Dr. Zoidberg
Well-known-Papá Pitufo
Buenas!
Despues de intercambiar algunos posts sobre la manera correcta de conectar un tweeter piezo-electrico (piezo de ahora en más), me decidí a analizar un poco el esquema que yo uso, y un esquema propuesto por Leea y que fuera presentado por Juan José. Luego de una simulación rápida, les presento los resultados del esquema de Leea, del cual el mío es un subconjunto, para que ustedes decidan cual usar y como ajustar los valores de los componentes que participan en dicho esquema.
Antes de comenzar vamos a aclarar algunas cosas sobre los tweeters piezo:
1- Estructuralmente no son ni parecidos a un parlante común, es decir que no tienen bobina ni impedancia nominal en el sentido que normalmente la conocemos. Estos tweeters se comportan como CAPACITORES, no como resistencias, así que tenemos que quitarnos de la cabeza la idea de conectarlos en paralelo para aumentar la capacidad de manejo de potencia o de ponerles capacitores en serie para atenuar las señales de baja frecuencia que los excitan. De hecho, estos tweeters se conectan EN SERIE y de esa manera se reparte entre ellos la potencia aplicada. Por lo general, los piezo dicen que soportan hasta 75W, pero esa potencia normalmente es de pico y la nominal suele rondar la mitad de ese valor o un poco más, tipo 50W. Esto no es un problema porque los agudos no demandan tanta potencia (espectralmente hablando, el contenido de potencia por encima de los 5kHz es reducido). Si necesitan manejar mas potencia solo hay que conectar en serie tantos piezos como sea necesario hasta alcanzar el valor requerido.
ACLARACION:
Los tweeters piezo si se pueden conectar en paralelo, pero esto no produce un aumento en la capacidad de manejo de potencia sino un aumento en la sensibilidad del conjunto. Para que puedan manejar mas potencia, hay que conectarlos en serie. Les pido que lean el primer link que agregué al final de este post y que recuerden que estos tweeters trabajan POR TENSION, no por corriente.
2- La gran mayoría de los piezos que podemos adquirir tienen un costo muy bajo, de alrededor de uno o dos dólares, así que se vuelven una solución tentadora para colocar tweeters donde los necesitemos. Lamentablemente, la calidad de estos piezos tan económicos es bastante mala, produciendo ruidos raros cuando los excitamos con frecuencias del orden de 1 kHz o menos y produciendo chillidos muy agudos y "rasposos" cuando las ondas aplicadas a ellos tienen recorte o "ringing" en alta frecuencia (esto es general, mas allá de que la señal aplicada nunca debe recortar...pero eso es otra historia). Estos chillidos son mencionados en la web como un "sonido harsh" o algo por el estilo, pero son una característica distintiva de los piezos de mala calidad.
3- Existe la recomendación general de que los piezos se conectan directamente al amplificador, y a pesar de que esto es potencialmente cierto, es una muy mala práctica por dos motivos:
a) Porque el amplificador queda cargado capacitivamente, lo que puede provocar inestabilidad (por lo general, la red zobel a la salida del amplificador ataja este problema, pero es mejor no correr el riesgo de volar la etapa de salida).
b) Porque al piezo le quedan aplicadas señales por fuera de su banda de operación sin ninguna limitación, lo que puede traer (y lo hace) los ruidos descriptos en el párrafo anterior.
Si consideramos estas tres cosas, tendremos mas o menos claro que es lo que hay que hacer para solucionarlo. En la primer figura que les adjunto les muestro el circuito completo de propuesto por Leea, con el agregado de la red paralelo formada por C1 y R3. Esta red "pretende" modelar al tweeter piezoelectrico, y si bien el modelo real es bastante mas complejo (es parecido al de un cristal de cuarzo), con lo que está ahí alcanza perfectamente para mostrar el efecto que vamos a tener. El valor de C1 es el que yo he medido como capacidad en mis piezos, pero el de ustedes puede ser diferente, así que lo ideal es medirlo. De todas formas, en la bibliografía que he visto y en la web hablan de valores de hasta 150nF y menos, lo que no está tan en desacuerdo con la medición, sobre todo...dada la diversidad de tweeters piezo "chinos" que dan vuelta por ahí. EL valor de R3 está tomado de la web (hablaban desde 1K hasta 1M), pero el valor usado es mas o menos real, aun cuando me inclino a considerar valores mayores...pero el efecto final no trae mucho problema, así que lo vamos a dejar ahí.
En este primer diagrama puede verse el conjunto formado por R1, R2 y C2 que constituyen la red de adaptación propuesta por Leea. R2 y C2 forman un filtro pasa-altos de primer orden, destinado a eliminar, al menos parcialmente, las bajas frecuencias que aplicadas al piezo le harían producir sonidos no muy agradables. La resistencia R1, junto a la capacidad del piezo forman un filtro pasa-bajos de primer orden, destinado a eliminar las muy altas frecuencias que puedan excitar al piezo y provocar ese sonido "harsh" (como si raspara un papel de lija...pero mas agudo).
La red R2 y C2 es la mas simple de calcular, ya que se elige el valor de la resistencia R2 (que no importa mucho cuanto valga, pero es mejor que sea un poco alto para minimizar la carga sobre el amplificador), y el capacitor C2 se calcula por la conocida ecuación f=1/(2*PI*R2*C2). El unico punto álgido es saber cuanto vale la frecuencia de corte, y aunque eso depende de las características del resto de los parlantes que participan en el sistema, Leea propone 5kHz, pero yo he obtenido mejores resultados con 4.5kHz, aunque usando parlantes de medios-bajos de rango extendido. En fin...cada uno deberá analizar su propia situación, pero si no tienen idea, 5kHz es un valor bueno, en particular por que los piezos comienzan a dar respuesta correcta sobre los 3.5 a 4kHz.
Con el uso de esta red hay un solo problema: R2 debe disipar toda la potencia aplicada a los tweeters, así que probablemente no sea una buena solución para sonido profesional, lo que no representa ningun problema, por que en este tipo de instalaciones hay un crossover activo que recorta el contenido de baja frecuencia...y solo habrá que ajustarlo donde corresponde.
La presencia de R1, a mi juicio, es optativa cuando se usa a R2 y C2; pero en sonido profesional puede no usarse este filtro, y en ese caso la presencia de R1 es obligatoria. Como dije antes, R1 se usa para evitar los chilidos de alta frecuencia del piezo y para proteger al amplificador, y dependiendo del modelo que tengan puede ser muy necesaria o puede obviarse, sujeto a la restricción anterior. El problema con R1 es calcular el valor que debe tener, ya que no se conoce el valor del capacitor del piezo. El valor de este capacitor hay que medirlo, a menos que tengan el datasheet del piezo (JUAAA!), pero no solo es eso, sino que si se colocan varios tweeters en serie (la capacidad total baja) hay que multiplicar ese valor por la cantidad de piezos usados para tener el valor final a usar. Con ese valor de capacidad, se aplica la misma formula anterior para encontrar el valor de R1. La potencia disipada por R1...habría que calcularla, pero yo les recomiendo que sea de al menos 10 o 20W, y mas si la potencia del amplificador es mayor de 100W (mas tarde, cuando tenga tiempo, me pongo a ver de cuanto es en realidad).
La frecuencia de corte a la que hay que calcular el valor de R1, en los valores que he visto, ronda los 60kHz...pero, perosonalmente, la pondría mas baja...sobre los 25 o 30kHz.
En la segunda figura que les adjunto están los resultados de simulación para mi piezo, tal como lo tengo montado en mis baffles, a excepción de R1 que no se las he colocado ya que parece no hacer falta. Mas adelante veremos...(el gato no se asusta con los agudos, así que parece no estar chillando demasiado). La curva roja es el resultado con R1=0 ohms, la curva verde es con R1=18 ohms y la curva azul es con R1=33 ohms.
Fijense que a medida que aumentamos R1 se hace mas notoria una atenuación que sufre la señal de excitación del cristal del piezo en el centro de la banda pasante, sin embargo, para la frecuencia de corte de 60kHz (curva azul) la atenuación alcanza a 1dB lo cual puede compensarse fácilmente si hay un amplificador dedicado a los agudos y no tan facilmente si se trata de un sistema sin multiamplificación....ustedes verán que hacen, pero 1dB no es algo muy serio y si el piezo está "paddeado" para ecualizar sensibilidades es fácil tocar el L-pad para compensar este cambio.
Bueno...hasta acá llego por ahora. Espero que este breve informe le sea utilidad a los que quieran usar tweeters piezo-electricos y que tengan un sonido mucho mas aceptable que hasta ahora. Y antes de que me olvide...esto no es la solución definitiva a sus problemas con los piezos: la verdadera solución es comprar los piezos de marca (ex Motorola y hoy CTS si mal no recuerdo), pero esto son verdaderamente costosos.
A continuación les agrego algunos sitios con información importante o con la descripción de ensayos prácticos realizados por diferentes personas. Espero que los ayude a elaborar sus propias conclusiones:
Pulsar Developments Ltd - Piezo Tweeter Application Note
http://www.planet10-hifi.com/piezo-XO.html
Making Piezo Tweeters Sound Better
Using piezo tweeters wisely: a "how to" | Audiokarma Home Audio Stereo Discussion Forums
Piezo Tweeter enhancement? - Home Theater Forum and Systems - HomeTheaterShack.com
http://music.linear1.org/2008/04/09/diy-rhodes-piezo-mod/
Este ultimo es importante (es una realización práctica) para explicar la diferencia entre la conexión en serie y en paralelo...tal como está arriba.
Un saludo a todos!
Despues de intercambiar algunos posts sobre la manera correcta de conectar un tweeter piezo-electrico (piezo de ahora en más), me decidí a analizar un poco el esquema que yo uso, y un esquema propuesto por Leea y que fuera presentado por Juan José. Luego de una simulación rápida, les presento los resultados del esquema de Leea, del cual el mío es un subconjunto, para que ustedes decidan cual usar y como ajustar los valores de los componentes que participan en dicho esquema.
Antes de comenzar vamos a aclarar algunas cosas sobre los tweeters piezo:
1- Estructuralmente no son ni parecidos a un parlante común, es decir que no tienen bobina ni impedancia nominal en el sentido que normalmente la conocemos. Estos tweeters se comportan como CAPACITORES, no como resistencias, así que tenemos que quitarnos de la cabeza la idea de conectarlos en paralelo para aumentar la capacidad de manejo de potencia o de ponerles capacitores en serie para atenuar las señales de baja frecuencia que los excitan. De hecho, estos tweeters se conectan EN SERIE y de esa manera se reparte entre ellos la potencia aplicada. Por lo general, los piezo dicen que soportan hasta 75W, pero esa potencia normalmente es de pico y la nominal suele rondar la mitad de ese valor o un poco más, tipo 50W. Esto no es un problema porque los agudos no demandan tanta potencia (espectralmente hablando, el contenido de potencia por encima de los 5kHz es reducido). Si necesitan manejar mas potencia solo hay que conectar en serie tantos piezos como sea necesario hasta alcanzar el valor requerido.
ACLARACION:
Los tweeters piezo si se pueden conectar en paralelo, pero esto no produce un aumento en la capacidad de manejo de potencia sino un aumento en la sensibilidad del conjunto. Para que puedan manejar mas potencia, hay que conectarlos en serie. Les pido que lean el primer link que agregué al final de este post y que recuerden que estos tweeters trabajan POR TENSION, no por corriente.
2- La gran mayoría de los piezos que podemos adquirir tienen un costo muy bajo, de alrededor de uno o dos dólares, así que se vuelven una solución tentadora para colocar tweeters donde los necesitemos. Lamentablemente, la calidad de estos piezos tan económicos es bastante mala, produciendo ruidos raros cuando los excitamos con frecuencias del orden de 1 kHz o menos y produciendo chillidos muy agudos y "rasposos" cuando las ondas aplicadas a ellos tienen recorte o "ringing" en alta frecuencia (esto es general, mas allá de que la señal aplicada nunca debe recortar...pero eso es otra historia). Estos chillidos son mencionados en la web como un "sonido harsh" o algo por el estilo, pero son una característica distintiva de los piezos de mala calidad.
3- Existe la recomendación general de que los piezos se conectan directamente al amplificador, y a pesar de que esto es potencialmente cierto, es una muy mala práctica por dos motivos:
a) Porque el amplificador queda cargado capacitivamente, lo que puede provocar inestabilidad (por lo general, la red zobel a la salida del amplificador ataja este problema, pero es mejor no correr el riesgo de volar la etapa de salida).
b) Porque al piezo le quedan aplicadas señales por fuera de su banda de operación sin ninguna limitación, lo que puede traer (y lo hace) los ruidos descriptos en el párrafo anterior.
Si consideramos estas tres cosas, tendremos mas o menos claro que es lo que hay que hacer para solucionarlo. En la primer figura que les adjunto les muestro el circuito completo de propuesto por Leea, con el agregado de la red paralelo formada por C1 y R3. Esta red "pretende" modelar al tweeter piezoelectrico, y si bien el modelo real es bastante mas complejo (es parecido al de un cristal de cuarzo), con lo que está ahí alcanza perfectamente para mostrar el efecto que vamos a tener. El valor de C1 es el que yo he medido como capacidad en mis piezos, pero el de ustedes puede ser diferente, así que lo ideal es medirlo. De todas formas, en la bibliografía que he visto y en la web hablan de valores de hasta 150nF y menos, lo que no está tan en desacuerdo con la medición, sobre todo...dada la diversidad de tweeters piezo "chinos" que dan vuelta por ahí. EL valor de R3 está tomado de la web (hablaban desde 1K hasta 1M), pero el valor usado es mas o menos real, aun cuando me inclino a considerar valores mayores...pero el efecto final no trae mucho problema, así que lo vamos a dejar ahí.
En este primer diagrama puede verse el conjunto formado por R1, R2 y C2 que constituyen la red de adaptación propuesta por Leea. R2 y C2 forman un filtro pasa-altos de primer orden, destinado a eliminar, al menos parcialmente, las bajas frecuencias que aplicadas al piezo le harían producir sonidos no muy agradables. La resistencia R1, junto a la capacidad del piezo forman un filtro pasa-bajos de primer orden, destinado a eliminar las muy altas frecuencias que puedan excitar al piezo y provocar ese sonido "harsh" (como si raspara un papel de lija...pero mas agudo).
La red R2 y C2 es la mas simple de calcular, ya que se elige el valor de la resistencia R2 (que no importa mucho cuanto valga, pero es mejor que sea un poco alto para minimizar la carga sobre el amplificador), y el capacitor C2 se calcula por la conocida ecuación f=1/(2*PI*R2*C2). El unico punto álgido es saber cuanto vale la frecuencia de corte, y aunque eso depende de las características del resto de los parlantes que participan en el sistema, Leea propone 5kHz, pero yo he obtenido mejores resultados con 4.5kHz, aunque usando parlantes de medios-bajos de rango extendido. En fin...cada uno deberá analizar su propia situación, pero si no tienen idea, 5kHz es un valor bueno, en particular por que los piezos comienzan a dar respuesta correcta sobre los 3.5 a 4kHz.
Con el uso de esta red hay un solo problema: R2 debe disipar toda la potencia aplicada a los tweeters, así que probablemente no sea una buena solución para sonido profesional, lo que no representa ningun problema, por que en este tipo de instalaciones hay un crossover activo que recorta el contenido de baja frecuencia...y solo habrá que ajustarlo donde corresponde.
La presencia de R1, a mi juicio, es optativa cuando se usa a R2 y C2; pero en sonido profesional puede no usarse este filtro, y en ese caso la presencia de R1 es obligatoria. Como dije antes, R1 se usa para evitar los chilidos de alta frecuencia del piezo y para proteger al amplificador, y dependiendo del modelo que tengan puede ser muy necesaria o puede obviarse, sujeto a la restricción anterior. El problema con R1 es calcular el valor que debe tener, ya que no se conoce el valor del capacitor del piezo. El valor de este capacitor hay que medirlo, a menos que tengan el datasheet del piezo (JUAAA!), pero no solo es eso, sino que si se colocan varios tweeters en serie (la capacidad total baja) hay que multiplicar ese valor por la cantidad de piezos usados para tener el valor final a usar. Con ese valor de capacidad, se aplica la misma formula anterior para encontrar el valor de R1. La potencia disipada por R1...habría que calcularla, pero yo les recomiendo que sea de al menos 10 o 20W, y mas si la potencia del amplificador es mayor de 100W (mas tarde, cuando tenga tiempo, me pongo a ver de cuanto es en realidad).
La frecuencia de corte a la que hay que calcular el valor de R1, en los valores que he visto, ronda los 60kHz...pero, perosonalmente, la pondría mas baja...sobre los 25 o 30kHz.
En la segunda figura que les adjunto están los resultados de simulación para mi piezo, tal como lo tengo montado en mis baffles, a excepción de R1 que no se las he colocado ya que parece no hacer falta. Mas adelante veremos...(el gato no se asusta con los agudos, así que parece no estar chillando demasiado). La curva roja es el resultado con R1=0 ohms, la curva verde es con R1=18 ohms y la curva azul es con R1=33 ohms.
Fijense que a medida que aumentamos R1 se hace mas notoria una atenuación que sufre la señal de excitación del cristal del piezo en el centro de la banda pasante, sin embargo, para la frecuencia de corte de 60kHz (curva azul) la atenuación alcanza a 1dB lo cual puede compensarse fácilmente si hay un amplificador dedicado a los agudos y no tan facilmente si se trata de un sistema sin multiamplificación....ustedes verán que hacen, pero 1dB no es algo muy serio y si el piezo está "paddeado" para ecualizar sensibilidades es fácil tocar el L-pad para compensar este cambio.
Bueno...hasta acá llego por ahora. Espero que este breve informe le sea utilidad a los que quieran usar tweeters piezo-electricos y que tengan un sonido mucho mas aceptable que hasta ahora. Y antes de que me olvide...esto no es la solución definitiva a sus problemas con los piezos: la verdadera solución es comprar los piezos de marca (ex Motorola y hoy CTS si mal no recuerdo), pero esto son verdaderamente costosos.
A continuación les agrego algunos sitios con información importante o con la descripción de ensayos prácticos realizados por diferentes personas. Espero que los ayude a elaborar sus propias conclusiones:
Pulsar Developments Ltd - Piezo Tweeter Application Note
http://www.planet10-hifi.com/piezo-XO.html
Making Piezo Tweeters Sound Better
Using piezo tweeters wisely: a "how to" | Audiokarma Home Audio Stereo Discussion Forums
Piezo Tweeter enhancement? - Home Theater Forum and Systems - HomeTheaterShack.com
http://music.linear1.org/2008/04/09/diy-rhodes-piezo-mod/
Este ultimo es importante (es una realización práctica) para explicar la diferencia entre la conexión en serie y en paralelo...tal como está arriba.
Un saludo a todos!
