Фильтр кроссовер для акустики что это

Кроссовер для динамика

Человеческое ухо способно различать достаточно большой диапазон частот, который называется звуковым диапазоном. Он занимает полосу от 20 Гц до 20 кГц. В зависимости от индивидуальных особенностей восприятия звуковой диапазон может быть несколько ограничен в нижней и верхней части. В конструкциях акустических систем не существует динамических громкоговорителей, которые корректно воспроизводили бы всю полосу звуковых частот.

Это связано с физическими и механическими факторами. Так диффузоры низкочастотных динамиков имеют большие размеры, поэтому акустический резонатор из-за большой инерции не может реагировать на колебания с частотой 10-20 кГц. Для высококачественного воспроизведения вся полоса звуковых частот разбивается на три поддиапазона:

• Низкие частоты – 20 Гц-200 Гц
• Средние частоты – 200 Гц-5 000Гц
• Высокие частоты – 5 000 Гц-20 000 Гц

Зачем нужен кросовер для акустики в авто

Для чего нужны кроссоверы для динамиков. Кроссовер или полосовой фильтр представляет собой устройство ограничивающее полосу частот, подаваемых на конкретный громкоговоритель. Акустическая система хорошего качества состоит из трёх динамических головок и каждая из них пропускает свою полосу частот. Твиттер или высокочастотная головка имеет маленькие размеры и лёгкий диффузор. Она располагается в верхней части акустической системы. Среднечастотный динамик имеет больший диаметр, а басовый, самый большой громкоговоритель, располагается в нижней части акустической колонки. Кроссовер для колонок нужен для того, чтобы выделить определённую полосу частот и обрезать или сильно ослабить остальной частотный диапазон. Это значительно повышает высокую верность воспроизведения музыкальных записей.

Салон автомобиля представляет собой замкнутое пространство сравнительно малого объёма, в котором сложно добиться высококачественного воспроизведения звука. Кроме того внутренняя отделка может быть выполнена с помощью мягких звукопоглощающих материалов, поэтому частотное разделение звукового сигнала на три раздельные полосы в автомобиле необходимо.Что дают кроссоверы колонкам в салоне легковой машины. Частотные фильтры позволяют получить правильную конфигурацию акустических колонок в салоне автомобиля и добиться качественного звучания, как басов, так и высоких частот. Часто кроссоверы встраиваются непосредственно в акустические системы.

Кроссовер колонки, что это

Кроссоверы для динамиков бывают пассивные и активные. Пассивные системы представляют собой LC фильтры первого второго или третьего порядка, что определяется количеством звеньев фильтра. Фильтр первого порядка обеспечивает крутизну затухания сигнала всего 6 dB на октаву, фильтры второго и третьего порядков – 12 и 18 dB соответственно. Для использования в звуковых системах автомобиля рекомендуется применять кроссоверы второго порядка. Это связано с акустическими особенностями автомобильного салона. В кроссоверах применяют плёночные конднсаторы и индуктивности, намотанные без сердечников или с использованием ферромагнетиков.

Кроссовер для колонок собирается на небольшой печатной плате, где имеются входные клеммы для подключения усилителя низкой частоты и три выходных группы для подключения ВЧ, СЧ и НЧ динамика. Активные кроссоверы для динамика в автомобильной акустике используются реже, так как они собираются не только на дискретных элементах, но и на операционных усилителях, которым требуется двухполярное питание. Это усложняет подключение и эксплуатацию такой техники в условиях автомобиля.

Встроенный кроссовер в динамике

Если в автомобиль устанавливаются колонки промышленного образца, то они, как правило, уже оборудованы встроенными частотными фильтрами. В них используются конденсаторы и индуктивности. Часто для согласования сопротивления громкоговорителя и усилителя низкой частоты в фильтры ставятся постоянные резисторы.

Классический универсальный кроссовер второго порядка предназначен для работы с трёхполосными акустическими системами и обеспечивает крутизну подавления частот 12 dB на октаву. При повторении конструкции не рекомендуется ставить в фильтр электролитические конденсаторы, а использовать плёночные, специально предназначенные для работы в фильтрах акустических систем. Обычно радиолюбители приобретают дорогие конденсаторы зарубежного производства, но вполне можно обойтись отечественными К73-16. Оптимальным вариантом для акустических кроссоверов будет использование аксиальных полипропиленовых конденсаторов К78-34, которые специально разработаны для применения в акустических системах высокого класса.

Источник

Кроссовер (Crossover) — фильтр с определенным диапазоном частот.

Что такое кроссовер и для чего он нужен? Как он работает и какие типы их бывают? Рассмотрим эти вопросы в данной статье.

Кроссовер (Crossover)

Это набор полосовых фильтров , каждый из которых пропускает свою определённую полосу частот. Используется минимум два кроссовера в различных частотных диапазонах, чтобы воспроизводить полностью звуковой сигнал. Разделение происходит с помощью сопряжённых парных фильтров низких/высоких частот. Крутизна среза фильтра может быть от 12 до 96 dB/октаву .

Для чего нужен кроссовер

Известный факт, что создать идеальный громкоговоритель, который прекрасно воспроизводил бы все частотные диапазоны (низкие, средние, высокие) практически невозможно. Поэтому для качественного воспроизведения звука необходимо хотя бы двухполосная система (динамики для низких и высоких частот). В более дорогих системах добавляется третий динамик, для средних частот. В каждый из динамиков нужно подавать тот частотный диапазон, для которого он предназначен. Вот за эту функцию и отвечает кроссовер.

Если бы их не было, то попадание в динамик частотного диапазона не соответствующего для него не только бы искажало звуковую картину, но и могло бы стать причиной выхода его из строя. Например, слишком высокая частота может повлиять на твиттер (высокочастотный динамик), что приведёт к его поломки из-за перегрева.

Устройство кроссовера

Как мы уже поняли кроссовер включает несколько частотных фильтров, которые работают по следующему принципу: например, имеется определённая частота разделения и один из фильтров (Low Pass) выделяет частоты ниже этого показателя, другой выше (High Pass).

На рисунке три частоты разделения: 140 Hz, 2kHz, 10 kHz.

Классификация

В основном в проектах при сведении пользуются цифровыми кроссоверами, встроенными в различные плагины по обработке звука. Они имеются в различных многополосных эффектах, в которых разные частотные диапазоны звука могут обрабатываться отдельно. Однако, помимо цифровых существует ещё несколько типов. Рассмотрим их.

Пассивные кроссоверы

Пассивные кроссоверы располагаются обычно между выходом усилителя и громкоговорителями. Естественно пассивным кроссоверам не требуется дополнительное питание.

Профессиональные кроссоверы требуют очень качественных и точных по параметрам компонентов, которые способны работать на больших токах и высоком напряжении. Поэтому производство таких фильтров довольно трудоёмкий процесс, что естественно отражается на их высокой стоимости.

Состоят пассивные кроссоверы обычно из конденсаторов из полипропиленовой и полиэстеровой металлизированная фольги, бывают бумажные электролитические конденсаторы. В катушках индуктивности применяются полые, напылённые металлические, ферритовые или слоистые кремниевые сердечники с эмалированным медным проводом. В некоторых используются плавкие предохранители или выключатели, чтобы защитить громкоговорители от случайных повреждений большими перегрузками.

В современных устройствах зачастую применяются цепи стабилизации, которые компенсируют изменение сопротивления с частотой, присущих практически всем громкоговорителям. Проблема непростая, так как часть изменений в сопротивлении (импедансе) происходит из-за изменений нагрузки полосы пропускания громкоговорителя.

Основные минусы пассивных кроссоверов следующие: пассивные цепи могут быть большими и влиять на падение мощности; имеется проблема взаимозаменяемости динамиков на другие (цепи сделаны под конкретные частоты и имеют определённое сопротивление); идеальное устройство такого типа довольно сложно в разработке.

Активные кроссоверы

Этот тип, а также следующий (цифровые кроссоверы), о которых мы поговорим далее, обрабатывают сигнал, поступающий с линейного выхода микшера, выхода устройства воспроизведения аудиосигнала или микрофонного усилителя. Далее сигналы, обработанные кроссовером поступают на входы отдельных усилителей, а уже потом на громкоговорители.

В активных кроссоверах содержаться активные электронные компоненты в фильтрах. Сегодня наиболее используемый активный элемент — операционные усилители, которые работают на уровнях, достаточных для входа усилителя мощности. Каждый из усилителей мощности работает для своей группы. То есть, 2-полосый активный кроссовер требует двух усилителей — по одному для НЧ и ВЧ динамиков (называется биампинг). Если нужно стереофоническое воспроизведение, количество усилителей (каналов усилителя) удваивается. Всё это означает, что цена таких устройств будет дороже, чем с пассивным кроссовером. Но для высоких результатов усиления полного частотного спектра эта система более предпочтительней.

BEHRINGER SUPER-X PRO CX2310

В чем же плюсы?

• частотная характеристика, не зависит от динамических изменений в электрических характеристиках динамика.
• зачастую, возможность легкость изменения или точной настройки каждого диапазона частот для конкретного динамика. Например, крутизной и типом фильтра (например, Бесселя, Баттерворта и т.д.)
• изоляция каждого динамика от остального частотного спектра, что позволяет снизить интермодуляционные искажения и перегрузку.
• усилитель мощности непосредственно связан с динамиками, обеспечивая тем самым максимальный контроль за демпфированием звуковой катушки динамика, уменьшая последствия динамических изменений в электрических характеристиках динамика, что улучшает характеристики переходных колебаний.
• сокращение потребляемой мощности усилителя. При отсутствии энергии потерянной в пассивных компонентах, требования усилителя значительно уменьшаются (до половины в некоторых случаях), уменьшая затраты энергии и существенно увеличивая качество воспроизведения.

С помощью микропроцессора активные кроссоверы могут быть реализованы в цифровом виде. Цифровые кроссоверы стараются приблизить к аналоговым схемам — это IIR фильтры (Бесселя, Баттерворта, Линквица-Райли и т.д.), либо используют фильтры Конечной Импульсной Характеристики ( FIR — Finite impulse response).

Первые относительно нетребовательны к ресурсам центрального процессора и очень схожи с аналоговыми фильтрами. Они рекурсивные и те из них, которые не качественно спроектированы и не тщательно просчитаны, могут входить в предельные циклы, приводящие к нелинейным искажениям.

Вторые имеют более высокий порядок и соответственно более прожорливы к процессору. Кроме этого, чтобы достигнуть линейности фазовой характеристики, приходится увеличивать время задержки.

Подобный тип производит фильтрацию за счёт диффузора динамика. Они особенно распространены в тех местах, где необходимо звуковое покрытие больших пространств (гипермаркеты, аэропорты, железнодорожные вокзалы и т. п.).

Здесь диффузор динамика сцеплен с катушкой через секцию в виде маленького легкого конуса. Эта секция подвижная и даёт гарантию, что полный первичный диффузор играет только на низких частотах. При этом сама маленькая секция отвечает на все частоты. Но из-за своего небольшого размера даёт полезную нагрузку только в области высоких частот. Вот так и происходит механическое разделение кроссовером.

Подобный вид кроссоверов очень сложен в проектировании, особенно если нужна высокая эффективность. Здесь важно всё: какие материалы и их вес, используемые для диффузора, конуса, катушки динамика. Это и определяет частоту и порядок фильтра кроссовера. Поэтому для достижения высоких результатов требуется огромная работа методом проб и ошибок.

Понравилась статья? Тогда делаем репосты. А чтобы подписаться на новости сайта нажмите сюда .

Источник

Кроссовер для колонок: виды и выбор

Для простого человека, который далек от построения колонок для воспроизведения музыки, слово «кроссовер для колонок» ни о чем не говорит. В интернете выложено много информации по этому поводу, включая информационные статьи, а также видеоматериалы.

Что же такое кроссовер

Эта «коробочка» является обязательной частью акустической системы. Это связано с тем, что в мире нет динамиков, которые могли бы качественно воспроизводить полный диапазон частот. Поэтому для построения колонок используют два, три и более динамиков. Однако не стоит забывать о «блинах». Этот тип динамика состоит из нескольких частей, благодаря чему, может похвастаться достаточной ровной АЧХ на всем диапазоне частот.

Кроссовер предназначается для того, чтобы разделять входящий сигнал на разные составляющие и посылать их на разные динамики акустической системы. Таким образом, твитер играет только высокие частоты, а НЧ динамик воспроизводит средние и низкие частоты. Также кроссовер называется фильтром.

Главными его компонентами считаются следующие элементы:

• конденсатор;
• катушка индуктивности.

В совокупности эти электрические элементы «отрезают» ненужные частоты, которые посылаются на динамики. К слову, конденсаторы и катушки имеют разную стоимость. Таким образом, чем дороже эти элементы, тем лучше в конечном итоге будет звучать акустическая система.

Порядок фильтра

От количества электрических элементов будет зависеть конечный результат. В зависимости от количества конденсаторов и катушек индуктивности фильтр бывает разных порядков. Если кроссовер состоит из одного элемента, допустим конденсатора, то фильтр будет первого порядка. Для получения фильтра второго порядка, количество элементов должно быть вдвое больше. От порядка кроссовера зависит качество фильтрации ненужных частот. Этот параметр называется крутизна спада и измеряется в ДБ на ОКТАВУ. Чем выше порядок фильтра, тем выше крутизна спада.

Активные и пассивные

Кроссоверы делятся на две группы:

Каждый из типов имеет свои преимущества и недостатки.

Активные состоят не только из конденсаторов и катушек, но и из транзисторов. Благодаря этому габариты устройства удалось снизить. Сложно найти активный кроссовер, выполненный в виде отдельного элемента. В основном они являются составной частью автомобильного усилителя звука.

Пассивные встречаются намного чаще. Главным преимуществом этого типа кроссовера является отсутствие необходимости дополнительного питания, поэтому их легко устанавливать.

Кроме того, пассивные и активные фильтры делятся еще на 3 подвида:

1. Высокочастотные, предназначаются для пропускания сигнала высокой частоты, отрезая все остальное. Этот подтип предназначен для ВЧ динамиков.
2. Низкочастотные, наоборот, отрезают верхние частоты и пропускают через себя низкочастотный сигнал. Используются для НЧ динамиков.
3. Широкополосные фильтр, еще его называют Band Pass. Этот подтип необходим для отрезания частот, выходящих за определенный диапазон. Он предназначен для СЧ динамиков.

В дешевых колонках устанавливаются кроссоверы первого или второго порядка. Это делается для удешевления, так как в фильтрах используется лишь один или два электрических элемента. Фильтры третьего порядка встречаются в усилителях мощности. Что же касается четвертого порядка, то данный тип считается элитным. Для них изготавливается отдельный корпус.

Не так давно среди любителей хорошей музыки возникали споры об эффективности делителя 4-го порядка. Работы кроссоверов четвертого порядка, с крутизной среза 24 ДБ на Октаву можно сравнить лишь с работой банков Швейцарии, где все строго и четко.

Главное в настройке кроссовера – частота среза.

Возьмем, к примеру, трехполосную колонку. Для качественного воспроизведения музыки надо сделать так, чтобы на НЧ динамик поступали только низкие частоты, на СЧ динамик диапазон средних частот, без нижних и высоких, а на твитер соответственно только высокочастотный сигнал. Таким образом, нужно правильно определить две точки деления. В первой точке будет разделен сигнал между сабвуфером и среднечастотником. А во второй точке будет согласовываться СЧ динамик и твитер. Если неверно выбрать частоты среза, в лучше случае можно отделаться ужасным звуком. В таком случае слушать музыку станет невозможно и захочется сразу ее выключить. В худшем случае, акустика выйдет из строя. К примеру, на высокочастотный динамик будет поступать низкочастотный диапазон, который очень вреден для твитеров.

В наши дни кроссоверы используются достаточно активно. Несмотря на то, что можно приобрести цифровой аналог – процессор. Благодаря которому, можно не только фильтровать сигнал, но и выставлять задержки и многое другое.

Однако у кроссоверов есть преимущество перед цифровыми процессорами – это качество фильтрации звукового сигнала. Дело в том, что на фильтр навешивают большое количество работы: фильтрация, временные задержки, эквалайзер. Поэтому само качество фильтрации падает. Таким образом, пассивные и активные кроссоверы пользуются большим спросом. Их применяют даже для изготовления профессиональных колонок.

Профессионалы пророчат скорую смерть аналоговой фильтрации. Они считают, что цена цифровых аналогов замедляет естественный процесс. Однако есть группа людей, считающих, что место для хорошего пассивного кроссовера найдется всегда и в любой аудиосистеме, несмотря на то, насколько далеко шагнули технологии. Можно согласиться и с первый и со второй группой людей. Это связано с тем, что построить хорошую, качественную и профессиональную акустическую систему можно как при помощи кроссовера, так и при помощи цифрового брата – процессора. Вопрос только в том, что вам нравится больше.

Посмотрите видео о кроссоверах

Источник