"Crossover" simples para sinal de audio

ChicoCybergoth · 24 de dezembro de 2022

Saudações colegas!

Estou precisando separar frequências de audio para um projeto.

Teria que separar os graves para um lado, médios e agudos para outro, isso tudo em nível de sinal de audio, depois seriam amplificados separadamente e ligados nos falantes correspondentes.

Eu nem sei se o termo "crossover" é o certo pra isso, pesquisei bastante e só aparecem aqueles divisores de frequência para colocar dentro da caixa de som, depois do som amplificado.

O sistema vai trabalhar com pouquíssima energia disponível, então, quanto mais simples e mais econômico melhor, cada mA conta.

Vocês conseguem me ajudar de alguma forma? Sabem de algum circuito ou de como pesquisar por isso? (pode ser que eu não esteja sabendo pesquisar corretamente).

Muito obrigado!

Bom final de ano para todos!

Carlos Russo · 24 de dezembro de 2022

Ajudaria saber mais sobre o projeto.
Mas pelo que você descreve, parece estar falando de filtros RC.
São filtros compostos por, basicamente, um resistor e um capacitor que atenuam frequências específicas.

Veja se é disso que precisa:
https://pt.wikipedia.org/wiki/Filtro_passa-altas
https://pt.wikipedia.org/wiki/Filtro_passa-baixo
https://pt.wikipedia.org/wiki/Filtro_passa-faixa

Renato.88 · 24 de dezembro de 2022

11 horas atrás, ChicoCybergoth disse:

O sistema vai trabalhar com pouquíssima energia disponível, então, quanto mais simples e mais econômico melhor, cada mA conta.

Nesse caso seria melhor trabalhar com filtros ativos.

Não são tão simples, mas são mais eficientes e trazem uma qualidade melhor no som.

Os circuitos utilizados em equalizadores de som podem ser bem aproveitados no seu projeto.

ChicoCybergoth · 24 de dezembro de 2022

@Carlos Russo Então amigo, pode me dizer o que mais seria interessante saber do projeto que eu te passo, mas é basicamente isso, preciso pegar um sinal de audio separar graves para um lado, médios e agudos para outro.

Conheço os filtros RC, não entendo a fundo mas tenho impressão que um filtro passa baixa irá permitir a passagem dos graves mas irá "torrar" o restante das frequências (jogando para o terra), mas preciso dessas frequências, não posso torrar elas... se é que é assim.

@Renato.88 então amigo, filtros ativos vão consumir energia, a briga por energia é bem grande nesse projeto, mas dependendo de quanto talvez dê, você teria algum circuito para sugerir?

Qualidade de som não é bem o foco do projeto, mas claro que está muito em pauta, acho que energia seria o primeiro lugar, depois a qualidade.

Tentei colocar um divisor desse passivo dentro da caixa (desse que citei) mas perdi 3dB, daí desisti.

Obrigado!

aphawk · 24 de dezembro de 2022

@ChicoCybergoth ,

Tem de ter um elemento ativo justamente para compensar as perdas dos circuitos RC.

Pode ser feito com um CI ou com um transistor, e irá consumir alguns miliamperes …. O importante é saber qual a tensão de alimentação disponível.

Paulo

rmlazzari58 · 24 de dezembro de 2022

Tem uma calculadora online, da Digikey aqui (clique), em que você escolhendo o resistor e o capacitor ela responde a frequência a partir da qual o filtro tirará 3dB.

Por exemplo, para o filtro que bloqueia as frequências mais altas (o chamado "low pass filter" ou filtro de passa-baixas), se o resistor for de 100Ω e o capacitor, de 100uF, tudo que for acima de 15,92Hz fica bloqueado.

No cabeçalho, em "filter type", ao lado de "low pass filter" há uma opção para "high pass filter", filtros que fazem o contrário: só deixam passar frequência acima de um tanto, que você pode escolher chutando os valores para capacitor e resistor.

Quem sabe usando resistores mais baixos ou mais altos - o que implica em capacitores maiores ou menores - você consegue minimizar as perdas em corrente? Só precisa verificar se uma R muito baixa ou muito alta não causaria instabilidade... E seria minimizar as perdas, hein? Não eliminar totalmente ou compensar com um amp qualquer perda.

Para o passa-baixas, no chutômetro, quanto menor a R menos perdas. E para o passa-altas, quanto maior a R, menores as perdas. Mas isso é chute, hein? Quem sabe os mestres possam nos ajudar?

Mas aí seria colocar esses dois filtros em paralelo com o sinal.

Tem um artigo do prof. Newton C. Braga que fala de filtros. Porém ele usa indutores em lugar de resistores. Talvez a perda da corrente seja menor ainda. Nesse caso a dificuldade seria enrolar o indutor adequado ao capacitor para determinadas frequências, o que, lendo o artigo, tenho a impressão de que não é um bicho de 7 cabeças...

Olha o artigo aí:

https://www.newtoncbraga.com.br/index.php/matematica-na-eletronica/10912-como-calcular-e-montar-filtros-divisores-de-frequência-m283

Marcos vinicius Ferreira · 25 de dezembro de 2022

1 hora atrás, rmlazzari58 disse:

Tem uma calculadora online, da Digikey aqui (clique), em que você escolhendo o resistor e o capacitor ela responde a frequência a partir da qual o filtro tirará 3dB.

Por exemplo, para o filtro que bloqueia as frequências mais altas (o chamado "low pass filter" ou filtro de passa-baixas), se o resistor for de 100Ω e o capacitor, de 100uF, tudo que for acima de 15,92Hz fica bloqueado.

No cabeçalho, em "filter type", ao lado de "low pass filter" há uma opção para "high pass filter", filtros que fazem o contrário: só deixam passar frequência acima de um tanto, que você pode escolher chutando os valores para capacitor e resistor.

Quem sabe usando resistores mais baixos ou mais altos - o que implica em capacitores maiores ou menores - você consegue minimizar as perdas em corrente? Só precisa verificar se uma R muito baixa ou muito alta não causaria instabilidade... E seria minimizar as perdas, hein? Não eliminar totalmente ou compensar com um amp qualquer perda.

Para o passa-baixas, no chutômetro, quanto menor a R menos perdas. E para o passa-altas, quanto maior a R, menores as perdas. Mas isso é chute, hein? Quem sabe os mestres possam nos ajudar?

Mas aí seria colocar esses dois filtros em paralelo com o sinal.

/cdn-cgi/mirage/6f2830e24cf13a3d242193f7d5f2cc597f18b624fdf7709c7e759d3aeb6e3ddd/1280/https://i.imgur.com/6h28XOD.jpg

Tem um artigo do prof. Newton C. Braga que fala de filtros. Porém ele usa indutores em lugar de resistores. Talvez a perda da corrente seja menor ainda. Nesse caso a dificuldade seria enrolar o indutor adequado ao capacitor para determinadas frequências, o que, lendo o artigo, tenho a impressão de que não é um bicho de 7 cabeças...

Olha o artigo aí:

https://www.newtoncbraga.com.br/index.php/matematica-na-eletronica/10912-como-calcular-e-montar-filtros-divisores-de-frequência-m283

Esse circuito pode ser utilizado em qualquer amplificador de audio?

Andreas Karl · 25 de dezembro de 2022

12 horas atrás, ChicoCybergoth disse:

mas tenho impressão que um filtro passa baixa irá permitir a passagem dos graves mas irá "torrar" o restante das frequências (jogando para o terra), mas preciso dessas frequências, não posso torrar elas... se é que é assim.

Por isso que você vai precisar de elementos ativos. Aqui está um exemplo de um crossover que vai separar as frequências em aproximadamente 310 hertz, abaixo para a saída LP Out e acima para a saída HP Out.

Fonte: https://sound-au.com/project08.htm

Estes filtros tem um corte muito bom, 18 dB por oitava. Filtros com corte de 12 dB ou 6 dB por oitava são mais simples mas na verdade vão ter menos resistores e capacitores. O CI amplificador operacional duplo, o 5532 mostrado no circuito é excelente mas segundo o datasheet pode ter um consumo meio elevado para a sua aplicação podendo ultrapassar os 8 mA. Eu pesquisei o datasheet de 2 outros operacionais duplos que usei bastante, o 4558 e o TL 072 e este último aparentemente é o que consome menos, aproximadamente 2 a 3 mA por amplificador operacional. Os filtros propriamente ditos são feitos pelo U2A e o U2B, os operacionais U3A e U3B são chamados de "buffers" e servem principalmente para eliminar a alteração de impedância causada pelos controles de "level" e tem grande chance de poderem ser eliminados, depende do que você vai ligar na saida dos filtros. O operacional da entrada, o "U1A" obviamente não precisa ser duplo, pode ser usado o TL071 que é a versão "não dupla" do TL072. Este estágio tambem é um "buffer", tem o que chamamos de "ganho unitário", ele serve apenas para garantir que o sinal na entrada dos filtros tenha uma impedância relativamente baixa. Ele tem menos chance de poder ser eliminado do que os 2 "buffers" de saída mas, dependendo do que vai enviar o sinal para o circuito até pode ser.

Claro que este circuito precisa de fonte simétrica, pelo datasheet o TL 071 e 72 funciona a partir de + 3 e -3 volts mas acredito que pode ser adaptado para fonte simples usando um sistema chamado de "terra virtual" funcionando com uma fonte de pelo menos 6 volts, isso pelo datasheet, na prática pode ser que funcione com menos. Mas pra isso precisamos saber mais sobre a sua "misteriosa" fonte de alimentação, quantos volts ela fornece e porque esse limite tão crítico de consumo de corrente. Se ela for alimentar também os amplificadores de graves e de médios/agudos da caixa alguns miliamperes são insignificantes. Fazendo um calculo grosseiro, um alto falante de 8 ohms consumindo apenas 1 watt puxaria NO MÌNIMO 315 mA !

MOR_AL · 25 de dezembro de 2022

Acho que dá para fazer com um CI. O LM324 (4 amplificadores operacionais por chip) e tudo com apenas uma tensão de alimentação.

Quanto aos filtros, há um problema.

Quanto maior for a ordem dele (mais atenua as frequências indesejadas), a precisão vai indo embora. Isso acontece com os filtros Chebyshev e outros.

Eu usaria, no máximo, filtros de segunda ordem.

Um Passa-baixas para os graves.

Um passa-faixa, para os médios.

Um passa-alta, para os agudos.

Cada um deles usa um amplificador operacional.

Eu usaria o quarto operacional para baixar a impedância de sua fonte de áudio. Neste mesmo quarto operacional eu colocaria um divisor de tensão, para manter o sinal de áudio, na saída de cada filtro, dentro da região linear dos operacionais.

Os seus três amplificadores costumam ter um capacitor de entrada, que retirará o nível cc da saída dos filtros.

O livro "Handbook of Operational Amplifier Circuit Design", autor David F. Stout tem os detalhes do projeto de cada filtro, passo-a-passo, com exemplo, tipo "receita de bolo".

MOR_AL

.if · 25 de dezembro de 2022

Eu (eu) já pouparia tempo e stresses adquirindo um equalizador de som.

Tem no m.l. por valor acessível

Qualidade do som: não está em pauta, imprevisível e indiscutível

rmlazzari58 · 26 de dezembro de 2022

Em 24/12/2022 às 21:09, Marcos vinicius Ferreira disse:

Esse circuito pode ser utilizado em qualquer amplificador de audio?

Pode. Só precisa ver se o sinal, depois de filtrado, vai chegar forte o suficiente no amplificador... só testando, mesmo.

Uma curiosidade: para cada canal você vai usar dois amplificadores, um para os graves e outro para os de médio para cima, seria isso? Porque você quer separar as frequências antes de amplificá-las?

aphawk · 26 de dezembro de 2022

Em 24/12/2022 às 19:57, rmlazzari58 disse:

Por exemplo, para o filtro que bloqueia as frequências mais altas (o chamado "low pass filter" ou filtro de passa-baixas), se o resistor for de 100Ω e o capacitor, de 100uF, tudo que for acima de 15,92Hz fica bloqueado.

No cabeçalho, em "filter type", ao lado de "low pass filter" há uma opção para "high pass filter", filtros que fazem o contrário: só deixam passar frequência acima de um tanto, que você pode escolher chutando os valores para capacitor e resistor.

Vocês estão esquecendo de uma coisa : nesses filtros simples sem elementos ativos, a impedância da carga ligada na saída do filtro TEM de ser levada em conta, pois ela pode alterar completamente a resposta do filtro.

Você pode usar as fórmulas dessas calculadoras, desde que a impedância total apresentada pelo filtro nas frequências de interesse seja no mínimo 10x menor do que a da carga em sua saída, ou terá surpresas ....

Paulo

rmlazzari58 · 26 de dezembro de 2022

4 horas atrás, aphawk disse:

Você pode usar as fórmulas dessas calculadoras, desde que a impedância total apresentada pelo filtro nas frequências de interesse seja no mínimo 10x menor do que a da carga em sua saída, ou terá surpresas

Um chute: abaixo e até 339Hz é grave, acima disso é médio ou agudo.

Não sei calcular a impedância desse circuito, Paulão...

E com esses valores de RC, fica uma depressão entre os graves e os médio-agudos. Se quiser uma justaposição perfeita ou você puxa o low pass mais para frente ou empurra o high pass para trás um pouquinho.

E tem aqui (clique) um outro site (japonês, de onde mais?) mais preciso e que, além de calcular alguns outros parâmetros dos filtros, também traz uma calculadora utilíssima um pouco abaixo: em vez de você ter que ficar chutando valores para RC até chegar na frequência desejada, você informa frequência desejada e capacitor e ele te informa resistor.

Além disso essa calculadora desenha um gráfico da curva de atenuação. Mão na roda...