Кроссоверы- это устройства в звуковых системах, которые создают нужные рабочие частотные диапазоны для динамиков. Динамики сконструированы таким образом, чтобы работать в определенном частотном диапазоне. Они не приемлют частоты, не входящие в эти рамки.
Если на высокочастотный динамик (твитер) подать низкую частоту, то звуковая картина испортится, а если сигнал еще и мощный, то твитер «сгорит». Высокочастотные динамики должны работать только с высокими частотами, а низкочастотные динамики должны получить от общего звукового сигнала только низкочастотный диапазон. Оставшаяся средняя полоса достается среднечастотным динамикам (мидвуферы). Следовательно, задача кроссоверов заключается в разделении звукового сигнала на нужные (оптимальные) частотные полосы для соответствующих типов динамиков.
Проще говоря, кроссовер — это пара электрических фильтров. Допустим, кроссовер имеет частоту среза равную 1000 Гц. Это означает, что один из его фильтров срезает все частоты ниже 1000 Гц и пропускает только частоты выше 1000 Гц. Такой фильтр называют high-pass фильтром.
Разделитель звуковых частот — тест, обзор (с алиэкспресс)
Другой фильтр, пропускающий частоты ниже 1000 Гц называется low-pass, . Графически работа этого кроссовера представлена на рисунке 3. Точка пересечения двух кривых есть частота среза кроссовера равная 1000 Гц. В трехполосных кроссоверах присутствует еще и среднечастотный фильтр (band-pass), который пропускает только средний диапазон частот (приблизительно от 600 Гц до 5000 Гц.) На рисунке изображена частотная характеристика трехполосного кроссовера.
Порядок чувствительности — это отношение интенсивности выходного сигнала (dB) кроссовера к частоте входного сигнала при условии, что интенсивность входного сигнала постоянна. Обычно чувствительность (крутизну среза) характеризуют как отношение dB/octave. В силу многих математических причин чувствительность кроссоверов всегда кратна 6 децибелам на октаву (6 dB/octave). Кроссовер первого порядка имеет чувствительность 6 dB/octave. Кроссовер второго порядка имеет чувствительность 12 dB/octave, третьего порядка — 18 dB/octave, и чувствительность кроссоверов четвертого порядка равна 24 dB на октаву.
Рассмотрим low-pass фильтр третьего порядка с частотой среза равной 100 Гц. Как уже говорилось выше, этот кроссовер пропустит только частоты ниже 100 Гц, а частоты выше 100 Гц срежет. Срезание частот будет происходить следующим образом: все частоты выше 100 Гц будут терять на выходе из фильтра свою интенсивность кратно 18 dB в зависимости от октавы, в которую они входят.
То есть, частота в 200 Гц (первая октава выше частоты среза) потеряет свою интенсивность на 18 Дб, интенсивность частоты в 400 Гц (вторая октава) упадет на 36 Дб, а третья октава (800 Гц) ослабеет на 54 Дб. И так далее, все последующие октавы будут ослабевать кратно 18 Дб. Менее чувствительный low-pass фильтр первого порядка с частотой среза в 100 Гц будет делать тоже самое, только ненужные октавы будут ослабевать не на 18 Дб, а на 6 Дб.
Сравнение пассивных кроссоверов
Как видим, фильтры, из которых состоят кроссоверы, не могут сразу срезать ненужные частоты, а делают это постепенно, с разной чувствительностью в зависимости от своего порядка.
Кроссоверы первого порядка — это простейший пассивный кроссовер, который состоит из одного конденсатора, и одной катушки индуктивности. Конденсатор работает как high-pass фильтр для защиты твитера от ненужных низких и средних частот. Катушка используется как low-pass фильтр. Чувствительность кроссоверов первого порядка низкая — всего 6 Дб на октаву. Положительная черта этих кроссоверов -отсутствие фазового сдвига между твитером и другим динамиком.
Кроссоверы второго порядка. Их также называют кроссоверами Баттерворта, по имени создателяматематической модели этих кроссоверов. Конструктивно они состоят из одного конденсатора и катушки на твитере и одного конденсатора и катушки на низкочастотном динамике. Они обладают более высокой чувствительностью, равной 12 Дб на октаву, но дают фазовый сдвиг в 180 градусов, что означает несинхронный ход мембран твитера и другого динамика. Для устранения этой проблемы небходимо поменять полярность подключения проводов на твитере.
Кроссоверы третьего порядка. У таких кроссоверов на твитере ставится одна катушка и два конденсатора, тогда как на динамике низкой частоты наоборот. Чувствительность таких кроссоверов равна 18 Дб на октаву, и они имеют хорошие фазовые характеристики при любой полярности. Негативная черта кроссоверов III-го порядка — неприемлемость использования временных задержек для устранения проблем, связанных с динамиками не излучающими на одной и той же вертикальной плоскости.
Кроссоверы четвертого порядка. Кроссоверы Баттерворта четвертого порядка имеют высокую чувствительность равную 24 дБ на октаву, что резко уменьшает взаимовлияние динамиков в области разделения частот. Сдвиг по фазе составляет 360 градусов, что фактически означает его отсутствие. Однако величина фазового сдвига в данном случае непостоянна и может привести к неустойчивой работе кроссовера. Эти кроссоверы практически не применяются на практике.
Оптимизировать конструкцию кроссовера четвертого порядка удалось Линквицу и Рили. Данный кроссовер состоит из двух последовательно соединенных кроссоверов Баттерворта второго порядка для твитера, и тоже самое для басового динамика. Чувствительность их также равна 24 дБ на октаву, однако уровень выходного сигнала на каждом фильтре меньше на 6 дБ, чем уровень выходного сигнала кроссовера. Кроссовер Линквица-Рили не имет фазовых сдвигов и позволяет проводить временную коррекцию для динамиков, не работающих в одной физической плоскости. Эти кроссоверы по сравнению с другими конструкциями дают самые лучшие акустические характеристики.
Конструирование пассивных кроссоверов
Как говорилось выше, пассивный кроссовер состоит из конденсаторов и катушек индуктивности. Для того, чтобы собрать пассивный кроссовер первого порядка необходимо иметь один конденсатор и одну катушку индуктивности. Конденсатор устанавливается последовательно на твитер (high-pass filter), а катушка последовательно на вуфер (low-pass filter). Номинальные значения индуктивности для катушки ((H — микрогенри) и емкости ((F — микрофарады) приводятся в таблице в зависимости от желаемой частоты среза кроссовера и сопротивления динамиков.
Кроссовер I порядка (6 dB/octave)
К примеру, подберем емкость и индуктивность для кроссовера с частотой среза 4000 Гц при сопротивлении динамиков 4 Ом. Из вышеприведенной таблицы находим, что емкость конденсатора первого порядка должна быть равной 10 мФ, а индуктивность катушки 0.2 мГ.
Для определения номинальных значений компонентов для кроссовера второго порядка (12 дБ/октава) необходимо значения из этой же таблицы для конденсатора умножить на коэффициент равный 0.7, а значение для катушки индуктивности умножить на коэффициент 1.414. Надо помнить, что для кроссовера второго порядка необходимо два конденсатора и две катушки индуктивности.
Составим кроссовер второго порядка для частоты среза 4000 Гц. Для определения значений для обоих конденсаторов умножаем значение из таблицы 10 мФ на коэффициент 0.7 и получим 7мФ. Далее, значение индуктивности 0.2 мГ умножим на коэффицент 1.414 и получим значение индуктивности для каждой катушки 0.28 мГ. Один из этих конденсаторов устанавливается последовательно на твитер, а второй параллельно на вуфер. Одна катушка параллельно на твитер, а вторая последовательно на вуфер.
Пассивные и активные кроссоверы
Отличие между эти двумя типами кроссоверов очень простое. Активный кроссовер требует подвода питания извне, а пассивный — нет. В силу этого активный кроссовер занимает место в звуковой системе до усилителя, обрабатывая звуковой сигнал с предусилителя головного устройства (допустим, автомагнитолы).
Далее, после активного кроссовера устанавливаются два или три усилителя мощности. Один усилитель в этом случае не ставится, так как нет смысла разделенные активным кроссовером сигналы сводить в усилителе в единый сигнал. Разделенные сигналы надо усиливать по отдельности. Как видим, активные кроссоверы применяются в дорогих звуковых системах высокого качества.
Пассивные кроссоверы обрабатывают уже усиленный сигнал и устанавливаются перед динамиками. Возможности пассивных кроссоверов ограничены по сравнению с активными, однако их правильное применение может дать хорошие результаты при минимальных финансовых затратах. Пассивные кроссоверы хорошо себя зарекомендовали при требовании к порядку чувствительности менее 18 дБ на октаву. Выше этого предела хорошо работают только активные кроссоверы.
Пассивные кроссоверы в основном применяются для обработки сигнала твитеров и среднечастотных динамиков. Для низкочастотных динамиков эти кроссоверы применять можно, однако резко возрастает требование в качеству конденсаторов и катушек индуктивности, что приводит к их удорожанию и увеличению в размерах. Пассивные кроссоверы плохо переносят перегрузки.
Пиковые интенсивности сигнала, поступающие от усилителя, могут менять частоту среза фильтров. Кроме того, перегруженный фильтр ослабляет звуковой сигнал (damping). Поэтому при выборе пассивных кроссоверов обращайте внимание на их способность выдерживать пиковые нагрузки, создаваемые усилителем.
Активные (или электронные) кроссоверы представляют из себя множество активных фильтров, которыми можно управлять и легко изменять частоту среза любого канала. Порядок чувствительности активных кроссоверов может быть любым, от 6 Дб до 72 Дб на октаву (и выше).В основном активные кроссоверы для автомобильных аудиосистем имеют чувствительность 24 Дб на октаву. При такой чувствительности обмен частотами между динамиками практически исключен. Звуковая картина получается очень качественной. Единственный недостаток активных кроссоверов, — это их дороговизна по сравнению с пассивными.
Теперь поговорим о фазовых сдвигах, которые могут возникать в звуковых системах, использующих кроссоверы. Фазовый сдвиг — это неизбежное явление, являющееся следствием конструктивных особенностей high-pass, low-pass и band-pass фильтров.
Фаза — это временная связь двух сигналов. Измеряется фаза в градусах от 0 до 360. Если два одинаковых динамика излучают звуковые волны в противоположной фазе (фазовый сдвиг 180 градусов), то происходит ослабление звука. Проблема устраняется изменением полярности на одном из динамиков .
Когда акустическая система состоит их разных динамиков, работающих в различных частотных диапазонах (твитер и мидвуфер), то устранение фазового сдвига не всегда решается простой сменой «+» на «-«. Длина волны от твитера короче, чем от мидвуфера. Поэтому фронт высокочастотной волны может достигнуть слушателя позже (или раньше) фронта среднечастотной (или низкочастотной) волны.
Эта временная задержка является следствием фазового сдвига. Оптимизировать звуковую картину в данном случае можно путем физического выравнивания двух динамиков относительно друг друга в вертикальной плоскости до момента улучшения звуковой картины. К примеру, при частоте волны 1000 Гц временная задержка в одну милисекунду устраняется сдвигом динамиков друг относительно друга на 30 см.
Настройка активного кроссовера
Самое важное в настройке кроссовера — это правильный выбор частоты среза. Если мы имеем трехполосный активный кроссовер, то значит перед нами стоит задача в определении двух точек (частот) среза. Первая точка определяет частоту среза для сабвуфера (low-pass) и начало среднечастотного диапазона для мидвуфера (high-pass). Вторая точка определяет частоту окончания среднего диапазона (low-pass) и отправную частоту высокочастотного диапазона для твитера (high-pass). Самое главное, при установке частот среза кроссовера помнить о частотных характеристиках динамика и не в коем случае не нагружать динамик частотами, которые не входят в его рабочий диапазон.
К примеру, если сабвуфер немного гремит или издает гул (неприятный резонанс корпуса автомобиля) значит он перегружен нежелательными для него средними частотами (выше 100 Гц). Перенесите частоту среза (low-pass) на отметку 75 Гц и/или установите, если возможно, чувствительность на 18 Дб или 24 Дб на октаву. Напомним, что увеличение порядка чувствительности кроссовера (величина dB/octave) более качественно срезает ненужные частоты, не давая им просачиваться через фильтр. Порядок чувствительности high-pass фильтров для мидвуфера можно оставить на 12 Дб/октава (для «мягких» среднечастотных динамиков). Подобная настройка активного кроссовера называется асимметричной.
Источник: www.drive2.ru
Расчет кроссовера для акустики своими силами
Расчет кроссовера для акустики, как известно, очень важная операция. На свете не существует идеальных акустических систем, способных воспроизводить частотный диапазон полностью.
И тогда на помощь приходят отдельные участки спектра динамиков. К примеру, если надо воспроизводить НЧ, применяют сабвуфер, а чтобы воспроизвести ВЧ, устанавливают мидбасы.
Когда все эти динамики вместе взятые начинают играть, то может произойти путаница перед поступлением на тот или иной излучатель. По этой причине и необходим бывает активный или пассивный кроссовер для акустики.
В этой статье мы узнаем, для чего нужен расчет фильтра, рассмотрим пассивные кроссоверы, узнаем как они строятся на катушках индуктивности и конденсаторах.
Расчет кроссовера
Кроссоверы для акустики авто самодельные
Чтобы подключить 2-полосную(см.Акустическая двухполосная система и ее преимущества) или другую акустику с большим количеством полос к 1 каналу усилителя или ГУ, нужно некое отдельное устройство, разделяющее сигнал. При этом оно должно выделять для каждой полосы свои частоты. Именно такие устройства и называются фильтрами или кроссоверами.
Примечание. В комплекте с компонентной акустикой, как правило, уже идет пассивный кроссовер. Его готовил производитель и он рассчитан уже изначально.
Но что делать, если нужно разделить частоты по иной схеме (к примеру, если комплект акустики собран из отдельных компонентов)?
В этом случае речь идет о расчете кроссовера.Отметим сразу, что рассчитать кроссовер совершенно не сложно и даже можно самостоятельно изготовить его.
Кроссоверы для акустики на авто Пионер профессиональные
Ниже приводится инструкция о том, как рассчитать кроссовер:
- Скачиваем специальную программу. Это может быть Crossover Elements Calculator на компьютер;
Специальная программа для расчета кроссовера Crossover Elements Calculator
- Вводим сопротивления низкочастотного и высокочастотного динамиков. Сопротивление – это номинальное значение сопротивления акустики, выражаемое в Ом. Как правило, средним значением является 4 Ом;
- Вводим частоту раздела кроссовера. Здесь полезно будет знать, что частоту надо вводить в Гц, но ни в коем случае не в кГц.
Примечание. Если кроссовер второго порядка, то надо еще ввести тип кроссовера.
- Получить ожидаемый результат можно, нажав на кнопку расчета.
Кроме того, надо знать следующее:
- Емкость конденсаторов, а вернее их значение вводится в Фарадах;
- Индуктивность рассчитывается в Генри (mH).
Схема расчета фильтра выглядит примерно так:
Как рассчитать фильтр
Фильтры разного порядка
Чтобы ясно понимать схему расчета кроссовера(см.Самодельные кроссоверы для акустики и их предназначение), нужно понимать разницу между фильтрами разного порядка. Об этом и пойдет речь ниже.
Примечание. Существуют несколько порядков кроссовера. В данном случае порядок означает параметр кроссовера, который характеризует его способность ослаблять не нужные частотные сигналы.
Первый порядок
Схема 2-х полосного кроссовера этого порядка выглядит следующим образом:
2-полосный кроссовер 1-го порядка
По схеме видно, что ФНЧ или фильтр низких частот построен на катушке индуктивности, а фильтр высоких частот – на конденсаторе.
Примечание. Такой выбор компонентов не случаен, так как сопротивление катушки индуктивности повышается прямо пропорционально увеличению частоты. А вот что касается конденсатора, то здесь обратно пропорционально. Получается, что такая катушка отлично пропускает НЧ, а конденсатор отвечает за пропуск ВЧ. Все просто и оригинально.
Фильтр частот по схеме 1-го порядка
Следует также знать, что кроссоверы первого порядка, а вернее их номинал, зависит от выбранной частоты разделения и величины сопротивления колонки. Проектируя ФНЧ, надо в первую очередь обратить внимание на частоту среза НЧ и СЧ динамиков(см.Как выбрать динамики для автомагнитолы своими силами).
А вот проектируя ФВЧ, надо аналогичным образом поступить уже с ВЧ.
Пассивный кроссовер
Что такое в акустике кроссовер
Наиболее доступной на сегодня считается именно пассивная фильтрация, так как она сравнительно проста в реализации. С другой стороны, не все так просто.
Речь идет о следующих недостатках:
- Согласовать параметры и значение фильтров с характеристиками излучателей колонок очень сложная штука;
- В процессе эксплуатации может наблюдаться нестабильность параметров акустической системы. К примеру, если повысится сопротивление звуковой катушки при нагреве. В связи с этим значительно ухудшится достигнутое в процессе разработки согласование;
- Фильтр, обладая внутренним сопротивлением, забирает некоторую часть выходной мощности усилителя. Одновременно с этим ухудшается демпфирование, а это сказывается на качестве звучания и четкости передачи нижнего регистра.
Что такое кроссовер в акустике
Как известно, на сегодняшний день самыми распространенными акустическими системами считаются 2-х компонентные варианты.
В них фильтр разделяет звуковой сигнал на два диапазона:
- Первый диапазон предназначается исключительно для низких и средних частот. В данном случае используется кроссовер для нижних частот или ФНЧ;
- Второй диапазон предназначен для ВЧ. Здесь уже используется другой фильтр ФВЧ.
Примечание. Вариантов реализации фильтра может быть несколько, но он все должно отвечать определенным канонам.
Ниже приводится список требований, которым обязательно должен соответствовать кроссовер:
- Фильтр не должен оказывать влияния на частотный спектр и волну выходящего аудиосигнала;
- Должен создавать для усилителя, независимую от частоты нагрузку активного характера;
- Должен суметь обеспечивать вместе с акустическими системами формирование диаграммы направленности. Это должно быть реализовано так, чтобы до слушателя доходило максимум излучения.
Кроссовер АС очень важен
Из статьи мы узнали, как проводится расчет кроссовера акустических систем своими руками. В процессе работ будет полезно также изучить схемы, посмотреть видео обзор и фото – материалы.
Если научиться самостоятельно рассчитывать фильтр, платить за услуги специалистам не придется. Таким образом, цена операции сводится к минимуму, ведь надо только приложить немного терпения и уделить некоторое время изучению.
Григорий с детства обожал машины, а в подростковом возрасте, когда самостоятельно подключил автомагнитолу в отцовской девятке, понял, что машины будут его работой, хобби, призванием.
Источник: avtozvuk-info.ru
Подключение кроссовера к динамикам
В акустических системах автомобилей редко используется только один широкополосный динамик. Такая схема применяется только в исключительных случаях, так как один громкоговоритель даёт удовлетворительную звуковую картину, где присутствуют, в основном, средние частоты, а низкий и высокий диапазоны слабые и невыразительные. Компонентная акустика с двумя и более акустическими излучателями требует наличия кроссовера.
Обычно это пассивный фильтр на конденсаторах и катушках индуктивности, выполняющий подавление определённой полосы частот. Ограничитель для твиттера ослабляет или почти подавляет все частоты, лежащие ниже 2 500 Гц, и пропускает высокочастотную составляющую. Фильтр, предназначенный для подключения низкочастотной головки, обрезает частоты выше 150-200 Гц. Таким образом, диапазон воспроизводимых частот делится на две полосы, предназначенные для работы с конкретным динамиком.
Как подключить кроссоверы к колонкам авто
Пассивный разделительный модуль представляет собой небольшую плату с радиоэлементами. Обычный блок имеет 6 парных клемм:
- Выход УНЧ
- Подключение твиттера
- Подключение низкочастотного динамика
Схема подключения кроссовера к колонкам не составляет трудностей. Некоторые модели позволяют зажать провод под винт, а некоторые снабжены контактной колодкой.Клеммы, куда подключается выход усилителя, подписываются «Input» или «Amplifier», клеммы, предназначенные для высокочастотной «пищалки», помечены «Tweeter», а низкочастотный динамик включается в клеммы «Woofer». Более сложные устройства имеют дополнительную пару контактов для среднечастотного динамика. Таким образом, фильтр делит звуковой диапазон на три полосы. Схема подключения кроссовера к динамикам включает в себя правильную разводку проводов в салоне автомобиля.
Подключение колонок через кроссовер
Чтобы правильно подключить кроссоверы к колонкам, нужно соблюдать полярность, которая обозначена у каждой пары клемм. Для этого нужно использовать специальные кабели для акустических систем. Поскольку провод зажимается под винт, то между ограничителем и динамиком применяется многожильный медный провод в поливинилхлоридной изоляции. На качественных кабелях изоляция сделана из вспененного полипропилена, а самые лучшие кабели для разделительных устройств и громкоговорителей имеют тефлоновую изоляцию.
Как подключаются кроссоверы для колонок. Часто на форумах можно прочитать о бескислородной или монокристаллической меди, применение которой в акустических кабелях улучшает звучание и делает его более насыщенным. Это чисто маркетинговый ход. Все различия обыкновенной меди этими «престижными» сортами лежат вне человеческого восприятия и никакого влияния на качество звука не оказывают. Бесполезно использовать кабели из посеребрённой меди.
Подключение динамиков через кроссовер
Очень важным при включении динамиков через полосовой фильтр является сечение проводника. Оно напрямую зависит от мощности акустической системы и сопротивления динамической головки.Если опустить все расчёты получится, что для акустической колонки мощностью 100 ватт и сопротивлением 4 Ом нужен кабель с минимальным сечением 2,0 мм2. Чем меньше сопротивление акустики, тем больший ток будет протекать в цепи. При подключении громкоговорителей рекомендуется брать 20% запас по сечению кабеля.
Подключение кроссовера к колонкам должно выполняться только настоящим медным проводом. Особенно опасным при соединении элементов звуковой системы является использование дешёвого кабеля от некоторых китайских производителей. Вместо меди они используют медный сплав или обмеднённую сталь. То и другое категорически противопоказано в автомобильной акустике.Кроме низкого качества звука будет неконтролируемый нагрев соединительных проводов, что может привести к опасным последствиям.
Подключение кроссовера к динамикам без усилителя
Подключить колонки через кроссовер можно не только с выхода усилителя низкой частоты, но и с выхода музыкального центра или автомобильной магнитолы. Следует учесть то, что разделительные системы пассивного типа, выполнены на дискретных элементах, отчего уровень звука будет ниже, чем при работе с усилителя низкой частоты. В этом случае многое будет зависеть от применяемых громкоговорителей. Некоторые модели допускают качественную работу только в составе мощной системы с хорошим УНЧ.
Как установить кроcсоверы для колонок
Чтобы не было проблем, как подключить кроссовер для колонок, нужно соблюдать правила монтажа. Нельзя прокладывать вместе силовые и акустические кабели. Это может вызвать низкочастотные наводки в колонках.
Такой же эффект вызывает перекрещивание кабелей.Полосовой ограничитель не является устройством, в работу которого требуется какое-либо вмешательство, поэтому блоки можно размещать в любом удобном месте. Главное чтобы туда не попадала пыль, грязь и не было повышенной температуры.
Блоки не имеют герметичного корпуса, поэтому негативные внешние факторы могут привести к нарушению внутренних паек и отказу акустической системы. Концы медного кабеля, перед зажимом под винт, желательно облудить тонким слоем припоя. Это снизит окисление меди и возникновение оксидной плёнки. Особенно опасно нарушение контакта между динамиком и усилителем. Отсутствие нагрузки приводит к пробою выходных транзисторов.
Некоторые модификации кроссоверов состоят из двух последовательных фильтров первого порядка. Такие модели имеют на лицевой стороне переключатель ослабления сигнала. При подключении фильтра первого порядка ослабление ненужной полосы частот составляет 6 dB на октаву. Конструкция кроссовера позволяет подключить второе звено и получить ослабление уже 12 dB. При подключении кроссовера к динамикам желательно чтобы органы управления фильтром были доступными.
Источник: dinamikservis.ru