Порядок кроссовера. Повторение пройденного
Что такое – кроссовер? Мы уже как то разбирались с этим вопросом. Иначе эта штука называется – разделительный фильтр звуковых частот. Обсуждали мы это уже года два назад, но вопросы остаются у некоторых наших читателей. Немного вспомним и повторим. Кому не интересно – тот специалист и в нашей информации не нуждается, пусть не тратит своё время.
Статья для начинающих меломанов и интересующихся этой темой.
Что такое кроссоверы – понятно, это фильтр. Но эти фильтры подразделяют на несколько порядков. В чем разница? В количестве используемых в кроссовере деталей и в крутизне среза. Не будем долго “вступления писать”, сразу к делу, точнее к вопросу.
В простых акустических системах (недорогого уровня) особо нет смысла делать сложные расчеты и ставить кроссоверы большого порядка. Иногда достаточно и конденсатора на ВЧ-динамике – вспомните акустику музыкальных центров и акустику которая стоит рядом практически с каждым компьютером на работе.
Предположу, что кому то выпадала такая необходимость – вскрывать акустику своего музыкального центра или настольной (компьютерной) акустики, то вы наверняка обращали внимание на маленький конденсатор (почти всегда – полярный) припаянный к ВЧ-динамику. А к большому – СЧ-НЧ-динамику припаяны всего два провода, которые идут напрямую от усилителя (конечно через терминалы). Этот конденсатор и есть – “кроссовер”, фильтр для самого незащищенного, маленького динамика, который точно не сможет сыграть барабан или бас-гитару.
Порядок кроссоверов
Для простоты понимания работы разделительного фильтра, разберем возможности кроссовера в зависимости от его “порядка”. Будем рассматривать картинки и вспоминать – о чем говорили ранее. Опять же, не будем даже затрагивать методику расчетов и формулы, с помощью которых производится расчет нужных компонентов для кроссовера.
Для наглядности – приведу схемотехнику кроссоверов 1, 2 и 3 порядков, с обозначением компонентов радиодеталей. Сначала рисунок-схема, а следом примерный получаемый график АЧХ.
Кроссовер первого порядка
Так выглядит схема простого кроссовера для двухполосной акустической системы (рисунок №1). Это пример. По внешнему виду изображенных динамиков и подключенных к ним компонентов, нам понятно, какой из этих динамиков НЧ, а какой ВЧ. Беглым взглядом пробежали по рисунку и видно, что на ВЧ-динамик подаётся сигнал через конденсатор – C1, а на НЧ-динамик – через катушку индуктивности – L1.
Если когда-то видели открытую акустику начального уровня, или колонки в автомобиле (коаксиальные, где маленькая пищалка находится перед большим динамиком), то могли видеть конденсатор рядом с ВЧ-динамиком. Это как раз и есть – простейший фильтр для ВЧ-динамика, что бы отрезать от него низкочастотную составляющую.
Не многие меломаны-автолюбители ставят в авто акустику с пассивным разделительным фильтром, который имеет отдельный корпус со входом от усилителя и несколькими выходами для подключения разных динамиков (ВЧ, СЧ, НЧ). Это значительно дороже, и сложнее в установке, чем использовать обычные широкополосники или коаксиальные динамики.
Но вернемся к порядкам кроссовера.
Главным достоинством фильтров первого порядка является возможность одновременного достижения идеальной (плоской) АЧХ (Амплитудно-частотная характеристика) и идеальной (нулевой) ФЧХ (фазовая частотная характеристика).
Недостаток фильтров первого порядка – слабые фильтрующие свойства. Как понять? Срез фильтра на нужной частоте получается почти условный. Он очень плавно начинается за долго до нужной точки и долго спадает после точки среза. От этого получается глубокие “наслоения” одной полосы на другую и динамики могут работать немного (мягко сказано) не на своей частоте, что может грозит искажениями в звуке.
На картинке видно, как “смешиваются” “разделенные полосы” для двух динамиков. И тут происходит срез на 6 db на октаву, а проще – очень плавный шаг. С каждой следующей октавой, уровень сигнал будет падать всего на 6db. Дальше будет видно, что с ростом порядка кроссовера и срез будет меняться – очень наглядно.
Кроссовер второго порядка
На рисунке №2 приведена схема кроссовера второго порядка. Присмотритесь, заметили, что в схему добавились ещё две такие же детали? Что это дает? Чуть ниже рисунок “пример работы кроссовера 2-го порядка”. Сравните его с рисунком “пример работы кроссовера 1-го порядка”, чуть ранее.
Однозначно, можно сказать, что так увеличивается острота (крутизна) среза на нужной частоте. Срез становится более крутым, в отличии от среза кроссовера первого порядка, где он плавный. Такой фильтр не дает далеко распространиться одной полосе на “чужую территорию”.
Дополнительная катушка L1 “отбирает” НЧ-сигнал, “проскочивший” после конденсатора – C1. А конденсатор C2 – разряжает на себя остатки ВЧ-сигнала, который мог бы “прорваться” через катушку L2. Тем самым создается более резкий срез фильтра. Так получается срез на 12 db на октаву, визуально – это в два-три раза “круче”, чем у кроссовера первого порядка.
Считается правильным, когда динамик играет только свой диапазон и как можно меньше “захватывает” частоты диапазона другого динамика. Собственно говоря, для этого кроссовер и делается, что бы дать каждому динамику свой диапазон, который он сможет красиво и без искажений воспроизводить.
Любой фильтр второго, шестого, десятого и т.д. порядка обладает недостатком: при отсутствии переполюсовки динамиков – АЧХ имеет провал, при переполюсовке возможны проблемы с импульсным откликом.
Про отклики и про разные варианты расчетов – понятно будет если читающий сам разберется, поймет и будет пробовать рассчитывать параметры комплектующих. Начинающему пока это ни о чем не скажет. Главное принцип понять, основы, так сказать.
Фильтр, который рассчитан по принципам Баттерворта, дает выброс 3 дБ на частоте раздела. Один из способов борьбы с выбросом – разнесение частот среза ФНЧ и ФВЧ. Кроссовер по Линквицу – Райли: обеспечивает гладкую АЧХ, при очень хороших фазовых частотных и импульсных характеристиках. Фильтр, рассчитанный по технологии Бесселя: считается хорошим фильтром с хорошим звуком. Отличные импульсные характеристики. Как правило, требует переполюсовки одной из головок
Третий порядок разделительного фильтра
Заметили на рисунке №3 – ещё две детали появились в схеме. Это говорит о том, что перед нами другая схема и показывает другой порядок кроссовера. Опять же, конденсатор C1, установленный последовательно динамику – срезает низкочастотный сигнал. А катушка L1, установленная параллельно динамику, из оставшегося сигнала, забирает оставшиеся низкие частоты на себя, не позволяя ВЧ динамику играть “ниже” чем рассчитана катушка. C2 “добивает” срез ещё круче.
Так же и на НЧ-динамике, на его фильтре, конденсатор C3 “гасит” на себя все высокочастотные сигналы, которые возможно пролезли через первую катушку (по схеме – L2), а вторая катушка L3 – делает срез фильтра еще более крутым. Ниже на картинке будет понятно то, что только что прочитали.
Кроссовер третьего порядка “режет” с шагом – 18 db на октаву. Но всё еще не “вертикально”. Для более крутого среза делается фильтр четвертого порядка и более, которые мы не будем рассматривать, так как используются они крайне редко и требуют ещё более тщательного подбора комплектующих.
Фильтры третьего порядка обеспечивают достаточно высокую степень разделения при все ещё приемлемых ФЧХ (фазовая частотная характеристика) и ГВЗ (график временной задержки). Наиболее перспективны в большинстве устройств. Переполюсовка одной из головок приводит к иным последствиям, чем у фильтров 2-го порядка: АЧХ не меняется, характер ГВЗ улучшается, а звук – это дело вкуса.
Фильтр, рассчитанный по принципам Баттерворта, является основным среди фильтров третьего порядка, так как единственный обеспечивает плоскую АЧХ. Кроссовер по технологии Бесселя: имеет небольшое отклонение АЧХ от идеала в районе частоты раздела, так же, обладает улучшенными импульсными характеристиками. Кроссовер по Линквицу – Райли: применяется крайне редко.
Итоги по “порядкам кроссовера”
Подведем предварительные итоги. С “порядками кроссоверов” вроде разобрались. Без формул, без долгих пояснений и больших теоретических выкладок. Стало понятнее – как отличить порядки кроссоверов? Думаю, что всё наглядно показано и сложностей с пониманием не должно быть.
Но есть ещё фильтры четвертого, пятого и даже шестого порядка, которые редко, но встречаются. Кроссоверы таких порядков используют в самых неординарных случаях, когда просто необходимо разделить звуковую полосу на четкие раздельные участки, предназначенные для “очень капризных” динамиков. Или акустическая система просто специально так строилась, и там использована 3-х полосная система или 3,5 полосы. Или нужно сделать хороший кроссовер для сабвуфера, который должен иметь очень “узкий коридор”, в котором он и будет работать.
Резюме
Под “закрытие занавеса” приведу (повторно уже использовал эту картинку ранее) схему, точнее график зависимости уровня среза от порядка фильтра. На нем приведен пример среза на частоте – 1 кГц. Тут видно как разные “порядки фильтра” делают свою работу: с повышением “порядка” – увеличивается крутизна среза.
В двухполосной акустике таких фильтров – два. Один фильтр работает на ВЧ-динамик, а второй фильтр “готовит” звуковую полосу для НЧ-динамика. Выше мы рассматривали кроссоверы (для примера) для двухполосной акустики. Напомню, что в недорогой акустике не используют фильтры для НЧ-динамиков, а стоило бы. Но никто не запрещает вам попробовать это сделать самим. Звук не ухудшится, но и старания могут быть напрасны. Потому как не каждую акустическую систему есть смысл дорабатывать.
В трехполосной акустике используется три фильтра (про это мы вообще еще ни чего не говорили). Для каждого динамика свой диапазон, но получается две точки для срезов. Обычно делают срезы (их называют – оптимальными) для трехполосной акустики в пределах – 200 Гц и 2,5 кГц, или 350 Гц и 4 кГц, или 500 Гц и 5 кГц, 700 и 7000 Гц и другие. Всё это рассчитывается исходя из характеристик самих динамиков (это важный параметр для расчетов фильтра) и используемого ящика для них (открытый или закрытый). Этот вопрос не может иметь однозначного ответа.
Итог
Наверно слишком всё просто и банально рассказано, чтобы не понять. Теперь мы умеем “читать” схему простого кроссовера. Но “сложные” схемы особо не отличаются от этих. Они имеют дополнительные элементы, которые помогают (подчищают) некоторые моменты, подстраивают уровни, сглаживают.
Некоторые схемы включают в себя переменные резисторы (в основном проволочные или дискретные), что бы можно было оперативно подрегулировать ВЧ и СЧ уровень (чуть “притупить” уровень громкости динамика).
Иногда можно встретить индикаторы уровня перегрузки того или иного динамика! Но это не вносит какого то улучшения в звук акустики, а скорее наоборот.
Повторюсь, что не каждому профессионалу в звуке, особенно с большим опытом, удается объяснить простым языком – как работает кроссовер. Такие люди “говорят на другом уровне” и всё банальное для них – это “тёмная тьма” для многих других, Не каждый сможет доступно объяснить простым языком – как работает кроссовер? Какую работу делает каждый из элементов кроссовера по отдельности и все вместе? Вот об этом попробую рассказать в одной из статьей.
Подпишитесь и получите оповещение о выходе новой статьи. Положите в закладки и заходите почитать, как будет время или интерес.
Прошу не принимать все сказанное – как науку, просто имейте ввиду.
Есть ещё интересные темы, которые хочется обсудить, спорные моменты, музыкальные треки, на которые хотелось обратить ваше внимание. Не отходите далеко, а лучше подписывайтесь на наши новости.
Будем рады вашему вниманию и комментариям. Вам не трудно – проголосуйте за эту статью. Буду примерно знать ваше мнение о сказанном.
Всего знать – не дано никому, потому многие учатся до конца своих дней, если им это интересно. Так и мы, стараемся познать и поделиться своими размышлениями.
Хотите поделиться своим опытом, знаниями – напишите и мы обязательно примем меры к изучению информации. Вы сможете выразить своё мнение или вы захотите стать автором статей прямо на нашем сайте! Не забываем про Авторские права.
Хотите поделиться мнением о прочтенном на этой страничке – очень будем рады! Оставьте свой отзыв или напишите пожелания в форме ниже.
Возможно, некоторые фото или тексты, для данной статьи, взяты из открытых источников интернета, для примера и ознакомления. Если не указано иное, то не претендуем на авторство оных. Так же, использовано немного своих, можете пользоваться. В случае, если нарушены чьи-то права – сообщите об этом в комментариях.
Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.