n+cleo de ferrita, sino de aire. (elcomportamiento de la ferrita no es del todo lineal frente a lacorriente $ se satura, con una marcada histresis). 0a opci1n deln+cleo de hierro es más interesante. Se usa para valores mu$altos de inductancia, $ no tiene buen comportamiento a altafrecuencia, pero para los filtros a frecuencias de menos de @;zes la opci1n obli"ada. &na bobina con n+cleo de aire de esosvalores ser%a escandalosamente "rande, $ la relaci1n

Bobina de aire







calidadJprecio no ser%a buena. Condensador electrol6tico

5tra cosa sobre las bobinas. !n cualquier tipo de filtro, sea comosea, no se deben poner bobinas en el mismo plano /&/23, loscampos ma"nticos se acoplan $ puede pasar cualquier cosa.

0as bobinas deben colocarse perpendiculares, con án"ulos de>=. !sto reduce bastante la inducci1n entre ellas. Condensadores 78(

/o uses condensadores electrol%ticos baratos, especialmente en a"udos. Ler los consejos sobrecondensadores.

PCB

0os filtros se pueden montar sobre #2B, aunque $o /5 lo

recomiendo. 0as pistas tienen mu$ poco "rosor $ ofrecen másresistencia que los cables, además de que se de"radan $ seoxidan si no están prote"idas con ceras o barnices. !n el caso deque se oxiden, el 1xido de"rada la conducci1n del cobre mu$rápido, por ser tan finas las pistas.

!n caso de hacerlo en #2B, las pistas deben ser lo más "randesposible. #iensa que pueden pasar varios amperios por ellas, $ quese pueden quemar. 0as tablas que se ofrecen para losdiseñadores de #2Bs, con el ancho de pista en relaci1n con losamperios son mu$ bonitas, pero completamente insuficientes paraesta utilidad. (CB est)ndar para filtros

6i recomendaci1n es el cableado. 2onsiste en fijar los componentes sobre una tabla in%fu"a $soldar los terminales con cable. 3qu% el cable puede ser cualquiera

!vita usar conectores, por lo menos en la versi1n definitiva. Se oxidan $ por ellos pueden pasarvarios amperios, $ siento ser pesado, pero es una cantidad 6&7 respetable. Siempre es mejor unasoldadura.

http://www.pcpaudio.com/pcpfiles/doc_altavoces/consejos/consejos.html#consejos_condensadores






9plicaci-n de moonwal$er

Hola Víctor, bueno primero que nada te digo que la red de zobel no

es el inductor de salida a parlantes, la red zobel es la resistenciaen serie con el condensador colocado entre salida out amplifcado ytierra. El conjunto Bobina-Resistencia en paralelo y en serie aparlantes es un fltro R muy !til para minimizar el realce de lasaltas "recuencias. a bobina amortigua cualquier amplifcaci#ne$cesi%a de la alta "recuencia por medio de su reactancia inducti%a,la resistencia en paralelo a ella lo que &ace es compensar entonceso disminuir el e$cesi%o amortiguamiento ejercido por la bobina&acia las altas "recuencias. 'ara amplifcadores de clase (B, comolos que t! y yo estamos armando, no debería ser un punto crítico laimplementaci#n de la bobina. 'ara mi concepto no &ay un patr#nestricto y crítico para realizar una bobina seg!n el amplifcador quedeseamos realizar. o !nico que si debes tener en cuenta es que)E*+ ( 'E/0( 1E (2'030/(1R, )0 1EBER0() //(RE4/(0BRE (1E/+(1. +na ayuda muy efcaz es tomar los datos delas bobinas construidas en los amplifcadores de marca originales,"íjate 'ea%ey en su amplifcador de 5667 85 transistores por rama9modelo p%:;66 usa un inductor con calibre :5 con :< %ueltas y undi=metro de n!cleo de aire de : cm. la mayoria de amplifcadoresque rondan en estos %atiajes, ese es el inductor apro$imado. 'aralos amplifcadores zener de baja potencia 8;6679 que &e realizado&e puesto bobinas de :> %ueltas : cm de n!cleo de aire y calibre

:?... )iempre las bobinas rondan entre :; y :? %ueltas con calibreentre :; 8para amplifcadores de alta potencia9 &asta calibre :? 8debaja potencia9 así que no deberías complicarte con eso brot&er. oque &ace las bobinas es que como te e$plique arriba es amortiguarla e$cesi%a amplifcaci#n de las altas "recuencias. @ la gran mayoriason de muy bajos &enrios 8micro &enrios entre ;micro &enrios a ?micro &enrios9 así que no te compliques en este punto. Enamplifcadores tipo clase 1, la bobina de salida si constituye ungran4 calculo y por ende es critica sus medidas y su construcci#n.

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Redes Zobel y Filtros de 1,2,y Tercer Orden Sof de Calculo