Crossover Activo vs Pasivo; se sabe que los filtros activos son mejores como filtros en TODO.

En artículos pasados abordamos el problema de aplicarle un filtro pasivo pasa-altas a un medio-bajo de 6.5” modelo OS-6 de la marca mexicana SUONO tipo Open Show. Planeábamos complementar tal medio-bajo con un subwoofer y por ello necesitábamos retirarle las bajas frecuencias, por aquello de “jamás reproducir las mismas frecuencias con altavoces diferentes”, además de drásticamente incrementar su manejo de potencia al quitarle la responsabilidad de reproducir frecuencias muy bajas, frecuencias que incrementan notablemente su excursión. Platicábamos que cuando se emplean filtros pasivos, éstos deben estar cuando menos a una octava de distancia de la frecuencia de resonancia del conjunto altavoz-montaje (frecuencia de resonancia dentro del recinto en el que se encuentre, no la frecuencia al aire libre), con el fin de evitar el descontrol que produce en un crossover pasivo el cambio brusco de impedancias en resonancia.

Ya que este medio dentro de la caja sellada de prueba presentaba una frecuencia de resonancia Fc de 118 Hertz, se escogió una frecuencia de corte para nuestros filtros de 283 Hertz, es decir, a 2.39 veces la frecuencia de resonancia. Primero intentamos resolver el problema con un filtro pasivo de primer orden, un capacitor en serie con el positivo del altavoz, usando tanto la impedancia nominal del mismo como la impedancia medida a la frecuencia de corte. En ambos casos los resultados distaron mucho de parecerse a lo que nos dice la teoría; principalmente la frecuencia de corte no estaba donde la queríamos y la alineación o respuesta en frecuencia final presentaba ondulaciones, lo cual afecta de manera negativa la respuesta transitoria del sistema. Después de tales resultados con los filtros de primer orden, en el siguiente artículo intentamos ahora con filtros pasivos pasa-altas de segundo orden, los cuales, al contar con dos elementos, nos permiten mayor manipulación de la señal. Probamos con los valores según fórmulas usando la impedancia nominal y la impedancia real a la frecuencia de corte, y curiosamente los resultados usando la impedancia nominal se comportaron mejor, al menos en este caso específico, aun cuando ninguno de los dos se acercó a la frecuencia de corte planteada. Finalmente diseñamos un filtro de segundo orden a prueba y error, cambiando los valores hasta encontrar el mejor desempeño, y fue este filtro el que mejor se comportó, al menos en cuanto a su alineación, ya que también quedó lejos de cortar donde pretendíamos hacerlo.

Para el artículo de hoy brincamos a un crossover electrónico o crossover activo, de hecho el filtro integrado en un amplificador de la marca mexicana SUONO modelo 300F.2. Se trata de un filtro electrónico pasa-altas de tercer orden, 18 decibeles por octava de atenuación, el cual se puede graduar de manera continua entre 40 y 3,000 Hertz. Jugando con la perilla para seleccionar la frecuencia, la giramos hasta lograr lo que a vista nos pareció la frecuencia de corte previamente seleccionada de 283 Hertz, justo donde está la línea punteada de la Gráfica 1 a continuación.

La línea en rojo es la respuesta del medio-bajo sin filtro mientras la línea en verde es la respuesta ya con este filtro pasa-altas activo de tercer oden.

Lo primero que vemos es que la frecuencia de corte, por primera vez en este experimento, sí es exactamente la que queríamos obtener. Adicionalmente la pendiente de atenuación también se comporta como el tercer orden que debía de ser y finalmente, no menos importante, la alineación o respuesta en frecuencia del filtro parece de libro de texto, es decir, suave, sin cambios de dirección y siguiendo el comportamiento ideal al menos durante poco más de 30 decibeles de atenuación. En una palabra, este filtro funciona ¡exactamente como se supone debía comportarse! Nótese por favor que la curva mostrada no es la salida eléctrica del amplificador sino la respuesta misma del altavoz, tomada con la técnica de micrófono cercano, tal como se describió en el primero de estos artículos. Nótese también en la gráfica 2 a continuación cómo es posible recorrer todas las posibilidades de frecuencia de corte, manteniendo el mismo comportamiento, la misma alineación uniforme, y no menos importante, obsérvese cómo sería posible cortar a nuestro medio a una frecuencia mucho más baja, por ejemplo a 100 Hertz, sin reparo en la frecuencia donde se encuentra la resonancia del altavoz. Al ser el filtro activo y operar antes de la amplificación, no tiene nada que ver con la impedancia del altavoz.

Pues así es como funcionan los filtros activos, suelen hacer justo lo que se supone deben hacer. Se sabe que los filtros activos son mejores como filtros en TODO, con respecto a los pasivos, excepto en el costo. Pero no tan rápido… El problema específico a resolver en estos artículos fue una situación muy adversa para un filtro pasivo, de hecho seleccionada a propósito por un servidor para hacerlos ver mal. Resulta que los filtros pasivos tienen muchas dificultades al tratar de ser operados cerca de la frecuencia de resonancia de un woofer, además de que a frecuencias tan bajas los valores suelen crecer mucho, entre otras complicaciones. No es coincidencia que los sistemas de audio que utilizamos, prácticamente en todos los casos, trabajen activo el corte con el subwoofer. Quizá no te habías detenido a pensarlo pero así es como se ha venido haciendo desde hace ya muchos años, justamente por las complicaciones a las que nos enfrentamos en estos artículos. Pero de la misma forma, los otros cortes del sistema suelen hacerse pasivos, ya que, curiosamente, al comportarse los filtros activos de forma tan ideal, tan de “libro de texto”, no nos permiten un sinnúmero de posibilidades fuera de la alineación estándar, que en este otro rango de frecuencias y sin las complicaciones de una puntiaguda frecuencia de resonancia cercana, nos son tan provechosas. En otros artículos trataré de demostrarles cómo en otros rangos de frecuencias, los crossovers pasivos pueden ofrecernos mejores alternativas que los activos. Hasta entonces.

Artículo obra del Ing. Juan Castillo Ortiz, publicado en la Revista AudioCar #416

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