Аудио кроссовер - Audio crossover

Пассивный двухполосный кроссовер, предназначенный для работы при напряжении громкоговорителей .

Аудио кроссоверы - это тип схемы электронного фильтра, который разделяет аудиосигнал на два или более частотных диапазона, так что сигналы могут быть отправлены на драйверы громкоговорителей, которые предназначены для работы в разных частотных диапазонах. Фильтры кроссовера могут быть активными или пассивными . Их часто называют двусторонними или трехполосными , что указывает, соответственно, на то, что кроссовер разбивает данный сигнал на два частотных диапазона или три частотных диапазона. Кроссоверы используются в акустических кабинетах , усилители мощности в бытовой электронике ( Hi-Fi , домашний кинотеатр звук и автомобиль аудио ) и про аудио и музыкальных усилители инструмента продукцию. На последних двух рынках кроссоверы используются в усилителях низких частот , усилителях клавишных, корпусах громкоговорителей для низких частот и клавишных, а также в оборудовании системы звукоусиления (громкоговорители PA, мониторные громкоговорители, сабвуферные системы и т. Д.).

Кроссоверы используются потому, что большинство отдельных драйверов громкоговорителей неспособны охватить весь звуковой спектр от низких частот до высоких частот с приемлемой относительной громкостью и отсутствием искажений . В большинстве акустических систем Hi-Fi и шкафов для акустических систем системы звукоусиления используется комбинация нескольких драйверов громкоговорителей, каждый из которых обслуживает свой диапазон частот . Стандартный простой пример - акустические системы Hi-Fi и PA, содержащие низкочастотный динамик для низких и средних частот и высокочастотный динамик для высоких частот. Поскольку в источнике звукового сигнала, будь то записанная музыка с CD-плеера или микширование живой группы с аудиопульты , объединены все низкие, средние и высокие частоты, для разделения аудиосигнала на отдельные полосы частот используется схема кроссовера. которые можно отдельно направить на громкоговорители, твитеры или рупоры, оптимизированные для этих частотных диапазонов.

Пассивные кроссоверы, вероятно, являются наиболее распространенным типом аудиокроссоверов. 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 драйверов громкоговорителей (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 до каскада усиления мощности, так что он может быть отправлен на два или более усилителя мощности, каждый из которых подключен к отдельному драйверу громкоговорителя. В аудиосистемах с объемным звуком 5.1 домашнего кинотеатра используется кроссовер, который отделяет сигнал очень низкой частоты, чтобы его можно было отправить на сабвуфер , а затем отправить оставшиеся низкие, средние и высокие частоты на пять динамиков, которые размещены вокруг слушателя. В типичном приложении сигналы, посылаемые в кабинеты громкоговорителей объемного звучания, далее разделяются с использованием пассивного кроссовера на низкочастотный / среднечастотный динамик и высокочастотный динамик. Активные кроссоверы бывают как в цифровом, так и в аналоговом исполнении.

Цифровые активные кроссоверы часто включают дополнительную обработку сигнала, такую ​​как ограничение, задержка и эквализация. Кроссоверы сигнала позволяют разделить аудиосигнал на полосы, которые обрабатываются отдельно перед повторным микшированием. Некоторые примеры многополосная динамика ( сжатия , ограничивающая , де-эссинг ), многополосное искажения , усиление НЧА, высокие частоты, возбудители и уменьшение шума , такие как снижения шума Dolby A .

Обзор

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

Определение идеального кроссовера звука меняется в зависимости от конкретной задачи и звукового приложения. Если отдельные полосы должны быть снова смешаны вместе (как при многополосной обработке), то идеальный кроссовер аудиосигнала разделит входящий аудиосигнал на отдельные полосы, которые не перекрываются и не взаимодействуют друг с другом, что приводит к тому, что выходной сигнал не изменяется по частоте относительно уровни и фазовый отклик . Эту идеальную производительность можно только приблизительно оценить. Как реализовать наилучшее приближение - предмет оживленных дискуссий. С другой стороны, если аудиокроссовер разделяет звуковые полосы в громкоговорителе, нет требований к математически идеальным характеристикам внутри самого кроссовера, поскольку частотная и фазовая характеристика драйверов громкоговорителей в их креплениях затмит результаты. Удовлетворительная производительность всей системы, включающей аудиокроссовер и драйверы громкоговорителей в их корпусе (ах), является целью проектирования. Такая цель часто достигается с помощью неидеальных, асимметричных характеристик фильтра кроссовера.

В аудио используется много разных типов кроссовера, но обычно они принадлежат к одному из следующих классов.

Классификация

Классификация по количеству секций фильтра

Громкоговорители часто классифицируются как «N-полосные», где N - количество драйверов в системе. Например, громкоговоритель с вуфером и твитером - это двухполосная акустическая система. N-полосный громкоговоритель обычно имеет N-полосный кроссовер для разделения сигнала между драйверами. 2-полосный кроссовер состоит из фильтра низких и высоких 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 (или более) полосные кроссоверы не очень распространены в конструкции громкоговорителей, в первую очередь из-за их сложности, которая обычно не оправдывается лучшими акустическими характеристиками.

Дополнительная секция HPF может присутствовать в кроссовере «N-way» громкоговорителя для защиты низкочастотного динамика от частот ниже, чем он может безопасно обрабатывать. Такой кроссовер будет иметь полосовой фильтр для низкочастотного драйвера. Точно так же высокочастотный драйвер может иметь защитную секцию LPF для предотвращения высокочастотного повреждения, хотя это встречается гораздо реже.

В последнее время ряд производителей начали использовать метод кроссовера, который часто называют "5-полосным" кроссовером для стереофонических кроссоверов громкоговорителей. Обычно это указывает на добавление второго низкочастотного динамика, который воспроизводит тот же диапазон низких частот, что и основной низкочастотный динамик, но откатывается намного раньше, чем 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

Схема пассивного кроссовера часто монтируется в корпусе динамика, чтобы разделить усиленный сигнал на диапазон сигнала более низкой частоты и диапазон сигнала высокой частоты.

Пассивный кроссовер разбивает звуковой сигнал после того, как она усиливается с помощью одного усилителя мощности , таким образом , что усиленный сигнал может быть отправлен в двух или более типов драйверов, каждый из которых охватывают различные 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 нужно подключить проводом к сигналу усилителя мощности. Пассивные кроссоверы обычно размещаются 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, сложно изготовить.

В недорогих продуктах бытовой электроники , таких как бюджетный домашний кинотеатр в коробках и недорогие бум-боксы , используются пассивные кроссоверы более низкого качества, часто использующие сети фильтров более низкого порядка с меньшим количеством компонентов. В дорогих Hi-Fi акустических системах и ресиверах используются более качественные пассивные кроссоверы для получения улучшенного качества звука и снижения искажений. Такой же подход по соотношению цена / качество применяется к оборудованию систем звукоусиления, усилителям музыкальных инструментов и шкафам для динамиков; В недорогом сценическом мониторе , громкоговорителе PA или кабинете громкоговорителя с усилителем низких частот обычно используются пассивные кроссоверы более низкого качества по более низкой цене, тогда как в дорогих высококачественных кабинетах используются кроссоверы более высокого качества. В пассивных кроссоверах могут использоваться конденсаторы из полипропилена , металлизированной полиэфирной фольги, бумаги и электролитические конденсаторы. Индукторы могут иметь воздушные сердечники, порошковые металлические сердечники, ферритовые сердечники или сердечники из многослойной кремнистой 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 превышения мощности (например, от внезапных скачков или скачков напряжения). Современные пассивные кроссоверы все чаще включают в себя сети эквализации (например, сети Zobel ), которые компенсируют изменения импеданса с частотой, присущие практически всем громкоговорителям. Проблема сложна, поскольку часть изменения импеданса происходит из-за изменений акустической нагрузки в полосе пропускания драйвера.

Два недостатка пассивных сетей заключаются в том, что они могут быть громоздкими и вызывать потерю мощности. Они зависят не только от частоты, но и от импеданса (т. Е. Их характеристика зависит от электрической нагрузки, к которой они подключены). Это предотвращает их взаимозаменяемость с акустическими системами с разным сопротивлением. Идеальные кроссоверные фильтры, включая схемы компенсации импеданса и эквалайзера, 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, зависящих от уровня сигнала. Они блокируют усилитель мощности от получения максимального контроля над движением звуковой катушки. Они являются пустой тратой 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 трехполосного активного кроссовера для использования с трехполосной стереосистемой громкоговорителей.

Активный кроссовер содержит активные компоненты в своих фильтрах, 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 высоком токе и в некоторых случаях при высоком напряжении , активные кроссоверы работают на уровнях, которые подходят для входов усилителя мощности. С другой стороны, все схемы с усилением вносят шум , и такой шум оказывает вредное воздействие, когда вносится до того, как сигнал усиливается усилителями мощности.

Активные кроссоверы всегда требуют использования усилителей мощности для каждой выходной полосы. Таким образом, для двухполосного активного кроссовера необходимы два усилителя - один для низкочастотного динамика и один для высокочастотного динамика . Это означает, что акустическая система, основанная на активных кроссоверах, часто будет стоить больше, чем система на основе пассивных кроссоверов. Несмотря на недостатки стоимости и сложности, активные кроссоверы имеют следующие преимущества перед пассивными:

Типичное использование активного кроссовера, хотя пассивный кроссовер можно расположить аналогичным образом перед усилителями.
  • частотная характеристика, не зависящая от динамических изменений электрических характеристик драйвера (например, из-за нагрева звуковой катушки)
  • как правило, это возможность простого способа изменения или точной настройки каждой полосы частот для конкретных используемых драйверов. 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 электрических характеристик динамика, все из которых, вероятно, улучшат переходную характеристику системы
  • снижение требований к выходной мощности усилителя мощности. При отсутствии потерь энергии в пассивных компонентах 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 приближения к традиционным аналоговым схемам, известные как БИХ- фильтры ( Бесселя , Баттерворта, Линквица-Райли и т. Д.), Либо используют фильтры с конечной импульсной характеристикой (КИХ) . 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 поэтому требуют больше ресурсов для аналогичных характеристик. Их можно спроектировать и построить так, чтобы они имели линейную фазовую характеристику, что считается желательным для многих, занимающихся воспроизведением звука. Однако есть недостатки - для достижения линейной фазовой характеристики требуется более длительное время задержки, чем было бы необходимо для БИХ-фильтров или КИХ-фильтров с минимальной фазой. БИХ-фильтры, которые по своей природе рекурсивны, имеют недостаток, заключающийся в том, что, если они не спроектированы тщательно, они могут входить в предельные циклы, что приводит к нелинейным искажениям.

Механический

Этот тип кроссовера является механическим и использует свойства материалов мембраны драйвера для достижения необходимой фильтрации. Такие кроссоверы обычно встречаются в полнодиапазонных динамиках, которые предназначены для охвата как можно большей части звукового диапазона. Один из них конструируется путем соединения конуса динамика с бобиной звуковой катушки через податливую часть и непосредственного прикрепления небольшого легкого конуса свиста к бобине. Эта совместимая секция служит совместимым фильтром, поэтому главный диффузор не вибрирует на более высоких частотах. Конус свиста реагирует на все частоты, но из-за своего меньшего размера дает полезный выход только на более высоких частотах, тем самым реализуя функцию механического кроссовера. Тщательный выбор материалов, используемых для конуса, виззера и элементов подвески, определяет частоту кроссовера и эффективность кроссовера. Такие механические кроссоверы сложно спроектировать, особенно если требуется высокая точность воспроизведения. Компьютерное проектирование в значительной степени заменило исторически использовавшийся трудоемкий метод проб и ошибок. Через несколько лет соответствие материалов может измениться, что отрицательно скажется на частотной характеристике динамика.

Более распространенный подход - использовать пылезащитный колпачок в качестве высокочастотного излучателя. Пылезащитный колпачок излучает низкие частоты, перемещаясь как часть основного узла, но из-за малой массы и пониженного демпфирования излучает повышенную энергию на более высоких частотах. Как и в случае с конусами со свистом, требуется тщательный выбор материала, формы и положения, чтобы обеспечить плавный и продолжительный выход. Для этого подхода высокочастотная дисперсия несколько отличается от высокочастотной дисперсии . Родственный подход состоит в том, чтобы сформировать главный 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. Конусные профили и материалы могут быть смоделированы с использованием программного обеспечения для анализа методом конечных элементов, и результаты могут быть предсказаны с превосходными допусками.

Акустические системы, в которых используются эти механические кроссоверы, имеют некоторые преимущества в качестве звука, несмотря на трудности их проектирования и производства и несмотря на неизбежные ограничения по мощности. Полнодиапазонные драйверы имеют один акустический центр и могут иметь относительно умеренное изменение фазы по звуковому спектру. Для наилучшей работы на низких частотах эти драйверы требуют тщательного проектирования корпуса. Их небольшой размер (обычно от 165 до 200 мм) требует значительного отклонения диффузора для эффективного воспроизведения басов, но короткие звуковые катушки, необходимые для разумного воспроизведения высоких частот, могут перемещаться только в ограниченном диапазоне. Тем не менее, в рамках этих ограничений стоимость и сложности снижаются, поскольку кроссоверы не требуются.

Классификация на основе порядка фильтрации или наклона

Как фильтры имеют разный порядок, так и кроссоверы, в зависимости от наклона фильтра, который они реализуют. Окончательная акустическая крутизна может быть полностью определена электрическим фильтром или может быть достигнута путем комбинирования крутизны электрического фильтра с естественными характеристиками динамика. В первом случае единственное требование состоит в том, чтобы каждый драйвер имел ровный отклик, 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. Это требует, чтобы драйверы громкоговорителей вели себя хорошо на значительном расстоянии от номинальной частоты кроссовера, и, кроме того, чтобы высокочастотный драйвер мог выдерживать значительный входной сигнал в частотном диапазоне ниже его точки кроссовера. На практике этого добиться сложно. В нижеследующем описании обсуждаются характеристики порядка электрических фильтров, после чего обсуждаются кроссоверы, имеющие такой акустический наклон, и их преимущества или недостатки.

В большинстве аудиокроссоверов используются электрические фильтры с первого по четвертый порядок. Более высокие заказы обычно не применяются в пассивных кроссоверах для громкоговорителей, но иногда встречаются в электронном оборудовании при обстоятельствах, для которых могут быть оправданы их значительная стоимость и сложность.

Первый заказ

Фильтры первого порядка имеют наклон 20 дБ / декаду (или 6 дБ / октаву ). Все фильтры первого порядка имеют характеристику фильтра Баттерворта. Многие аудиофилы считают фильтры первого порядка идеальными для кроссоверов. Это связано с тем, что этот тип фильтра является «переходным безупречным», что означает, что сумма выходных сигналов нижних и верхних частот передает как амплитуду, так и фазу без изменений в интересующем диапазоне. Он также использует наименьшее количество деталей и имеет самые низкие вносимые потери (если он пассивен). Кроссовер первого порядка позволяет большему количеству сигналов, состоящих из нежелательных частот, проходить в секции LPF и HPF, чем конфигурации более высокого порядка. В то время как вуферы могут легко справиться с этим (помимо генерирования искажений на частотах выше тех, которые они могут правильно воспроизвести), более мелкие высокочастотные драйверы (особенно твитеры) с большей вероятностью будут повреждены, поскольку они не способны обрабатывать большие входные мощности на частотах. ниже их номинальной точки кроссовера.

На практике акустические системы с истинными акустическими наклонами первого порядка сложно спроектировать, потому что они требуют большой перекрывающейся полосы пропускания драйверов, а мелкие наклоны означают, что несовпадающие драйверы создают помехи в широком частотном диапазоне и вызывают большие сдвиги отклика вне оси.

Второго порядка

Фильтры второго порядка имеют крутизну крутизны 40 дБ / декаду (или 12 дБ / октаву). Фильтры второго порядка могут иметь характеристики Бесселя , Линквица-Райли или Баттерворта в зависимости от выбора конструкции и используемых компонентов. Этот порядок обычно используется в пассивных кроссоверах, поскольку он предлагает разумный баланс между сложностью, откликом и защитой высокочастотного драйвера. При проектировании с физическим размещением, выровненным по времени, эти кроссоверы имеют симметричный полярный отклик, как и все кроссоверы четного порядка.

Обычно считается, что между выходами фильтра нижних частот (второго порядка) и фильтра верхних частот, имеющих одинаковую частоту кроссовера, всегда будет разность фаз 180 °. Итак, в 2-полосной системе выход секции верхних частот обычно подключается к высокочастотному драйверу, «инвертированному», чтобы исправить эту фазовую проблему. В пассивных системах твитер подключен с противоположной полярностью к вуферу; для активных кроссоверов выходной сигнал фильтра высоких частот инвертирован. В трехполосных системах драйвер или фильтр средних частот инвертированы. Однако, как правило, это верно только тогда, когда динамики имеют широкое перекрытие отклика и акустические центры физически выровнены.

Третий порядок

Фильтры третьего порядка имеют наклон 60 дБ / декаду (или 18 дБ / октаву). Эти кроссоверы обычно имеют характеристики фильтра Баттерворта; фазовая характеристика очень хорошая, сумма уровней плоская и находится в квадратуре фазы , как в кроссовере первого порядка. Полярный отклик асимметричный. В оригинальном устройстве D'Appolito MTM симметричное расположение драйверов используется для создания симметричного внеосевого отклика при использовании кроссоверов третьего порядка. Акустические кроссоверы третьего порядка часто строятся из 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 / декада (или 24 дБ / октава). Эти фильтры относительно сложно разработать в пассивной форме, потому что компоненты взаимодействуют друг с другом, но современное программное обеспечение для оптимизации проектирования кроссоверов с помощью компьютера может создавать точные конструкции. Пассивные сети с крутым наклоном менее терпимы к отклонениям стоимости деталей или допускам и более чувствительны к ошибкам заделки из-за реактивных нагрузок драйвера (хотя это также проблема с кроссоверами более низкого порядка). Кроссовер 4-го порядка с точкой кроссовера -6 дБ и плоским суммированием также известен как кроссовер Линквица-Райли (назван в честь его изобретателей) и может быть построен в активной форме путем каскадного соединения двух секций фильтра Баттерворта 2-го порядка. Выходные сигналы этого порядка кроссовера синфазны, 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, чтобы секции фильтра были синфазны; плавные выходные характеристики часто достигаются с использованием неидеальных, асимметричных характеристик кроссовера. Бессель, Баттерворт и Чебышев входят в число возможных кроссоверных топологий.

Такие фильтры с крутым наклоном имеют больше проблем с перерегулированием и звоном, но есть несколько ключевых преимуществ, даже в их пассивной форме, таких как возможность более низкой точки кроссовера и увеличенной мощности для высокочастотных динамиков, а также меньшее перекрытие между драйверами, что значительно снижает волочение или другие нежелательные эффекты вне оси. С меньшим перекрытием между соседними драйверами их расположение относительно друг друга становится менее критичным и дает больше свободы в отношении внешнего вида акустической системы или (в автомобильной аудиосистеме) практических ограничений при установке.

Более высокого порядка

Пассивные кроссоверы, дающие акустический уклон 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 может быть объединен с фильтром верхних частот третьего порядка. Как правило, они пассивны и используются по нескольким причинам, часто когда значения компонентов определяются путем оптимизации компьютерной программы. Кроссовер высокочастотного динамика более высокого порядка может иногда помочь компенсировать временной сдвиг между низкочастотным и высокочастотным динамиками, вызванный смещением акустических центров.

Классификация на основе топологии схемы

Последовательная и параллельная топологии кроссовера. Секции HPF и LPF для последовательного кроссовера взаимозаменяемы относительно параллельного кроссовера, поскольку они появляются в шунте с низко- и высокочастотными драйверами.

Параллельный

Параллельные кроссоверы на сегодняшний день являются наиболее распространенными. Электрически фильтры параллельны, поэтому различные секции фильтров не взаимодействуют друг с другом. Это упрощает проектирование двусторонних кроссоверов, поскольку с точки зрения электрического импеданса секции можно рассматривать как отдельные, и поскольку вариации допусков компонентов будут изолированы, но, как и все кроссоверы, окончательная конструкция полагается на акустически дополняющие выходные сигналы драйверов. а это, в свою очередь, требует тщательного согласования амплитуды и фазы нижележащего кроссовера. Параллельные кроссоверы также имеют то преимущество, что позволяют подключать драйверы динамиков по двухпроводной схеме, а преимущества этой функции очень обсуждаются.

Ряд

В этой топологии отдельные фильтры подключаются последовательно, а драйвер или комбинация драйверов подключаются параллельно с каждым фильтром. Чтобы понять путь прохождения сигнала в этом типе кроссовера, 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 обеспечивает сигнал с высоким импедансом, а твитер - с низким импедансом; так что сигнал проходит через твитер. Сигнал продолжается до точки соединения между низкочастотным динамиком и фильтром высоких частот. Там HPF представляет сигнал с низким импедансом, поэтому сигнал проходит через HPF и появляется на нижней входной клемме. Низкочастотный сигнал с аналогичной мгновенной характеристикой напряжения сначала проходит через LPF, затем через низкочастотный динамик и появляется на нижней входной клемме.

Полученный

Производные кроссоверы включают активные кроссоверы, в которых одна из характеристик кроссовера получается из другой с помощью дифференциального усилителя. Например, разница между входным сигналом и выходом секции верхних частот - это отклик нижних частот. Таким образом, когда дифференциальный усилитель используется для извлечения этой разницы, его выход составляет 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. К недостаткам можно отнести:

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

В случае (1), приведенного выше, обычная ситуация состоит в том, что полученный отклик нижних частот затухает гораздо медленнее, чем фиксированный отклик. Для этого требуется, чтобы динамик, на который он направлен, продолжал реагировать на сигналы глубоко в полосе задерживания, где его физические характеристики могут быть неидеальными. В случае (2), приведенном выше, оба динамика должны работать на более высоких уровнях громкости, когда сигнал приближается к точкам кроссовера. Это требует большей мощности усилителя и может привести к нелинейности диффузоров громкоговорителей.

Модели и симуляторы

Профессионалы и любители имеют доступ к целому ряду компьютерных инструментов, которых раньше не было. Эти компьютерные инструменты для 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. Их объем также варьируется. Некоторые могут сосредоточиться на дизайне низкочастотного динамика / корпуса и вопросах, 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 ступенчатую реакцию перегородки.

В период до того, как компьютерное моделирование сделало возможным и быстрое моделирование комбинированных эффектов драйверов, кроссоверов и кабинетов, ряд проблем мог остаться незамеченным разработчиком акустических систем. Например, упрощенные трехполосные кроссоверы были спроектированы как пара двухполосных кроссоверов: высокочастотный / среднечастотный, а другая - среднечастотный / низкочастотный. Это может создать избыточное усиление и реакцию «стога сена» на выходе среднего диапазона, а также более низкое, чем ожидалось, входное сопротивление. Другие проблемы, такие как неправильное согласование фаз или неполное моделирование кривых импеданса драйвера, также могут остаться незамеченными. Эти проблемы не было невозможно решить, но потребовалось больше итераций, времени и усилий, чем сегодня.

Смотрите также

использованная литература

внешние ссылки