Относно аудио кросоувърите
Кросоувърите са устройства в звуковите системи, които създават желаните работни честотни диапазони за високоговорителите. Високоговорителите са проектирани да работят в определен честотен диапазон. Те не приемат честоти извън тези граници. Ако се приложи ниска честота към високочестотен високоговорител (пищялка), тогава звуковата картина ще се влоши, а ако сигналът също е мощен, тогава пищялката ще „изгори“.
Високочестотните говорители трябва да работят само с високи честоти, а високоговорителите трябва да получават само нискочестотен диапазон от общия звуков сигнал. Останалата средна лента отива към средночестотните високоговорители (средни високоговорители). Следователно задачата на кросоувърите е да разделят аудиосигнала в желаните (оптимални) честотни ленти за съответните типове високоговорители.
Просто казано, кросоувърът е чифт електрически филтри. Да кажем, че кросоувърът има гранична честота 1000 Hz. Това означава, че един от неговите филтри отрязва всички честоти под 1000 Hz и пропуска само честоти над 1000 Hz. Такъв филтър се нарича високочестотен филтър. Друг филтър, който пропуска честоти под 1000 Hz, се нарича нискочестотен, . Графично работата на този кросоувър е показана на фигура 3. Пресечната точка на двете криви е граничната честота на кросоувъра, равна на 1000 Hz. Трилентовите кросоувъри също имат филтър за среден диапазон (band-pass), който пропуска само средния честотен диапазон (приблизително от 600 Hz до 5000 Hz.) Фигурата показва честотната характеристика на трилентов кросоувър.
Редът на чувствителността е съотношението на интензитета на изходния сигнал (dB) на кросоувъра към честотата на входния сигнал, като се приема, че интензитетът на входния сигнал е постоянен. Обикновеночувствителността (стръмността на границата) се характеризира като съотношение dB/октава.
Поради много математически причини чувствителността на кросоувърите винаги е кратна на 6 децибела на октава (6 dB/октава). Кросоувърът от първи ред има чувствителност от 6 dB/октава. Кросоувър от втори ред има чувствителност от 12 dB/октава, кросоувър от трети ред има чувствителност от 18 dB/октава, а кросоувър от четвърти ред има чувствителност от 24 dB/октава.
Помислете за нискочестотен филтър от трети ред с гранична честота 100 Hz. Както бе споменато по-горе, този кросоувър ще пропуска само честоти под 100 Hz и ще прекъсва честоти над 100 Hz.
Намаляването на честотата ще се случи, както следва: всички честоти над 100 Hz ще загубят своя интензитет на изхода на филтъра с кратно 18 dB, в зависимост от октавата, в която влизат. Тоест, честота от 200 Hz (първата октава над граничната честота) ще загуби своя интензитет с 18 dB, интензитетът на честота от 400 Hz (втората октава) ще спадне с 36 dB, а третата октава (800 Hz) ще отслабне с 54 dB. И така нататък, всички следващи октави ще бъдат отслабени с кратно 18 dB. По-малко чувствителен нискочестотен филтър от първи ред с честота на срязване 100 Hz ще направи същото, само ненужните октави ще бъдат отслабени не с 18 dB, а с 6 dB.
Както можете да видите, филтрите, които съставляват кросоувърите, не могат веднага да отрежат ненужните честоти, но го правят постепенно, с различна чувствителност в зависимост от техния ред.
Кросоувъри от първи ред е най-простият пасивен кросоувър, който се състои от един кондензатор и един индуктор. Кондензаторът действа като високочестотен филтър за защита на пищялката от нежелани ниски и средни честоти. Бобината се използва като нискочестотен филтър. Чувствителността на кросоувърите от първи ред е ниска - само 6 dBна октава. Положителна черта на тези кросоувъри е липсата на фазово изместване между високоговорителя и другия високоговорител.
Кросоувъри от втори ред - наричани още кросоувъри на Бътъруърт, на името на създателя на математическия модел на тези кросоувъри. Конструктивно те се състоят от един кондензатор и намотка на пищялката и един кондензатор и намотка на високоговорителя. Те имат по-висока чувствителност, равна на 12 dB на октава, но дават фазово изместване от 180 градуса, което означава, че мембраните на пищялката и другия драйвер не са синхронизирани. За да разрешите този проблем, трябва да обърнете полярността на проводниците на високочестотния високоговорител.
Кросоувъри от трети ред - при такива кросоувъри една намотка и два кондензатора се поставят на високочестотния високоговорител, докато на нискочестотния високоговорител е обратното. Чувствителността на такива кросоувъри е 18 dB на октава и те имат добри фазови характеристики във всяка полярност. Отрицателна характеристика на кросоувърите от 3-ти ред е неприемливостта на използване на времеви закъснения за елиминиране на проблеми, свързани с високоговорители, които не излъчват в същата вертикална равнина.
Кросоувъри от четвърти ред - Кросоувърите на Butterworth от четвърти ред имат висока чувствителност от 24 dB на октава, което драстично намалява взаимното влияние на високоговорителите в областта на разделяне на честотите. Фазовото изместване е 360 градуса, което всъщност означава, че няма фазово изместване. Въпреки това, големината на фазовото изместване в този случай не е постоянна и може да доведе до нестабилна работа на кросоувъра. Тези кросоувъри практически не се използват на практика.
Линквиц и Райли успяха да оптимизират дизайна на кросоувъра от четвърти ред. Този кросоувър се състои от два кросоувъра на Butterworth от втори ред, свързани последователно за пищялката,и същото за бас високоговорителя. Те също имат чувствителност от 24 dB на октава, но изходното ниво на всеки филтър е с 6 dB по-ниско от изходното ниво на кросоувъра. Кросоувърът Linkwitz-Riely няма фазови измествания и позволява корекция на времето за драйвери, които не работят в същата физическа равнина. Тези кросоувъри предлагат най-доброто акустично представяне в сравнение с други дизайни.
Дизайн на пасивен кросоувър
Както бе споменато по-горе, пасивният кросоувър се състои от кондензатори и индуктори. За да се сглоби пасивен кросоувър от първи ред, е необходимо да има един кондензатор и един индуктор. Кондензаторът е монтиран последователно на високочестотния високоговорител (високочестотен филтър), а намотката е последователно на високочестотния високоговорител (нискочестотен филтър). Стойностите на индуктивността на бобината ((H - микрохенри) и рейтингите на капацитета ((F - микрофаради) са дадени в таблицата в зависимост от желаната честота на кросоувъра и импеданса на високоговорителя.
Кросоувър от първи ред (6 dB/октава)
Например, нека изберем капацитета и индуктивността за кросоувър с гранична честота 4000 Hz с импеданс на високоговорителя 4 ома. От горната таблица откриваме, че капацитетът на кондензатора от първи ред трябва да бъде 10 mF, а индуктивността на намотката трябва да бъде 0,2 mH.
За да се определят номиналните стойности на компонентите за кросоувър от втори ред (12 dB / октава), е необходимо да се умножат стойностите от същата таблица за кондензатора с коефициент, равен на 0,7, и стойността за индуктора, умножена по коефициент 1,414. Трябва да се помни, че кросоувърът от втори ред изисква два кондензатора и два индуктора. Нека направим кросоувър от втори ред за гранична честота от 4000 Hz. За определянестойности за двата кондензатора, умножете стойността от таблицата 10 mF с коефициент 0,7 и вземете 7 mF. Освен това стойността на индуктивността от 0,2 mH се умножава по коефициент 1,414 и получаваме стойността на индуктивността за всяка намотка от 0,28 mH. Единият от тези кондензатори е инсталиран последователно на високоговорителя, а вторият паралелно на високоговорителя. Едната намотка е успоредна на високоговорителя, а другата последователно на високоговорителя.
Пасивни и активни кросоувъри
Разликата между тези два вида кросоувъри е много проста. Активният кросоувър изисква външно захранване, докато пасивният не го прави. Поради това активният кросоувър се извършва в звуковата система преди усилвателя, обработвайки аудио сигнала от предусилвателя на главното устройство (например радио в кола).
Освен това, след активния кросоувър, се инсталират два или три усилвателя на мощността. В този случай един усилвател не е инсталиран, тъй като няма смисъл да се намаляват сигналите, разделени от активен кросоувър, в един сигнал в усилвателя. Разделените сигнали трябва да се усилват отделно. Както можете да видите, активните кросоувъри се използват в скъпи висококачествени звукови системи.
Пасивните кросоувъри обработват вече усиления сигнал и се монтират пред високоговорителите. Възможностите на пасивните кросоувъри са ограничени в сравнение с активните кросоувъри, но тяхното правилно приложение може да даде добри резултати при минимални финансови разходи. Пасивните кросоувъри се представят добре, когато изискват порядък на чувствителност под 18 dB на октава. Над тази граница само активните кросоувъри работят добре.
Пасивните кросоувъри се използват главно за обработка на сигнала на пищялки и средночестотни високоговорители. За нискочестотни високоговорители тези кросоувъри могат да се използват, но изискването за качество се увеличава драстичнокондензатори и индуктори, което води до тяхното поскъпване и увеличаване на размерите им. Пасивните кросоувъри не понасят добре претоварванията. Пиковият интензитет на сигнала, идващ от усилвателя, може да промени граничната честота на филтрите. В допълнение, претоварен филтър отслабва аудио сигнала (затихване). Ето защо, когато избирате пасивни кросоувъри, обърнете внимание на способността им да издържат на пиковите натоварвания, създадени от усилвателя.
Активните (или електронни) кросоувъри са набор от активни филтри, които могат да се контролират и лесно да променят граничната честота на всеки канал. Редът на чувствителността на активните кросоувъри може да бъде от 6 dB до 72 dB на октава (и по-висок).Повечето активните кросоувъри за автомобилни аудио системи имат чувствителност от 24 dB на октава. При тази чувствителност честотният обмен между високоговорителите е практически изключен. Звуковата картина е много качествена. Единственият недостатък на активните кросоувъри е тяхната висока цена в сравнение с пасивните.
Фазова промяна
Сега нека поговорим за фазовите отмествания, които могат да възникнат в звукови системи, които използват кросоувъри. Фазовото отместване е неизбежно явление, произтичащо от конструктивните характеристики на високочестотните, нискочестотните и лентовите филтри.
Фаза е времето на два сигнала. Фазата се измерва в градуси от 0 до 360. Ако два еднакви високоговорителя излъчват звукови вълни в противоположна фаза (180 градуса фазово изместване), тогава звукът се отслабва. Проблемът се оправя с обръщане на поляритета на един от говорителите.
Когато акустичната система се състои от различни високоговорители, работещи в различни честотни диапазони (високочестотен високоговорител и средночестотен високоговорител), тогава елиминирането на фазовото изместване не винаги се решава чрез проста промяна на „+“На "-". Дължината на вълната от пищялката е по-къса, отколкото от средночестотния високоговорител. Следователно фронтът на високочестотната вълна може да достигне до слушателя по-късно (или по-рано) от фронта на средночестотната (или нискочестотната) вълна. Това забавяне е следствие от фазовото изместване. В този случай можете да оптимизирате звуковата картина чрез физическо подравняване на двата високоговорителя един спрямо друг във вертикална равнина, докато звуковата картина се подобри. Например, при честота на вълната от 1000 Hz, забавянето във времето от една милисекунда се елиминира чрез изместване на високоговорителите един спрямо друг с 30 cm.
Настройка за активен кросоувър
Най-важното при настройването на кросоувър е изборът на правилната честота на срязване. Ако имаме трилентов активен кросоувър, тогава сме изправени пред задачата да определим две гранични точки (честоти). Първата точка определя граничната честота за субуфера (нискочестотен) и началото на средния диапазон за средния диапазон (високочестотен). Втората точка определя крайната честота на средния диапазон (нискочестотен) и началната честота на високочестотния диапазон за високочестотния високоговорител (високочестотен).
Най-важното е, че когато задавате граничните честоти на кросоувъра, помнете честотните характеристики на високоговорителя и в никакъв случай не зареждайте високоговорителя с честоти, които не са включени в неговия работен диапазон.
Например, ако субуферът леко дрънчи или издава бръмчене (неприятен резонанс на купето на автомобила), значи е претоварен с нежелани средни честоти (над 100 Hz). Преместете граничната честота (нискочестотен) на 75 Hz и/или задайте чувствителността на 18 dB или 24 dB на октава, ако е възможно. Спомнете си, че увеличаването на порядъка на чувствителността на кросоувъра (стойност на dB/октава) отрязва по-добре нежеланите честоти, предотвратявайки изтичането им през филтъра. Поръчкачувствителността на високочестотните филтри за средночестотния високоговорител може да се остави на 12 dB / октава (за "меки" средночестотни високоговорители). Тази настройка на активния кросоувър се нарича асиметрична.