Filtro Linkwitz-Riley estereo de 2 vías o mono de 3 vías

Dr. Zoidberg

Well-known-Papá Pitufo
#1
Este filtro que les traigo es un diseño que he estado realizando hace tiempo para agregar algunas cosas interesantes aprendidas de los libros de D. Self. En esencia, es un filtro con la misma filosofía que el Proyecto 09 de ESP, pero ahí se acaban las similitudes.

Este filtro puede configurarse como STEREO x 2 vías o como MONO x 3 vías, y en todos los casos las secciones de filtrado son Linkwitz-Riley de 4º orden (24 dB/octava). En el archivo PDF adjunto donde está el esquemático propuesto, verán que aparecen algunos "puntos" (P1, P2, P3, P4 y P5)que deben conectarse con cable (si... un puentecito) para determinar una u otra configuración, y aunque hay un par de posibilidades de conexión para lograr las 3 vías, les recomiendo MUY SERIAMENTE que sigan las indicaciones del PDF si es que pretenden lograr la mejor respuesta en amplitud y retardo de grupo.

Hasta acá... no hay mucho para decir, pero lo importante está en la etapa de entrada y de salida del sistema de filtros. En el diseño de ESP la entrada es un amplificador no-inversor con ganancia unitaria, mientras que las estapas de salida son amplificadore no-inversores con 6dB de ganancia y atenuación previa con presets (para ajustar el nivel de salida de cada etapa y adecuarla a la ganancia del amplificador de potencia y a la sensibilidad de los parlantes). En este diseño, la situación es muy diferente: la entrada es una etapa inversora con ganancia unitaria y la salida es una etapa inversora con ganancia comprendida entre -6 y 6dB, y configurada de forma tal que la variación en ganancia es lineal-en-dB con el giro del preset (siempre que no sea multivueltas.. jajaja). Es decir: en la etapa de salida de este diseño se controla la ganancia para lograr el ajuste, mientras que en el de ESP, la ganancia es fija y se controla el nivel de la señal que le llega a la etapa de salida.
Les adjunto también una planilla de cálculo (está en el .zip por que si nó, no lo permite) donde pueden cambiar los valores de las resistencias y el preset y ver como varía la ganancia en cada parte del giro del trimpot (consejo, las dos resistencias SIEMPRE son iguales ;))

Dado que los filtros son no-inversores, y que hay una inversión a la entrada y otra a la salida, el sistema mantiene la fase absoluta de la señal aplicada. Fíjense los esquemas a continuación:

Estapa de entrada:
LRHiFi-input.JPG

Etapa de salida:
LRHiFi-output.JPG

Como pueden ver, la configuración circuital es tan simple como la de ESP, pero tiene una performance mucho más alta en términos de THD y ruido. Esto se debe al uso de los NE5532 (por acá valen LO MISMO que los TL072, así que son muuuuy baratos), y la distorsión es muy reducida debido al uso de la configuración inversora, que no sufre de la distorsión por modo común que afecta a la configuración no-inversora.

En cuanto al PCB: el diseño ya está listo, pero AUN NO LO HE PROBADO, OK? Este diseño es una modificación del que usé en este tema, así que los filtros están probados y funcionan al 100%. La etapa de entrada y de salida están simuladas y probadas aparte de los filtros, y ambas funcionan a la perfección... así que solo resta probar la integración de todo el conjunto (que estoy seguro que vá a funcionar.... pero mejor verificarlo)

Este PCB lo subo por si alguien quiere ir probándolo (está hecho con el KiCad, así que no tiene ninguna conexión pifiada a partir del esquemático). Por el momento, yo no tengo necesidad de probarlo por que no voy a cambiar los filtros del sistema 2.1, pero si a alguien le sirve.... pues adelante!!!

IMPORTANTE 1

Este diseño está acoplado en DC, esto es: no tiene capacitores a la entrada ni a la salida. Dado que se conecta entre un pramplificador y varios amplis de potencia, no es necesario colocarlos en la medida que los diseños sean coherentes. Ante la duda, calculen y coloquen los caps que sean necesarios.

IMPORTANTE 2
Los componentes cuyo valor aparece como Rx y Cx son los que determinan la frecuencia de corte de cada filtro y para calcularlo pueden usar el programa que presenta ESP en su proyecto 09. Dependiendo de que filtro se trate deberán elegir pasa-bajos o pasa-altos y seleccionar el de 4º orden.

LICENCIA:
Como de costumbre, pueden usar este diseño para lo que quieran, en forma privada o comercial, gratuita o con cargo. Pero DEBEN DARME EL CREDITO A MI (deben decir que yo lo hice), si nó...es ROBO, está claro? O sea, no le borren donde dice EZAVALLA en el PCB. Si necesitan borrarlo para comercializarlo, entonces vamos a tener que discutir el precio.

NOTA DE RESPONSABILIDAD (DISCLAIMER):
(esto va por si acaso...)
Les aclaro que no tengo NINGUNA responsabilidad, explícita o implícita, por el uso que ustedes hagan de este diseño. El proyecto se entrega TAL COMO ESTÁ y es obligación y responsabilidad de ustedes discernir el campo de aplicación y la confiabilidad de la implementación. Si le prenden fuego a la casa de alguien por usar este diseño, la culpa es de USTEDES...están avisados.

CREDITS:
Agradezco calurosamente a:

  • A Mr. S. Linkwtiz por el diseño de los mejores filtros para audio.
  • A Mr. D. Self por el análisis hecho en señal débil y la determinación de ruido y THD en estos circuitos.
  • A Mr. Rod Elliot por inspirarme en el layout del PCB.

Saludos!
 

Adjuntos

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#2
Muy bueno Ez, se nota que te deleitan los filtros, ahora bien que hariamos sin ellos ? poco y nada.

y la distorsión es muy reducida debido al uso de la configuración inversora, que no sufre de la distorsión por modo común que afecta a la configuración inversora.
Aca creo que va un ''no'' :unsure: ( configuración inversora. )

Te falto agradecer al foro, por los bytes prestados :rolleyes:

Saludos (y)
 
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Dr. Zoidberg

Well-known-Papá Pitufo
#3
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#4
Muy bueno Eduardo!!!

Una consulta: ¿hay alguna forma simple de implementar simultáneamente un roll-off fijo para las altas frecuencias en la etapa de salida?. Te lo consulto por si fuese necesario implementar en algún diseño específico una variación superior a esos - 6 dB a + 6 dB. En este caso, el corte es variable entre 157 KHz y 312 KHz aprox. Si la variación fuese de, por ejemplo, - 9 dB a + 9 dB, podría aparecer alguna suceptibilidad del circuito, si pretendemos reproducir sin atenuaciones marcadas hasta unos 16 kHz (que se da generalmente con un corte en 160 kHz). En este último caso quedarían cortes a 160 KHz y 451 KHz (este último bastante alto, por cierto).

Saludos
 
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Dr. Zoidberg

Well-known-Papá Pitufo
#5
Hola Diego!
No entiendo mucho lo que me estás preguntando :confused: :confused:
Si querés limitar las altas frecuencias, lo mas simple es colocar las restricciones antes de estos filtros, cosa de que ellos solo se apliquen al rango de frecuencias que son de verdadero interés. De esa forma no hay cambios en este esquema y tenés un filtro externo que podés configurar a tu antojo en frecuencia de corte y en orden...
 
#6
A lo que me refería es a la etapa de salida y su mecanismo de compensación (donde interviene C11A1)

Ver el archivo adjunto 99452

Es decir, que en la medida que precisemos ajustar la ganancia de esa etapa para adaptar a la sensibilidad de nuestros amplificadores y parlantes, se da una compensación variable también (producto de la existencia de C11A1). Para no "matar" la respuesta audible del extremo superior del espectro (16 KHz, por ejemplo, que suele ser nuestro límite cuando somos purretes) es que se fija C11A1 en función de la posición de mayor ganancia (+ 6 dB en tu esquema o cuando unimos 1 y 2 del pote o preset). Por lo general, si no nos queremos liar con analizar la estabilidad real del opamp a altas frecuencias con determinadas ganancias, no se suele equivocar por mucho cortando a unas 10 veces por encima de la frecuencia máxima audible (160 KHz) y el sistema, por lo general, queda estable (ojo!!!: es una solución meramente práctica, pero pueden haber excepciones).

Si la ganancia / atenuación necesaria fuese mayor (> 6 dB), la compensación puede no resultar efectiva (porque puede quedar a frecuencias muy altas con bajos valores de capacidad necesarios para ganancias altas y mínima atenuación en alta frecuencia audible).

Con esto puede quedar esa etapa solamente (ya que la de entrada es de ganancia fija) suceptible a oscilar en algún punto mayor a 0 dB y menor al máximo dB (+ 6 dB o lo que fuese).

Saludos
 
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Dr. Zoidberg

Well-known-Papá Pitufo
#7
Ahhh... ahora veo.
El tema es que no hay una especificación "cierta" del valor a usar para estabilizar el AO. Yo le puse 100pF por que anda bien en el rango de ganancia calculado (+/-6dB que es lo mas que yo he usado).
A mi juicio, está un poco sobre-compensado, pero el valor real casi que hay que ponerlo por prueba y error :confused:: hay veces que con 22pF es suficiente para estabilizarlo :eek:, pero con 100pF es completamente estable al menos estre +/- 12dB de ganancia que es lo mas que llegué a probar.
Si quieren reducir el cap de compensación... pues adelante! Pero no se olviden de verificar que el circuito se mantenga estable bajo cualquier condición... en especial la salida de alta frecuencia ;).
 
#8
Como pueden ver, la configuración circuital es tan simple como la de ESP, pero tiene una performance mucho más alta en términos de THD y ruido. Esto se debe al uso de los NE5532 (por acá valen LO MISMO que los TL072, así que son muuuuy baratos), y la distorsión es muy reducida debido al uso de la configuración inversora, que no sufre de la distorsión por modo común que afecta a la configuración no-inversora.
Me he quedado pensando en eso que resalté y si bien lo ví varias veces mencionado en varios sitios e incluso hace tiempo, no he podido ahora encontrar aún alguna demostración objetiva concreta con demostraciones matemáticas / físicas / mediciones que lo puedan afirmar. Lo peor que creo haberlo leído en alguna ocasión y no sé dónde (y creo que en esa oportunidad me habían quedado claras las razones, pero no las recuerdo:oops:). Lo que he recabado hasta ahora son textos con opiniones subjetivas sobre el caso y todo lo concerniente a "noise gain" como comparativa adicional en ambas configuraciones.

Si alguien tiene la amabilidad de subirlo (en el lugar que corresponda) le agradecería infinitamente.

Saludos
 
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Dr. Zoidberg

Well-known-Papá Pitufo
#9
Si alguien tiene la amabilidad de subirlo (en el lugar que corresponda) le agradecería infinitamente.
Tratá de que te presten el libro de D. Self: "Small Signal Audio Design". En el capítulo 4, página 101, están las explicaciones de las distorsiones de los AO y las mediciones con un Audio Precision DPM!. El mismo comenta que este es un tema que no se toca en los libros y que tuvo que analizarlo haciendo las mediciones y toda la bola. Incluso creo que propone algunas posibles causas de los problemas y soluciones alternativas. Leelo por que es muy interesante lo que este hombre encuentra cuando mide y como hace el análisis (que pinta totalmente razonable).
Y no, no hay ecuaciones para este análisis por que la configuración interna de entrada de los AO solo es conocida al 100% por los fabricantes...
 

Dr. Zoidberg

Well-known-Papá Pitufo
#11
Se lo vé bastante bien....
Solo que hay una resistencia sin nombre (tal vez sea R4 o R9) que tiene un extremo que "parece" no estar conectado. Por lo demás, todo parece estar OK.
 
#12
Hola a todys, unas preguntas:

1- No está mal que tengamos publicada una pcb de esp?
2- Puedo poner TL072 donde irían los NE5532?

Hice los pre y la power...falta la parte del filtrado y los retardos... GRACIAS Dr. Zoidberg por tanto :)

Que sigan bien!
 

Dr. Zoidberg

Well-known-Papá Pitufo
#13
Hola a todys, unas preguntas:

1- No está mal que tengamos publicada una pcb de esp?
2- Puedo poner TL072 donde irían los NE5532?

Hice los pre y la power...falta la parte del filtrado y los retardos... GRACIAS Dr. Zoidberg por tanto :)

Que sigan bien!
No es un pcb de ESP. El circuito es diferente y tiene - en teoria - mejor performance.
El diseño de los filtros es de Linkwitz y Riley. Las etapas de entrada y salida son diferentes a las de ESP.
No estamos violando nada...

Tenes que usar los 5532 si vas a trabajar con valores de resistencia bajos como en el esquema. Si subis de 10K podes usar los TL072.

De nada!!!!
 
#14
No es un pcb de ESP. El circuito es diferente y tiene - en teoria - mejor performance.
El diseño de los filtros es de Linkwitz y Riley. Las etapas de entrada y salida son diferentes a las de ESP.
No estamos violando nada...
qué torpeza la mía! me expresé mal.. me estaba queriendo referir a la publicación del compañero osk_rin!!

por lo de los TL, gracias por el centro... si meto ése gol, en una de ésas te vuelvo a molestar! :D:oops:

salud!!
 
#15
Hola Edu, me había olvidado de este tema! es justo lo que necesito ya que estoy por armar los subs (2, uno por canal) para los monitores y necesito un crossover activo para cortar los subs en pasabajos y los monitores en pasoalto (el mid y el tweeter se siguen cortando con el crossover pasivo). Después del tiempo pasado desde que diseñaste este crossover, ¿sigue siendo lo mejor en tu opinión para esta tarea o hay algo que lo reemplaza?
 

Dr. Zoidberg

Well-known-Papá Pitufo
#16
Hola Juan!!! Que gusto "verte" de nuevo!!
Mira... si vas a meter un sub, este esquema es lo que mejor te separa al sub del baffle mid-hi. Tiene fase coherente y corta en cuarto orden.
Pero me parece que si vas a usarlo para cortar tus baffles con un par de subs, creo que vale la pena un estudio un poquito mas profundo.
Yo miraria la curva de impedancia de tus baffles y de los subs para saber si hay que corregir con la LT para ayudar o no a la integracion. Si el Beringher te permite compensacion temporal, este analisis podria postergarse, pero si nó habria que tantearlo ahora.
Y tambien habria que saber si eliminar el refuerzo del piso o no.
Que ideas tenes al respecto??
 
#18
Hola Juan!!! Que gusto "verte" de nuevo!!
Mira... si vas a meter un sub, este esquema es lo que mejor te separa al sub del baffle mid-hi. Tiene fase coherente y corta en cuarto orden.
Pero me parece que si vas a usarlo para cortar tus baffles con un par de subs, creo que vale la pena un estudio un poquito mas profundo.
Yo miraria la curva de impedancia de tus baffles y de los subs para saber si hay que corregir con la LT para ayudar o no a la integracion. Si el Beringher te permite compensacion temporal, este analisis podria postergarse, pero si nó habria que tantearlo ahora.
Y tambien habria que saber si eliminar el refuerzo del piso o no.
Que ideas tenes al respecto??
Hola Edu!, con el Behringer puedo modificar la respuesta dejándola plana (osea, eliminando el refuerzo del piso), asimismo, puedo generar la TL con el mismo.
La integración esta complicada, ya que se me suma en el canal del monitor la caída natural mas la del filtro, pero como la F3 de los monitores esta a 50hz y pienso cortar a unos 80hz no va a molestar tanto, igual, puedo llegar a realizar algún toque con el ultracurve...
No quiero usar la caída natural de 12db/oct sumándole un filtro de 12db/oct ya que la excursión me limita el SPL máximo del sistema (y quiero que logre SPL alto con muy baja distorsión), de ahí a cortar un poquito mas arriba.

Ya vamos a ver que hago, estuve viendo potencias que vienen con DSP integrado, tal vez con esto no me tengo que romper tanto la cabeza....
 

Dr. Zoidberg

Well-known-Papá Pitufo
#19
Hola Edu!, con el Behringer puedo modificar la respuesta dejándola plana (osea, eliminando el refuerzo del piso), asimismo, puedo generar la TL con el mismo.
(y) (y)

La integración esta complicada, ya que se me suma en el canal del monitor la caída natural mas la del filtro, pero como la F3 de los monitores esta a 50hz y pienso cortar a unos 80hz no va a molestar tanto, igual, puedo llegar a realizar algún toque con el ultracurve...
No quiero usar la caída natural de 12db/oct sumándole un filtro de 12db/oct ya que la excursión me limita el SPL máximo del sistema (y quiero que logre SPL alto con muy baja distorsión), de ahí a cortar un poquito mas arriba.
Ahí podés usar la LT al revés... para subir la F3 a 80Hz con un Qb=0.7 y ahí meter un Butterworth de 2º orden a 80Hz. Así logras un LR acústico de 24 dB/oct en 80 Hz, no tenés drama de SPL y simplificás la integración cortando el sub a 80 Hz con un LR pasabajos ;).
Es mas lío explicarlo que hacerlo, pero así integré los tweeters con los mids en mi bafflecitos y andan que son un caño...
 
#20
(y) (y)


Ahí podés usar la LT al revés... para subir la F3 a 80Hz con un Qb=0.7 y ahí meter un Butterworth de 2º orden a 80Hz. Así logras un LR acústico de 24 dB/oct en 80 Hz, no tenés drama de SPL y simplificás la integración cortando el sub a 80 Hz con un LR pasabajos ;).
Es mas lío explicarlo que hacerlo, pero así integré los tweeters con los mids en mi bafflecitos y andan que son un caño...
Me gusta la idea, no se me había ocurrido. veremos veremos... primero hay que armar el/los subs... :cool:
 

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