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 Introdução ao desenho de um crossover sem medições nem cálculos complexos

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José Miguel
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MensagemAssunto: Introdução ao desenho de um crossover sem medições nem cálculos complexos   Introdução ao desenho de um crossover sem medições nem cálculos complexos EmptyTer Dez 07 2021, 17:39

Fazer umas colunas é talvez a parte complexa de um projeto de áudio e o crossover, uma peça essencial nas colunas, a mais difícil de desenhar.

Há muito material na Internet sobre construção de crossovers dos mais simples aos mais complexos, série, paralelo, etc., mas a grande maioria em inglês e alguns num inglês mais difícil, mais técnico.

Também há muitas ferramentas para ajudar a calcular, a grande maioria em Excel que acabam por se tornar complexas por pretenderem cobrir muitas opções. E em Inglês.

Ainda me lembro do tempo em que eu pretendia falar ‘bem’ inglês (para alguém que tinha feito algumas viagens de trabalho na Europa), e depois ficava frustrado por não perceber realmente um texto um pouco mais técnico. O Google ajudava, mas muitas vezes perdia-se o contexto.

A ideia de criar um tópico, em português, que permita ao DIYer que está a fazer um par de colunas pela primeira vez, ou simplificar a vida a outros mais experientes, começou depois de re-ler um outro tópico (já antigo, mas sempre atualizado) no forum DiyAudio e que sempre achei extremamente fácil de entender e até motivador.

O tópico está aqui: https://www.diyaudio.com/forums/multi-way/189847-introduction-designing-crossovers-measurement.html.

Com autorização do autor para traduzir e publicar em português neste fórum aqui vai como base a este tópico (thank you AllenB).

Glossário:
Alguns termos mais técnicos que vou manter em Inglês, por falta de terminologia adequada em Português e outros termos técnicos em português
Tweeter: Altifalante de agudos
Woofer: Altifalante de graves
Baffle: Plano onde está montado o altifalante, usualmente o painel da frente da coluna.
Difração: Fenômeno físico que acontece quando uma onda encontra um obstáculo (https://pt.wikipedia.org/wiki/Difração).
Impedância: Resistência de um altifalante à passagem da corrente elétrica. (https://pt.wikipedia.org/wiki/Impedância_elétrica).
Full-range: Altifalante que pode reproduzir a faixa áudio completa, geralmente usado em colunas só com um altifalante.
dB: Unidade utilizada na medida de intensidade do som (Um décimo de Bel).
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MensagemAssunto: Introdução ao desenho de crossovers sem medição e cálculos complexos   Introdução ao desenho de um crossover sem medições nem cálculos complexos EmptyTer Dez 07 2021, 17:41

Este tutorial foi projetado para ajudar a construir e ajustar um crossover decente, quer seja a primeira vez que faz um crossover, ou já tenha construído colunas antes e esteja à procura de um método de desenho que dependa da audição e não requeira medições.

O crossover que vamos construir aqui é simples, mas eficaz. Com ele, obtém-se uma qualidade de som muito maior do que seria possível usando sites online de cálculo básicos, e há explicação e detalhe suficiente para permitir que se avance para o próximo nível.
A matemática foi mantida leve.

Para ilustração, irei assumir um tweeter de cúpula e um woofer de tamanho médio, mas com um pouco de bom senso, este tutorial pode-se aplicar a mais do que apenas sistemas bidirecionais usando altifalantes típicos.

INDICE
Preparação
Post 2 – Escolher a frequência do crossover - Parte 1
Post 3 – Escolher a frequência do crossover- Parte 2
Post 4 – Direcionalidade
Post 5 – Selecionar o nível de som
Post 6 – Difração na frente da coluna (baffle step diffraction) (https://pt.wikipedia.org/wiki/Difração)
Post 7 – O processo de desenho - por que é necessário seguir etapas

Desenho
Post 8 – Achatar a impedância do woofer
Post 9 – Achatar a impedância do tweeter
Post 10 – O ponto de crossover do woofer
Post 11 – O ponto de crossover do tweeter

Ajustes
Post 12 – Fase e difração
Post 13 – Ajustes no woofer
Post 14 – Ajustes no tweeter
Post 15 – Ajustes no sistema completo
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MensagemAssunto: Escolher a frequência do crossover - Parte 1   Introdução ao desenho de um crossover sem medições nem cálculos complexos EmptyTer Dez 07 2021, 17:43

Em primeiro lugar, é preciso escolher uma frequência de crossover que selecione o melhor desempenho de cada altifalante. Se escolhermos uma frequência muito alta, corremos o risco de ter um som ruim no woofer e uma correspondência ruim com o tweeter. Se escolhermos uma frequência muito baixa, corremos o risco de ter distorção e problemas de dissipação de energia com o tweeter.

Obter as especificações dos altifalantes
Um detalhe importante é reunir as especificações técnicas de cada um dos altifalantes. Provavelmente encontrará no site do fabricante. (se não, continue lendo, mas haverá mais informações sobre o que fazer no final desta parte.)

Uma folha de especificações técnicas deve mostrar um monte de números relacionados a coisas como: qual é a potência máxima que o altifalante pode suportar, o tamanho do cone e qual a distância que ele viaja, quanto alto ele toca em comparação com outros altifalantes, etc...

A folha de especificações também deve mostrar um gráfico com algumas linhas traçadas. Uma linha mostrará como o altifalante produz som, mostrando o quanto alto o altifalante tocará em cada frequência. O outro mostrará como o altifalante se comporta eletricamente, traçando como ele resiste à eletricidade em cada frequência.

Woofers - escolher onde cruzar
Se olhar o gráfico de resposta de frequência do woofer que vamos usar como exemplo. mostrado abaixo, verá que o woofer tem um pico na resposta aos 4kHz (4.000 Hertz) antes de subir acima de 7kHz. Em outras palavras, ele tocará muito alto nessas frequências. Estes picos não são incomuns num woofer, mas nem sempre será óbvio ao olhar para alguns gráficos

Estes picos mostram a região de ruptura do cone, e são o resultado da flexão do cone ao trabalhar nessas frequências. Os woofers normalmente não soam bem nestas frequências e é melhor cruzá-los abaixo destes pontos, o que vai limitar o sinal enviado para o woofer nessas frequências.

Uma regra prática é deixar pelo menos uma oitava (ou duas) entre o ponto de cruzamento e a quebra do cone. Uma 'oitava' significa dobrar ou reduzir pela metade a frequência, portanto, no caso do woofer mostrado abaixo, nosso ponto de crossover deve ser provavelmente igual ou inferior a 2kHz.
Introdução ao desenho de um crossover sem medições nem cálculos complexos 2a10
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MensagemAssunto: Escolher a frequência do crossover- Parte 2   Introdução ao desenho de um crossover sem medições nem cálculos complexos EmptyTer Dez 07 2021, 17:47

Tweeters
A folha de especificações do tweeter, abaixo, tem uma especificação chamada "fs".
Introdução ao desenho de um crossover sem medições nem cálculos complexos 3a10

Esta é a frequência de ressonância do tweeter (550 Hz neste caso) e não se deve cruzar tão abaixo.
Introdução ao desenho de um crossover sem medições nem cálculos complexos 3b10

0 gráfico de resposta na imagem acima mostra que o tweeter não pode produzir um som útil tão baixo em frequência, embora a cúpula ou cone ainda se mova livremente se insistirmos e
se não se tiver cuidado pode-se danificar o tweeter, para além de causar distorção.

A regra aqui é cruzar o tweeter uma oitava acima e, de preferência, duas oitavas acima da frequência de ressonância. Em nosso caso, isso significa que nosso ponto de crossover deve ser superior a 1.100 Hz e, se possível, a 2.200 Hz.

Escolher a melhor frequência de cruzamento para este exemplo
Com o máximo de frequência do woofer de 2kHz e o mínimo do tweeter de 1100Hz, o ponto de crossover (frequência de cruzamento) deve estar nalgum ponto nesta faixa. Eu tenderia para 2kHz. Desta forma, quando o volume é aumentado, o tweeter não deve ser a primeira coisa a ser forçado (como provavelmente aconteceria se escolhêssemos 1100 Hz para a frequência de crossover). Às vezes, um woofer terá uma ruptura de cone particularmente ruim e um tweeter pode ser conhecido por lidar com uma frequência de crossover baixa, portanto, pode haver a opção de diminuir o ponto de cruzamento conforme necessário.

Se não consegue obter as especificações
Então o ponto de crossover será baseado principalmente em tentativa e erro (a menos que se possa medir os altifalantes ou ter dicas de outra pessoa). Primeiro, precisará de um ponto de partida. Se a impedância nominal não estiver escrita no altifalante, pode estimar isso medindo a resistência com um multímetro (nos terminais do altifalante) e multiplicando por 1,25 e arredondando para o número inteiro mais próximo.

Ao escolher um ponto de crossover, a maioria dos tweeters trabalharão alegremente a partir de 5kHz e alguns até a partir de 2kHz ou menos. Deve escolher uma frequência alta de crossover para começar, pois isso reduzirá o risco de danos. Depois de se aperceber, ouvindo, das capacidades dos altifalantes, pode-se diminuir a frequência de crossover, pois isso impedirá os woofers de trabalhar em seus extremos superiores, onde podem não soar tão bem. Geralmente, woofers mais pequenos podem ser cruzados em frequências mais altas.
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MensagemAssunto: Direcionalidade   Introdução ao desenho de um crossover sem medições nem cálculos complexos EmptyTer Dez 07 2021, 17:49

NOTA – Se é a primeira vez que constrói um crossover vez pode querer saltar para a próxima seção. Isto está aqui apenas para fazer uma observação sobre a seleção do altifalante e é um pouco técnico, para além de servir de conhecimento geral.

Em frequências mais altas, um woofer produzirá menos som fora do seu eixo. O som à frente do woofer (no eixo) pode medir bem e plano, nas frequências que queremos que ele produza, e isso pode parecer ser tudo o que importa.
Introdução ao desenho de um crossover sem medições nem cálculos complexos 4a10

A imagem acima mostra um gráfico para um altifalante full-range de 4" mostrando a resposta no eixo (preto), 30 graus fora do eixo (verde) e 60 graus fora do eixo (vermelho), mostrando que o altifalante está se tornando direcional em torno de 2 kHz. O total do som (de todos os ângulos) reverbera pela sala e volta à posição de audição. O som no eixo é o mais importante, mas o som total também é um problema.

Um tweeter de cúpula irradia sobre um ângulo mais aberto próximo ao ponto de crossover, pois o diâmetro da cúpula é menor. Se, neste caso, o ponto de crossover fosse definido acima de alguns kHz e apenas baseado na resposta de frequência no eixo, haveria menos som total do woofer logo abaixo do crossover. Isso poderia contribuir para problemas tonais e fazer com que o tweeter se destacasse em vez de se misturar.
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MensagemAssunto: Selecionar o nível de som   Introdução ao desenho de um crossover sem medições nem cálculos complexos EmptyTer Dez 07 2021, 17:51

O nível em que o altifalante vai tocar em comparação com a quantidade de energia que se atribui a ele é chamado de Sensibilidade. Este é normalmente o quão alto o altifalante será se o alimentarmos com um Watt, depois de aparafusá-lo em um grande baffle plano e posicionar o microfone a um metro de distância.

Como precisamos configurar o tweeter para ter o mesmo volume do woofer, primeiro precisamos descobrir o quão alto o woofer será. Nosso tweeter precisa ser pelo menos tão alto quanto o woofer, porque, nos ajustes, estaremos sempre ajustando o nível do tweeter, não do woofer.
Introdução ao desenho de um crossover sem medições nem cálculos complexos 5a10

Descobrir o nível do woofer
Olhando as especificações do woofer acima, vemos que a sensibilidade está indicada como 87,5 dB / W / m. Olhando para o gráfico do woofer abaixo, vê-se que grande parte da resposta está nesse nível, exceto para a região de quebra do cone.
Introdução ao desenho de um crossover sem medições nem cálculos complexos 5b10

Este será o nível do sistema neste exemplo. Se optar por fazer alguma compensação do baffle (próximo post), isso diminuirá ainda mais o nível.

Configurando o nível do tweeter
Mais tarde, usaremos resistências para tornar o tweeter mais silencioso até que corresponda ao nível do woofer. Deve-se anotar a sensibilidade do tweeter que vem na folha de especificações, bem como o nível de sistema escolhido (em dB).
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MensagemAssunto: Difração na frente da coluna (baffle step diffraction)   Introdução ao desenho de um crossover sem medições nem cálculos complexos EmptyTer Dez 07 2021, 17:54

Nota – Se é a primeira vez que constrói um crossover pode querer saltar esta seção, pois é um pouco técnica e não é uma parte essencial do crossover básico. Este assunto é abordado, mais tarde, na seção de ajustes do sistema e pode ser facilmente trabalhado posteriormente.

Qual é o problema?
Quando um altifalante está emitindo som, ele está irradiando em todas as direções igualmente, como se fosse uma esfera, no espaço, que está crescendo em tamanho. Como o baffle onde o altifalante está montado é, em si, um obstáculo, o som não se pode expandir de forma semelhante a uma esfera crescente. Metade da esfera, na frente do altifalante, está se expandindo normalmente, mas a outra metade encontra o baffle e reflete a partir dele. O que realmente acontece é que o som que deveria estar indo para trás, é refletido no baffle e vai para frente. Essas ondas vão se fundir com as ondas primárias que normalmente se expandem para frente, aumentando o som em cerca de +6 db.
Introdução ao desenho de um crossover sem medições nem cálculos complexos Difrac10

Se montassemos um altifalante no meio de uma parede sólida, nenhum som seria capaz de ir á volta ou para trás do altifalante porque a parede o impediria, mas se o montarmos num baffle estreito, parte do som irá à volta das laterais, passando pelas esquinas da caixa (daí se chamar ‘step’, degrau) e sairá para outras direções . As frequências mais altas ficarão na frente e as mais baixas, porque têm um comprimento de onda maior que as mais altas, não se refletem no baffle e vão envolver a caixa. Se tivéssemos que medir a resposta no eixo, poderia parecer que as baixas frequências foram atenuadas. Podem eventualmente estar mais baixas até 6dB.
Introdução ao desenho de um crossover sem medições nem cálculos complexos 6a10

A reação mais comum a este problema é ajustar o crossover para reduzir a resposta superior do woofer em 6dB para corresponder às frequências mais baixas, conforme mostrado na imagem. O problema com essa abordagem é que, embora as frequências mais baixas pareçam ter desaparecido, elas não desapareceram, elas ainda estão na sala. Se tentarmos ajustar a resposta no eixo, podemos estar a criar um novo problema de equilíbrio geral.
Ainda assim, a compensação do baffle é uma ferramenta útil, que pode ser até necessária com alguns altifalantes.

É possível fazer uma compensação parcial e sugiro experimentar este tipo de compensação em pequenos passos.

O que fazer
Se decidir fazer qualquer compensação do baffle, irá reduzir apenas as frequências mais altas do woofer. A seguir, é preciso diminuir o tweeter na mesma proporção.

Existem três formas de compensar:
Em primeiro lugar, se usar um baffle estreito, o ‘step’ acontecerá numa frequência mais alta, mais perto do crossover. Pode simplesmente definir o crossover do woofer para uma frequência mais baixa (aumentar o indutor), o que pode compensar a resposta crescente.

Em segundo lugar, pode usar componentes extras no crossover, como será discutido mais tarde

E em terceiro lugar, apenas deixar por enquanto e ajustar mais tarde, após os testes de audição.
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MensagemAssunto: O processo de desenho - por que é necessário seguir etapas   Introdução ao desenho de um crossover sem medições nem cálculos complexos EmptyTer Dez 07 2021, 17:57

Nota - Se estiver procurando por uma abordagem tipo 'livro de receitas', sinta-se à vontade para saltar esta seção. Este é um post de discussão e é um pouco técnico, mas recomendado. Ele cobre as interações entre o crossover e o altifalante e como abordar o processo de design. Vou ignorar a compensação do baffle aqui, pois ela pode ser tratada separadamente. Por outro lado como nem sempre é necessária, complicaria desnecessariamente as seções a seguir.
Introdução ao desenho de um crossover sem medições nem cálculos complexos 7a10

A imagem acima mostra as curvas de resposta do woofer e tweeter, com a curva final desejada (Target). Agora, deve fica claro que o woofer e o tweeter precisam ser tratados de forma diferente. Algo que não será obtido seguindo as fórmulas padrão.

Para atingir essa resposta desejada, deve fazer com que as respostas individuais se pareçam com o segundo gráfico mostrado abaixo (em torno da região de cruzamento).
Introdução ao desenho de um crossover sem medições nem cálculos complexos 7b10

Para este crossover sem medição, vou usar um filtro elétrico de primeira ordem no woofer e um filtro elétrico de segunda ordem no tweeter. Embora eles não sejam iguais, o que é importante é que os altifalantes cruzem bem acusticamente e esta combinação normalmente funciona bem.
Deste modo tem a vantagem de ser um crossover bastante direto, ao mesmo tempo que oferece uma faixa razoável de controle sobre as respostas e proteção suficiente para o tweeter. Mesmo para um crossover de estilo 'medido', este formato é um resultado final comum. Eu o encorajo a pensar 'fora da caixa' assim que entender como o conceito funciona.
Por enquanto, sem medição, é prudente começar com algo assim simples.

Impedância
Este é o obstáculo final a cruzar antes de começarmos a projetar o crossover propriamente dito.
Primeiro, no entanto, uma breve explicação sobre impedância. Para nossos propósitos, a impedância é igual à resistência, exceto que se aplica à corrente alternada, como sinais de áudio. A impedância pode ser uma combinação mista de resistência simples, indutância e capacitância. A diferença é que as resistências se comportam da mesma forma em todas as frequências, mas indutores e condensadores têm um efeito variável que mostra maior influência em frequências mais altas ou mais baixas.

Um crossover é elétrico e, quando colocado num altifalante, o gráfico de impedância mostra como o altifalante será 'visto' pelo crossover. Um exemplo de gráfico de impedância é mostrado abaixo e é bastante típico.
Introdução ao desenho de um crossover sem medições nem cálculos complexos 7c10

O problema aqui é que o crossover terá um efeito variável conforme a impedância do altifalante varia, ou seja: a impedância apresentará uma carga mais leve ou mais pesada para o crossover dependendo da frequência, o que pode perturbar o equilíbrio.

Como lidar com o problema de impedância
Sem medições, não somos tão livres para projetar um crossover que funcione diretamente em torno desse problema, mas isso não será um obstáculo, pois podemos abordá-lo de outra maneira. Vamos primeiro corrigir as impedâncias, o que nos deixa livres para aplicar com sucesso mais elementos padrão.
Corrigir a impedância significa achatar os gráficos de impedância perto da região de crossover, o que faz com que os altifalantes "pareçam" mais com resistências, que são previsíveis e consistentes.
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MensagemAssunto: Achatar da impedância do woofer   Introdução ao desenho de um crossover sem medições nem cálculos complexos EmptyTer Dez 07 2021, 17:59

Introdução ao desenho de um crossover sem medições nem cálculos complexos 8a10

Precisaremos usar uma resistência e um condensador. A imagem acima mostra o gráfico de impedância antes (cinzento) e depois (amarelo). A impedância agora é a mesma em todas as frequências em torno do ponto do crossover proposto. Esta imagem mostra o diagrama esquemático até agora.
Introdução ao desenho de um crossover sem medições nem cálculos complexos 8b10

Trabalhando os valores
Olhando para as especificações do woofer verá uma especificação chamada 'Re' ou 'Rdc'.
Introdução ao desenho de um crossover sem medições nem cálculos complexos 8c10

Ao calcular o valor da resistência neste circuito, multiplica-se esse valor (Re) por 1,25.
Para o nosso exemplo, isso é 5,5 x 1,25. O resultado é 6,875 Ohms, o que não é um valor standard para uma resistência. O valor standard mais próximo é 6,8 Ohms que serve muito bem.

Para o condensador, procure uma especificação chamada "Le", que no nosso exemplo é 0,4mH (ou seja, 0,4 miliHenry, que convertido para Henry dá 0,0004).
Pegue seu valor de Le e divida-o por R ao quadrado. Por exemplo, a nossa resistência é de 6,8 ohms e 6,8 ao quadrado é 46, então 0,0004 dividido por 46 dá 0,0000087 Farads e que convertido para uF nos dá o valor para o condensador de 8,7uF, que é próximo o suficiente do valor standard de 8,2uF que iremos usar.
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MensagemAssunto: Achatar da impedância do tweeter   Introdução ao desenho de um crossover sem medições nem cálculos complexos EmptyTer Dez 07 2021, 18:01

Vamos agora escolher um valor para usar mais tarde como impedância do tweeter, bem como escolher uma resistência para adicionar ao circuito do tweeter.

Adicionar a resistência
O tweeter tem um pico de impedância no seu ponto de ressonância, nos 550Hz, como a curva a branco, mostrada na imagem.
Introdução ao desenho de um crossover sem medições nem cálculos complexos 9a10

Se não achatarmos a curva, pode fazer com que o tweeter toque mais alto em torno da ressonância, pois o crossover será menos previsível.

A maneira mais simples de achatar a curva é colocar uma resistência em paralelo com o tweeter. Toda a curva de impedância será reduzida, mas os picos serão reduzidos em maior quantidade. Quanto menor o valor da resistência, mais eficaz ela será, mas não vá muito baixo porque pode diminuir a impedância total demais e alguns amplificadores não gostam. (Não será assim tão mau se planeia adicionar alguma resistência em série posteriormente, como será mostrado mais tarde.)

A imagem acima mostra o efeito (de cima para baixo) de nenhuma resistência (branco), uma resistência de 20 ohms (verde) e uma resistência de 10 ohms (azul). Isso será uma questão de tentativa e erro para o seu tweeter. O circuito até agora é:
Introdução ao desenho de um crossover sem medições nem cálculos complexos 9b10

Se estiver interessado em ir mais longe ou tiver um tweeter difícil, é boa ideia pesquisar os filtros de pico de ressonância. Um deles pode remover até o pico completamente.

A nova impedância
Precisamos saber qual é a impedância agora, a fim de calcular os valores a serem usados posteriormente no crossover. Estimar o valor de impedância 'típico' próximo à frequência de crossover será bom o suficiente para nossos propósitos e não é muito difícil.

Este tweeter de exemplo é um tweeter de 6 ohms. Olhando para a curva (branco) no gráfico acima (que é a curva publicada da folha de especificações), a impedância vai para cerca de 6 ohms a 2kHz, onde nosso crossover estará. Para um tweeter de 8 ohms, podemos presumir que serão 8 ohms neste ponto (não é tão crítico, contanto que não façamos nada incomum ou presumamos muito).

Como as suas linhas verde e azul no gráfico acima não são, obviamente, fornecidos nas folhas de especificações, precisamos calcular o efeito da resistência que colocamos em paralelo com o tweeter, e é assim que se deve fazer.
Comece com a impedância nominal do tweeter (neste exemplo é de 6 ohms). Multiplique esse valor pela resistência que colocou em paralelo e, em seguida, divida pela quantidade que obtém ao adicionar os dois. Por exemplo, um tweeter de 6 ohms e uma resistência em paralelo de 10 ohms…. (6 x 10) / (6 + 10). Isso é igual a 3,75 ohms.
Tome nota deste valor.
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MensagemAssunto: O ponto de crossover do woofer   Introdução ao desenho de um crossover sem medições nem cálculos complexos EmptyTer Dez 07 2021, 18:02

Aqui precisamos de um indutor. Este é uma bobina de fio que tem a propriedade de impedir o fluxo de energia de alta frequência enquanto deixa passar as frequências baixas. O crossover básico final do woofer é mostrado na imagem abaixo (mais na seção de ajustes).
Introdução ao desenho de um crossover sem medições nem cálculos complexos 10a10

Escolhendo o valor do indutor
Como achatamos a impedância, podemos usar a fórmula padrão para encontrar o valor inicial da indutância.
Primeiro use a impedância nominal do altifalante e divida por 6,3 vezes a frequência de crossover. Por exemplo, 8 ohms dividido por (6,3 x 2000 Hz). Em outras palavras, 8/12600 que é igual a 0,000635H (Henrys) Este valor também é descrito como 0,635mH e o valor de indutor facilmente disponível mais próximo é 0,68mH, o que é um bom valor inicial.
Introdução ao desenho de um crossover sem medições nem cálculos complexos 10b10

A imagem acima mostra a resposta de frequência do woofer com e sem o crossover. Ainda não chegamos lá, mas num post posterior que fala sobre ajustes irei discutir como alterar os valores de cada um dos três componentes de crossover do woofer nos dá um controle mais preciso sobre a sua resposta.
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MensagemAssunto: Achatar da impedância do tweeter   Introdução ao desenho de um crossover sem medições nem cálculos complexos EmptyTer Dez 07 2021, 18:04

Há três componentes que precisamos adicionar ao tweeter. Um condensador e um indutor evitarão que a energia de baixa frequência abaixo do crossover sobrecarregue o tweeter e moldará a resposta perto do crossover. Uma resistência será usada para definir o nível geral dos agudos. O esquema completo do tweeter é este:
Introdução ao desenho de um crossover sem medições nem cálculos complexos 11a10

O condensador
Com o valor da impedância que anotou dois posts atrás (para nosso exemplo era 3,75), multiplique por 12,6 e em seguida, multiplique o resultado pela frequência de crossover. Por exemplo, 3,75 x 12,6 x 2000 é igual a 94500.

Agora, se sua calculadora tem uma função inverter, use-a neste número, ou simplesmente faça 1 dividido pela sua resposta. ou seja: 1/94500 é 10,6uF, o que é próximo o suficiente de 10uF.

O indutor
Divida o valor da impedância pelo resultado obtido ao multiplicar a frequência de crossover por 3,15

No nosso exemplo, 3,75 / (2000 x 3,15) que é igual a 0,000595H ou 0,595mH. O valor standard mais próximo do indutor é 0,56mH.

A resistência
Se subtrair o valor de sensibilidade do woofer do valor de sensibilidade do tweeter, terá um ponto de partida para quanto diminuir o nível do tweeter. Abaixe alguns dB a mais para uma boa medida, se desejar (há várias razões para querer fazer isso).

Para escolher o valor da resistência a ser usada, observe o seguinte.
Para atenuar o tweeter em 1dB, pegue no valor da impedância do tweeter que estamos a usar aqui e multiplique-o por 0,12 para obter o valor da resistência.
Para 2dB, multiplique por 0,25,
Para 3dB por 0,4,
Para 4dB por 0,6,
Para 5dB por 0,8 e, finalmente,
Para 6dB de atenuação, use uma resistência que seja igual ao valor da impedância.

Provavelmente vai voltar a ajustar isto mais tarde. É um componente que é ajustado muito frequentemente.

Polaridade
Um último ponto é a polaridade do tweeter. Experimente inverter as ligações e ouvir em cada sentido. Haverá mais sobre o porquê no próximo post.

Finalmente
A resposta completa é mostrada abaixo. É um bom ponto de partida e será ajustado mais tarde.
Introdução ao desenho de um crossover sem medições nem cálculos complexos 11b10
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MensagemAssunto: Fase e difração   Introdução ao desenho de um crossover sem medições nem cálculos complexos EmptyTer Dez 07 2021, 18:05

Nota - Esta seção é ligeiramente técnica e pode ser ignorada se desejado.

Fase
Um cone de altifalante move-se para frente e para trás em ciclos. Cada ciclo é considerado em termos de análise como uma rotação. A fase é um indicador de um ponto nessa rotação e é medida em graus. É importante considerar a fase porque onde há dois altifalantes compartilhando a região de crossover, eles precisam trabalhar juntos. Se um estiver se movendo para fora quando o outro estiver se movendo para dentro, eles se cancelarão até certo ponto e o som direto não será equilibrado em torno da região de crossover.

Eu coloquei esta seção antes das seções de ajustes para criar consciência, já que cada mudança no crossover que fizer afetará a fase até certo ponto e, para simplificar, isso pode causar resultados inesperados na resposta de frequência. Por enquanto, basta ter consciência desse fato.

No que diz respeito à polaridade do tweeter, que é simplesmente a ordem em que os fios positivo e negativo são ligados, ambas as formas devem ser experimentadas em cada coluna projetada desta forma. Como só pode ser de duas maneiras, é um tipo simples de ajuste, mas precisamos descobrir qual é a melhor.

É um ajuste experimental que pode fazer se parece haver um problema em combinar o tweeter com o woofer. De acordo com nossa abordagem de tentativa e erro, pode valer a pena alterar um dos componentes principais, o indutor do woofer ou o condensador do tweeter e, em seguida, alterar o crossover da outra coluna para corresponder. Por exemplo, aumentar um pouco o condensador do tweeter e depois aumentar o indutor do woofer em uma quantidade semelhante empurrará o crossover para baixo, mas não deve necessariamente alterar o equilíbrio. O ponto aqui é que a diferença de fase entre os altifalantes pode ter mudado, o que pode ter alterado o quanto bem eles se combinam.

Difração
Para nossos propósitos, difração é quando o som encontra uma mudança de direção. Por exemplo, se o som estiver viajando lateralmente pela frente da coluna e atingir a borda, expande-se para alcançar os lados. Isso produz, a partir da esquina, uma nova onda (normalmente indesejada), que está fora de fase e fora do tempo em relação ao som original.

Às vezes, há confusão entre isto e a difração do baffle (baffle step diffraction), embora sejam quase o mesmo fenômeno. O ‘step’ do baffle mostra um efeito específico e facilmente mensurável que chama sua atenção. A difração em geral tende a ser uma fonte de problemas menos facilmente identificável que deve ser tratada reduzindo ou tratando arestas vivas, quando possível.

A difração é a razão pela qual os altifalantes às vezes são montados embutidos (afundados no baffle) e por que a relação entre a altura e a largura do baffle e a localização do altifalante nele é tida em consideração. As esquinas da coluna também devem ser arredondadas.
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MensagemAssunto: Ajustes no woofer   Introdução ao desenho de um crossover sem medições nem cálculos complexos EmptyTer Dez 07 2021, 18:09

Existem três componentes no crossover do woofer. Entre eles, há muito espaço para ajustes. Uma vez que a resistência e o condensador estão a fazer um trabalho específico de corrigir a impedância, o indutor pode parecer ser o componente que deve ser ajustado primeiro, mas como veremos, não há regras rígidas e rápidas aqui.

Ajustando nosso sistema de exemplo
Introdução ao desenho de um crossover sem medições nem cálculos complexos 13a10

Embora não podendo ver o que está a acontecer se não medirmos, podemos, no entanto, ouvi-lo. A metade superior da imagem acima mostra o crossover inicial e o woofer tem um pequeno pico em torno de 1kHz que usarei para ilustrar o ponto. Decidi aumentar o valor do indutor (para 1mH) para diminuir a resposta dos woofers perto do crossover.

Ajustando o indutor
Aumentar o valor do indutor reduzirá a faixa média superior cortando o woofer numa frequência mais baixa:
Introdução ao desenho de um crossover sem medições nem cálculos complexos 13b10

Isso pode ajudar a domar alguns tipos de aspereza ou dar a impressão de mais graves. Isto é útil quando o woofer está muito alto na extremidade superior, então, se soar melhor, faça-o. Esteja ciente, entretanto, que o desejo de aumentar os graves às vezes é o resultado de cancelamentos baseados na sala, que têm pouco a ver com o crossover.

Seguir o outro caminho com o indutor pode dar ao baixo mais força, aumentando o nível de harmonicas do baixo. Por outro lado, se o seu tweeter não estiver combinando, pode ser porque o woofer não o está cruzando no crossover (não produzindo médios superiores suficientes, por exemplo), portanto, reduzir o valor do indutor pode ajudar.

Ajustando a resistência
Reduzir esta resistência deve aumentar a saída do woofer perto do crossover, sem alterar a frequência do crossover:
Introdução ao desenho de um crossover sem medições nem cálculos complexos 13c10

Isso faz com que o crossover do woofer se pareça mais com um filtro de segunda ordem. Na prática, ajustar a resistência dá efeitos semelhantes ao controle que obtém com pequenas mudanças no tamanho do indutor, mas haverá diferenças entre os dois em resposta e em fase. Com um tipo de crossover sem medida, deve tentar os dois, se necessário, pois um pode funcionar melhor do que o outro.

Ajustando o condensador
Também afeta a região logo abaixo do crossover e altera a frequência do crossover. Se descobriu que tinha muitos médios superiores, mas aumentar a indutância tornou o som muito monótono, vale a pena tentar aumentar o valor do condensador.

A diferença em achatar ou não a impedância
A imagem abaixo, em azul mostra a resposta do woofer ao usar o indutor antes de achatar a impedância. Verde mostra a resposta cruzada adequada e Cinza é a resposta original do woofer para referência. É óbvio que sem a resistência e o condensador, a resposta não segue a mesma tendência de queda. Ela falha em reduzir suficientemente a região de quebra do cone (acima de 3 kHz).
Introdução ao desenho de um crossover sem medições nem cálculos complexos 13d10

Filtros notch
A imagem abaixo mostra o efeito do uso de um filtro notch para reduzir ainda mais a região de separação. Embora eu deixe o desenho dos filtros notch para outra ocasião, pode-se ver que um deles é útil para reduzir a região de separação numa quantidade significativa. Geralmente é bom tentar fazer com que esta região reproduza 20dB a menos do que o resto do espectro. O traço verde é o cruzamento normal e o traço azul claro mostra o filtro notch no lugar. Ele foi feito usando um indutor de 0,4mH, um condensador de 2uF e uma resistência de 3,3 ohm.
Introdução ao desenho de um crossover sem medições nem cálculos complexos 13e10

Indo para a segunda ordem
A segunda ordem de filtro reduzirá a saída do woofer acima do ponto de crossover, onde apenas o tweeter deve ser ouvido. Se achar que isso é necessário, comece a reduzir o valor da resistência no crossover do woofer. É provável que isso produza um pico na resposta, conforme discutido acima, e isso pode ser compensado pelo aumento da indutância. Ter-se-á aproximado de um crossover de segunda ordem.
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MensagemAssunto: Ajustes no tweeter   Introdução ao desenho de um crossover sem medições nem cálculos complexos EmptyTer Dez 07 2021, 18:12

A resistência em série
Este é o método normal de definir o nível e é provavelmente a primeira coisa que tentará ao resolver problemas de agudos. As alterações no crossover do woofer também podem precisar de um ajuste aqui. Alterar esta resistência terá o efeito colateral de trazer algumas pequenas alterações no equilíbrio tonal do tweeter.
Introdução ao desenho de um crossover sem medições nem cálculos complexos 14a10

O condensador
Isso mudará o ponto de cruzamento do tweeter. Este é um ajuste que faz sentido se obtiver o resultado que precisa, mesmo se não fizer nada com o woofer. Condensadores maiores aumentarão a resposta na extremidade inferior do tweeter e também aumentarão o nível do tweeter logo acima do ponto de crossover
Introdução ao desenho de um crossover sem medições nem cálculos complexos 14b10

O indutor
Uma indutância maior também diminuirá o ponto de crossover, mas reduzirá o nível logo acima do crossover
Introdução ao desenho de um crossover sem medições nem cálculos complexos 14c10

Nem sempre está claro se se deve ajustar o condensador ou o indutor até que se experimenta.

A resistência em paralelo
Reduzir este valor normalmente reduzirá o nível do tweeter
Introdução ao desenho de um crossover sem medições nem cálculos complexos 14d10

Nalguns casos, haverá uma ênfase em torno da ressonância e da extremidade superior. E noutros casos produzirá um resultado melhor do que ajustar a outra resistência, apenas não se deve usar valores extremamente pequenos para esta resistência.
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MensagemAssunto: Ajustar o sistema   Introdução ao desenho de um crossover sem medições nem cálculos complexos EmptyTer Dez 07 2021, 18:13

Não se esqueça de tentar inverter a polaridade do tweeter para ver qual funciona melhor. Isso deve ser repetido após ajustes de crossover significativos.

Nível do tweeter
Um tweeter a tocar mais alto do que o esperado pode soar bem por um tempo, mas pode se tornar cansativo. Se achar que algumas gravações soam um pouco ásperas ou brilhantes e irritantes, comece reduzindo o nível do tweeter. Quando um tweeter se mistura, deve apenas ouvi-lo, e não especificamente. Isto é, o tweeter não deve se destacar.

Problemas gerais
Ao ouvir os problemas, tente identificar qual altifalante que está envolvido (se apenas um) e qual faixa de frequência está envolvida. Tente repetir o problema usando diferentes tipos de música. Será que é devido a alguma faixa de frequência estar muito alto ou é algum outro tipo de distorção? Problemas devido a alguma faixa de frequência estar muito baixa tendem a ser mais difíceis de identificar. Seja persistente, às vezes leva tempo para resolver problemas como este.

Baixo insuficiente
Os problemas de falta de graves são geralmente causados pela sala, não pelo altifalante. Se diminuiu os médios e os agudos com o crossover, mas seus graves ainda não são satisfatórios, pode tentar mover as colunas e/ou usar subwoofers na tentativa de aumentar a resposta de graves afetada pela sala. É uma crença comum que os subwoofers são uma solução inadequada para as colunas pequenas, mas os subwoofers tendem a ter uma relação especial com salas de audição domésticas e não são uma má ideia, mesmo se sobrepondo a colunas grandes.

Se busca mais força ou impacto nas linhas de baixo, encontrará isso na faixa média, mesmo na faixa média superior, que geralmente é uma questão de ajustar o indutor ou a resistência do woofer. Pode ser necessário corrigir o tweeter para corresponder.

Lidando com difração na frente da coluna (baffle step diffraction)
Isso pode ser resolvido simplesmente aumentando a indutância no circuito do woofer até que soe bem. Se isso diminuir muito a faixa média, pode diminuir o valor da resistência no circuito do woofer. Na maioria dos casos, deve haver controle suficiente no ajuste dos três componentes do woofer para corrigir esse problema, com algumas tentativas e erros.

Se está tentando aumentar um pouco os graves especificamente, por qualquer motivo, pode usar um circuito que normalmente é usado para consertar problemas de baffle. Coloque um segundo indutor em série com o que já está no circuito do woofer e, em seguida, coloque um resistência (em paralelo) com esse indutor para limitar seu efeito e evitar que ele corte muitos médios. O ponto de partida para o valor do indutor pode ser calculado multiplicando a largura do baffle, em centímetros, pela impedância nominal do woofer e dividindo o resultado por 102. Obtem-se um valor para o indutor em miliHenrys (mH). A resistência deve ser igual ou inferior à impedância nominal do woofer (ou seja, 8 ohms para um woofer de 8 ohms). Eu sugiro começar com 4 ohms. Continue a ouvir os problemas e tente corrigir o que parece ser necessário. Experimente o tamanho do indutor e ajuste o nível do tweeter depois, se necessário.

Um woofer que foi cruzado muito alto
Duas questões aqui. Além da quebra do cone que foi coberta, um woofer que está se tornando direcional pode soar ténue na faixa média superior, o que pode ser contornado reduzindo o valor da resistência no crossover do woofer e / ou reduzindo a capacitância do tweeter e / ou tentando valores diferentes para as resistências do tweeter.

Uma palavra sobre a qualidade dos componentes
Deve ter ouvido que componentes de qualidade podem fazer a diferença, e isso é verdade até certo ponto. Um crossover corretamente projetado usando peças standards soará melhor do que um crossover genérico usando as peças mais caras. Pode obter resultados muito bons usando componentes com preços moderados.
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MensagemAssunto: Conclusão   Introdução ao desenho de um crossover sem medições nem cálculos complexos EmptyTer Dez 07 2021, 18:14

E pronto. Espero que seja útil...

Divirtam-se.
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MensagemAssunto: Re: Introdução ao desenho de um crossover sem medições nem cálculos complexos   Introdução ao desenho de um crossover sem medições nem cálculos complexos EmptyTer Dez 07 2021, 18:47

Luís, está aqui um tópico e tanto, parabéns pelo feito! Introdução ao desenho de um crossover sem medições nem cálculos complexos 874774

Mesmo para quem não quer construir, há muita informação que permite compreender como funciona uma coluna e cabe a cada um usar essa informação para melhorar o som que consegue das colunas que tem.

Permita-me esta pergunta: já alterou colunas de "mercado"?
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MensagemAssunto: Re: Introdução ao desenho de um crossover sem medições nem cálculos complexos   Introdução ao desenho de um crossover sem medições nem cálculos complexos EmptyQua Dez 08 2021, 08:23

Luis_vxd escreveu:
E pronto. Espero que seja útil...

Divirtam-se.
Introdução ao desenho de um crossover sem medições nem cálculos complexos 936335

Uma vez mais os meus sincéros parabens Introdução ao desenho de um crossover sem medições nem cálculos complexos 874774

Um topico de luxo para aqueles que gostam de fazer colunas, e não sò Introdução ao desenho de um crossover sem medições nem cálculos complexos 843159

Parabens!!!

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MensagemAssunto: Re: Introdução ao desenho de um crossover sem medições nem cálculos complexos   Introdução ao desenho de um crossover sem medições nem cálculos complexos EmptyQua Dez 08 2021, 09:33

José Miguel escreveu:
Permita-me esta pergunta: já alterou colunas de "mercado"?

Sim, já fiz alguns 'upgrades'. O que é que tem em mente?
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MensagemAssunto: Re: Introdução ao desenho de um crossover sem medições nem cálculos complexos   Introdução ao desenho de um crossover sem medições nem cálculos complexos EmptyQua Dez 08 2021, 12:16

Muito bom resumo!

Acho que é a melhor maneira de balizar os componentes do xover para encomendar e experimentar, é o que faço para drivers que não conheço e nunca medi. Com as minhas medições passo para simulação e aí permite balizar um pouco mais, muitas vezes até chegar aos valores finais para tipologias bem representadas. Depois disso é audição e medição (audição para certas coisas simplesmente não funciona. Percebemos que algo está bem/mal, mas não necessariamente o quê, particularmente abaixo da frequência da sala).

De todos os filtros de correção local que explicou, notch, baffle step (e mesmo de equalização de impedâncias, quando tem que ser agressiva), nunca consegui usar um com sucesso. Parece sempre bem, mas na audição parece que se meteu uma camisa de forças no driver, sempre me perdeu a tactilidade e textura que tinha de origem. Felizmente com tantos drivers de qualidade à escolha, mesmo no catálogo directo dos fabricantes, sem pedir alterações, é sempre possível encontrar drivers bem comportados e com apresentação muito boa.

Alguma vez sentiu isto com este tipo de filtros?

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MensagemAssunto: Re: Introdução ao desenho de um crossover sem medições nem cálculos complexos   Introdução ao desenho de um crossover sem medições nem cálculos complexos EmptyQua Dez 08 2021, 13:42

ricardo.canelas escreveu:

De todos os filtros de correção local que explicou, notch, baffle step (e mesmo de equalização de impedâncias, quando tem que ser agressiva), nunca consegui usar um com sucesso. Parece sempre bem, mas na audição parece que se meteu uma camisa de forças no driver, sempre me perdeu a tactilidade e textura que tinha de origem. Felizmente com tantos drivers de qualidade à escolha, mesmo no catálogo directo dos fabricantes, sem pedir alterações, é sempre possível encontrar drivers bem comportados e com apresentação muito boa.

Alguma vez sentiu isto com este tipo de filtros?

Cada vez que se usa um filtro está-se de algum modo a reduzir a amplitude do sinal e obviamente o drive no fim reproduz o que lhe chega. A experiencia tem-me mostrado que a qualidade dos componentes, especialmente os condensadores são críticos nestes filtros. Para além disso o cálculo preciso dos filtros também é importante.
A equalização das impedâncias é um ponto algo polémico. Se considerarmos que a impedância equivale a uma resistência ao fluxo da corrente e que quanto mais alta maior a dificuldade que o amplificador tem de fornecer o mesmo nível de corrente, e olharmos para a curva de impedância de um woofer como este
Introdução ao desenho de um crossover sem medições nem cálculos complexos 4a11

tendemos a concluir que o que o equalizador de impedância faz é baixar (achatar) a impedancia acima dos 1Khz. O pico nos 100Hz fica mais ou menos na mesma.
Na realidade está a achatar a impedância numa zona onde o drive vai ser pouco utilizado devido ao ponto de crossover (aqui assumindo que será 2KHz). No entanto este achatar da impedância vai ter influência no equilibrio final sonoro. Muitas vezes a curva teórica do simulador não é conseguida na prática e o que se ouve não é aquilo que se esperava.

A resistência em paralelo com o tweeter (equalizaçao de impedância), reduz, sem dúvida, o detalhe dos agudos. Por isso a análise final, a harmonia e o equilibrio entre os drives só pode ser conseguida por ouvido, obviamente dependendo do gosto individual.

Outro ponto importante diz respeito ao tempo de audição depois de uma alteração. A primeira impressão é em geral negativa. O ouvido, de algum modo espera algo diferente. Depois de continuarmos a ouvir vamos descobrir os detalhes que inicialmente pensámos que tinham desaparecido mas que agora têm outra presença. Por isso os ajustes de crossover levam tempo. É preciso reaprender a ouvir.  Introdução ao desenho de um crossover sem medições nem cálculos complexos 1f60e

Deixe-me contar-lhe um história:
Há alguns anos comprei uns auscultadores NightHawk da AudiQuest. Havia uma discussão acesa à volta da qualidade destes auscultadores, tanto que a AudiQuest deixou de os fabricar. O questão era que os auscultadores não reproduziam bem os agudos. A sensação é de que soavam abafados.
A minha primeira impressão foi exatamente essa e a reação foi de os devolver (até porque não foram baratos).
O problema está em que, em geral, todos os fabricantes de auscultadores dâo enfase às frequencias à volta dos 2kHz, normalmente +3 a 5dB nesta faixa, isto para dar a sensação de detalhe e precisão a quem os ouve pela primeira vez (tem a ver com a estrutura do ouvido humano). Os NightHawk não tem nada disso. São suaves em toda a faixa e com uma muito, muito baixa distorção.
Resumindo, hoje são os meus auscultadores preferidos. Todos os detalhes e minucia estão lá e é um prazer usá-los continuamente nas noites em que oiço musica..

PS.: Quando se tem que fazer uma equalização de impedância agressiva, então significa que o drive não é o adequado...
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MensagemAssunto: Re: Introdução ao desenho de um crossover sem medições nem cálculos complexos   Introdução ao desenho de um crossover sem medições nem cálculos complexos EmptyQua Dez 08 2021, 14:06

Luis_vxd escreveu:
...Outro ponto importante diz respeito ao tempo de audição depois de uma alteração. A primeira impressão é em geral negativa. O ouvido, de algum modo espera algo diferente. Depois de continuarmos a ouvir vamos descobrir os detalhes que inicialmente pensámos que tinham desaparecido mas que agora têm outra presença. Por isso os ajustes de crossover levam tempo. É preciso reaprender a ouvir...

Caro Luis_vxd, apesar de não me interessar à electroacustica sou obrigado por prazer ou trabalho a fazer alterações electronicas e não vejo as coisas assim. A orelha nunca espera nada, são as pessoas que idealisam as alterações e por extensão metem-se a esperar algo. Sém protocolo de escuta sério qualquer escuta é puramente subjectiva... não é preciso reaprender a ouvir mas enquadrar o que se ouve numa logica que permita separar o racional e o sensivel. A partir dai a analise das alterações torna-se rapida, eficiente e "quase" sém surpresas...

cheers

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MensagemAssunto: Re: Introdução ao desenho de um crossover sem medições nem cálculos complexos   Introdução ao desenho de um crossover sem medições nem cálculos complexos EmptyQua Dez 08 2021, 16:08

TD124 escreveu:
Caro Luis_vxd, apesar de não me interessar à electroacustica sou obrigado por prazer ou trabalho a fazer alterações electronicas e não vejo as coisas assim. A orelha nunca espera nada, são as pessoas que idealisam as alterações e por extensão metem-se a esperar algo. Sém protocolo de escuta sério qualquer escuta é puramente subjectiva... não é preciso reaprender a ouvir mas enquadrar o que se ouve numa logica que permita separar o racional e o sensivel. A partir dai a analise das alterações torna-se rapida, eficiente e "quase" sém surpresas...

cheers

No fundo estamos a falar do mesmo Introdução ao desenho de um crossover sem medições nem cálculos complexos 1f600. A subjectividade do ouvido é sempre condicionada pelo cérebro. Há um ditado, lá por andei, que diz que "A suposição é a mãe de todos os problemas".

Perfeitamente de acordo! Introdução ao desenho de um crossover sem medições nem cálculos complexos 22692

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MensagemAssunto: Re: Introdução ao desenho de um crossover sem medições nem cálculos complexos   Introdução ao desenho de um crossover sem medições nem cálculos complexos EmptyQui Dez 09 2021, 14:14

Another really great topic in the AAP! Thanks to Luis_vxd to bring this up here, the complex matter is even via Google translator very easy to understand and it's interesting to understand the basics of crossover design!

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MensagemAssunto: Re: Introdução ao desenho de um crossover sem medições nem cálculos complexos   Introdução ao desenho de um crossover sem medições nem cálculos complexos EmptyTer Dez 14 2021, 22:58

Fantástico o tópico Introdução ao desenho de um crossover sem medições nem cálculos complexos 874774

No entanto ao tentar abrir esse site, dá-me a pagina vazia. Introdução ao desenho de um crossover sem medições nem cálculos complexos 447836
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