Crossover

Por: Serginho e Billa, da Stop Car Audio Design

Um crossover é um circuito que filtra sinais baseado na freqüência. Tipos de crossover são: passa alta (high pass), que é um filtro que permite que freqüências acima de um certo ponto passem sem serem filtradas, passa baixa (low pass) – que é justamente o oposto, as baixas freqüências passam, mas as altas são atenuadas e um terceiro, o do tipo passa faixa (band pass), que é o que permite a passagem de uma certa gama de freqüências, atenuando aquelas acima ou abaixo daquela faixa.
Existem crossovers passivos, que são coleções de componentes puramente passivos (sem alimentação), sendo que a maioria deles são compostos por capacitores, indutores (bobinas) e algumas vezes resistores. Existem também os crossovers ativos, que são circuitos com alimentação. Crossovers passivos são tipicamente colocados entre o amplificador e os alto-falantes, enquanto crossovers ativos são tipicamente colocados entre a unidade principal e o amplificador.
Existem muitas razões para a utilização de crossovers. Uma delas é para filtrar graves profundos de pequenos alto-falantes (tweeters), evitando-se assim a queima dos mesmos. Outro uso é para separar o sinal em um sistema com múltiplos alto-falantes, pois daí o woofer vai receber somente o grave, o driver recebe as freqüências médias e o tweeter recebe os agudos, como falamos na edição anterior, sobre a busca do equilíbrio.

Crossover passivo: como calcular 
Um filtro de primeira ordem do tipo passa-alta é simplesmente um capacitor colocado em série com o alto-falante; já um filtro de primeira ordem do tipo passa-baixa é simplesmente um indutor (bobina) em série com o alto-falante. Estas regras podem ser invertidas sob certas circunstâncias. Entretanto, um indutor ou capacitor não deve ser o primeiro elemento em um circuito. Por exemplo, usando somente um capacitor em paralelo com o alto-falante irá fazer com que o amplificador enxergue um curto circuito após a freqüência de corte. Portanto, um elemento em série deve ser sempre o primeiro elemento de um filtro.
Quando tais combinações são utilizadas, a ordem cresce: um capacitor em série seguido por uma bobina em paralelo é um filtro de segunda ordem do tipo passa-alta. Uma bobina em série com um capacitor em paralelo é um filtro de segunda ordem do tipo passa-baixa.
Para o cálculo correto dos valores dos capacitores e das bobinas que devem ser utilizadas, você precisa saber a impedância Z do circuito em ohms (normalmente a impedância em ohms do alto-falante) e o ponto de corte do filtro em Hertz (F). A capacitância necessária em Farads será:

Por exemplo, se o ponto de corte do filtro desejado é de 200Hz, para um alto falante com impedância de 4 ohms, você precisará de um capacitor com o seguinte valor para um filtro de primeira ordem do tipo passa-alta.

Uma outra coisa a considerar quando estamos projetando filtros passivos é o fato de que a maioria dos filtros é projetada tendo base na impedância nominal dos alto-falantes. Este valor não é uma constante, pois este valor varia de acordo com a freqüência. Entretanto, o filtro não trabalhará tão bem quanto foi projetado. Para corrigir esse problema, um circuito do tipo Zobel (também conhecido como rede de estabilização de impedância) deve ser usado. Isto consiste de um capacitor e um resistor em série com o alto-falante.
Para o cálculo dos valores deste Capacitor e Resistor, temos o seguinte:
R1 = Resitor a ser calculado (rede de estabilização de impedância)
Re = Resistência ohmica do alto-falante – medido com um multímetro

Mas, atenção! Devemos usar capacitores sempre despolarizados, pois a tensão que chega ao alto-falante é alternada (AC), expresso em volts (V). Outro detalhe que devemos também prestar atenção é a voltagem do capacitor, para que ele suporte a potência aplicada sobre ele, não vindo a aquecer nem explodir. Por isso, aconselhamos sempre o uso de capacitores acima de 100 v.

C1 = Capacitor a ser calculado (rede de estabilização de impedância)
Lces = A indutância elétrica equivalente do Cms (Compliância mecânica do alto-falante) em Henries (dado que pode ser obtido com o fabricante)

Por exemplo, no caso de um alto-falante Orion XTR10, a bobina do alto-alante tem uma Re = 3,67 ohms e uma Lces = 0,78mH = 0,00078 H. Portanto temos: