- Проектирование и расчёт активных разделительных фильтров (кроссоверов) для многополосного усилителя мощности
- Самодельные кроссоверы для акустики и их предназначение
- Что такое кроссовер и с чем его едят
- Виды кроссоверов
- Пассивный кроссовер, его плюсы и минусы
- Активный кроссовер, его плюсы и минусы
- Кроссовер однополосный
- Кроссовер двухполосный
- Кроссовер трехполосный
- Самодельные кроссоверы
- Инструменты
- Пошаговая инструкция
- Схема кроссовера
- Катушка индуктивности
- Делаем печатную плату
- Сборка
- Соединяем акустические провода
- Подключение
Проектирование и расчёт активных разделительных фильтров
(кроссоверов) для многополосного усилителя мощности
Схема и онлайн калькулятор номиналов элементов фильтров в составе двух —
трёхполосных УМЗЧ.
Что бы там ни говорили, но многополосные акустические системы с пассивными разделительными фильтрами обладают рядом недостатков! Включение таких кроссоверов между выходом усилителя и громкоговорителями, с одной стороны, приводит к заметному ухудшению параметра электрического демпфирования подвижной части излучателей, с другой — является причиной возникновения фазовых искажений, влияющих на форму выходного сигнала, особенно вблизи частот раздела фильтра.
Никуда не деться и от потери мощности в пассивном фильтре, и от сложности согласования по звуковому давлению каждой головки громкоговорителя при помощи резистивных делителей (дополнительно снижающих КПД системы), и от необходимости установки крупногабаритных катушек индуктивности, конденсаторов большой ёмкости, и т. д. и т. п.
Одним из эффективных средств улучшения качества звуковоспроизведения является применение нескольких полосовых УМЗЧ с активными разделительными фильтрами на входах. Такое построение называется многополосной усилительной системой.
На самом деле, разработать активные фильтры, исходя из: 1) требуемого подавления внеполосных частот, 2) идеального согласования на частотах раздела, 3) плоской суммарной АЧХ, 4) приемлемых импульсных характеристик — это дело не такое уж и простое. Поэтому давайте-ка не будем сильно морщить лоб и изобретать ничего лишнего, а обратимся к статье Рода Эллиотта (Rod Elliott) — человека далеко не самого последнего в области звукотехники. Вот что он пишет на своём сайте https://sound-au.com:
2/3-полосный электронный кроссовер Linkwitz-Riley с крутизной подавления 24 дБ/октава.
Представленные здесь фильтры Линквица-Райли имеют отличное фазовое согласование без пиков или провалов на частотах раздела. Конструкция адаптируется к двух, трёх или даже четырёх-полосным акустическим системам. С момента публикации проект стал очень популярным, и эта популярность сохраняется и по сей день.
1. Двухполосный кроссовер Linkwitz Riley
На рисунке Рис.1 показана стерео версия двухполосного кроссовера с двумя идентичными секциями фильтров. С приведёнными значениями компонентов они имеют частоту раздела кроссовера 310 Гц. Это устройство обеспечивает плоскую амплитудно-частотную характеристику, при этом сигналы от обоих каналов всегда остаются в одной фазе. Частота раздела может быть выбрана любой другой величины в пределах звукового диапазона. Частота среза ФВЧ (зелёный фон) и ФНЧ (розовый фон) должны совпадать. Связано это с тем, что коэффициент передачи у фильтра Линквица-Райли составляет 0,5 раз по напряжению или -6дБ, в отличие от фильтра Баттерворта с его -3дБ.
Рис.1 Стереоверсия двухполосного активного кроссовера
При использовании электронного кроссовера, для выравнивания звукового давления, излучаемого НЧ и ВЧ динамиками, может потребоваться регулировка уровней сигналов на выходе каждой из полос. Буферы (Рис.2), подключаются к выходу каждого из фильтров и имеют регулируемый коэффициент усиления 0. 2.
Рис.2 Буферный каскад — по одному на каждый выход кроссовера
Формулы для расчёта частотозадающих элементов фильтров Линквица-Райли приведены ниже:
R = 1 / (2 × π × 1,414 × f × C) ;
C = 1 / (2 × π × 1,414 × f × R) ;
f = 1 / (2 × π × 1,414 × R × C) .
На основании этих формул можно выполнить простенький калькулятор:
КАЛЬКУЛЯТОР РАСЧЁТА ЭЛЕМЕНТОВ КРОСОВЕРА ДЛЯ ДВУХПОЛОСНОЙ АКУСТИКИ
Обратите внимание на то, что на схеме помимо резисторов и конденсаторов рассчитанных значений используются и элементы удвоенных номиналов. Самый простой способ получить значение ёмкости «2C» — это использовать параллельное соединение двух конденсаторов, каждый из которых имеет значение номинала «C».
2. Трёхполосный кроссовер Linkwitz Riley
На Рис.3 показана реализация кроссовера с 3 полосами. Это устройство даёт отличные результаты с хорошим фазовым согласованием и равномерным импульсным откликом во всей полосе частот.
Рис.3 Схема кроссовера для трёхполосной активной акустики
Разумеется, что частоты сопряжения фильтров можно изменять в соответствии с параметрами применяемых громкоговорителей. Единственное, на что следует обратить внимание — это то, что ФВЧ и верхняя часть полосового фильтра (Рис.3, зелёный фон) должны рассчитываться на одну частоту, равную частоте среза ФВЧ, а нижняя часть полосового фильтра и ФНЧ (розовый фон) — на частоту, равную частоте среза ФНЧ. Произведём расчёт элементов и для данной схемы.
КАЛЬКУЛЯТОР РАСЧЁТА ЭЛЕМЕНТОВ КРОСОВЕРА ДЛЯ ТРЁХПОЛОСНОЙ АКУСТИКИ
Значения номиналов используемых резисторов и конденсаторов должны иметь точность — не менее 2% по отношению к расчётным.
Избегайте использования конденсаторов меньше 2,2 нФ или больше 470 нФ. Номиналы резисторов должны находиться в диапазоне: от 2,2 до 22 кОм.
Следует обратить внимание на то, что вход фильтра нижних частот подключён не к выходу входного буфера, а к выходу ФНЧ, входящего в состав полосового фильтра. Это сделано для того, чтобы получить наилучший результат при согласовании фазовых сдвигов частотных каналов.
Поскольку все операционные усилители работают в составе каскадов с единичным усилением, использование здесь ОУ премиум-класса не столь важно, поэтому микросхемы типа TL072 будут здесь вполне пригодны. Однако я настоятельно рекомендую вам найти что-нибудь «получше», предварительно убедившись, что выбранный тип ОУ пригоден для единичного усиления (это не всегда так, особенно для микросхем, требующих внешней компенсации).
Для питания кроссовера был использован источник питания ± 15 В.
Источник
Самодельные кроссоверы для акустики и их предназначение
Самодельный кроссовер для акустики
Самодельные кроссоверы для акустики нужны для разделения частотных диапазонов динамиков. Они выравнивают эти самые диапазоны по громкости звучания.
Самодельный кроссовер для акустики изготовить не так уж и сложно, если знать некоторые секреты.
Что такое кроссовер и с чем его едят
Схемы кроссоверов для акустики
Для начала узнаем, а зачем нужен кроссовер?
Это специальное устройство, предназначенное для разделения ауди частот. Кроссоверы как бы убирают ненужные частоты, фильтруют их.
Как подключить кроссовер к акустике
К примеру, существуют такие динамики(см.Как выбрать динамики для автомагнитолы своими силами), как пищалки. Если бы не было кроссоверов, то на пищалки бы подавались все частоты, полный их пакет, вместе с НЧ и СЧ. Понятно, что это в итоге отрицательно скажется на детальности музыки.
ВЧ динамики, каковыми являются пищалки, не способны воспроизводить низкие и средние звуки и присутствие несвойственных частот станет в этом случае опасной проблемой.
Схема кроссовера для акустики
Виды кроссоверов
Кроссоверы принято разделять на активные и пассивные, а также на однополосные, двухполосные и т.д.
Пассивный кроссовер, его плюсы и минусы
- Пассивный кроссовер фильтрует сигнал своими конденсаторами, резисторами и катушками. В результате именно этого и выявляется первый недостаток таких кроссоверов – потеря мощности.
Кроссоверы акустических систем
- Подключение пассивных кроссоверов проходит непосредственно перед динамиками. Получается таким образом, что достаточно использование всего одного усилителя(см.Как подключить к автомагнитоле усилитель и сабвуфер: сам себе мастер), что является несомненным плюсом пассивных кроссоверов.
- Пассивные кроссоверы продаются отдельными блоками или в комплекте с акустикой, обычно двухполосной или более.
- Среди недостатков пассивных кроссоверов можно выделить ограниченную пиковую нагрузку, что влечет за собой скорый выход из строя.
Пассивный цифровой кроссовер
Активный кроссовер, его плюсы и минусы
- Используется активный кроссовер перед усилителем. Поэтому использование одного усилителя в данном случае просто невозможно.
В случае с активным кроссовером каждый динамик, будь то пищалка или НЧ динамик, используют отдельный канал усилителя.
- Преимуществом активного кроссовера можно назвать то, что в отличие от пассивного, он дает возможность точной настройки срезов. Именно этот фактор и определяет в большей части стоимость такого кроссовера, который дороже своего оппонента.
Кроссовер однополосный
- Предназначен для среза канала сабвуфера(см.Как подключить сабвуфер к автомагнитоле: уроки для любителей).
Кроссовер двухполосный
- Предназначен для двухполосной акустики, состоящей из твитера и мидбаса.
Кроссовер трехполосный
- Предназначен для трехполосной акустики, состоящей из твитера, СЧ-динамика и мидбаса.
Самодельные кроссоверы
Случается, что став обладателем дорогой автомобильной акустики, владелец обнаруживает, что в комплекте нет кроссоверов. Понятно, что без них обойтись будет невозможно, так как ВЧ динамики могут просто напросто сгореть.
Что делать? Ответ до смешного прост – изготовить их своими руками.
Инструменты
Для начала вооружимся необходимыми инструментами:
- Хорошим и удобным паяльником.
- Специальным прибором, измеряющим индуктивность.
- Клеем «Момент».
- Хлорным железом.
- Фольгированным стеклотекстолитом.
- Термоусадочной трубкой.
- Силиконовым герметиком.
Пошаговая инструкция
Начинаем процесс изготовления.
Схема кроссовера
- В первую очередь, надо тщательнейшим образом изучить теххарактеристики купленных динамиков. Особое внимание рекомендуется уделить низким частотам пищалок, а также уровню характеристической чувствительности НЧ и ВЧ динамиков.
- Затем нужно подобрать правильную электрическую схему, подразумевающую подключение кроссовера.
Примечание. По мнению специалистов желательно отдать предпочтение фильтрам 2-ого порядка, ведь в тесном салоне авто наблюдается сильный подъем частотной характеристики на средне-высоких частотах.
- Надо помнить, что ВЧ-динамики, которые подключаются через фильтр 1-ого порядка, сильно подчеркивают шипение, а НЧ-динамики чрезмерно выделяют яркие звуки. В итоге, складываясь вместе, получится кавардак, в котором будет много яркого и шипящего звучания.
Примечание. При этом, чем шире салон авто, тем удастся более минимизировать эти недостатки.
Катушка индуктивности
Катушки индуктивности в кроссовере
- Наматываем катушки индуктивности для динамиков. Отметим, что делая это для НЧ-динамика, лучше пользоваться медной проволокой, имеющей диаметр 1 мм и изолированной специальным лаком.
Совет. При изготовлении катушек рекомендуется пользоваться ферритовыми сердечниками. Это даст возможность получить меньшие габариты и вес, а также сократить расход недешевой медной проволоки. Кроме того, удастся уменьшить также активное сопротивление катушки.
- Получившуюся индуктивность рекомендуется контролировать с помощью уникального прибора для измерения.
Совет. При наматывании проволоки крайне желательно делать виток и витку, а затем фиксировать клеем. Это даст возможность избежать проблем, с которыми часто сталкиваются новички.
Делаем печатную плату
- Пришло самое время начертить плату на бумаге. Делать это нужно, исходя из размеров получившихся катушек и резисторов.
- Чертим плату и переносим ее на лист специального материала.
Примечание. В качестве такого материала неплохо было бы выбрать фольгированный стеклотекстолит.
- Сверлим сразу отверстия под электроды будущих деталей и проводов. Обязательно протравливаем плату. Это нужно сделать следующим образом: полуготовую плату поместить в раствор хлорного железа.
Сборка
- Платы нашего будущего кроссовера собираем согласно схеме установки.
Кроссовер, собранный по стандартной схеме
Примечание. Катушки индуктивности и конденсаторы тщательно клеим к плате. Рекомендуется использовать хороший клей, такой как «Момент». Хорошая фиксация позволит самодельному разделителю длительное время работать безотказно в условиях вибрации и тряски.
Соединяем акустические провода
- Соединяем акустические провода, используя обычный паяльник. В работе нужно быть крайне внимательным и не перепутать выходы для НЧ и ВЧ-динамика. Обратить внимание нужно и на полярность.
- Клей пригодится и здесь. Нужно залить «Моментом» провода, которые припаяли, что предохранит опять же от вибраций и возможных переломов.
Подключение
- Проводим пробное подключение и убеждаемся в том, что сигнал подается на каждый динамик с соответствующего выхода самодельного кроссовера.
- Если это необходимо, то можно включить и резистор сопротивлением 4 Ом перед ВЧ-фильтром.
Примечание. Помним, что чувствительность ВЧ-динамиков на несколько децибел превышает чувствительность динамика, воспроизводящего низкие частоты – в итоге, пищалки играют громче НЧ-динамика.
Кроссовер акустический автомобильный
Готовый своими руками кроссовер обтягиваем термоусадочной трубкой, соблюдая нужные размеры. Заливаем края обязательно силиконом, чтобы внутрь кроссовера не попала влага или пыль.
Представленная инструкция поможет изготовить самодельный кроссовер для акустики без особых проблем. В процессе операции рекомендуется изучить дополнительно фото и видео – материалы.
Что касается цены на расходные материалы, то она зависит от количества катушек и выходов под динамики. Немаловажное значение имеет и материал, который используется.
Делая кроссовер, нужно уяснить сразу:
1. краткость сестра таланта, и качества. каждому динамику отдельная цепь параллельно другим динамикам
2. никаких печатных плат. навесной монтаж на деревянную или пластиковую дощечку — это лучшее.
3. никаких паек. используйте кабельные наконечники без изолятора. и обжим кримпером, а также клеммные группы с винтовым зажимом. пайка- хрупкое физически и некачественное электрически соединение. откажитесь от пайки.
4. никогда! не используйте электролитические конденсаторы. используйте пленочные полипропиленовые.
5. никогда! не используйте катушки с сердечником, равно как катушки индуктивности из омедненного алюминия. эта экономия даже не на копейках, а на десятых долях копеек ни к чему хорошему не приведет.
6. помните про фазовые сдвиги и правильно их устраняйте. 1-2-3-4 порядки кроссовера дают соответственно сдвиг на 90-180-270-360 градусов. 360 = 0.
тут либо делать одинаковый порядок для ВЧ и НЧ, либо как вариант, объединять.
если объединить 3 порядок 270 градусов с 1 порядком в обратной полярности -90 градусов, фазовый сдвиг будет отсутствовать.
7. делайте RC-цепь цобеля, но делайте ее съемной, и несмотря на возможность включения в любом направлении, делайте ее правильно в направлении от плюса к R и затем к С, а не наоборот.
8. располагайте индуктивности максимально далеко друг от друга и несимметрично, одну вертикально, другую горизонтально.
9. тяните от усилителя провода отдельно к каждому фильтру каждого динамика. это сильно улучшает звук. т.к. искажения при передаче одним типовым медным кабелем 1.5мм2 составляют до 30%, пара проводов для каждого динамика от усилителя понижает это значение до 3-15%, и это явственно ощутимо на слух (если провода не кривые, не высокочастотные).
лучшие акустические провода по звуку состоят из brc-проволок-жилок, не слишком гибких, притом без полирования.
10. Выбор 1-2-3 порядка кроссовера зависит от звучания динамиков и должен осуществляться в первую очередь — на слух. кривые динамики в общем-то, ничем не исправить, а нормальные будут играть хорошо с любым порядком кроссовера.
Спрашивается: нафига нам измерительное оборудование, если даже не рассказали, как расcчитывать количество витков на катушках и какая индуктивность какому динамку должна соответствовать?
Источник
