АУДИО КРОССОВЕРЫ
Возможности каждого современного динамика весьма ограничены — в первую очередь это касается спектра воспроизводимых звуковых частот. Он может эффективно работать лишь в ограниченном частотном диапазоне, ширина которого относительно мала. Ограничения обусловлены двумя основными факторами: величиной частотного резонанса подвижной системы динамика (задаёт предел верхней границы) и механическими особенностями диффузора, к которым относятся его масса и жёсткость (предел нижней границы). Звуки, частота которых выходит за пределы частотных возможностей динамика, воспроизводятся с искажением или же со значительно сниженной интенсивностью. Напомним, что ухо человека способно воспринимать звуки в частотном диапазоне 20-20 000 Гц. Это весьма немало и точно гораздо шире возможностей любого динамика. Но есть решение: использование нескольких динамиков. Как и всё гениальное, это решение просто и эффективно. Но необходимо правильно разделить аудиочастоты на несколько диапазонов, и чтобы каждый подавался на «свой» динамик, включённый в состав акустической системы (АС). Именно эту задачу и решают кроссоверы.
Что такое акустический кроссовер?
Кроссовером называют встроенное или внешнее устройство, разделяющее аудиосигнал на несколько частотных диапазонов. Технически он выполняет роль своеобразного фильтра, отсекающего «лишние» частоты и оставляющего лишь поддерживаемые динамиком. Ведь конструкция последнего рассчитана только на воспроизведение определённого диапазона частот, и выходящие за частотные пределы звуки воспроизводится с искажения или даже могут привести к повреждению динамика. К примеру, твитер воспроизводит высокочастотные звуки, поэтому подача на него низкочастотного сигнала, тем более высокомощного, может стать причиной его выхода из строя.
Соответственно, существует простое правило: на низкочастотные динамики подаются аудиосигналы только низких частот, на высокочастотные — высоких частот, а на среднечастотные (мидвуферы) — звуки в среднем частотном диапазоне. Простота — залог надёжности.
Но важно правильно поделить один аудиосигнал на несколько диапазонов частот для дальнейшей отправки «нужных» частот на отдельные динамики. Это и есть главная задача кроссовера. Технически он является комбинацией электрических фильтров, выполняющих обрезку «ненужных» частот. Его главная характеристика – значение частоты среза. То есть значение, являющейся границей обрезки частот. Рассмотрим это подробнее:
- двухполосный кроссовер, имеющий частоту среза 1000 Гц, оснащается high-pass фильтром, транслирующим частоты от 1000 Гц и low-pass фильтром, пропускная способность которого настроена на частоты ниже 1000 Гц;
- трёхполосный кроссовер дополнительно оснащается среднечастотным фильтром (band-pass), транслирующим сигналы лишь в среднем частотном диапазоне.
График частоты среза наглядно показывает, где именно пересекаются точки разделённых устройством диапазонов частот.
Порядок чувствительности кроссоверов
Этим определением называется ещё одна немаловажная характеристика устройства, определяющая соотношение интенсивности выходного аудиосигнала из кроссовера (значение выражается в Дб (dB)) к частоте входящего аудиосигнала при его неизменном звуковом давлении. Значение чувствительности (крутизны) среза выражается в виде соотношения dB/octave и в любом случае сохраняет кратность 6. Другими словами:
- первый порядок означает чувствительность на уровне 6 dB/octave;
- второй — 12 dB/octave;
- третий — 18 dB/octave;
- четвёртый — 24 dB/octave.
Что получается на практике? Приведём наглядный пример. Воспользовавшись low-pass фильтром третьего порядка, имеющего частоту среза 100 Гц, добьёмся срезки частот со значением более 100 Гц. Происходит это кратно 18 Дб и зависит от октавы:
- Выходной аудиосигнал частотой более 200 Гц теряет свою интенсивность относительно входного на 18 Дб.
- Выходящий аудиосигнал второй октавы (400 Гц) станет тише на 36 Дб.
- Ослабление выходного сигнала третьей октавы (800 Гц) произойдёт на величину 54 Дб и т. д.
Поскольку у low-pass фильтра первого порядка гораздо меньшая чувствительность, затухание аудиосигнала при обрезке частот будет кратно не 18 dB, а 6 dB (для первой октавы) и далее по нарастающей.
Получается, что с помощью установленных в кроссоверах фильтров происходит не резкая обрезка выходящих за диапазон частот, а их постепенное затухание, интенсивность которого зависит от порядка.
Стоит отметить, что практическое применение приборов четвёртого порядка крайне мало. Линквиц и Рили в своё время усовершенствовали его конструкцию, соединив в последовательной схеме два кроссовера второго порядка конструкции Баттерворта для высокочастотных динамиков и пару аналогичных моделей для сабвуферов. Полученная модель Линквица-Рили характеризуется отсутствием фазовых сдвигов, что даёт возможность проведения временной коррекции для эксплуатирующихся в разных физических плоскостях динамиков. А также они обладают наилучшими акустическими характеристиками.
Чем отличаются активные и пассивные кроссоверы
Для работы активного кроссовера требуется внешнее питание, пассивному оно не нужно. Но и это не все отличия.
Активным кроссоверам характерно следующее:
- Установка в схему до усилителя. То есть прибор монтируется между предусилителем (в его роли выступает проигрыватель или головное устройство) и аудиоусилителем, что усложняет схему — для каждого частотного диапазона (соответственно, и динамика) требуется отдельный усилитель. Поэтому такая схема используется только для реализации дорогостоящих высококачественных АС.
- Наличие большого числа активных фильтров. С помощью управления ими можно без труда задавать требуемую частоту среза для выбранного канала.
- Поддержка различных порядков чувствительности.
Но у активных кроссоверов есть один недостаток — высокая стоимость.
Кроссоверы пассивного типа устанавливаются в схему между усилителем звука и динамиками, что гораздо проще и дешевле в монтаже. И, несмотря на их более скромные акустические характеристики, грамотное применение устройств такого типа позволяет реализовать систему с качественным звучанием, сэкономив при этом финансы.
Пассивные кроссоверы показывает весьма неплохие результаты при чувствительности 18 dB/octave — если требуется большая чувствительность, то придётся ставить активные устройства. Они широко распространены при подключении твитеров и среднечастотных динамиков. Устанавливая их на басовые динамики, нужно быть уверенным в безупречном качестве катушек и конденсаторов — однако, стоимость пассивных устройств с высококачественными элементами приближается к цене активных кроссоверов.
Также при их установке следует уделить максимум внимания сопротивлению пиковым нагрузкам от усилителя. Ведь в целом перегрузки негативно отражаются на работе устройств, к тому же передаваемый усилителем аудиосигнал с пиковой интенсивностью может изменить частоту среза фильтров. А при перегрузке происходит ослабление фильтром звука (этот эффект называется демпингом).
Как настроить кроссовер
Процесс настройки устройства основывается на верном подборе частоты (либо частот) среза. Настраивая трёхполосную модель, нужно определить 2 частоты среза:
- Первая (low-pass) будет задавать диапазон для сабвуфера и нижний предел частоты для среднечастотного динамика.
- Вторая (high-pass) задаст верхнюю границу среднечастотного диапазона для среднечастотного динамика и определит диапазон частот для твитера.
Важно! Настраивая устройство, важно учитывать акустические свойства динамиков и исключить из диапазона не поддерживаемые ими частоты.
Отдельные модели кроссоверов поддерживают настройку как частот среза встроенных фильтров, так и регулировку крутизны спада амплитудно-частотных характеристик. А активные модели поддерживают настройку фильтров подавления предельно низких частот.
Если АС реализована на сателлитах активного типа и пассивном сабвуфере с усилителем, то звук получится весьма посредственным: будет происходить смешение звуковых потоков и их наложение. Это вызовет резонансы или же нестабильность звука (провалы). Устранить проблему возможно следующими вариантами: установкой аудиоусилителя с кроссовером или же использованием одного усилителя и сателлитов, но с подключением саба через отдельный кроссовер. К примеру, отлично себя зарекомендовал BEHRINGER B1800X PRO EUROLIVE.
Надеемся, что представленная информация принесла вам пользу. Такую же, какую приносят кроссоверы при организации акустических систем. Успехов в творчестве!
ЧТО ТАКОЕ КРОССОВЕР?
Кроссовер — это прибор, в задачу которого входит разделение звука на части, отличающиеся по частоте. Он выделяет из звука частотные диапазоны, которые мы привыкли называть верхами, средними и басами. На выходе к нему подключается отдельная для каждого канала акустика, что даёт наиболее чистое и качественное звучание. Для баса на выход подключается сабвуфер, для высоких частот — пищалки.
Сегодня концертная акустика работает на мощностях сотни и иногда тысячи ватт. И полос разделения сигнала у такого оборудования гораздо больше, чем на более простеньких бытовых стереосистемах. Встречаются модели кроссоверов на 5, 6, а то и более полос.
Работа современных кроссоверов заключается не только в разделении частот звука. Для расширения функциональности в них добавляют огромное количество дополнительных звуковых обработчиков: лимитеров, фазовращателей и т. п.
Основным элементом кроссовера являются обычные фильтры, которые как раз и разделяют сигнал на отдельные диапазоны. Как правило, их можно настраивать под конкретные частоты. Это позволяет найти именно то звучание, в котором вы нуждаетесь и оптимизировать звук под различную подключаемую акустику.
Кроссоверы бывают двух видов: активные и пассивные. Главное их отличие состоит в способе разделения сигнала. Пассивные работают без автономного питания и используют единый со всеми устройствами усилитель. Активные требуют подключения питания и усиливают каждую полосу разделения частот по отдельности.
С помощью активного кроссовера можно получить более качественное разделение мощный сигнал на выходе. Но по качеству звука он уступает пассивному, так как его активные части добавляют дополнительные помехи и шумы. Оптимальным вариантом является установка пассивного и активного кроссовера одновременно.