Расчет кроссовера для акустики75

Расчет кроссовера для акустики, как известно, очень важная операция. На свете не существует идеальных акустических систем, способных воспроизводить частотный диапазон полностью.
И тогда на помощь приходят отдельные участки спектра динамиков. К примеру, если надо воспроизводить НЧ, применяют сабвуфер, а чтобы воспроизвести ВЧ, устанавливают мидбасы.
Когда все эти динамики вместе взятые начинают играть, то может произойти путаница перед поступлением на тот или иной излучатель. По этой причине и необходим бывает активный или пассивный кроссовер для акустики.
В этой статье мы узнаем, для чего нужен расчет фильтра, рассмотрим пассивные кроссоверы, узнаем как они строятся на катушках индуктивности и конденсаторах.

Расчет кроссовера

Чтобы подключить 2-полосную(см.) или другую акустику с большим количеством полос к 1 каналу усилителя или ГУ, нужно некое отдельное устройство, разделяющее сигнал. При этом оно должно выделять для каждой полосы свои частоты. Именно такие устройства и называются фильтрами или кроссоверами.

Примечание. В комплекте с компонентной акустикой, как правило, уже идет пассивный кроссовер. Его готовил производитель и он рассчитан уже изначально.

Но что делать, если нужно разделить частоты по иной схеме (к примеру, если комплект акустики собран из отдельных компонентов)?
В этом случае речь идет о расчете кроссовера.Отметим сразу, что рассчитать кроссовер совершенно не сложно и даже можно самостоятельно изготовить его.

Ниже приводится инструкция о том, как рассчитать кроссовер:

• Скачиваем специальную программу. Это может быть Crossover Elements Calculator на компьютер;

• Вводим сопротивления низкочастотного и высокочастотного динамиков. Сопротивление – это номинальное значение сопротивления акустики, выражаемое в Ом. Как правило, средним значением является 4 Ом;
• Вводим частоту раздела кроссовера. Здесь полезно будет знать, что частоту надо вводить в Гц, но ни в коем случае не в кГц.

Примечание. Если кроссовер второго порядка, то надо еще ввести тип кроссовера.

• Получить ожидаемый результат можно, нажав на кнопку расчета.

Кроме того, надо знать следующее:

• Емкость конденсаторов, а вернее их значение вводится в Фарадах;
• Индуктивность рассчитывается в Генри (mH).

Схема расчета фильтра выглядит примерно так:

Фильтры разного порядка

Чтобы ясно понимать схему расчета кроссовера(см.), нужно понимать разницу между фильтрами разного порядка. Об этом и пойдет речь ниже.

Примечание. Существуют несколько порядков кроссовера. В данном случае порядок означает параметр кроссовера, который характеризует его способность ослаблять не нужные частотные сигналы.

Первый порядок

Схема 2-х полосного кроссовера этого порядка выглядит следующим образом:

По схеме видно, что ФНЧ или фильтр низких частот построен на катушке индуктивности, а фильтр высоких частот – на конденсаторе.

Примечание. Такой выбор компонентов не случаен, так как сопротивление катушки индуктивности повышается прямо пропорционально увеличению частоты. А вот что касается конденсатора, то здесь обратно пропорционально. Получается, что такая катушка отлично пропускает НЧ, а конденсатор отвечает за пропуск ВЧ. Все просто и оригинально.

Следует также знать, что кроссоверы первого порядка, а вернее их номинал, зависит от выбранной частоты разделения и величины сопротивления колонки. Проектируя ФНЧ, надо в первую очередь обратить внимание на частоту среза НЧ и СЧ динамиков(см.).
А вот проектируя ФВЧ, надо аналогичным образом поступить уже с ВЧ.

Пассивный кроссовер

Наиболее доступной на сегодня считается именно пассивная фильтрация, так как она сравнительно проста в реализации. С другой стороны, не все так просто.
Речь идет о следующих недостатках:

• Согласовать параметры и значение фильтров с характеристиками излучателей колонок очень сложная штука;
• В процессе эксплуатации может наблюдаться нестабильность параметров . К примеру, если повысится сопротивление звуковой катушки при нагреве. В связи с этим значительно ухудшится достигнутое в процессе разработки согласование;
• Фильтр, обладая внутренним сопротивлением, забирает некоторую часть выходной мощности усилителя. Одновременно с этим ухудшается демпфирование, а это сказывается на качестве звучания и четкости передачи нижнего регистра.

Как известно, на сегодняшний день самыми распространенными акустическими системами считаются 2-х компонентные варианты.
В них фильтр разделяет звуковой сигнал на два диапазона:

• Первый диапазон предназначается исключительно для низких и средних частот. В данном случае используется кроссовер для нижних частот или ФНЧ;
• Второй диапазон предназначен для ВЧ. Здесь уже используется другой фильтр ФВЧ.

Примечание. Вариантов реализации фильтра может быть несколько, но он все должно отвечать определенным канонам.

Ниже приводится список требований, которым обязательно должен соответствовать кроссовер:

• Фильтр не должен оказывать влияния на частотный спектр и волну выходящего аудиосигнала;
• Должен создавать для усилителя, независимую от частоты нагрузку активного характера;
• Должен суметь обеспечивать вместе с акустическими системами формирование диаграммы направленности. Это должно быть реализовано так, чтобы до слушателя доходило максимум излучения.

Из статьи мы узнали, как проводится расчет кроссовера акустических систем своими руками. В процессе работ будет полезно также изучить схемы, посмотреть видео обзор и фото – материалы.
Если научиться самостоятельно рассчитывать фильтр, платить за услуги специалистам не придется. Таким образом, цена операции сводится к минимуму, ведь надо только приложить немного терпения и уделить некоторое время изучению.

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.

Есть у меня давний знакомый и партнер Андрей С. «в миру» профессионально занимающийся акустической подготовкой помещений для клубных вечеринок, домашних кинотеатров и студий звукозаписи. Дома он имеет простенькую систему с полочными колонками, предназначенную для фонового озвучивания спальни. Простенькая то она простенькая, но имеет в своем составе два авторских ламповых усилителя и виниловую вертушку. На мой вопрос, почему бы ему не собрать «взрослую» систему с напольными колонками, говорит, что музыки ему и на работе хватает. Возвращаясь домой после оглушительного рабочего дня в каком-нибудь клубе, он начинает эту музыку тихо ненавидеть, какая уж тут «взрослая» система... Ушам бы отдохнуть.

Бывая у него дома довольно часто и время от времени слушая систему, я замечал, что уровень обоих пар полочной акустики не соответствует идеологии лампового усиления. Колонки у него - довольно современные полочники JM-Lab и немецкие винтажные Karstadt Softline k-3000. Хоть фазоинверторные JM-Lab и выдают более широкую полосу частот (снизу от 40 Гц) чем закрытые ящики Karstadt, слушать он предпочитает именно их, добавляя самого низа с помощью сабвуфера. Да уж... винил, лампы и сабвуфер...

Звучало это все, как бы это помягче сказать... гнусаво-неестественно с «оторванным» сабвуферным басом. Полочники Karstadt k-3000 из-за малого объема корпуса, акустического оформления «закрытый ящик» и в связи с этим - низкой чувствительностью, с ламповым усилителем играли явно плохо, убивая саму идею лампового тракта и винилового источника. Сюда бы высокочувствительные широкополосники в оформлении ОЯ или Онкен и было бы самое то...

Родные кроссоверы

Но «шо маемо, то маемо» и поэтому единственное, что я увидел из того, что можно было бы с этой системой сделать, это влезть в полочные АС и посмотреть на их внутреннее содержание. Андрей сказал, что он делал им апгрейд, заменив «жиденькую» штатную проводку от кроссоверов к входным клеммам и динамикам на толстый 4 кв.мм. многожильный акустический провод немецкой кабельной фирмы «KLOTZ». Особого эффекта это не дало, что естественно т.к. наиболее узким местом в данной системе была не внутренняя проводка в колонках, а их кроссоверы.

Кроссоверы представляли собою в глазах аудиофила самое что ни на есть жалкое зрелище: печатная плата габаритами в пол пачки сигарет с малюсенькими катушками, намотанными проводом толщиной чуть-ли не в волос. Для дополнительной экономии медного провода катушки были снабжены ферромагнитными сердечниками. Довершали безрадостную картину сплошные электролитические конденсаторы. В общем, имелся полный бюджетный набор «внутренностей» довольно качественных винтажных полочников.

Хоть на электролитах были написаны номиналы, я их для надежности перемерил LCR-метром. Почти все конденсаторы - высохли и имели реальную емкость не больше половины от той, которая была написана на их корпусах. Естественно, параметры фильтров «уплыли», ничего другого от кроссовера, собранного на электролитах в 70-х годах прошлого века нельзя было и ожидать.

Схема кроссовера колонок была перерисована и оказалась для своего времени весьма продвинутой. Его СЧ/НЧ и ВЧ секции представляли собою довольно совершенные Г-образные фильтры 4-го и 2-го порядков. Параллельно основному динамику даже стоял вырезной фильтр, состоящий из катушки индуктивности 1,17 мГн и электролита номиналом 47 мкФ, теоретически настроенный на резонансную частоту головки. Для таких миниатюрных колонок - это «серьезный» кроссовер, но качество деталей в нем оказалось «аховое».

Набор элементов родных кроссоверов

• Проходные конденсаторы ВЧ звена кроссовера: 10 + 10 мкФ 40 В (полярные электролиты);
• Блокировочная катушка ВЧ звена кроссовера: 0,15 мГн (сечение провода 0,2 кв.мм. воздушная);
• Проходные катушки НЧ звена кроссовера: 0,63 + 0,63 мГн (сечение провода 0,4 кв.мм. на сердечниках);
• 1 блокировочный конденсатор НЧ звена кроссовера: 22 мкФ 63 В (полярный электролит);
• 2 блокировочный конденсатор НЧ звена кроссовера: 47 мкФ 63 В (полярный электролит);
• Катушка вырезного фильтра НЧ звена кроссовера: 1,17 мГн (сечение провода 0,2 кв.мм. воздушная);
• Конденсатор вырезного фильтра НЧ звена кроссовера: 47 мкФ 63 В (полярный электролит).

Испытательный кроссовер

Так как убедить коллегу в чем либо, чем занимаешься ты и он профессионально весьма сложно, я предложил Андрею поставить в его АС сначала один экспериментальный кроссовер, притом предложил сделать его из подручных материалов с ценой затрат, стремящейся к нулю. Из этих соображений в одном из клубов был добыт списанный фильтр от заэкранной акустической системы родом из СССР. Этот монструозный с виду, но сделанный по всем правилам акустической науки агрегат послужил донором для сборки испытательного фильтра.

Для намотки катушек были применены снятые с «заэкранного» кроссовера каркасы индуктивностей и их-же провод. Конденсаторы МБГО так же были взяты от него. В качестве основы применили обрезок плиты МДФ толщиной 10 мм. Параллельно батареям металобумажных МБГО я поставил подвернувшиеся под руку пленочные конденсаторы, емкостью в 10 % от их номинала.

Многожильный акустический провод KLOTZ от предыдущего апгрейда был безжалостно выкинут и заменен на моножилу одесского кабельного завода сечением 0,75 мм.

Первое прослушивание

Новый крупногабаритный кроссовер был с трудом инсталлирован в миниатюрную АС и мы приступили к сравнительному прослушиванию новой и штатной колонок. Для «честности» и исключения влияния помещения водрузили колонки одна на другую в горизонтальном положении.

Слушали винил - один канал, перекидывая его по очереди на обе колонки. Из музыкального материала наибольшее впечатление произвели: группа Кино, Салли Олдфилд и Фуга Баха Ре минор исполненная кем-то знаменитым на органе. В прослушивании участвовал Андрей, его супруга и я.

По словам Андрея «Виктор Цой запел другим - СВОИМ голосом...». У колонки пропало бубнение, голос вокалистов стал натуральным, низов, как ни странно - стало заметно больше. При том, что мы новым кроссовером «украли» как минимум пол литра дефицитного внутреннего объема миниатюрной колонки.

В общем, эксперимент удался, и Андрей принял решение - вторую колонку однозначно переделывать. Что и было реализовано во второй мой приезд к нему.

Второй новый кроссовер

Кроссовер во вторую колонку я решил сделать не так, как первый, а «по всем правилам» т.к. объема внутри АС было очень мало и «воровать» его крупными габаритами элементов фильтра не хотелось.

Для изготовления второго кроссовера металлобумажные конденсаторы МБГО были «раздеты», в результате чего их внешний габарит сильно уменьшился. Раздевание конденсаторов так-же однозначно благотворно влияет на звук.

В этот раз в ВЧ секцию параллельно металлобумажным блокам я поставил не первые попавшиеся пленочные конденсаторы, а «раздетые» дефицитные серебряно/слюдяные ССГ. В СЧ/НЧ секцию фильтра параллельно металлобумажным МБГО встали особо точные конденсаторы К71-7 с полистирольным диэлектриком (Они довольно высоко котируются у аудиофилов). Для влагозащиты конденсаторы обернуты изоляционной лентой.

Две катушки индуктивности были намотаны в виде «бубликов» на 0,5 литровой бутылке от Пепси-Колы, а две других на каркасах кросоверов, снятых с колонок S-90. В отличие от испытательного фильтра в постоянном - катушки по возможности разнесены друг от друга.

Фильтр конструктивно состоит из двух плат т.к. установить длинную плату в ограниченный по глубине корпус не представляется возможным (В первой колонке фильтр таки не влез по длине и его пришлось распилить на две части). Платы изготовлены из текстолита толщиной 2 мм, катушки индуктивности и блоки конденсаторов крепятся к ним нейлоновыми хомутами. Монтаж навесной, разводка - снизу платы, сделана преимущественно выводами самих элементов.

Для подключения кроссовера к входным клеммам и динамикам применена сдвоенная моножила сечением 0,75 кв.мм. Элементы фильтра и провода до установки на плату отслушаны по направлениям. В отслушивании катушек и проводов принимал участие владелец колонок.

Набор элементов нового кроссовера

• Проходные конденсаторы ВЧ звена кроссовера: 10 + 10 мкФ 40 В (раздетые металлобумажные МБГО);
• Конденсаторы, установленные в ВЧ звено параллельно МБГО: 0,1 + 0,1 мкФ 200 В (раздетые серебрено/слюдяные ССГ);
• Блокировочная катушка ВЧ звена кроссовера: 0,15 мГн (сечение провода 0,8 кв.мм. воздушная);
• Проходные катушки НЧ звена кроссовера: 0,63 + 0,63 мГн (сечение провода 0,9 кв.мм. воздушные);
• 1 блокировочный конденсатор НЧ звена кроссовера: 22 мкФ 160 В (раздетый металлобумажный МБГО);
• 2 блокировочный конденсатор НЧ звена кроссовера: 47 мкФ 160 В (раздетый металлобумажный МБГО);
• Конденсаторы, установленные в НЧ звено кроссовера параллельно МБГО: 0,33 + 0,33 мкФ 200 В (К71-7 полистирольные точные);
• Катушка вырезного фильтра НЧ звена кроссовера: 1,17 мГн (сечение провода 0,8 кв.мм. воздушная);
• Конденсатор вырезного фильтра НЧ звена кроссовера: 47 мкФ 160 В (раздетый металлобумажный МБГО);
• Блокировочный конденсатор вырезного фильтра: 0,33 мкФ 200 В (К71-7 полистирольный точный).

В монтаже второго варианта кроссовера Андрей принимал самое непосредственное участие. Он сверлил платы, крепил к ним элементы, потом собранный фильтр устанавливал в АС. Единственное, что делал я - это электрический монтаж кроссовера и подключение его к входным терминалам и динамикам колонки.

Кабель KLOTZ так-же как и в первый раз был заменен на моножилу сечением 2 х 0,75 кв.мм. одесского кабельного завода.

Прослушивание и выводы

Вторая колонка с кроссовером сделанным по всем правилам сыграла лучше первой, но конечно не с таким разрывом, какой мы услышали между не переделанной АС и АС с испытательным кроссовером.

В ней получилось немного больше низа, а голос вокалистов стал поестественнее, чем в первой. Вторая АС играет мягче и комфортнее, слушать ее хочется больше, чем первую. Андрей был несколько обескуражен тем, что раздевание конденсаторов и столь небольшие изменения в диэлектрике блокировочных конденсаторов могут так влиять на звук.

Диаметр провода катушек в первом и во втором фильтрах одинаков, количество витков тоже. Основные конденсаторы и их номиналы на испытательном и втором кроссоверах тоже совпадают. Единственное различие, это то, что в испытательном фильтре были установлены конденсаторы МБГО в штатном исполнении (в корпусах), а параллельно им подпаяны импортные конденсаторы с диэлектриком идентичным отечественным к-73 (не любимыми в среде аудиофилов).

Во втором же кроссовере установлены «раздетые» конденсаторы МБГО, к их секциям подпаяны высокоточные полистирольные к71-7 и моножильные провода, отслушанные по направлению. В ВЧ секции фильтра параллельно основным металлобумажным установлены дефицитные и тоже раздетые серебрено/слюдяные ССГ.

Отзыв владельца

Андрей = Переделкой моих стареньких Karstadt я не сильно горел. Музыку я на них слушаю не так часто, в основном эксплуатируя вторую пару полочников Canton. У Canton-ов очень хороший звук, возможно из-за этого и решился на эксперимент, ведь до этого я только слышал о подобной доработке колонок. Виталий предложил сделать одну колонку и сравнить, в любом случае, если не понравится, подумал я, все можно вернуть на место. После двух дней работы Виталий принёс переделанную колонку, которая стала почти в два раза тяжелее штатной. И тут все вопросы отпали сами собой. Звук стал не похожим на тот, который выдавала штатная, даже приблизительно. Голос Виктора Цоя на пластинке был другим, словно заменили солиста. В общем звук мне очень понравился. Моя девушка тоже отметила качественное улучшение, так что все остались довольны. Виталий получил задание и бюджет на переделку второй колонки, а я стал ждать полноценной переделанной системы, даже мои любимые кантоны как-то сами собой ушли на второй план по интересности звука. После переделки второй акустической системы звук меня обрадовал еще сильнее. В общем я остался очень довольным и порекомендовал эту опцию своим друзьям. Читайте про моего товарища Карла и переделку его студийных мониторов.

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…

Что такое кроссовер автозвук — наиболее значимыми элементами в составе высококачественной автомобильной акустики считается именно кроссовер и усилитель мощности звука. Также одним из самых важных факторов для создания идеальной звуковой картины в салоне автомобиля — это правильный выбор и квалифицированная установка в машине этих устройств, в противном случае получить качественный звук будет очень трудно.

Кроссовер

В основном плата устройства, состоящая из различных фильтров для разделения входящего звукового сигнала на частоты, размещается в небольшом корпусе. По высокой частоте при настройке как правило берут единицу от 80 до 100 Гц, а по низкой частоте и полосовой RC-фильтр настраивают от 2 до 6 кГц. Бывают такие приборы двух вариантов — активного и пассивного действия. p>

Что такое кроссовер автозвук — отличаются они друг от друга тем, что активный модуль выполнен на электронных элементах, таких как операционные усилители, микроконтроллеры и другие, для которых необходимо напряжение питания. Устройство для разделения частот пассивного действия собраны на компонентах не требующие источника питания. Помимо этого имеется некоторая особенность в инсталляции, например: активный кроссовер устанавливается только во входной в цепи усилителя, а пассивные располагаются где угодно, как перед усилителем так и после него, то есть впереди динамического излучателя.

Стоит отметить немаловажное достоинство кроссоверов пассивного действия, такое как его способность разграничивать звуковые сигналы для трех полосного громкоговорителя, при задействовании только двух каналов усилителя мощности. Отрицательным моментом считается невозможность настройки устройства без доработки схемы. Все наоборот у кроссоверов активного применения, его органы управления и настройки расположены на внешней стороне корпуса, поэтому такое конструктивное решение предоставляет максимум удобств при эксплуатации устройства.

Недостатком активного прибора разделения частот является его относительно высокая цена, необходимость наличия усилителя мощности на каждый канал, а также существующая возможность появления искажений, исходящих от активных компонентов. Что такое кроссовер автозвук — выбор кроссовера осуществляется исходя из параметров акустической системы и количества имеющихся у неё полос. Что касается именно выбора при покупке и выборе места установки, а также тонкой его настройке, то в этом случае целесообразнее будет пригласить опытного специалиста, что бы не было проблем в дальнейшем.

Усилитель мощности

Бывают случаи, когда после приобретения даже дорогой автомагнитолы усилитель в ней оказывается не достаточно качественный. А почему так бывает? Одной из важных причин является маленький объем места предназначенного для размещения магнитолы и как следствие, невозможность реализовать в системе усилитель с большей мощностью. Поэтому автовладельцы, желающие получить качественную звуковую картину, устанавливают дополнительный усилитель мощности .

Устанавливаемые в автомобиль усилители бывают как с одним каналом усиления (моноблок), так и двухканальными (стерео), трёхканальные (стерео + еще канал для сабвуфера), существуют еще четырехканальные, предназначенные для усиления звука во фронте и тылу акустической системы . Есть еще усилители на пять и шесть каналов.

По каким критериям нужно выбирать автоусилитель?

Что такое кроссовер автозвук — первое, на что нужно обращать внимание при покупке аппарата — это номинальная мощность, которая должна быть примерно на 15% меньше мощности громкоговорителей. В случае игнорирования этой зависимости, акустика просто может в скором времени «сгореть». Другим важным параметром является общее сопротивление нагрузки, с которой может эффективно работать устройство.

Комплекс из нескольких усилителей создает условия их включения по мостовой схеме, при которой общая выходная мощность возрастает пропорционально подключенным усилителям. В основном такая схема включения применяется для использования в своем составе сабвуфера. Промышленность выпускает большое количество усилительной техники с уже интегрированными кроссоверами, однако применение внешних устройств существенно облегчает настройку и обслуживание автомобильной акустики.

Специфика установки

Сравнительно маленькие габариты автоусилителя допускают его установку в разнообразных местах салона. Одним из таких вариантов можно назвать нижнюю часть задней полки, там можно закрепить с помощью саморезов либо в пространстве крыла. При самостоятельной сборке сабвуфера или его изготовление по заказу создается прекрасная возможность сразу вмонтировать внутрь корпуса и усилитель. Но при этом нужно учитывать, что он довольно сильно греется при работе, а следовательно необходимо обеспечить усилителю достаточное охлаждение.

Для того, чтобы установить акустический комплекс в свою машину при этом не неся очень больших затрат, то разумнее всего нужно будет брать коаксиальные либо широкополосные динамики, установив их в штатных местах машины, а для усиления звука использовать усилитель встроенный в автомагнитолу. В дальнейшем по необходимости установленную аудиосистему можно модернизировать, добавив к ней активный сабвуфер выполненный в собственном корпусе.