home *** CD-ROM | disk | FTP | other *** search
/ NetNews Usenet Archive 1993 #3 / NN_1993_3.iso / spool / rec / audio / car / 5882 < prev    next >
Encoding:
Internet Message Format  |  1993-01-28  |  8.2 KB
  1. Path: sparky!uunet!ogicse!flop.ENGR.ORST.EDU!gaia.ucs.orst.edu!umn.edu!alexander.cs.umn.edu!jch
  2. From: jch@alexander.cs.umn.edu (J.C. Hamlin)
  3. Newsgroups: rec.audio.car
  4. Subject: Passive Crossover Networks (was Re: crossover networks)
  5. Keywords: crossover
  6. Message-ID: <C1HH7L.ss@news2.cis.umn.edu>
  7. Date: 26 Jan 93 22:59:46 GMT
  8. Article-I.D.: news2.C1HH7L.ss
  9. References: <1jqms8INNbrt@tamsun.tamu.edu>
  10. Sender: news@news2.cis.umn.edu (Usenet News Administration)
  11. Organization: University of Minnesota
  12. Lines: 183
  13. Nntp-Posting-Host: alexander.cs.umn.edu
  14.  
  15. In article <1jqms8INNbrt@tamsun.tamu.edu>, wdevine@andrew.cea.pvamu.edu (William Devine II) writes:
  16. |>    anybody ever built their own crossover (that is, themselves without
  17. |>    buying inductors?) if so please send me any and all info possible
  18. |>    on the subject.. as i might be able to use this as a circuits lab
  19. |>    project! *8-P......
  20.  
  21.          Simple Passive Crossover Contruction
  22.             by J.C. Hamlin (jch@Cray.COM)
  23.  
  24. First, how to choose the proper values:
  25.  
  26.    For a first order, high pass filter (a capacitor):
  27.  
  28.       Let C = The needed capacitance of the capacitor, in Farads.
  29.       Let f = The desired frequency of cutoff, in Hertz.
  30.       Let R = The resistance of the the circuit (driver), in Ohms.
  31.          pi = 3.1415926535...
  32.  
  33.                  1
  34.       C = ----------------
  35.           (2 * pi * f * R)
  36.                                                           6
  37.       C is more useful in microfarads, so multiply by 1x10  (1,000,000).
  38.       Remeber that the values listed for capacitors aren't exact.  So you 
  39.       may not get the desired frequency unless the actual value is near 
  40.       the computed one.  
  41.  
  42.       Also remeber that capacitors are polarized unless explicitly stated 
  43.       "bipolar".  Since the voltage in your speaker lines is AC, you need 
  44.       to use a "bipolar" capacitor, or two polarized capacitors of half 
  45.       the value, in parallel and opposite polarity.
  46.  
  47.       There are two types of common capacitors, NP electrolytic and solid
  48.       dielectric.  Solid dielectric capacitors are a better choice for
  49.       high frequency uses.  But for low frequency uses, the NP electrolytics
  50.       will work just fine, and at a lower cost.
  51.  
  52.       The last point is to make sure the capacitor will be able to handle
  53.       the power you will be using it with.  Most capacitors are rated in
  54.       the maximum voltage they can handle.  This value can be computed by:
  55.  
  56.          V = SQRT( Power in the circuit * Resistance of the circuit )
  57.  
  58.       The cut-off for a first order high pass filter is 6dB/octave.
  59.  
  60.    For a first order, low pass filter (an inductor coil):
  61.  
  62.       Let L = The needed inductance of the inductor coil, in Henries.
  63.       Let f = The desired frequency of cutoff, in Hertz.
  64.       Let R = The resistance of the the circuit (driver), in Ohms.
  65.          pi = 3.1415926535...
  66.  
  67.                R
  68.       L = ------------
  69.           (2 * pi * f)
  70.                                                            3
  71.       L is more useful in millihenries, so multiply by 1x10  (1,000).
  72.       Remeber again, that the values listed for inductors aren't exact.
  73.       You may not get the desired frequency.
  74.  
  75.       There are two types of common inductors, air-core coils and
  76.       iron-core coils.  An air core can a core made of any nonmagnetic
  77.       material.  Iron core coils can be smaller, but it is likely that
  78.       a cheap iron core coil will cause distortion.  In almost all cases,
  79.       it pays to get the best air-core coil you can afford.
  80.  
  81.       It is desirable to keep the DC resistance of the coil as small as
  82.       possible.  As a rule of thumb, it is desirable to use a coil that
  83.       has a DC resistance of no more than 5 percent of the resistance
  84.       of the circuit (driver).
  85.  
  86.       The last point is to make sure the capacitor will be able to handle
  87.       the power you will be using it with.  Most capacitors are rated in
  88.       the maximum voltage they can handle.  This value can be computed by:
  89.  
  90.          V = SQRT( Power in the circuit * Resistance of the circuit )
  91.  
  92.       The cut-off for a first order low pass filter is 6dB/octave.
  93.  
  94.  
  95. > What is the difference between using a cap and buying a "real" crossover?
  96.  
  97. Now for the theory:
  98.  
  99.    A capacitor is truly a first order, high pass crossover.  So this is
  100.    a "real" crossover.  Most "common" crossovers are a second order
  101.    crossover, and contain both a high pass and a low pass section,
  102.    prepackaged in a black box with inputs and outputs.
  103.  
  104.    Most crossovers are two-way or three way.  They either split the signal
  105.    into the highs and the lows, or they split it into the highs, mids, and
  106.    the lows.  Some can even split it five ways, highs, mids, mid-basses, 
  107.    basses, and sub-basses.
  108.  
  109.    This discussion is about passive crossovers.  That is, they don't require
  110.    any power to do their job other than the power from the speaker lines.
  111.  
  112.    An active crossover goes in-line somewhere with your preamp cables, and
  113.    electronically does the filtering.  This is often better if you have
  114.    the money to invest in a seperate amplifier for each band of frequencies
  115.    that you want to use--it allows you to adust many factors of the crossover
  116.    like the slope, frequencies, and number of input and output channels.
  117.    You will need a stereo pair of amplification for every frequency range
  118.    you wish to use (highs, mids, mid-basses, basses, sub-basses).  You can
  119.    get away with some woofer and subwoofer frequencies in mono, however.
  120.  
  121.    A passive crossover goes in-line with your speakers and does the filtering
  122.    at a cost, some of your amplifier power.  The is often better if you
  123.    have only one amplifier to amplify the signal.  You can then split the
  124.    signal after amplification.  Passive crossovers are usually not adjustable,
  125.    but usually come matched with a set of seperate drivers.  In this cass,
  126.    adjustment is usually not nescessary.
  127.  
  128.    A crossover "rolls off" the frequencies equal to:
  129.      (6dB / Octave) * order of the crossover.
  130.  
  131.    FIRST ORDER:
  132.    A first order, two way, parallel crossover is shown below:
  133.  
  134.                  C1
  135.  +  -------+-----||------  +
  136.   in       |             tweeter
  137.  -  -------|----+--------  -
  138.            |    |
  139.            |    |  L1
  140.            |    +--OOO---  +
  141.            |              woofer
  142.            +-------------  -
  143.  
  144.    Where C1 and L1 can be computed directly, using the formulas given above.
  145.  
  146.    SECOND ORDER:
  147.    A second order, two way, parallel crossover is shown next:
  148.  
  149.                  C1
  150.  +  -------+-----||-----+---  -
  151.            |            |  
  152.   in       |        L1 OOO   tweeter
  153.            |            |
  154.  -  -------|----+-------+---  +
  155.            |    |
  156.            |    |  L1
  157.            |    +--OOO--+---  +
  158.            |            |
  159.            |        C1 ===   woofer
  160.            |            |
  161.            +------------+---  -
  162.  
  163.    Notice the polarity reversal of the tweeter.  This is because a second 
  164.    order crossover network produces a 180 phase shift.
  165.  
  166.    There are three types of second order crossover networks common today:
  167.     - The first is the Linkwitz-Riley (L-R), and is characterized 
  168.       by a null in the frequency response at the crossover point.
  169.     - The second is called a Butterworth network, and is more common.  
  170.       With this type you get a peak in the response curve at that point.  
  171.     - The third is called a Bessel network, and is characterized by a 
  172.       smaller peak at the crossover point than the Butterworth.
  173.  
  174.    The values for C1 and L1 can be computed using the formulas above
  175.    as a basis.  Find C and L from the formulas above, and then multiply
  176.    them by the following constants to get the proper values for your
  177.    choice of network.
  178.  
  179.           L-R      Butterworth    Bessel
  180.        ----------  -----------  ------------
  181.    C1   x 0.50      x 0.71       x 0.57
  182.    L1   x 2.00      x 1.41       x 1.74
  183.  
  184.    There are other factors that make a greater difference in the sound
  185.    of your system than the choice of networks, so it really isn't that
  186.    important.
  187.  
  188.    There are also third, fourth, fifth, and even higher order crossover
  189.    networks, or three-way networks that can be constructed, but I will 
  190.    not go into detail about those here.  If you are interested, you can
  191.    email me or buy the book.
  192.  
  193. J.C. Hamlin
  194. Automotive Sound & Security by Hamlin, Minneapolis, MN
  195. jch@cs.umn.edu
  196.  
  197. P.S.  The answers to, "How to wind your own inductors coming right up!"
  198.