Кроссовер в автомобильной акустической системе. Кое-что о доработке колонок. Что такое кроссовер и с чем его едят

Важным компонентом в любой качественной системе акустики для транспортных средств является кроссовер, поэтому нужно уметь не только правильно его выбрать, но и знать, как подключить кроссоверы к колонкам. Без этих знаний звучание музыки в транспортном средстве будет далеко от идеала, что для многих равняется испорченным поездкам.

Что такое кроссовер

Кроссоверы – это специализированные устройства в звуковых системах, создающие необходимые диапазоны частоты во время работы динамиков. Если говорить более простым языком, то это несколько фильтров для звука.

Внешне он представляет корпус с размерами примерно 12х6х4 сантиметра, а внутри этого корпуса содержатся фильтры, отвечающие за пропускание звуковых сигналов в зависимости от их частоты. По своей основной функции кроссоверы делятся на:

Высокочастотные (настраиваются на частоты от 80 до 100 Гц);
Низкочастотные (настраиваются на частоты от 2 5 кГц).

Активные и пассивные

Еще одна классификация – это пассивные и активные. Главное отличие между этими двумя видами заключается в компонентах, из которых они состоят.

Активные состоят из таких компонентов, которым необходима постоянная работа питающих источников. Это, например, микроконтроллеры, усилители и другие элементы.

Что же касается пассивных, то они создаются из таких элементов, которые не нуждаются в питании, например, катушки, а также конденсаторы, резисторы.

Еще одно отличие заключается в том, что активные могут быть монтированы лишь перед усилителем, а у пассивных выбор больше – их можно монтировать и перед самим динамиком.

Плюсы и минусы

Кроссоверы активного типа

Удобство в процессе эксплуатации;
Переключатели выводятся непосредственно на корпус.

Слишком дорогая стоимость;
Потребность кроссоверов активного типа в усилителях для каналов;
Наличие в работе искажений, которые возникают из-за работы элементов данных устройств.

Кроссоверы пассивного типа

Разделение сигналов на системы с несколькими полосами, причем для этого достаточно всего лишь два усилительных канала;
Небольшая стоимость.

Невозможность настройки без непосредственного вмешательства во всю схему обеспечения электричеством;
Подбирают согласно используемым полосам системы акустики;
Настройка, выбор и установка – это те процессы, которые требуют профессиональных знаний и опыта.

Как настраивать

Для того, чтобы получить максимально качественное звучание, нужно подобрать необходимую частоту срезов. Если использовать трехполосный кроссовер активного типа (оптимальный вариант для большинства систем акустики), необходимо идентифицировать два уровня частоты среза. Первый показывает границу между такими частотами, как средняя и низкая, а второй делает тоже самое, но уже для высокой и средней частоты.

Важный момент: каждый владелец транспортного средства должен правильно определить характеристики частоты используемых динамиков перед тем, как подключать кроссовер к колонкам. На эти частоты не нужно попадать, так как в таком случае на них кроссоверы откажутся нормально работать. В конечном итоге это приведет только к ухудшению звучания и его качества. Также это станет причиной уменьшения срока работы аппаратуры и всей системы акустики в транспортном средстве.

Часть 1. Зачем это надо

Вообще доработке колонок посвящена целая куча материала, как журнального, так и большого количества интернет-статей. Однако, почти все они делятся на две основные группы:

Твикаем АС (Х) и наслаждаемся результатом, особенно в сравнении АС (Y).
Большая статья по перепайке проводов и набивке корпуса ватой с последующим рассуждениями как все стало круто.

Несколько особняком стоят отечественные колонки, где каждая модель описана отдельно и весьма подробно, а уровень переделок иногда такой, что считать это твиком в обычном значении уже нельзя. Да и повторить не так просто. Здесь мне хотелось обобщить весь опыт, в том числе и свой, по доводке звука колонок вообще, не опуская и проводов с ватой. Ориентируясь, в основном, на новодел ценой от 200 до 1000 долларов. Более дешевые часто просто безнадежны, а более дорогие доводить гораздо сложнее (точнее, доводить так, чтобы не стало хуже). С этой точки зрения диапазон от 200 до 1000 самый оптимальный для вложения небольшого - 10-20% от цены колонок - количества денег, дабы закрыть некоторые статьи экономии производителей и говорить о существенном росте достоверности звучания.

Прежде чем описывать вносимые в колонки изменения, хотелось бы предостеречь последователей от характерных ошибок, ведущих к потере без того не лишних денег, времени и собственных сил.

Определитесь окончательно. Лезть или не лезть в заводское изделие каждый решает сам. Однако, если вы по жизни человек неуверенный, то лучше не производить необратимых действий. Производя твик (особенно комплексный) учтите, что звучание колонок весьма отдаленно будет похоже на оригинальное. При этом изменения будут не только в лучшую сторону. Часто переделки приводят к тому, что вылезает та грязь, на которую вы раньше просто не обращали внимание. Это может быть как грязь самих АС (например из-за неправильно рассчитанных фильтров вылезет резонанс ВЧ- головки), так и недостатки вашей электроники. Об этом следует помнить, и, если звучание вашей системы вас в целом устраивает, радуйтесь, вы - счастливый человек.

Не торопитесь. Не делайте из колонок действующий макет по отработке переделок. Может оказаться, что после четырех разборок вы посрываете половину саморезов, крепящих динамики. В идеале, колонки надо разбирать два раза. Первый - для разведки: ревизия конструкции, перерисовка кроссовера, поиск потенциально слабых мест. Второй - для доработки - сразу и всей - которую запланировали. С саморезами надо обращаться осторожно. Особенно, если толщина стенок колонок меньше 16мм. При необходимости можно в отверстие капнуть клея ПВА - так можно частично восстановить сорванную резьбу. К тому же, чем чаще вы будете вскрывать корпуса, тем больше у вас шансов повредить динамики и отделку, чего ни будь перепутать.

Не экономьте. Стоит потратить немного денег и не менять одну фигню на другую, чтоб потом недоумевать - какая лажа этот апгрейд. Хорошие компоненты стоят хороших денег, от этого никуда не деться. Ставить надо как минимум на класс выше, чем то, что в колонках уже стоит. В первую очередь это касается конденсаторов в фильтрах. Экстремизм тоже, впрочем, не уместен. Конструкция должна быть сбалансирована, запихать в SVENы (например) Супримов на цену еще одних таких SVENов: на любителя затея.

Комлексный апгрейд требует серьезной квалификации и опыта исполнителя , особенно в отношении кроссоверов, а также некоторой измерительной техники. Если вы не обладаете достаточным радиолюбительским опытом, не стоит выходить за рамки описанных ниже доработок. Результат может быть непредсказуемым. Впрочем, почти наверняка, в худшую сторону.

Часть 2. Напильник

Механические доработки корпусов - классика жанра. Описано очень подробно и везде практически одинаково. Доступны для всех, у кого есть подходящая отвертка и немного желания. Начнем, однако, не отходя от истоков. На рис.1 нарисованы типичные колонки - полочная, напольные двух полосные и трехполосная. Различить трехполоску от двух-с-половиной полосной очень просто изнутри. Трехполосная имеет отдельный отсек для СЧ-динамика. Все варианты (точнее не все, а процентов 95) двухполосок имеют один общий объем на несколько НЧ-СЧ динамиков.

Рис.1

1. Полочная АС

2. Напольная двухполосная АС

3. Двухполосная с несколькими НЧ динамиками

4. Трехполосная АС
Красным цветом - усиливающие распорки.

Соответственно к каждой конструкции корпуса - свой подход, при общих начальных целях. Для начала cнимаем один НЧ динамик и смотрим внутрь. Определяем толщину стенок линейкой (или штангенциркулем):

10-12мм - вам не повезло - это, как правило, Китай, с МДФ третьей свежести - возможности по доводке корпуса сильно ограничены возможностью испортить его навсегда;
12-16мм - тоже не много, но здесь уже можно что-то сделать, не боясь, что ящик развалится от неосторожного движения;
16-20мм - нормально, все описанное ниже относится именно к этому варианту.
Больше 20мм - упрочнения, как правило, не требует. Вообще, это определяется путем постукивания по корпусу.
Исключение - тонкие корпуса из дерева (не из опилок!) - такие, как правило, делаются с высоким умыслом, упрочнять их также не следует.

Разумеется, корпус должен быть герметичным. Все стыки проклеены, вся фурнитура - клеммы, порты ФИ, динамики - посажены без зазоров, винты затянуты плотно, без срывов. Люфтов нигде никаких не допускается. В принципе это нонсенс, но в наш век повсеместного угнетения рабочего класса и власти чистогана, возможны самые удивительные отклонения от этой нормы.

Далее вклеиваем распорки . Клей - по дереву или эпоксидная смола, ПВА в конце концов. Распорки - кусок фанеры, деревяшки, старого плинтуса - не должны быть слишком объемными - в сумме не более 250см3 для полочника (типично) и 1000см3 для напольника. Иначе это может заметно уменьшить внутренний объем и повлиять на настройку фазоинвертора. Также надо помнить, что передняя панель может быть как самой слабой, так и самой прочной стенкой. Второй случай возникает, когда передняя панель имеет толщину более 18мм и на нее посажен на шесть (например) винтов динамик с литой корзиной - получаемая прочность изначально очень высока. В первом же случае переднюю панель необходимо жестко связать распоркой с задней панелью (у напольных колонок). Для полочных эта мера не так актуальна. Распорка между боковыми стенками желательна всегда, поскольку, расположенная по середине стенки, увеличивает ее сопротивление деформации в четыре раза. Типичные примеры установки распорок - на Рис.1

Доработка посадочных мест. Если передняя панель имеет достаточную толщину, то необходимо напильником или электролобзиком сделать фаску по внутреннему радиусу отверстия под НЧ/СЧ драйвер (Рис.2). Это мера заметно облегчает дыхание динамику, положительно влияет на качество подачи средних частот. Необходимо пропускать те места, где саморезами динамик крепится к корпусу, чтобы не ухудшить качество затяжки крепежа.

1. Фаска; 2. Чехол на магнитную систему

Доработка высокочастотного динамика выглядит иначе и не так однозначна. Необходимо посадочное место обработать герметиком, стараться, чтобы вокруг пищалки не было каких-либо неровностей. Корпус динамика должен плавно (желательно вообще без швов) переходить в переднюю стенку. Лицевая панель в идеале должна иметь мягкую фактуру (рояльный лак при этом - один из худших вариантов). Пример для подражания - кожаная отделка Sonus Faber. Все это необходимо для выравнивания АЧХ ВЧ динамика и уменьшения дифракционных эффектов корпуса колонки. Ввиду трудновыполнимых условий данные доработки можно отнести в разряд опционных - если есть возможность и желание. Так, установка ВЧ динамика диаметром 100мм с выступом 3мм приводит к увеличению неравномерности его АЧХ примерно на 2дБ.

Демпфирование. Штатно в колонке может находиться:

Кусок тонкого синтепона - выбросить и забыть.
Лист ячеистого поролона на задней стенке - отложить пока в сторону.
Что-то третье - битум или комбинация поролона и синтепона - можно ничего не менять или переложить аккуратней, или добавить количество.

Общий подход при демпфировании такой. На стенки наносим битумную мастику. Это может быть леплент (самоклеющаяся лента, продается в стоительных магазинах), битум автомобильный из баллончика (этот будет долго вонять), наплавляемая кровля, или что то другое на ваш вкус. Главное - вязкая битумоподобная основа. Обработка - на боковые стенки в один слой (1-2мм), на заднюю в 2 слоя (2-4мм), на верх, низ - в один слой. Если динамик НЧ/СЧ находится в непосредственной близости от нижней (верхней) стенки корпуса, то эту стенку надо обработать в два слоя. Если край НЧ/СЧ динамика находится дальше 5см от стенки, этого делать не надо. Пластмассовую трубу фазоинвертора тоже надо обработать в один слой (обернуть с наружной стороны). Битумная изоляция снижает добротность колебаний стенок корпуса (слышны при простукивании), уменьшает переотражения звуковых волн на средних и умеренно низких частотах.

Далее, (когда все высохло) укладываем (можно приклеить) на всю заднюю стенку войлок толщиной примерно 6-10мм. Если войлока нет, укладываем на его место отложенный ранее поролон. На боковые стенки ничего укладывать не надо. На нижнюю можно. Далее закупаем синтепон (есть в магазинах ткани). Ширина листа - примерно 2.5 ширины колонки, длина листа - от 0.5 до 0.7 высоты колонки. Толщина - 1-2см. Складывается в валик и укладывается ближе к задней стенке. Принцип простой - чем дальше синтепон от стенок - тем лучше он работает. Синтепон, (как и вата, но она намного менее удобная в работе, а по свойствам не лучше) размазанный по стенкам, практически бесполезен.

На данном этапе важна умеренность. Если переложите поглотителей, бас станет аморфным, потеряет четкость. Необходимо будет разобрать снова и уменьшить количество синтепона - поролона.

Все описанные меры достаточно действенны, чтобы серьезно улучшить достоверность воспроизведения середины и мид-баса. Для того чтобы достичь нирваны, необходимы навыки пользования паяльником, а также некоторая сумма на приобретение компонентов и проводов.

Часть 3. Паяльник

При первом удобном случае необходимо полностью (и без ошибок!) перерисовать схему разделительных фильтров, либо поискать схему кроссоверов акустики в интернете. Доводка их до ума может занимать месяцы, здесь будут только общие рекомендации по замене компонентов, остальное - удел радиолюбителей. Однако и это немногое дает больше, чем все игры с проводами, и сравнимо по эффекту с заменой усилителя. Итак, срисовываем кроссовер, записываем полярность подключения головок. В колонках не должно быть различий ни по номиналам, ни по полярности включения головок. Следует насторожиться, если на НЧ/СЧ динамик фильтр не стоит. Причин для этого может быть несколько, однако следствие одно - менять конденсаторы ВЧ в этом случае не стоит. Это или бесполезно, или приведет к доминированию ВЧ над серединой (или же усугубит это явление). В любом случае необходимо будет менять схему, что уже выходит за рамки твика для всех. Типичный вариант может быть таким - Рис.3

Рис.3 Кроссовер Infinity Alpha 30

Понятно, что на катушках номиналы не написаны, однако узнать их значительно проще, чем кажется. Для этого понадобится LSP-CAD или LS-LAB (например) и пара простых щупов. Но об этом в другом месте. Замена индуктивностей таит в себе ряд подводных камней, и ошибиться там намного проще. Главное - конденсаторы. На них все как раз написано. Все кондеры емкостью менее 20мкФ надо поменять на такой же номинал, но другого типа или на большее рабочее напряжение. Логика замены такая:

Электролитические (бочки с выводами с одной стороны)- можно менять любыми из ниже перечисленных.
Лавсановые, они же майларовые (прямоугольные синие и красные, желтые бочки с выводами с двух сторон) - на полипропилен или бумагу (KZK White Line , К78-34 , К78-19 , Mundorf MCap, Jantzen Cross Cap).
Полипропилен (здоровые бочки с толстыми выводами с двух сторон) - на любые фольговые, например KZK Orange Line , топ-класс типа Audyn True Copper, Clarity Cap CMR, Mundorf Mcap Supreme - а можно и не менять - зависит от ваших аппетитов.

Подходящие типы конденсаторов для разделительных фильтров: из отечественных можно попробовать серию К78 на рабочее напряжение больше 100В, К-42У9. Можно сразу забыть про К73-16, К73-17. Из серии К73 если и ставить, то с рабочим напряжением не ниже 400В. Из буржуйских - Mundorf, Audyn Cap, Solen, Jantzen, Multicap, Visaton и еще много чего, главное чтобы финансы позволяли. Разница в классе заметна, более дорогие конденсаторы, как правило, дают лучший звук.

Замена конденсаторов дает массу новых деталей в звуке, существенное уменьшение каши, расширяет и упорядочивает звуковую сцену, как по ширине, так и в глубь. Делает саунд богаче и дороже. Улучшается комфортность звучания. К сожалению, без недостатков не обойтись. Помимо шансов (в общем небольших, здесь все зависит от случая) вылезания не слышимых ранее косяков, возможно пропадание драйва, точнее того, что раньше под драйвом понималось. Источником его как раз и являются специфические искажения электролитических конденсаторов. Бояться этого не стоит, назад вы вряд ли захотите, а вот быть готовым надо. Как и к тому, что свежие конденсаторы должны приработаться в течение 2-10 часов. Желательно на приличной мощности усилителя и спектрально насыщенном материале (рок, оркестры больших составов).

И, наконец, последним номером, замена внутренней проводки . Берете провод заведомо лучшего качества, чем стоит в АС. Заменяете все разъемные соединения на пайку. Делать провода слишком короткими не стоит - колонка должна собираться и разбираться без неудобств. Необходимо строго соблюдать полярность подключения. Ошибки здесь недопустимы! Припой - серебросодежащий (если его нет - ничего страшного не произойдет - честное слово!). Сами провода могут быть любой вами уважаемой фирмы, цены и конструкции.

Приятного прослушивания. Дмитрий Корчагин.

Кроссовер для акустики – это тот элемент, который позволяет отрегулировать звучание динамиков, разделить и выровнять частотные диапазоны. Его можно купить, попросить кого-нибудь поставить, но чаще всего на это тратиться желания не возникает. Уж лучше установить новую акустическую систему полностью, создать самую настоящую звуковую сцену. Это несложно, правда, стоит дорого.

Кроссовер для аккустики

Многим хочется накопить много денег и заняться комплексным тюнингом своей машины. Мечта эта соблазняет, бесспорно. Если появилась возможность, надо действовать. Однако эта мечта редко сбывается. Есть другие потребности. Не до музыки. Пока нужная сумма на все дополнения и трансформации накопится, машина может взять и перестать ездить. Насущные проблемы надо решать своевременно. Если на улице зима – пора менять резину. Если у динамиков разное звучание – пора его откорректировать. Надеяться выиграть миллион, миллиард, триллион похвально. Главное – соответствовать действительности.

Кроссовер для акустики своими руками – это реально или нет? Многие люди утверждают, что собрать его самостоятельно проще, чем кажется. И это намного дешевле, плюс – это интересный процесс. Надо лишь захотеть это сделать, поставить себе цель, вникнуть в суть вопроса, разобраться, объективно оценить свои возможности. На первый взгляд кроссовер для акустики своими руками собрать сложно. Но это лишь на первый взгляд.

Ещё одно препятствие – внешний вид салона не хочется испортить. Как быть: рискнуть выполнить такую работу самостоятельно или отказаться от мечты? Безусловно, это сложный выбор, дилемма. С другой стороны, уж что-что, а внешний вид салона всегда подправят на СТО.

Когда именно нужен данный элемент

Хорошая акустика может не дополняться кроссовером вовсе. Почему? Потому что частотный диапазон поступающего в динамики звука гармоничен. Сами динамики и другие элементы способствуют этому. Тем не менее и хорошая акустическая система, которая дорого стоит, иногда не удовлетворяет своим звучанием. Музыкальный слух – не порок. Стоит ли страдать из-за врождённой биологической особенности? Производитель не обязан ориентироваться на категорию граждан с музыкальным слухом, чуткими рецепторами.

Акустика без кроссовера не функциональна в некоторых случаях. Что это такое: скрипы, посторонние шумы, искажение голоса? Хороший тренажер для слуха и укрепления нервной системы? Позаботиться о себе важно. Производители порой предлагают человеку сделать это самостоятельно.

Музыка – это много звуков, которые обладают разным частотным диапазоном. Какие-то человек слышит, какие-то нет. Одни ему нравятся, другие не нравятся. Приглушать определённые частоты, наоборот, подчёркивать, делать их громкими или совсем незаметными – для этого был изобретён кроссовер. Акустика будет радовать, служить человеку по-настоящему, если добавить этот элемент.

Если с первого раза не получилось

Даже если первая попытка найти нужные материалы, инструменты не увенчается успехом, стоит отложить свою идею на потом, но не прощаться с ней. Это действительно легко – взять и смастерить кроссовер. Поможет в этом схема кроссовера для акустики и фото прибора в деталях. С ней легко разобраться, понять, что это такое в принципе, получить наглядное представление, принять решение, опираясь на факты.

На этих фото чётко видно, что нет в приборе ничего страшного. Он прост, как 5 копеек. Справится и девушка, и мужчина, которые посещали уроки физики в школе, учились старательно. Впрочем, можно купить уже готовый, заводской кроссовер, или доверить тюнинг, модернизацию акустической системы авто профессионалам. Просто это стоит денег.

Виды кроссовера

Какие кроссоверы вообще бывают? Их не так уж и много:

активный;
пассивный;
однополосный;
двухполосный;
трёхполосный.

Схема каждого из видов будет содержать разные элементы. Пассивный кроссовер состоит из катушек, реле и конденсаторов. Его схема более простая. В нём нет плат, микросхем и сделать его своими руками проще, чем активный. Схема установки также у них разная.

Количество полос определяется количеством полос в акустике, соответствует. Трёхполосные кроссоверы необходимо подключать к трёхполосным акустическим системам. Двухполосная акустическая система и трёхполосные кроссоверы, к примеру, — понятия несовместимые. Так что, если в машине установлена двухполосная акустика, ничего другого не останется, кроме как заменить её или же установить трёхполосные кроссоверы. Двухполосная акустика и однополосные кроссоверы – тоже плохое сочетание. Трёхполосные системы и однополосный кроссовер – аналогично. Здесь властвует правило комплементарности. А вот активный или пассивный кроссовер нужен – можно выбирать, не задумываясь особо.

Пассивный кроссовер заставит систему работает хорошо, хотя есть у него ряд недостатков. Считается, что акустика с пассивным кроссовером работать на все 100% не будет. И это действительно так, ведь активный кроссовер для акустики мощнее. С другой стороны нужны достаточно глубокие познания в области физики, для того чтобы собрать активный кроссовер своими руками.

Кажется, что пришло время выбирать, чего хочется больше: чтобы акустика работала в полную силу или, чтобы звучание было приемлемым. На самом деле это не совсем верно. Даже активный кроссовер реально собрать своими руками, просто сразу может не получиться. Как принято говорить в таких случаях, терпение и труд всё перетрут.

Пассивный кроссовер служит меньше по времени. Так что, стоит задуматься, взвесить все за и против, перед тем, как приступить к работе.

Что такое расчёт кроссовера

Схема кроссовера может всё же заставить отказаться от самостоятельного сбора детали. Но даже схема не заставит отказаться от перспективы самостоятельной установки купленного кроссовера. Это модернизация из категории элементарных. Почему бы и нет? Расчёт кроссовера для акустики – главная проблема. Проще всего воспользоваться калькулятором в режиме онлайн. Расчёт будет довольно-таки верным, хотя есть вероятность погрешностей и результат может не удовлетворить. Автомобильная акустическая система будет издавать всё тот же шум, а не музыку. В чём подвох?

Если попробовать выполнить расчёт без калькулятора, всё станет на свои места. Но не в том смысле, что автомобильная акустическая система начнёт сразу, как по волшебству хорошо работать. Становится понятно, что нужен индивидуальный подход и настройка кроссовера.

О динамиках известно, что у них есть частота, мощность и сопротивление. Значения индивидуальны, зависят от торговой марки, модели. Расчёт кроссовера – это знание сопротивления и частоты. Вот только работает это в теории. На практике человек сталкивается с такой проблемой, как нестабильность значения сопротивления. Сопротивление — это не константа. Меняется частота, меняется и сопротивление. Поэтому нужно знать, хотя бы, в каком диапазоне автомобильная акустическая система работает, среднее арифметическое. Для этого нужны специальные приборы. Иначе никак не узнать эти величины. Ожидания не должны быть завышенными.

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:

при подаче слишком низкой частоты исказится звуковая картина;
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 автомашины.

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.

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.

А также предлагаем вам ознакомиться с сопутствующей темой « ».

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?

Надеемся, что эта статья помогла разобраться для чего нужен кроссовер. Оцените статью по 5 бальной шкале, если есть замечания, пожелания или вы знаете что-то, что не указано в данной статье сообщите нам! Оставьте свой комментарий ниже. Это поможет сделать информацию на сайте ещё более полезной.

Прочтя это в черновике, главный редактор сказал: «Ты что, это - Клондайк, давай копнём как-нибудь».
«АЗ» №5/2009, с. 45

Главный редактор это я. А Клондайк, как вы уже прочли в подзаголовке - последовательные частотно-разделительные фильтры. Обещано было копнуть, решил сам и копнуть.

МАГИЧЕСКАЯ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЬ

Но прежде чем копать, разметим участок. «Фильтры» - понятие широкое. Даже электрические, даже частотно-разделительные, даже пассивные, даже предназначенные для использования в акустических системах. Всё равно пока - шире страны моей родной. Мы поставим задачу предельно конкретно, на 6 соток. Требуется разделить широкополосный сигнал с выхода усилителя таким образом, чтобы обеспечить оптимальную работу двух излучателей, специализирующихся на воспроизведении нижних и верхних частот звукового диапазона (то же самое, но короче - двухполоска).

Случай этот, в наш век трёхполосных фронтов и процессорных «голов», далеко не условный и не академический. Всё чаще (и далеко не по веянию моды) опытные мастера склоняются к 2,5-полосной топологии фронтальной акустики. Басовики (где-нибудь там, внизу) отфильтровали «головой», процессором или усилителем, а с СЧ/ВЧ начинается (и правильно, что начинается) священнодействие, которое очень нередко приводит к отказу от активной фильтрации в этой, чрезвычайно ранимой части звукового спектра. И здесь предмет нашего сегодняшнего обсуждения - один из очень перспективных методов борьбы за бескомпромиссный звук. Теперь - по порядку…

Наведение порядка

Про пассивные фильтры писано немало, переписано ещё больше, все всё в общих чертах знают. Бывают первого порядка, второго и так далее. Какой выбрать? Здесь давно сложились кланы «остроконечников» и «тупоконечников», и те и те и правы, и не правы одновременно, всё - по акустическим обстоятельствам. «Остроконечники» говорят: «Давайте разделим полосы между НЧ и ВЧ-излучателями как можно радикальнее, чтобы каждый занимался только присущим ему делом». Подход совершенно логичный: чем решительнее (а значит - с большей крутизной характеристики, а значит - фильтром более высокого порядка) ограничена полоса сигнала, подведенного, скажем, к мидбасу (будем всюду его называть мидбасом, потому что это короче всего, хотя из сказанного выше и того, что станет ясно чуть ниже, вытекает, что это, скорее всего, будет среднечастотник), тем меньше вылезет пакости, связанной с зонным режимом работы диффузора, в частности, окажется подавлен верхний, «кевларовый», резонанс жёстких диффузоров. Чем круче проходит АЧХ фильтра ВЧ, питающего сигналом пищалку, тем меньше на неё попадёт составляющих сигнала с частотой, близкой к её собственному резонансу, где ВЧ-головка производит максимум искажений. А главное - полоса, где головки излучают совместно, и где результат такой совместной работы менее всего предсказуем, тем уже, чем выше крутизна применённых фильтров. В общем, должна установиться полная гармония капиталистического образца: каждый занят своим делом, не лезет в чужие, с коллегой из другого частотного отдела встречается только во время обеденного перерыва, настолько короткого, что конфликту некогда развиться.

«А фаза? - кричат обычно на этом месте «тупоконечники. - Они же фазу крутят!» Чаще всего внятные протестные действия этими двумя выкриками и ограничиваются, ответ на встречный вопрос «ну и что?», как правило, даётся уже на языке жестов, из которых можно понять лишь уже сказанное: крутят, гады, нельзя же так. Да, действительно, чем выше порядок фильтра, тем быстрее происходит изменение фазового сдвига на выходе фильтра вблизи частоты раздела. «Ну и что? - стоят на своём «остроконечники. - Мы затем и свели к минимуму область совместной работы головок, где имеет значение разность фаз их излучения. А за пределами «обеденного перерыва» вступает в силу понятие абсолютной фазы, которую житель Земли на слух не воспринимает». Отсюда: в стане «остроконечников» есть очень сильные политические фигуры. Например, уже однажды приводившийся мной в пример элитной акустики Phoenix Gold («АЗ» №9/2002, вона когда было дело), все верхние модели CDT Audio, позже - EOS Opera, да и Зигфрид Линквиц, половина имени которого стала половиной имени знаменитых фильтров Линквица - Райли, менее как о четвёртом порядке и слышать не желает.

Тут, правда, «тупоконечники» достают из-за пазухи здоровенный булыжник, спорить с которым трудно и больно. Доказано умными людьми: только фильтры первого порядка корректно передают прямоугольный импульс. И ради этого (а это, кто сейчас поднял брови, надеюсь, таких немного - очень важно) приверженцы мягкой фильтрации готовы терпеть тяготы и лишения, связанные с неудовлетворительной фильтрацией внеполосного излучения. И широкой полосы совместной работы головок в двухполосной (как мы договорились) системе. Но ещё более умные из числа просто умных добавляют: хорошие импульсные характеристики двухполосной акустики с фильтрами первого порядка реализуются только при условии временной корректности излучения. То есть когда центры излучений НЧ и ВЧ-головок как минимум находятся близко друг к другу, как оптимум - размещены так, чтобы расстояние от центров излучения до измученных некогерентностью ушей было одинаковым.

Для справедливости отмечу: стану «тупоконечников» тоже есть кого предъявить, наиболее знаменитые приверженцы полного или частичного использования фильтров первого порядка в автомобильной акустике - Dynaudio, Morel и Eton. Сидите, сидите, не надо церемоний…

Теперь у нас есть практический ответ обоим непримиримым кланам одновременно: когда полосные излучатели находятся далеко друг от друга, никаких преимуществ фильтры первого порядка не имеют, одни недостатки. А когда близко - имеют. А это как раз случай «наших», автомобильных, трёхполосных систем. Когда басовик - там, внизу, а СЧ/ВЧ - у стойки, прижавшись друг к другу. В этом случае хорошие (подчёркнуто) пассивные фильтры первого порядка могли бы (мечтательно) вдохнуть новую жизнь и в незаслуженно (из-за нежелания возиться) забытую концепцию точечного излучателя, на манер, скажем, Morel Integra или (в меньшей, но далеко не нулевой степени) некоторых 4-дюймовых коаксиалов, у которых излучатели бывают очень неплохие (по отдельности), а вместе - ужас или максимум - полуужас, потому что фильтры - никакие, иногда - буквально. Теперь давайте выяснять, а можно ли сделать хороший фильтр первого порядка. Для этого…

Приведите детей

Рис. 1. Схема параллельного кроссовера

Вряд ли они у вас совсем уж взрослые, так что подойдут. Известно из практики, что если работу какого-то устройства нельзя объяснить десятилетнему мальчику, оно, скорее всего, вообще не работает. Вот схема пассивного двухполосного фильтра первого порядка. Проще уже не бывает. Одна индуктивность, один конденсатор. Пришёл ваш сорванец? Теперь покажите ему рис. 1 и объясните правила игры: конденсатор С пропускает переменный ток тем лучше, чем выше частота. Индуктивность L тем лучше, чем частота ниже. Куда пойдёт ток с очень низкой частотой? Через индуктивность и на НЧ-головку. А на ВЧ - не пойдёт, она как бы заперта. Если частота будет повышаться, «кран», состоящий из индуктивности, будет постепенно закрываться, а второй, конденсатор - открываться, пока не окажется, что весь сигнал идёт на ВЧ-головку. Что нам и требовалось.

Рис. 2. Схема последовательного кроссовера

А теперь давайте эти же компоненты соединим по-другому (рис. 2). Вот пошёл от входа переменный ток низкой частоты. Как он может добраться до «земли» в низу схемы? Конденсатор на низкой частоте заперт, путь один - через НЧ-головку. Далее появляются два пути: через ВЧ-головку, у которой какое-никакое, а сопротивление, или же через индуктивность, у которой на низкой частоте сопротивления почти что никакого. На высоких частотах - всё наоборот, итог: через НЧ-головку идут низкие частоты, а высокие предпочитают более лёгкий обходной путь, через пищалку - высокие, потому что индуктивность не даёт им пройти мимо. Те же компоненты, но действуют они в другой манере. В первом кроссовере, параллельном, каждый из частотно-зависимых элементов вставал неодолимой преградой на пути «ненужных» частот, а два таких фильтра соединены параллельно и, вообще говоря, друг на друга никакого влияния не оказывают. Во втором, последовательном фильтре ёмкость и индуктивность шунтируют «лишние» частоты, а «нелишним» не оставляют иного пути, кроме как через предназначенную для них нагрузку. Интересно, давно это кому-то пришло в голову? И есть ли, собственно, разница?

Между Тилем и «Видеотоном»

Ответ на первый вопрос: давно. Кому первому, мне установить не удалось, но были два смутных воспоминания. Первое: схему последовательного кроссовера я видел в древнем (уже тогда) радиолюбительском справочнике, дававшем мне материал для размышлений в период обучения в средней школе (это глубоко в прошлом веке). Второе: такую же я видел в инструкции по эксплуатации колонок Videoton (130 руб. за пару, это тогда было грабежом) и уже, кажется, в роли студента, подивился остроумию схемы. Славу же таким фильтрам принёс небезызвестный джентльмен по имени Рихард Смолл. На рубеже 60-х и 70-х годов (то есть существенно после справочника, примерно одновременно с «Видеотоном» и заведомо, между прочим, до серии публикаций, после которых появилось понятие «параметры Тиля - Смолла») он сделал доклад на сессии Audio Engineering Society о любопытных деталях поведения таких фильтров, чем оживил интерес к ним.

Рис. 3. АЧХ кроссоверов первого порядка

Вопрос второй получит такой ответ: есть, хотя заметна становится не сразу. Приведу два графика АЧХ (рис. 3), оба получены для фильтров, показанных на рис. 1 и 2, для наглядности здесь и далее будем считать, что частота раздела кроссовера 1 кГц. Я знаю, что таких не делают, повторю - для наглядности. Говорите, там один график? Нет, два, полностью наложившихся друг на друга. Разницы в АЧХ не будет никакой, если номиналы элементов фильтра выбраны одинаковыми, по формулам для параллельных фильтров первого порядка с характеристикой Баттерворта (а у таких фильтров она, хоть ты тресни, другой не будет). Формулы суду известны, но чтобы вам не бегать, а мне потом не ссылаться:

L = Rн/(2π Fo)

С = 1/(2π Fo Rн).

При сопротивлении нагрузки Rн, скажем, 8 Ом и частоте раздела, как договаривались, 1 кГц получаем номиналы 1,27 мГн и 20 мкФ. Обратите внимание: в этом, абсолютно идеальном случае суммарная АЧХ кроссовера (чёрная линия) строго горизонтальна для обоих фильтров. Идеал же, как известно, недостижим. Как будут себя вести такие кроссоверы на реальной нагрузке с импедансом, зависящим от частоты? Для целей этого эссе я составил эквиваленты НЧ и ВЧ-головок с довольно типичными, ожидаемыми в реальной жизни параметрами.

Рис. 4. Импеданс эквивалентов реальной нагрузки

На рис. 4 - кривые их импеданса. В чём типичность: гипотетический мидбас - головка с резонансной частотой около 70 Гц (что, в общем-то, сейчас неважно) и довольно высокой индуктивностью звуковой катушки. А вот это - важно и типично для диффузорных НЧ/СЧ-головок. Пищалку я условно взял с резонансной частотой 650 Гц, что удобно для наших опытов, это всего на 2/3 октавы ниже запланированной частоты раздела. Резонансный пик - как у пищалки без демпфирования феррожидкостью, это отягчающее обстоятельство для кроссовера, индуктивность - умеренная, на практике часто бывает ещё ниже.

Рис. 5. Параллельный кроссовер на реальной нагрузке

Как сработают наши фильтры-близнецы на такой нагрузке? Вот тут они и перестанут быть близнецами. На рис. 5 - АЧХ звеньев параллельного кроссовера и результат их суммирования, пунктиром показано, как должно было быть в идеале. В реале на АЧХ фильтра ВЧ вылез горб на частоте резонанса пищалки, он немедленно отразился на суммарной АЧХ, но это бы ещё ничего. Посмотрите, насколько упала эффективность ФНЧ оттого, что с ростом частоты импеданс его нагрузки (звуковой катушки мидбаса) растёт. Крутизна спада АЧХ, и так невеликая, ещё уменьшилась, а уже через октаву после частоты раздела фильтрация как таковая прекратилась. Суммарная АЧХ, как нетрудно заметить, слёзы да и только. Да, тут многие скажут: на то и придуманы цепи Цобеля, чтобы компенсировать индуктивность головки, при фильтрах низких порядков без Цобеля - кранты. Но ведь у нас пока одна индуктивность и одна ёмкость, попробуем что-нибудь сделать, оставаясь в рамках этого арсенала. Вот тот же набор АЧХ, но для последовательного фильтра (рис. 6).

Рис. 6. Последовательный кроссовер на реальной нагрузке

Посмотрите, совсем другой коленкор, почему, спрашивается? А потому: то, что было препятствием в работе параллельного фильтра, стало фактором повышения эффективности у последовательного. Мешала индуктивность НЧ-головки, а здесь, если вернуться к нашей аналогии с кранами, пропускающими (или задерживающими) различные частотные составляющие, когда с ростом частоты растёт сопротивление мидбаса, сигнал с ещё больше охотой идёт в обход, через ёмкость. Почему это не происходит в цепи пищалки, где эффект был бы обратным? Да потому, что в реальной жизни пищалок с большой индуктивностью нет.

А теперь - самое главное: как при замене резисторов эквивалентом реальных головок изменилась суммарная АЧХ? А никак. В этом - основное свойство последовательных фильтров, отсюда и название того, исторического, доклада Смолла: «Constant-Voltage Crossover Network Design». При любых обстоятельствах сумма напряжения на мидбасе и пищалке будет равна входному, то есть напряжению на выходе усилителя.

Давайте сделаем такой опыт: пусть по какой-то причине сопротивление нагрузки одного из звеньев кроссовера оказалось отличным от расчётного. Ну мало ли, другой динамик подоткнули или у этого из-за нагрева возросло сопротивление звуковой катушки. Для ясности снова вернёмся к идеальной, омической нагрузке, потом, если захотите, покажу то же самое на реальной.

Рис. 7. Параллельный кроссовер, переменная активная нагрузка

На рис. 7 - результаты опыта с параллельным фильтром. Звено ФВЧ о происходящем в соседнем, ФНЧ, вообще ничего не знает, потому у него АЧХ остаётся неизменной. А у ФНЧ меняется (кривые соответствуют изменению нагрузки от 6 до 12 Ом), при этом двигается частота раздела, а суммарная АЧХ уже далеко не столь совершенна, как в случае расчётной нагрузки.

Рис. 8. Последовательный кроссовер, переменная активная нагрузка

Делаем то же самое с последовательным фильтром (рис. 8). Здесь изменение сопротивления одной из двух нагрузок влияет на АЧХ в обоих звеньях фильтра, однако суммарная АЧХ стоит как вкопанная в силу уже упомянутого обстоятельства. Constant-Voltage, как и было сказано. Раз настаиваете, вот тот же опыт на эквивалентах реальных головок.

Рис. 9. Параллельный кроссовер, переменная реальная нагрузка

Рис. 9 - для параллельного кроссовера, фильтрация мидбаса не улучшилась, а при изменении омического сопротивления его звуковой катушки суммарная АЧХ меняется очень заметно.

Рис. 10. Последовательный кроссовер, переменная реальная нагрузка

Рис. 10 - случай последовательного кроссовера, остальные условия - те же. В известных (и не катастрофических) пределах меняются обе составляющие АЧХ, сумма, как и прежде - кремень. Как видите, уже два практических результата мы имеем. А если ещё копнуть?

Греческая письменность

Есть такая греческая буква, называется «зета», пишется вот так: ζ. Мощная буква, с её помощью можно сделать немыслимое: пользуясь всё тем же арсеналом частотно-зависимых элементов (одна индуктивность и одна ёмкость) строить кроссоверы с очень разными характеристиками. Для этого чудную букву мы вставим в уже приводившиеся формулы.Вот так:

L = ζ Rн/(2π Fo)

С = 1/ζ (2π Fo Rн).

Всё, что было раньше, предполагало, что ζ = 1. Именно в этом случае на резистивной нагрузке параллельный и последовательный кроссоверы оказываются близнецами. А если греческий символ будет равен чему-нибудь другому? На это параллельный и последовательный кроссоверы будут реагировать совершенно по-разному. Если, скажем, менять ζ в диапазоне от 0,5 до 2 и выбирать номиналы элементов согласно этим значениям, с параллельным кроссовером произойдёт то единственное, что может произойти. При ζ > 1 индуктивность будет больше расчётной, частота среза ФНЧ снизится, частота среза ФВЧ при уменьшенной (по формуле) ёмкости, наоборот, повысится.

Рис 11. Параллельный кроссовер при различных значениях ζ

Формы АЧХ фильтров (рис. 11) останутся неизменными, а на суммарной АЧХ появится вполне ожидаемая «яма». При ζ < 1 всё наоборот, кривые ФНЧ и ФВЧ сблизятся, на сумме - горб на частоте раздела.

Рис 12. Последовательный кроссовер при различных значениях ζ

Проделаем то же самое с последовательным кроссовером (рис. 12). Как вам такое? Частота раздела - не шелохнулась, она в последовательном кроссовере исчерпывающим образом определяется величиной произведения L и С по известной формуле колебательного контура:

Fo = 1/2 π(L C) 1/2 ,

а оно при изменении останется неизменным. Зато будет меняться добротность контура, в результате форма АЧХ сигнала на ВЧ и НЧ-нагрузках будет существенно меняться. При ζ > 1 (большая индуктивность, маленькая ёмкость) контур выйдет сильно демпфированным, АЧХ звеньев - иметь крутизну даже меньше 6 дБ/окт., область совместной работы головок станет широкой. Однако, как вы уже могли догадаться, суммарная АЧХ - снова горизонтальная прямая. При ζ < 1 добротность контура возрастёт, при этом будет неуклонно возрастать крутизна спада АЧХ составляющих кроссовера. При ζ = 0,7 она достигнет 9 дБ/окт., а при ζ = 0,5 - всех 12 дБ/окт., фильтр первого порядка при этом становится сравним с фильтром второго. В качестве доказательства: на рис. 13 - АЧХ кроссовера второго порядка с фильтрами Баттерворта и АЧХ последовательного кроссовера на ту же частоту при ζ = 0,5.

Рис. 13. Сравнение с кроссовером 2-го порядка типа Баттерворта

Обратите внимание на горб высотой 3 дБ на суммарной АЧХ кроссовера второго порядка, таково его свойство: либо глубокий провал на частоте раздела (при синфазном подключении головок), либо невысокий горб - при противофазном.

Рис. 14. Сравнение с кроссовером 2-го порядка типа Линквица - Райли

Такого горба нет у фильтра типа Линквица - Райли (рис. 14), здесь сопоставимой крутизны спада до уровня -15 - 20 дБ удалось достичь даже при менее решительном значении ζ. И вновь, для проверки, заменим резисторы эквивалентом реальных головок (рис. 15).

Рис. 15. Сравнение с кроссовером 2-го порядка на реальной нагрузке

Столкновение с реальной жизнью тщательно (но теоретически) рассчитанному Баттерворту, как можно видеть, на пользу не пошло, а основанный на столь же теоретических расчётах и даже прощающий ошибки в определении, например, импеданса головок, последовательный фильтр сработал от «не хуже» до «лучше», в зависимости от того, на что смотреть.

За счёт чего даётся последовательному фильтру такая гибкость, где-то и чем-то придётся же расплачиваться? В принципе - да, но кое-что из расплаты - недорого, а другое может оказаться не расплатой, а премией, если применить к месту. Расплата первая: чем ниже ζ, то есть чем выше крутизна спада АЧХ фильтров, тем ниже падает импеданс на входе кроссовера вблизи частоты раздела, физические объяснение этому такое: при малых значениях ζ последовательный колебательный контур, образуемый двумя компонентами кроссовера, оказывается слабо демпфированным нагрузкой и начинает проявлять свойственный ему последовательный резонанс. Масштабы проблемы - на рис. 16, это - для идеальной, резистивной нагрузки.

Рис. 16. Зависимость входного сопротивления от ζ на активной нагрузке

Если при ζ = 1 импеданс на входе кроссовера не зависит от частоты и равен сопротивлению нагрузки НЧ и ВЧ-звена, то при предельно (на практике) низком значении ζ = 0,5 импеданс на частоте раздела снизится вдвое. При ζ > 1 - повысится, но этот случай нам меньше интересен. Случай реальной нагрузки - на рис. 17.

Рис. 17. Зависимость входного сопротивления от ζ на реальной нагрузке

Второе: знаменитое «А фаза?!.» В идеальном случае (резистивная нагрузка, ζ = 1), сдвиг фазы между выходами НЧ и ВЧ всюду равен 90 градусов, как и у параллельного фильтра, оттого им и фиолетово, в какой полярности подключены головки. При иных значениях ζ величина разности фаз сигналов НЧ и ВЧ будет меняться от частоты, на рис. 18 показано как, при крайних значениях греческой буквы.

Рис. 18. Разность фаз между выходами кроссовера при различных ζ

В умелых руках это не баг, а фича, здесь полярность включения начинает играть роль, а значит, появляется и дополнительный инструмент настройки (вспомним, если кто забыл, это про устройство, состоящее из двух деталей!). Кстати, кому этого мало, может добавить третью. Схема модифицированного кроссовера приведена на рис. 19.

Рис. 19. Схема модифицированного кроссовера

Здесь «поперечина», идущая к точке соединения конденсатора и катушки, заменена резистором RS. Почему «S» - узнаете. Выяснилось (не без некоторого удивления), что даже при небольших номиналах этого резистора, составляющих 5 - 15 % от сопротивления головок (в нашем случае 0,5 - 1,5 Ом), АЧХ звеньев фильтра заметно меняется, напоминая АЧХ так называемых «странных фильтров», нашедших применение в кроссоверах второго порядка (рис. 20).

Рис. 20. АЧХ кроссовера со «странным» резистором

Рис. 21. Зависимость фазового сдвига от значения RS

Суммарная АЧХ последовательного кроссовера от значения «странного резистора» RS, как обычно, не зависит, а вот фазовый сдвиг - зависит (рис. 21), значит - есть ещё одна степень свободы. Впрочем, кого ломает добавлять лишний элемент в элегантную простоту последовательного кроссовера, может попробовать что-нибудь отнять…

Убавить от неубавляемого

Что, казалось бы? Два элемента, совесть надо иметь. Так вот тут как раз будет про совесть, не убирайте, понадобится. Как было уже написано, неизбежно присутствующая у мидбаса индуктивность в случае последовательного фильтра только помогает работе шунтирующего конденсатора. Вот тут кое-кому пришло в голову: а не обойтись ли только этой помощью, а конденсатор - выкинуть? Попробовали, причём не только в форме рацпредложения, но и на практике. Некто Эрик Александер, владелец компании Diaural (домашняя акустика по невменяемым ценам, США), подал заявку на патент под названием «Бесконденсаторный кроссовер». Там он признал, что да, последовательный кроссовер это здорово, даже упомянул, что их используют самые рафинированные изготовители домашней акустики (Sonus Faber, в частности, или Martin Logan), но вот конденсатор… Не любят их за что-то хай-эндщики. Вот дядя Эрик и решил конденсатор выкинуть, заменив его резистором, пусть мидбас себя фильтрует собственной индуктивностью. Пищалка же от попадания на неё низких частот по-прежнему защищена катушкой кроссовера, к индуктивностям у хай-эндщиков претензий куда меньше, тем более не последовательно включена, а параллельно, через неё идёт, стало быть, не полезный сигнал, а «слив». Вот иллюстрация к патенту, выданному в 2000 году (рис. 22).

Рис. 22. Схема «бесконденсаторного» кроссовера Diaural

А вот, на рис. 23 - результат нашего моделирования патентованного кроссовера.

Рис. 23. АЧХ «бесконденсаторного» кроссовера

Как-то показалось, что не очень, ни на активной нагрузке (пунктир), ни на реальной, в отличие от обычного последовательного устройства. А про совесть… Патент - могучий тормоз на пути распространения интересных технических решений, только cyнься - тебя на деньги. Науке неизвестно, совался ли кто-нибудь, или патент США за номером 6,115,475 остался украшением офиса компании, но, чтобы этот тормоз устранить насколько возможно, один датчанин опубликовал в Интернете свою схему аналогичного назначения. И объявил, зачем опубликовал: чтобы воспрепятствовать применению патентных ограничений. Есть правило: если некое знание является всеобщим достоянием, доказать нарушение патентных прав затруднительно, колесо никем не запатентовано именно по этой причине. Альтернатива - некоторая помесь обычного последовательного кроссовера и «бесконденсаторного» плюс дополнительный фильтр НЧ в цепи мидбаса, приводится на рис. 24.

Рис. 24. Схема «антипатентного» кроссовера Acoustic Reality

Рис. 25. АЧХ кроссовера Acoustic Reality

Ожидаемая АЧХ (рис. 25, пунктир - резистивная нагрузка, сплошные линии - реальная) тоже особого восторга не вызывает, тем более что исчезла магия «чистого» последовательного кроссовера - гарантированное суммирование ВЧ и НЧ-составляющих. Так что лучше пока оставаться на Клондайке, здесь копать и копать…