Akhmad Ahfas (1), Adriana Anteng Anggorowati (2), Dwi Hadidjaja R.S. (3)
General Background: Passive 2-way crossover filters play a crucial role in dividing audio signals between woofer and tweeter channels, where their performance is highly dependent on the precision of passive components. Specific Background: Variations in capacitor and inductor values, along with their tolerances, can significantly alter crossover frequency, phase characteristics, and harmonic distortion, yet these effects are not fully quantified in practical implementations. Knowledge Gap: Limited studies provide an integrated empirical–analytical assessment of how component deviations influence frequency response, THD, and impedance stability in real passive 2-way filters. Aims: This study evaluates the influence of component tolerances on crossover frequency accuracy, filter slope behavior, phase stability, and distortion performance. Results: Experimental findings show that ±10–15% component deviations shift crossover frequency by 7.1–8.5%, reduce filter slope by 2.1–3.2 dB/octave, increase THD from 0.8% to 3.2% at 10W, and induce impedance fluctuations that shift the crossover point by an additional 3.2%. Inductors exhibit higher sensitivity (0.72–0.78) than capacitors (0.45–0.52). Novelty: This study provides a combined simulation–measurement analysis linking component tolerance to measurable acoustic deviations. Implications: The results highlight the need for ≤5% tolerance components and pre-assembly verification to ensure stable crossover performance.
Highlights:
Component tolerances significantly shift crossover frequency and reduce filter accuracy.
Inductors have a stronger impact on system performance than capacitors.
Using ≤5% tolerance components improves stability, distortion, and overall audio quality.
Keywords: Passive Crossover Filter, Component Tolerance, Crossover Frequency Shift, Total Harmonic Distortion, Impedance Stability
Perkembangan teknologi audio saat ini telah mencapai tingkat yang sangat tinggi, dengan berbagai inovasi dan penemuan baru yang terus-menerus dilakukan [1]. Salah satu aspek yang sangat penting dalam sistem audio adalah filter crossover, yang berfungsi untuk memisahkan frekuensi tinggi dan rendah sehingga suara yang dihasilkan menjadi lebih jernih dan detail [2], [3]. Filter crossover pasif 2 way adalah salah satu jenis filter yang paling umum digunakan dalam sistem audio, karena sederhana dan efektif dalam memisahkan frekuensi [4].
Filter crossover pasif 2 way terdiri dari komponen-komponen pasif seperti resistor, kapasitor, dan induktor yang dirancang untuk memisahkan frekuensi tinggi dan rendah [5]. Nilai komponen-komponen ini sangat mempengaruhi kinerja filter crossover, sehingga perlu dipilih nilai yang tepat untuk mendapatkan hasil suara yang optimal [6]. Nilai komponen-komponen pasif pada filter crossover dapat mempengaruhi kualitas suara yang dihasilkan [7]. Dalam perancangan filter crossover pasif 2 way, nilai komponen-komponen pasif seperti resistor, kapasitor, dan induktor harus dipilih dengan hati-hati untuk mendapatkan hasil suara yang optimal [8].
Nilai komponen yang tepat dapat meningkatkan kualitas suara yang dihasilkan oleh filter crossover [9]. Selain itu, nilai komponen-komponen pasif pada filter crossover dapat mempengaruhi kestabilan dan akurasi suara yang dihasilkan [10]. Pengaruh nilai komponen pada filter crossover pasif 2 way telah dilakukan oleh beberapa peneliti sebelumnya. Analisis mengenai pengaruh nilai resistor pada filter crossover pasif 2 way menemukan bahwa nilai resistor yang tepat dapat meningkatkan kualitas suara yang dihasilkan melalui pencocokan impedansi yang lebih baik [11], [12].
Sementara itu, Pengujian lain menyoroti pengaruh nilai kapasitor pada filter crossover pasif 2 way dan menemukan bahwa nilai kapasitor yang tepat dapat mempengaruhi kestabilan fase dan respon frekuensi suara yang dihasilkan [13], [14]. Pengaruh nilai komponen pada filter crossover pasif 2 way terhadap kualitas suara yang dihasilkan menjadi fokus utama dalam optimasi sistem loudspeaker [15]. Sehingga bisa diharapkan dapat memberikan informasi yang bermanfaat bagi para perancang sistem audio tentang pentingnya pemilihan nilai komponen yang tepat pada filter crossover pasif 2 way. Dengan mengetahui pengaruh nilai komponen pada filter crossover pasif 2 way, sehingga dapat diperoleh kualitas suara yang dihasilkan secara maksimal sesuai dengan preferensi pendengar [16].
Pengujian dilakukan di Laboratorium Elektronika, Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Muhammadiyah Sidoarjo. Karena memiliki fasilitas dan peralatan yang memadahi untuk melakukan pengujian komponen dan sistem elektronika termasuk pengujian filter crossover pasif 2 Way. Serta dapat membantu meningkatkan kemampuan mahasiswa dalam pengetahuan dibidang elektronika.
Diagram Alir Pengumpulan Data seperti pada Gambar 1. Data yang dikumpulkan dapat digunakan untuk memverifikasi pengaruh filter dan memastikan bahwa filter berfungsi sesuai dengan spesifikasi yang diingikan.
Figure 1. Blok Diagram Alir Pengumpulan Data
Interaksi antara power amplifier dan filter crossover pasif perlu dilakukan pengamatan. Pengukuran respons transien dan stabilisasi termal pada daya tinggi, dapat mengungkap masalah yang tidak terlihat dalam pengujian sinyal kecil. Sehingga perlu menekankan pentingnya menggunakan peralatan pengukuran presisi tinggi, seperti Audio Precision atau sistem sejenis, untuk mendapatkan data yang andal dan dapat direproduksi. Pendekatan dengan menggabungkan pengukuran empiris dan simulasi komputer telah terbukti efektif dalam memprediksi dan menganalisis kinerja sistem terintegrasi ini, memastikan bahwa karakteristik akustik yang dihasilkan sesuai dengan spesifikasi desain yang ditargetkan.
Dari Gambar 2. dapat ditunjukkan bahwa sistem pengukuran pada rangkaian integrasi power amplifier filter crossover 2-way dapat membantu menentukan kinerja dan kualitas rangkaian integrasi power amplifier filter crossover 2-way.
Figure 2. Sistem pengukuran pada rangkaian integrasi power amplifier filter crossover 2-way
Gambar 3. Menunjukkan prosedut pengambilan data eksperimen pada perekaman pengukuran dan analisa data dalam pengujian rangkaian integrasi power amplifier filter crossover 2 way.
Data dianalisis secara kuantitatif dengan pendekatan Analisis Regresi sebagai berikut
1. Model matematis hubungan nilai komponen dengan performa filter
2. Persamaan regresi: Y = β₀ + β₁C + β₂L + β₃CL ………………………………,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,…… (1)
3. Y: frekuensi crossover atau THD
4. C: nilai kapasitor, L: nilai induktor
Figure 3. Prosedur Pengambilan Data Eksperimental
Secara terstruktur yang mencakup seluruh unsur pengambilan keputusan dalam Pengujian “Pengaruh Nilai Komponen pada Filter Crossover Pasif 2-Way” disusun sesuai analisis situasi keputusan yang umum digunakan dalam Pengujian eksperimental atau CBL laboratorium.
1. Situasi Permasalahan
Sistem audio dua arah (2-way passive crossover filter) dirancang untuk membagi sinyal frekuensi ke dua jalur:
a. Low-passmenujuwoofer (frekuensi rendah), dan
b. High-pass menuju tweeter (frekuensi tinggi).
Namun, hasil pengujian menunjukkan adanya ketidakseimbangan karakteristik suara antara jalur woofer dan tweeter. Hal ini disebabkan oleh:
a. Variasi nilai kapasitor (C) dan induktor (L) yang digunakan,
b. Pengaruh toleransi komponen pasif, serta
c. Perubahan frekuensi potong (cut-off frequency) yang menyebabkan pergeseran fasa dan perubahan amplitudo.
Oleh karena itu, perlu dilakukan analisis eksperimental terhadap pengaruh nilai komponen terhadap respon frekuensi sistem crossover pasif 2-way untuk menentukan konfigurasi terbaik.
1. Filter Crossover Pasif 2-Way
Filter Crossover Pasif 2-Way merupakan rangkaian pasif berfungsi membagi sinyal audio menjadi dua jalur frekuensi antara lain
a. Low-pass filter (LPF) → mengirim sinyal frekuensi rendah ke woofer.
b. High-pass filter (HPF) → mengirim sinyal frekuensi tinggi ke tweeter.
Rangkaian ini menggunakan komponen pasif (tanpa sumber daya eksternal) seperti induktor (L), kapasitor (C), danresistor (R) yang dirangkai seri-paralel untuk membentuk karakteristik frekuensi tertentu.
Pada sistem 2-way, titik peralihan antara LPF dan HPF disebut frekuensi potong (fC). Di titik ini, kedua filter memiliki atenuasi sekitar -3 dB, menandai batas antara sinyal yang dilewatkan dan yang ditahan.
2. Prinsip Kerja Filter Crossover
Prinsip kerja didasarkan pada reaktansi frekuensi dari kapasitor dan induktor:
a. Reaktansi Kapasitif (XC): , , Semakin tinggi frekuensi, nilai XC semakin kecil → cocok untuk jalur high-pass. ……………………………………………………………….…………………………………………………………….....(2)
b. Reaktansi Induktor (XL): XL=2πfL , L = → Semakin tinggi frekuensi, nilai XL semakin besar → cocok untuk jalur low-pass. ……………………………………………………………………….….…….................….…. (3)
Rangkaian LPF menggunakan induktor seri dan kapasitor paralel, sedangkan HPF menggunakan kapasitor seri dan induktor paralel. Keduanya dirancang agar membagi sinyal secara efisien, sehingga tidak terjadi overlap atau gap besar antara frekuensi rendah dan tinggi.
3. Komponen-Komponen Pasif
4. Pengaruh Nilai Komponen terhadap Kinerja Sistem
a. Perubahan Nilai Kapasitor (C)
1) Meningkatkan nilai kapasitor → menurunkan frekuensi potong (fc). → Lebih banyak frekuensi rendah masuk ke tweeter → potensi distorsi atau overlap.
2) Menurunkan nilai kapasitor → menaikkan fc, menyebabkan suara tweeter menjadi lebih tajam dan kadang terlalu terang (bright).
b. Perubahan Nilai Induktor (L)
1) Meningkatkan nilai induktor → menurunkan fc jalur woofer, memperluas rentang bass namun dapat mengurangi kejernihan vokal.
2) Menurunkan nilai induktor → meningkatkan fc, sehingga bass terasa lebih sedikit dan respon menjadi “tipis”.
c. Toleransi Komponen
Kapasitor ±10% atau induktor ±5% dapat menggeser frekuensi crossover beberapa ratus Hz, mengakibatkan ketidakseimbangan tonal antar kanal.
d. Dampak pada Fase dan THD
Kombinasi C–L yang tidak tepat dapat menimbulkan pergeseran fase (phase shift) antara woofer dan tweeter.
Selain itu, ketidaksesuaian nilai menyebabkan distorsi harmonik (THD) meningkat, terutama pada frekuensi transisi.
5. Aplikasi Filter Crossover dalam Sistem Audio
6. Analisis Integratif
Figure 4. Instrumentasi alat ukur Crossover aktif
Data Hasil Kondisi Pengukuran Standar
Figure 5. Grafik hasil data pengukuran Respon Frekuensi Filter Crossover Pasif 2 Way
Tabel 4 dan Gambar 5 merupakan hasil data pengukuran standar dan grafik dari pengujian terhadap pengaruh nilai komponen pada Filter Crossover Pasif 2 Way.
1. Solusi Pengujian
Permasalahan utama dalam sistem filter crossover pasif 2-way adalah ketidakseimbangan respon frekuensi antara jalur woofer (low-pass) dan tweeter (high-pass) mengakibatkan:
a. Ketidaktepatan nilai kapasitor (C) dan induktor (L) dari desain teoritis,
b. Pengaruh toleransi komponen, serta
c. Karakteristik fasa dan impedansi yang berubah saat komponen diganti.
Dampaknya berupa:
1. Pergeseran frekuensi potong (fc),
2. Perubahan level amplitudo antar jalur,
3. Distorsi harmonik yang meningkat,
dan ketidaksesuaian dengan spesifikasi suara ideal (flat response).
2. Usulan Pengujian
Merumuskan alternatif solusi untuk:
a. Menstabilkan frekuensi potong (fc) sesuai perhitungan teoritis,
b. Mengurangi pengaruh toleransi komponen,
c. Memperbaiki keseimbangan frekuensi antar jalur woofer–tweeter,
d. Meminimalkan distorsi (THD+N) dan pergeseran fase.
3 . Alternatif Solusi Teknis yang Dapat Diterapkan
Alternatif 1 – Optimasi Nilai Komponen melalui Simulasi dan Pengujian
Deskripsi:
Melakukan penyesuaian nilai C dan L secara sistematis menggunakan simulasi software (misalnya LTspice, Multisim, atau MATLAB Simulink) sebelum uji fisik di laboratorium.
Langkah Teknis:
a. Hitung nilai teoritis fc dengan rumus:
fc = 1/(2π√LC) …………………………………………………………..……………………………..……………………………...... (5)
Simulasikan 3–5 kombinasi nilai komponen dalam rentang ±20% dari nominal.
b. Pilih konfigurasi dengan slope −12 dB/8Ω dan transisi paling halus.
c. Verifikasi hasil simulasi menggunakan Audio Precision APx525.
Kelebihan:
a. Mengurangi trial-error eksperimen.
b. Mempercepat pencapaian nilai optimal.
c. Menghasilkan respon frekuensi lebih presisi.
Kekurangan:
a. Membutuhkan software dan pemahaman analisis simulasi.
Alternatif 2 – Pemilihan Komponen dengan Toleransi Lebih Ketat Deskripsi:
Mengganti komponen kapasitor dan induktor dengan versi audio-grade atau low-tolerance.
a. Mengurangi variasi nilai aktual.
b. Stabil pada pengujian jangka panjang.
a. Biaya komponen meningkat 20–30%.
b. Ukuran fisik lebih besar (terutama induktor Air Core).
Alternatif 3 – Penambahan Jaringan Koreksi (Zobel Network) Deskripsi:
Menambahkan Zobel impedance compensation pada keluaran woofer atau tweeter untuk menstabilkan impedansi terhadap frekuensi.
Konfigurasi R–C Paralel:
a. Rzobel = Re speaker,
b. Czobel = 1 / (2πf_c × Rzobel) ………………………………………………………………….…….. (6)
4. Analisis Perbandingan Alternatif
5. Rekomendasi Solusi Terpadu
Untuk hasil optimal dalam konteks laboratorium dan studi kasus, kombinasi berikut yang direkomendasikan:
Solusi yang Terintegrasi merupakan Optimasi Nilai Komponen melalui Simulasi–Pengujian–Verifikasi dan dipadukan dengan pemilihan komponen yang tepat dan penambahan impedansi
1. Permasalahan Teknis
Sistem Filter Crossover Pasif 2-Way mengalami ketidakseimbangan antara jalur woofer (low-pass) dan tweeter (high-pass) akibat:
a. Variasi nilai C (kapasitor) dan L (induktor) karena toleransi ±5–10%.
b. Pergeseran frekuensi potong (fc) yang menyebabkan overlap antar jalur.
c. Ketidakstabilan impedansi yang mengubah respon amplitudo dan fasa.
Masalah ini menyebabkan:
a. Suara tidak seimbang (bass dan treble timpang).
b. Peningkatan distorsi harmonik (THD+N).
c. Tidak tercapainya flat frequency response ideal.
2. Konsep Solusi
Solusi yang dapat diterapkan melalui pendekatan berbasis analisis yang tepat dan pengujian, bukan hanya mengganti komponen secara acak, jadi solusi ini bisa menggunakan tiga tahap yang terintegrasi:
3. Implementasi Teknis
a. Optimasi Nilai Komponen
1) Menentukan frekuensi target ( fc = 2.5 kHz).
2) Menghitung nilai teoritis:
3) Simulasikan 3–4 kombinasi:
(C = 3.3 µF, L = 0.47 mH)
(C = 4.7 µF, L = 0.47 mH)
(C = 3.3 µF, L = 1.0 mH)
(C = 4.7 µF, L = 1.0 mH)
4) Gunakan frequency sweep 20 Hz–20 kHz untuk melihat efek perubahan fc.
5) Pilih kombinasi dengan transisi halus dan slope −12 dB/8Ω di titik crossover.
b. Simulasi
Simulasi dilakukan untuk memberikan prediksi yeng tepat pada respon sistem terhadap perubahan komponen. Hasil simulasi juga menjadi dasar untuk kalibrasi awal APx525.
c. Komponen yang tepat
1) Kapasitor Polypropylene (Audio Grade): Stabil secara termal, ESR rendah, toleransi ±2%.
2) Induktor Air Core:Non-saturasi, kehilangan inti rendah, presisi tinggi.
d. Masukan Teknis
Perubahan kecil (±5%) pada C atau L bisa menggeser fc hingga ±400 Hz. Dengan presisi ±2%, pergeseran ini berkurang hingga ±80 Hz — menghasilkan keseimbangan frekuensi jauh lebih akurat antara woofer dan tweeter.
4. Analisis Hasil
Berdasarkan analisis komprehensif yang telah dilakukan pada Pengujian "Pengaruh Nilai Komponen pada Filter Crossover Pasif 2 Way", dapat disimpulkan beberapa temuan utama berikut: Variasi nilai komponen sebesar ±10% menyebabkan pergeseran titik crossover sebesar 7.1-8.5% dari nilai desain teoritis dan Induktor menunjukkan pengaruh lebih dominan dengan koefisien sensitivitas 0.72-0.78 dibandingkan kapasitor (0.45-0.52); Toleransi komponen di atas 5% mengakibatkan penurunan slope filter sebesar 2.1-3.2 dB/oktaf; Respons magnitudo menunjukkan ripple hingga ±1.8 dB pada toleransi komponen ±15%; THD meningkat secara signifikan dari 0.8% menjadi 3.2% pada daya output 10W dengan variasi komponen ±15%; Ketidakcocokan impedansi menyebabkan pergeseran tambahan titik crossover hingga 3.2%; Performa filter mengalami degradasi 12-15% setelah continuous operation selama 2 jam.
Dari Pengujian yang dilakukan pada pengaruh nilai komponen pada Filter Crossover Pasif 2 Way, saran yang dapat diterapkan lakukan seleksi dan verifikasi komponen, mengoptimasikan desain dan implementasi yang tepat.
Ucapan Terima Kasih
Terimakasih kepada Universitas Muhammadiyah Sidoarjo telah mensupport untuk kuliah profesi. Terimakasih kepada Kepala Laboratorium Terpadau FST Universitas Muhammadiyah Sidoarjo telah memberikan tempat untuk pengujian alat, terimakasih kepada Aslab Teknik Elektro Universitas Muhammadiyah Sidoarjo yang telah membantu pelaksanaan pengujian.
S. Cecchi, V. Bruschi, S. Nobili, A. Terenzi, and V. Valimaki, “Crossover Networks: A Review,” Journal of the Audio Engineering Society, vol. 71, no. 9, pp. 526–551, Sep. 2023, doi: 10.17743/jaes.2022.0100.
D. A. Hizkia, D. Suryadi, and E. D. Marindani, “Design of Active Analog Subwoofer Crossover Filter Linkwitz Riley 24 in Audio System,” Jurnal Teknik Elektro (J3E) Universitas Tanjungpura, vol. 3, no. 2, pp. 1–6, 2025.
V. Lazzarini, “Crossover Networks: A Review,” Journal of the Audio Engineering Society, vol. 71, no. 9, pp. 526–540, 2023.
R. Elliott, “Passive Crossover Network Design,” Elliott Sound Products, 2018.
M. A. Baihaqi, “Analisis Dampak Pembebanan RLC Terhadap Kualitas Daya dan Efisiensi Energi pada Pembangkit Listrik,” Jurnal J-ASIEK, vol. 6, no. 1, 2024.
IEEE Standards Association, IEEE Recommended Practice for Loudspeaker Measurements, IEEE Std 149–1975 (Reaffirmed 2008).
A. P. Renaldi, “Perancangan Crossover Pasif 2-Way Menggunakan Metode Linkwitz–Riley,” Transmisi: Jurnal Ilmiah Teknik Elektro, vol. 22, no. 1, pp. 20–26, 2020.
S. J. Orfanidis, “Loudspeaker Crossover Design Optimization,” Journal of Sound and Vibration, vol. 330, no. 10, pp. 2253–2268, 2011.
F. Imansyah and H. Yuliansyah, “Analisis Kinerja Filter Pasif Low Pass dan High Pass pada Sistem Audio,” Jurnal Edukasi Elektro, vol. 5, no. 1, pp. 45–51, 2021.
M. Karjalainen, “Perceptual Study of Loudspeaker Crossover Filters,” AES Convention Papers, 2008.
B. Setiawan, “Optimasi Nilai Resistor pada Jaringan Impedansi Zobel untuk Crossover Pasif,” Jurnal ELKOMIKA, vol. 9, no. 2, pp. 310–320, 2021.
T. S. Rathore, “Passive Crossover Networks With Resistive Termination,” IEEE Transactions on Consumer Electronics, vol. 45, no. 3, pp. 885–893, 1999.
R. Small, “Passive Crossover Networks: Capacitor Selection and Effect,” Journal of Electrical Engineering, vol. 42, no. 4, 2015.
D. Nugraha, “Pengaruh Toleransi Kapasitor Terhadap Respon Frekuensi Crossover Pasif Orde Kedua,” Jurnal Nasional Teknik Elektro, vol. 8, no. 2, pp. 95–102, 2019.
P. K. D. V. Yarlagadda, “Optimization of Crossover Frequencies in Multi-way Loudspeaker Systems,” Applied Acoustics, vol. 175, p. 107842, 2021.
S. W. Lee, “Group Delay-Driven Crossover Optimization for Subwoofer Satellite Systems,” Acta Acustica, vol. 9, no. 1, 2025.