Активный кроссовер нч динамика

Активный кроссовер на фильтрах с конечной импульсной характеристикой

Пассивные LCR-разделительные фильтры (кроссоверы), применяемые в большинстве многополосных акустических систем низкой и средней ценовой категории, не всегда корректно выполняют свои функции.

Ведь применямые в них компоненты должны пропускать большую мощность. А это накладывает ограничения на сложность фильтров, их точность и линейность. В системах High-End все чаще применяют активные маломощные кроссоверы, нагружаемые на индивидуальные для каждого динамика УМЗЧ («активные» многополосные акустические системы).

При этом появляется возможность применить прецизионные маломощные компоненты и специальные схемотехнические решения (основанные на активных элементах), обеспечивающие лучшие фильтрующие свойства при меньших фазовых и временных искажениях.

На рис. 1.15 показана схема активного кроссовера Билла Хардмана. В этой схеме привычные активные ФНЧ и ФВЧ Баттерворта второго порядка с частотой среза 1,5 кГц (крайние справа ОУ) дополнены менее известными фильтрами Бэйнтера (три левых ОУ).

Эти фильтры формируют нули передаточной функции и тем самым резко улучшают селективность как ФНЧ (на выходе Low-pass output), так и ФВЧ (High-pass output).

Рис. 1.15. Схема активного кроссовера Билла Хардмана

Рис. 1.16. Схема фильтра с конечной импульсной характеристикой

Эквивалентная крутизна среза АЧХ становится сравнимой с обычными фильтрами 6—8 порядка. Но, в то же время, фильтры Бэйнтера не нарушают линейности ФЧХ и ГВЗ, т. е. дополнительно не «жуют» звук.

Проверка кроссовера осуществлялась:

• и программой HSPS Filter Designer (www.dialspace. dial.pipex.com/hsps/);
• и на практике в самодельной полочной (bookshelf) АС на основе НЧ динамика Morel MW 142 и ВЧ MDT29.

Эти проверки подтвердили отличные характеристики:

• суммарная АЧХ имеет неравномерность менее 1 ДБ;
• крутизна спада сразу за граничной частотой соответствует обычным фильтрам 8-го порядка.

Герд Шмидт предлагает для построения активных кроссоверов применять т. н. фильтры с конечной импульсной характеристикой (FIR — Finite Inpulse Response). Они имеют линейную ФЧХ и постоянное ГВЗ независимо от других характеристик.

Рис. 1.17. Частотные характеристики фильтров: а—АЧХ ФВЧ; б — ФНЧ; в — комбинорованный вариант

Практическая реализация (рис. 1.16) в зависимости от сопротивления R1—R4 может быть оптимизирована по разным критериям — максимальной крутизны АЧХ ФВЧ (рис. 1.17, а), ФНЧ (рис. 1.17, б) или и той, и другой, но не гладкой АЧХ ФНЧ (рис. 1.17, в).

Достоинством схемы (рис. 1.16) является автоматическое согласование частот среза ФНЧ (Ѵір) и ФВЧ (Vhp), а также возможность их изменения простым изменением емкости конденсаторов в цепях неинвертирующих входов всех ОУ.

Источник: Сухов Н. Е. — Лучшие конструкции УНЧ и сабвуферов своими руками.

Источник

Для чего нужны кроссоверы в компонентной акустике?

Акустика

Устанавливая современную стереосистему в транспортное средство, владельцу необходимо правильно выбрать кроссовер. Сделать это несложно, если предварительно ознакомиться с тем, что он из себя представляет, для чего предназначен, и в составе какой акустической системы он будет работать.

Предназначение

⭐ ⭐ ⭐ ⭐ ⭐ Кроссовер — это специальное устройство в структуре акустической системы, предназначенное для подготовки требуемого частного диапазона для каждой из установленных звуковых колонок. Последние разработаны для эксплуатации в пределах определённых частотных диапазонов. Выход частоты сигнала, подаваемого на колонку за границы диапазона может привести, как минимум, к искажениям воспроизводимого звука, например:

1. при подаче слишком низкой частоты исказится звуковая картина;
2. при подаче слишком высокой частоты владелец стереосистемы столкнётся не только с искажением звука,но и с выходом из строя твитера (высокочастотного динамика).Он может просто не выдержать этого режима работы.

В нормальных условиях задачей высокочастотного динамика является воспроизведение звука только высокой частоты, низкочастотного, соответственно, низкой. Полоса же, средних частот подаётся на мидвуфер – динамик, отвечающий за звучание средних частот.
Исходя из вышесказанного, чтобы качественно воспроизвести автозвук, надо выделить соответствующие полосы частот и подать их на конкретные динамики. Для решения этой задачи и применяется кроссовер.

Устройство кроссовера

Конструктивно в кроссовер входит пара частотных фильтров, работающих следующим образом: например, если частота разделения установлена в 1000 Гц, один из фильтров будет выделять частоты ниже этого показателя. А второй – обрабатывать только полосу частот, превышающих заданную отметку. У фильтров есть свои названия: лоу-пасс – для обработки частоты ниже тысячи герц; хай-пасс – для обработки частоты выше тысячи герц.

Итак, выше был представлен принцип, по которому работает двухполосный кроссовер. На рынке существует и продукция трехполосного типа. Основное отличие, как становится понятно из названия, это третий фильтр, обрабатывающий среднюю полосу частот, от шестисот до пяти тысяч герц.

По сути, увеличение каналов фильтрации звуковой полосы, и последующая подача их на соответствующие динамики, приводит к более качественному и естественному звуковоспроизведению внутри авто.

Технические особенности

В большинстве современных кроссоверов присутствуют катушки индуктивности и конденсаторы. В зависимости от количества и качества изготовления этих реактивных элементов, обусловлена стоимость готового изделия.Для чего же в полосной кроссовер входят катушки и конденсаторы? Причина в том, что это самые простые реактивные элементы. Они без особых трудностей обрабатывают разные частоты звукового сигнала.

Конденсаторы могут выделять и обрабатывать высокие частоты, в то время как катушки нужны для регулирования низких. Грамотно используя эти свойства, в результате можно получить самый простой частотный фильтр. Здесь нет смысла углубляться в сложные законы физики и приводить в качестве примера формулы. Тот, кто хочет более подробно ознакомиться с теоретическими основами, без труда найдёт информацию в учебниках или интернете. Профильным специалистам достаточно освежить в памяти принцип работы сетей LC-CL типа.

Количество реактивных элементов влияет на показатель разрядности кроссовера. Цифрой 1 обозначается один элемент, 2 – соответственно, два. В зависимости от количества и схемы подключения элементов, система по-разному осуществляет фильтрацию неподходящих частот для конкретного канала.

Есть смысл предположить, что большее количество применённых реактивных элементов делает процесс фильтрации лучшим. Схема фильтрации ненужных частот для конкретного канала имеет свою характеристику, называемую крутизной спада.

Фильтрам присуще свойство отрезать ненужные частоты постепенно, а не мгновенно.

Называется оно чувствительностью. В зависимости от этого показателя, продукция разделяется на четыре категории:

• модели первого порядка;
• модели второго порядка;
• модели третьего порядка;
• модели четвертого порядка.

Отличия между активными и пассивными кроссоверами

Начнём сравнение с пассивного кросовера. Из практики известно, что пассивный кроссовер является самой распространенной и чаще всего встречающейся на рынке разновидностью. Исходя из названия, можно понять, что пассивным не требуется дополнительное питание. Соответственно, владельцу транспортного средства проще и быстрее установить аппаратуру в своей машине. Но, к сожалению, быстрота не всегда гарантирует качество.

Из-за пассивного принципа схемы системе требуется забирать часть энергии из фильтра на обеспечение его работы. При этом реактивным элементам свойственно изменять сдвиг по фазе. Конечно, это не самый серьезный недостаток, но владелец не сможет тонко корректировать частоты.

Избавиться от этого недостатка позволяют активные кроссоверы. Дело в том, что, хотя и устроены они куда сложнее пассивных, но в них поток аудио фильтруется значительно лучше. Благодаря наличию не только катушек и емкостей, но и дополнительных полупроводниковых элементов, разработчикам удалось значительно уменьшить размеры устройства.

Они редко встречаются в качестве отдельной аппаратуры, но в любом автомобильном усилителе, как составная часть присутствует активный фильтр. Из-за пассивного принципа схемы системе требуется забирать часть энергии из фильтра на обеспечение его работы. При этом реактивным элементам свойственно изменять сдвиг по фазе. Конечно, это не самый серьезный недостаток, но владелец не сможет тонко корректировать частоты.

Избавиться от этого недостатка позволяют активные кроссоверы. Дело в том, что, хотя и устроены они куда сложнее пассивных, но в них поток аудио фильтруется значительно лучше. Благодаря наличию не только катушек и емкостей, но и дополнительных полупроводниковых элементов, разработчикам удалось значительно уменьшить размеры устройства.

Они редко встречаются в качестве отдельной аппаратуры, но в любом автомобильном усилителе, как составная часть присутствует активный фильтр.

Особенности настройки

Чтобы в результате получить качественный автозвук, необходимо правильно подобрать частоту среза. При использовании активного трех полосного кроссовера следует определить две частоты среза. Первая точка будет обозначать грань между низкой и средней частотой, вторая – границу между средней и высокой. Владельцу автомобиля перед подключением кроссовера необходимо всегда помнить о том, что необходимо правильно подбирать частотные характеристики динамика.

Ни в коем случае не следует подавать на них частоты, на которых они попросту не смогут нормально работать. В противном случае это приведет не только к ухудшению качества звучания, но и к уменьшению срока эксплуатации.

Схема подключения пассивного кроссовера

Видео: Для чего нужен аудио кроссовер?

Заключение

Мы приложили не мало усилий для создания этой статьи, старались написать ее простым и понятным языком. Но получилось у нас это сделать или нет решать только Вам. Если остались вопросы, создайте тему на «Форуме», мы и наше дружное сообщество обсудим все детали, и найдем на него оптимальный ответ.

И напоследок, есть желание помочь проекту? Подпишись на наше сообщество «Вконтакте».

Источник