Аудио кроссовер

Пассивный 2-полосный кроссовер, предназначенный для работы при напряжении громкоговорителей .

Аудиокроссоверы — это тип схемы электронного фильтра , который разделяет аудиосигнал на два или более частотных диапазона, чтобы сигналы можно было отправлять на драйверы громкоговорителей, которые предназначены для работы в разных частотных диапазонах. Разделительные фильтры могут быть активными или пассивными . Их часто называют двухполосными или трехполосными , что указывает, соответственно, на то, что кроссовер разделяет данный сигнал на два частотных диапазона или три частотных диапазона. Кроссоверы используются в громкоговорителей кабинетах , усилителях мощности в бытовой электронике ( Hi-Fi , звук для домашнего кинотеатра и автомобильная аудиосистема ), а также профессионального аудио в усилителях и музыкальных инструментов. На последних двух рынках кроссоверы используются в усилителях баса , клавишных усилителях , корпусах басовых и клавишных динамиков, а также в оборудовании систем звукоусиления (динамики PA, мониторные динамики, сабвуферов системы и т. д.).

Кроссоверы используются потому, что большинство отдельных драйверов громкоговорителей не способны охватить весь звуковой спектр от низких частот до высоких частот с приемлемой относительной громкостью и отсутствием искажений . В большинстве акустических систем Hi-Fi и акустических кабинетов систем звукоусиления используется комбинация нескольких динамиков громкоговорителей, каждый из которых работает на разных полосах частот . Стандартный простой пример - кабинеты систем Hi-Fi и PA, которые содержат низкочастотный динамик для низких и средних частот и высокочастотный динамик для высоких частот. Поскольку источник звукового сигнала, будь то записанная музыка с проигрывателя компакт-дисков или микс живой группы с аудиоконсоли , объединяет все низкие, средние и высокие частоты, для разделения аудиосигнала на отдельные частотные диапазоны используется схема кроссовера. которые можно отдельно направить на громкоговорители, твитеры или рупоры, оптимизированные для этих частотных диапазонов.

Пассивные кроссоверы Вероятно, это самый распространенный тип аудиокроссовера. Они используют сеть пассивных электрических компонентов (например, конденсаторов, катушек индуктивности и резисторов) для разделения усиленного сигнала, поступающего от одного усилителя мощности, так, чтобы его можно было отправить на два или более динамиков (например, низкочастотный динамик и очень низкочастотный динамик). сабвуфер , или низкочастотный динамик и высокочастотный динамик , или комбинация низкочастотного динамика, среднечастотного динамика и высокочастотного динамика).

Активные кроссоверы отличаются от пассивных кроссоверов тем, что они разделяют аудиосигнал перед этапом усиления мощности, чтобы его можно было отправить на два или более усилителей мощности, каждый из которых подключен к отдельному драйверу громкоговорителя. Аудиосистемы объемного звучания домашнего кинотеатра 5.1 используют кроссовер, который выделяет очень низкочастотный сигнал, чтобы его можно было отправить на сабвуфер , а затем отправляя оставшиеся низкие, средние и высокие частоты на пять динамиков, которые размещается вокруг слушателя. В типичном приложении сигналы, посылаемые в кабинеты динамиков объемного звучания, далее разделяются с помощью пассивного кроссовера на низкочастотный/среднечастотный динамик и высокочастотный динамик. Активные кроссоверы бывают как цифровыми, так и аналоговыми.

Цифровые активные кроссоверы часто включают в себя дополнительную обработку сигнала, такую ​​как ограничение, задержку и эквализацию. Кроссоверы сигналов позволяют разделить аудиосигнал на полосы, которые обрабатываются отдельно, прежде чем снова микшироваться. Некоторыми примерами являются многополосное сжатие , лимитирование , де-эссинг , многополосное искажение , усиление басов, высокочастотные эксайтеры и шумоподавление такое как шумоподавление Dolby A. ,

Обзор

Сравнение амплитудной характеристики двухполюсных кроссоверных фильтров Баттерворта и Линквица-Райли. Суммарный выходной сигнал фильтров Баттерворта имеет пик +3 дБ на частоте разделения.

Определение идеального аудиокроссовера меняется в зависимости от поставленной задачи и аудиоприложения. Если отдельные полосы необходимо снова смешать вместе (как при многополосной обработке), то идеальный аудиокроссовер разделит входящий аудиосигнал на отдельные полосы, которые не перекрываются и не взаимодействуют, что приводит к тому, что выходной сигнал остается неизменным по частоте относительно друг друга. уровни и фазовый отклик . Эту идеальную производительность можно только приблизить. Как реализовать наилучшее приближение — предмет оживленных дискуссий. С другой стороны, если аудиокроссовер разделяет звуковые полосы в громкоговорителе, нет необходимости в математически идеальных характеристиках самого кроссовера, поскольку частотная и фазовая характеристика динамиков громкоговорителей в их креплениях затмит результаты. Целью разработки является удовлетворительная выходная мощность всей системы, состоящей из аудиокроссовера и динамиков в их корпусах. Такая цель часто достигается использованием неидеальных, асимметричных характеристик кроссоверного фильтра.

В аудио используется множество различных типов кроссовера, но обычно они относятся к одному из следующих классов.

Классификация

Классификация по количеству секций фильтра

Громкоговорители часто классифицируются как «N-way», где N — количество динамиков в системе. Например, громкоговоритель с низкочастотным динамиком и высокочастотным динамиком представляет собой двухполосную акустическую систему. N-полосный громкоговоритель обычно имеет N-полосный кроссовер для разделения сигнала между динамиками. Двухполосный кроссовер состоит из фильтра нижних и верхних частот . Трехполосный кроссовер представляет собой комбинацию фильтров нижних , полосовых и верхних частот (LPF, BPF и HPF соответственно). Секция BPF, в свою очередь, представляет собой комбинацию секций HPF и LPF. 4-полосные (или более) кроссоверы не очень распространены в конструкциях громкоговорителей, в первую очередь из-за их сложности, которая обычно не оправдывается лучшими акустическими характеристиками.

Дополнительная секция HPF может присутствовать в N-полосном кроссовере громкоговорителей для защиты низкочастотного драйвера от частот, более низких, чем он может безопасно обрабатывать. Тогда такой кроссовер будет иметь полосовой фильтр для драйвера самой низкой частоты. Точно так же высокочастотный драйвер может иметь защитную секцию ФНЧ для предотвращения высокочастотных повреждений, хотя это встречается гораздо реже.

В последнее время ряд производителей начали использовать так называемую «5-полосную» технологию кроссовера для кроссоверов стереодинамиков. Обычно это означает добавление второго низкочастотного динамика, который воспроизводит тот же диапазон низких частот, что и основной низкочастотный динамик, но затухает намного раньше, чем это делает основной низкочастотный динамик.

Примечание. Упомянутые здесь секции фильтра не следует путать с отдельными секциями 2-полюсного фильтра, из которых состоит фильтр более высокого порядка.

Классификация по компонентам

Кроссоверы также можно классифицировать по типу используемых компонентов.

Пассивный

Пассивная схема кроссовера часто устанавливается в корпусе динамика для разделения усиленного сигнала на низкочастотный диапазон сигнала и высокочастотный диапазон сигнала.

Пассивный кроссовер разделяет аудиосигнал после его усиления одним усилителем мощности , так что усиленный сигнал можно отправить на два или более типов драйверов, каждый из которых охватывает разные диапазоны частот. Эти кроссоверы полностью состоят из пассивных компонентов и схем; термин «пассивный» означает, что для схемы не требуется дополнительный источник питания. Пассивный кроссовер просто необходимо подключить проводкой к сигналу усилителя мощности. Пассивные кроссоверы обычно организуются в топологии Кауэра для достижения эффекта фильтра Баттерворта . В пассивных фильтрах используются резисторы в сочетании с реактивными компонентами, такими как конденсаторы и катушки индуктивности . Пассивные кроссоверы с очень высокими характеристиками, вероятно, будут дороже, чем активные кроссоверы, поскольку отдельные компоненты, способные хорошо работать при высоких токах и напряжениях, при которых работают акустические системы, трудно изготовить.

В недорогих продуктах бытовой электроники , таких как недорогие коробочные домашние кинотеатры и недорогие бум-боксы , используются пассивные кроссоверы более низкого качества, часто с использованием сетей фильтров более низкого порядка с меньшим количеством компонентов. В дорогих Hi-Fi акустических системах и ресиверах используются более качественные пассивные кроссоверы для улучшения качества звука и снижения искажений. Тот же подход «цена/качество» используется в оборудовании систем звукоусиления, усилителях музыкальных инструментов и акустических кабинетах; В недорогом сценическом мониторе , громкоговорителе PA или акустическом кабинете усилителя басов обычно используются более дешевые пассивные кроссоверы более низкого качества, тогда как в дорогих высококачественных кабинетах используются кроссоверы более высокого качества. В пассивных кроссоверах могут использоваться конденсаторы, изготовленные из полипропилена , металлизированной полиэфирной фольги, конденсаторы бумажной и электролитической технологии. Индукторы могут иметь воздушные сердечники, сердечники из порошкового металла, ферритовые сердечники или сердечники из ламинированной кремниевой стали, и большинство из них намотаны эмалированной медной проволокой.

Некоторые пассивные сети включают в себя такие устройства, как предохранители , устройства PTC, лампочки или автоматические выключатели для защиты драйверов громкоговорителей от случайного перенапряжения (например, от внезапных скачков напряжения или скачков напряжения). Современные пассивные кроссоверы все чаще включают в себя цепи выравнивания (например, сети Зобеля ), которые компенсируют изменения импеданса в зависимости от частоты, присущие практически всем громкоговорителям. Проблема сложна, поскольку изменение импеданса частично связано с изменениями акустической нагрузки в полосе пропускания драйвера.

Два недостатка пассивных сетей заключаются в том, что они могут быть громоздкими и вызывать потери мощности. Они зависят не только от частоты, но и от импеданса (т.е. их реакция зависит от электрической нагрузки, к которой они подключены). Это предотвращает их взаимозаменяемость с акустическими системами разного импеданса. Идеальные кроссоверные фильтры, включая схемы компенсации импеданса и выравнивания, может быть очень сложно спроектировать, поскольку компоненты взаимодействуют сложным образом. Эксперт по дизайну кроссоверов Зигфрид Линквиц сказал о них, что «единственным оправданием пассивных кроссоверов является их низкая стоимость. Их поведение меняется в зависимости от динамики драйверов, зависящей от уровня сигнала. Они не позволяют усилителю мощности получить максимальный контроль над движением звуковой катушки. Это пустая трата времени, если целью является точность воспроизведения». В качестве альтернативы можно использовать пассивные компоненты для построения схем фильтров перед усилителем. Эта реализация называется пассивным кроссовером линейного уровня.

Активный

Схема реализации трехполосной активной кроссоверной сети для использования со стереофонической трехполосной акустической системой.

Активный кроссовер содержит в своих фильтрах активные компоненты, такие как транзисторы и операционные усилители. В последние годы наиболее часто используемым активным устройством является операционный усилитель . В отличие от пассивных кроссоверов, которые работают после выхода усилителя мощности при большом токе и, в некоторых случаях, при высоком напряжении , активные кроссоверы работают на уровнях, подходящих для входов усилителя мощности. С другой стороны, все схемы с усилением вносят шум , и такой шум оказывает вредное воздействие, если он появляется до усиления сигнала усилителями мощности.

Активные кроссоверы всегда требуют использования усилителей мощности для каждой выходной полосы. Таким образом, для двухполосного активного кроссовера требуется два усилителя — один для низкочастотного динамика и один для высокочастотного динамика . Это означает, что акустическая система, основанная на активных кроссоверах, часто будет стоить дороже, чем система на основе пассивного кроссовера. Несмотря на недостатки в стоимости и сложности, активные кроссоверы обладают следующими преимуществами перед пассивными:

Типичное использование активного кроссовера, хотя пассивный кроссовер можно расположить аналогичным образом перед усилителями.

• частотная характеристика, независимая от динамических изменений электрических характеристик динамика (например, от нагрева звуковой катушки)
• как правило, это возможность простого способа изменения или точной настройки каждой полосы частот в соответствии с конкретными используемыми драйверами. Примерами могут быть крутизна кроссовера, тип фильтра (например, Бесселя , Баттерворта, Линквица-Райли и т. д.), относительные уровни и т. д.
• лучшая изоляция каждого драйвера от сигналов, обрабатываемых другими драйверами, что снижает интермодуляционные искажения и перегрузку
• Усилители мощности напрямую подключены к драйверам динамиков, тем самым максимизируя управление демпфированием усилителя звуковой катушки динамика, уменьшая последствия динамических изменений в электрических характеристиках динамика, что, вероятно, улучшит переходную характеристику системы.
• снижение требований к выходной мощности усилителя. Поскольку в пассивных компонентах не теряется энергия, требования к усилителю значительно снижаются (в некоторых случаях до 1/2), что снижает затраты и потенциально повышает качество.

Цифровой

Активные кроссоверы могут быть реализованы в цифровом виде с использованием процессора цифровых сигналов или другого микропроцессора . Они либо используют цифровые аппроксимации традиционных аналоговых схем, известные как БИХ -фильтры ( Бесселя , Баттерворта, Линквица-Райли и т. д.), либо используют фильтры с конечной импульсной характеристикой (FIR) . БИХ-фильтры имеют много общего с аналоговыми фильтрами и относительно нетребовательны к ресурсам ЦП; С другой стороны, КИХ-фильтры обычно имеют более высокий порядок и, следовательно, требуют больше ресурсов для аналогичных характеристик. Они могут быть спроектированы и изготовлены так, чтобы иметь линейную фазовую характеристику, что считается желательным для многих, кто занимается воспроизведением звука. Однако есть и недостатки: для достижения линейной фазовой характеристики требуется большее время задержки, чем было бы необходимо при использовании БИХ-фильтров или КИХ-фильтров с минимальной фазой. БИХ-фильтры, которые по своей природе являются рекурсивными, имеют тот недостаток, что, если их не тщательно спроектировать, они могут входить в предельные циклы, что приводит к нелинейным искажениям.

Механический

Этот тип кроссовера является механическим и использует свойства материалов диафрагмы динамика для достижения необходимой фильтрации. Такие кроссоверы обычно встречаются в полнодиапазонных динамиках , которые предназначены для покрытия как можно большей части звукового диапазона. Один из них создается путем соединения диффузора динамика с бобиной звуковой катушки через податливую секцию и непосредственного прикрепления небольшого легкого диффузора к бобине. Эта совместимая секция служит совместимым фильтром, поэтому основной диффузор не вибрирует на более высоких частотах. Конус свистка реагирует на все частоты, но из-за своего меньшего размера он дает полезный выходной сигнал только на более высоких частотах, реализуя тем самым функцию механического кроссовера. Тщательный выбор материалов, используемых для диффузора, свистка и элементов подвески, определяет частоту кроссовера и эффективность кроссовера. Такие механические кроссоверы сложны в разработке, особенно если требуется высокая точность воспроизведения. Компьютерное проектирование в значительной степени заменило исторически использовавшийся трудоемкий подход проб и ошибок. В течение нескольких лет податливость материалов может измениться, что негативно отразится на частотной характеристике динамика.

Более распространенный подход — использовать пылезащитный колпачок в качестве высокочастотного излучателя. Пылезащитный колпачок излучает низкие частоты, перемещаясь в составе основного узла, но из-за малой массы и уменьшенного демпфирования излучает повышенную энергию на более высоких частотах. Как и в случае с конусами Wizzer, для обеспечения плавного и продолжительного результата требуется тщательный выбор материала, формы и положения. Высокочастотная дисперсия для этого подхода несколько иная, чем для свистящих диффузоров. Связанный подход заключается в том, чтобы сформировать основной конус с таким профилем и из таких материалов, чтобы область шейки оставалась более жесткой, излучая все частоты, в то время как внешние области конуса избирательно развязывались, излучая только на более низких частотах. Профили и материалы конусов можно моделировать с помощью программного обеспечения для анализа методом конечных элементов , а результаты прогнозируются с отличными допусками.

Колонки, в которых используются эти механические кроссоверы, имеют некоторые преимущества в качестве звука, несмотря на трудности их проектирования и производства и неизбежные ограничения выходной мощности. Полнодиапазонные динамики имеют единый акустический центр и могут иметь относительно небольшое изменение фазы по всему звуковому спектру. Для достижения наилучших характеристик на низких частотах эти драйверы требуют тщательной разработки корпуса. Их небольшой размер (обычно от 165 до 200 мм) требует значительного отклонения диффузора для эффективного воспроизведения басов. Однако короткие звуковые катушки, необходимые для приемлемого воспроизведения высоких частот, могут перемещаться только в ограниченном диапазоне. Тем не менее, в рамках этих ограничений стоимость и осложнения снижаются, поскольку не требуется никаких перекрестных операций.

Классификация на основе порядка фильтра или наклона

Точно так же, как фильтры имеют разные порядки, так и кроссоверы имеют разные порядки, в зависимости от крутизны фильтра, которую они реализуют. Окончательный акустический наклон может быть полностью определен электрическим фильтром или может быть достигнут путем объединения крутизны электрического фильтра с естественными характеристиками динамика. В первом случае единственное требование состоит в том, чтобы каждый драйвер имел ровную характеристику, по крайней мере, до точки, где его сигнал примерно на -10 дБ ниже полосы пропускания. В последнем случае окончательный акустический наклон обычно круче, чем у используемых электрических фильтров. Акустический кроссовер третьего или четвертого порядка часто имеет только электрический фильтр второго порядка. Для этого необходимо, чтобы динамики динамиков вели себя хорошо на значительном расстоянии от номинальной частоты разделения, и, кроме того, чтобы высокочастотный драйвер был способен выдерживать значительный входной сигнал в диапазоне частот ниже его точки разделения. В реальной практике добиться этого сложно. В приведенном ниже обсуждении обсуждаются характеристики порядка электрического фильтра, а затем обсуждаются кроссоверы, имеющие такой акустический наклон, а также их преимущества и недостатки.

В большинстве аудиокроссоверов используются электрические фильтры первого-четвертого порядка. Высшие порядки обычно не реализуются в пассивных кроссоверах для громкоговорителей, но иногда встречаются в электронном оборудовании в условиях, когда их значительная стоимость и сложность могут быть оправданы.

Первый заказ

Фильтры первого порядка имеют наклон 20 дБ/ декаду (или 6 дБ/ октава ). Все фильтры первого порядка имеют характеристику фильтра Баттерворта. считают, Многие аудиофилы что фильтры первого порядка идеальны для кроссоверов. Это связано с тем, что этот тип фильтра является «идеальным для переходных процессов», что означает, что сумма выходных сигналов нижних и верхних частот пропускает как амплитуду, так и фазу неизменной во всем интересующем диапазоне. Он также использует наименьшее количество деталей и имеет наименьшие вносимые потери (если он пассивный). Кроссовер первого порядка позволяет большему количеству сигнала, состоящего из нежелательных частот, проходить через секции LPF и HPF, чем конфигурации более высокого порядка. В то время как низкочастотные динамики могут легко справиться с этим (помимо генерации искажений на частотах выше тех, которые они могут правильно воспроизводить), более мелкие высокочастотные динамики (особенно твитеры) с большей вероятностью будут повреждены, поскольку они не способны обрабатывать большие входные мощности на частотах. ниже их номинальной точки пересечения.

На практике акустические системы с истинными акустическими наклонами первого порядка сложно спроектировать, поскольку они требуют большой перекрывающейся полосы пропускания драйверов, а пологие наклоны означают, что несовпадающие динамики создают помехи в широком диапазоне частот и вызывают большие смещения отклика вне оси.

Второй заказ

Фильтры второго порядка имеют крутизну 40 дБ/декаду (или 12 дБ/октава). Фильтры второго порядка могут иметь характеристику Бесселя , Линквица-Райли или Баттерворта в зависимости от выбора конструкции и используемых компонентов. Этот порядок обычно используется в пассивных кроссоверах, поскольку он обеспечивает разумный баланс между сложностью, откликом и защитой высокочастотного драйвера. Эти кроссоверы, спроектированные с физическим размещением, синхронизированным по времени, имеют симметричную полярную характеристику, как и все кроссоверы четного порядка.

Обычно считается, что фаз между выходами фильтра нижних частот (второго порядка) и фильтра верхних частот, имеющих одинаковую частоту разделения, всегда будет разность 180 °. Таким образом, в двухполосной системе выход секции верхних частот обычно подключается к «инвертированному» высокочастотному драйверу, чтобы исправить эту фазовую проблему. В пассивных системах твитер подключается с полярностью, противоположной низкочастотному динамику; для активных кроссоверов выход фильтра верхних частот инвертируется. В трехполосных системах драйвер или фильтр среднего диапазона инвертируется. Однако обычно это справедливо только в том случае, если динамики имеют широкое перекрытие откликов и акустические центры физически выровнены.

Третий порядок

Фильтры третьего порядка имеют наклон 60 дБ/декаду (или 18 дБ/октава). Эти кроссоверы обычно имеют характеристики фильтра Баттерворта; фазовая характеристика очень хорошая, сумма уровней плоская и находится в квадратуре фазы , подобно кроссоверу первого порядка. Полярный ответ асимметричен. В исходной схеме D’Appolito MTM симметричное расположение драйверов используется для создания симметричного внеосевого отклика при использовании кроссоверов третьего порядка. Акустические кроссоверы третьего порядка часто строятся на основе схем фильтров первого или второго порядка.

Четвертый порядок

Наклоны кроссовера четвертого порядка показаны при измерении передаточной функции Smaart .

Фильтры четвертого порядка имеют наклон 80 дБ/декаду (или 24 дБ/октава). Эти фильтры относительно сложно спроектировать в пассивной форме, поскольку компоненты взаимодействуют друг с другом, но современное программное обеспечение для компьютерного проектирования оптимизации кроссовера может производить точные расчеты. Пассивные сети с крутым наклоном менее терпимы к отклонениям или допускам значений деталей и более чувствительны к неправильному согласованию с реактивными нагрузками драйвера (хотя это также проблема кроссоверов более низкого порядка). Кроссовер 4-го порядка с точкой перехода -6 дБ и плоским суммированием также известен как кроссовер Линквица-Райли (названный в честь его изобретателей). ), и может быть построен в активной форме путем каскадного соединения двух секций фильтра Баттерворта 2-го порядка. Низкочастотные и высокочастотные выходные сигналы типа кроссовера Линквица-Райли находятся в фазе, что позволяет избежать частичной инверсии фазы, если полосы пропускания кроссовера электрически суммируются, как это было бы в выходном каскаде многополосного компрессора . Кроссоверы, используемые в конструкции громкоговорителей, не требуют синфазности секций фильтра; плавные выходные характеристики часто достигаются с использованием неидеальных, асимметричных характеристик кроссоверного фильтра. Бессель, Баттерворт и Чебышев входят в число возможных топологий кроссовера.

Такие фильтры с крутым наклоном имеют большие проблемы с перерегулированием и звоном. но есть несколько ключевых преимуществ, даже в их пассивной форме, таких как возможность более низкой точки разделения и повышенная мощность высокочастотных динамиков, а также меньшее перекрытие между динамиками, что значительно уменьшает смещение основного лепестка многополосного громкоговорителя. диаграмма направленности системы с частотой, или другие нежелательные внеосевые эффекты. При меньшем перекрытии частот между соседними динамиками их геометрическое расположение относительно друг друга становится менее критичным и дает больше свободы в выборе внешнего вида акустической системы или (в автомобиле) практических ограничений при установке.

Высший порядок

Пассивные кроссоверы, дающие акустические наклоны выше четвертого порядка, не распространены из-за стоимости и сложности. Фильтры с крутизной до 96 дБ на октаву доступны в активных кроссоверах и системах управления громкоговорителями.

Смешанный заказ

Кроссоверы также могут быть построены с фильтрами смешанного порядка. Например, фильтр нижних частот второго порядка можно объединить с фильтром верхних частот третьего порядка. Они, как правило, пассивны и используются по нескольким причинам, часто когда значения компонентов определяются путем оптимизации компьютерной программы. Кроссовер высокочастотного динамика более высокого порядка иногда может помочь компенсировать смещение во времени между низкочастотным динамиком и высокочастотным динамиком, вызванное несовпадением акустических центров.

Классификация на основе топологии схемы

Топологии последовательного и параллельного кроссовера. Секции HPF и LPF для последовательного кроссовера взаимозаменяемы по отношению к параллельному кроссоверу, поскольку они шунтируются с низкочастотными и высокочастотными драйверами.

Параллельно

Параллельные кроссоверы являются наиболее распространенными. Электрически фильтры расположены параллельно, поэтому различные секции фильтра не взаимодействуют. Это упрощает проектирование двухполосных кроссоверов, поскольку с точки зрения электрического импеданса секции можно рассматривать как отдельные и поскольку вариации допусков компонентов будут изолированы, но, как и во всех кроссоверах, окончательная конструкция зависит от того, что выходной сигнал динамиков дополняет акустически. а это, в свою очередь, требует тщательного согласования амплитуды и фазы лежащего в основе кроссовера. подключения динамиков Преимущество параллельных кроссоверов также заключается в возможности двухпроводного — функция, преимущества которой горячо оспариваются.

Ряд

В этой топологии отдельные фильтры подключаются последовательно, а драйвер или комбинация драйверов подключаются параллельно к каждому фильтру. Чтобы понять путь сигнала в кроссовере этого типа, обратитесь к рисунку «Последовательный кроссовер» и рассмотрите высокочастотный сигнал, который в определенный момент имеет положительное напряжение на верхней входной клемме по сравнению с нижней входной клеммой. Фильтр нижних частот имеет высокий импеданс для сигнала, а твитер - низкий импеданс; поэтому сигнал проходит через твитер. Сигнал продолжается до точки соединения между низкочастотным динамиком и фильтром верхних частот. Там фильтр HPF имеет низкий импеданс для сигнала, поэтому сигнал проходит через фильтр HPF и появляется на нижнем входном терминале. Низкочастотный сигнал с аналогичной мгновенной характеристикой напряжения сначала проходит через ФНЧ, затем НЧ-динамик и появляется на нижней входной клемме.

Полученный

Производные кроссоверы включают в себя активные кроссоверы, в которых один из откликов кроссовера получается из другого за счет использования дифференциального усилителя. Например, разница между входным сигналом и выходом секции верхних частот представляет собой характеристику нижних частот. Таким образом, когда для извлечения этой разницы используется дифференциальный усилитель, его выход представляет собой секцию фильтра нижних частот. Основное преимущество производных фильтров состоит в том, что они не создают разности фаз между секциями верхних и нижних частот на любой частоте. Недостатками являются либо:

1. что секции верхних и нижних частот часто имеют разные уровни затухания в полосах задерживания , т. е. их наклоны асимметричны, или
2. что отклик одной или обеих секций достигает максимума вблизи частоты разделения, или оба.

В случае (1), приведенном выше, обычная ситуация заключается в том, что полученный низкочастотный отклик затухает гораздо медленнее, чем фиксированный отклик. Это требует, чтобы динамик, на который он направлен, продолжал реагировать на сигналы глубоко в полосе задерживания, где его физические характеристики могут быть не идеальными. В случае (2), приведенном выше, оба динамика должны работать на более высоких уровнях громкости, когда сигнал приближается к точкам разделения. Это требует большей мощности усилителя и может привести к нелинейности диффузоров динамиков.

Модели и моделирование

Профессионалы и любители имеют доступ к ряду компьютерных инструментов, которые раньше были недоступны. Эти компьютерные инструменты измерения и моделирования позволяют моделировать и виртуально проектировать различные части акустической системы, что значительно ускоряет процесс проектирования и улучшает качество динамика. Эти инструменты варьируются от коммерческих до бесплатных предложений. Их объем также варьируется. Некоторые могут сосредоточиться на конструкции низкочастотного динамика/корпуса и проблемах, связанных с объемом корпуса и портами (если таковые имеются), в то время как другие могут сосредоточиться на кроссовере и частотной характеристике. Некоторые инструменты, например, только моделируют переходную реакцию перегородки.

В период до того, как компьютерное моделирование сделало возможным и быстрым моделирование комбинированных эффектов динамиков, кроссоверов и кабинетов, ряд проблем мог остаться незамеченным разработчиками акустических систем. Например, упрощенные трехполосные кроссоверы были спроектированы как пара двухполосных кроссоверов: секция высокочастотного/среднечастотного динамика и другая секция среднего/низкочастотного динамика. Это может привести к избыточному усилению и «стогу сена» на выходе среднего диапазона, а также к более низкому, чем ожидалось, входному сопротивлению. Другие проблемы, такие как неправильное согласование фаз или неполное моделирование кривых импеданса драйвера, также могут остаться незамеченными. Эти проблемы можно было решить, но они требовали большего количества итераций, времени и усилий, чем сегодня.

См. также

• Управление басом
• Электрические характеристики динамического громкоговорителя
• Полнодиапазонный динамик
• Корпус громкоговорителя
• Среднечастотный динамик
• Активные динамики
• Сабвуфер
• Супер твитер
• Твитер
• НЧ-динамик