Кроссоверы - пассивные и активные

Кроссовер

Кроссовер (от англ. Crossover) — музыка, в которой происходит смешение двух (или более) стилей (или тем), и одно из названий кроссовера – ФИЛЬТР.

Как можно понять из названия, Кроссовер – это фильтр звукового сигнала который разделяет входящий сигнал на диапазоны частот и используется в акустических системах автомобиля для улучшения качества звучания. Всё дело в том, что нет такого динамика который мог-бы воспроизводить весь диапвзон частот, даже если он и широкополостный. А чтобы звучал весь диапазон, нужно несколько динамиков с разными характеристиками передачи частотного сигнала и чем больше динамиков, тем качественее и интереснее звуковая отмосфера, но и каналов кроссовера должно быть столько, сколько типов динамиков используется в акустической системе.

К примеру: высокочастотные динамики (твитеры) должны работать только с высокими частотами, если на высокочастотный динамик подать низкую частоту, то звуковая картина сильно испортится, а если сигнал низкочастотный и мощный, то твитер "сгорит". Низкочастотные динамики (вуферы)  должны получить от общего звукового сигнала только низкочастотный диапазон, а среднечастотным динамикам (мидвуферы) должна достается средняя полоса сигнала. Для того, чтобы каждый тип динамиков получил нужные (оптимальные) частотные полосы и нужен Кроссовер который разделит звуковой сигнал для каждого типа динамиков. 

Виды Кроссовера

Кроссоверы бывают: Однополосные (один фильтр), Двухполосные (два фильтра), трёхполосные (три фильтра), а также активные и пассивные.

Отличие между активными и пассивными кроссоверами в том, что активные состоят из компонентов, нуждающихся в источниках питания – операционных усилителях, микроконтроллерах и прочих. Пассивные кроссоверы компонуются из элементов, которые в питании не нуждаются (резисторы, конденсаторы, катушки).  Есть различие и в подключение кроссоверов: активные монтируются только перед усилителем, а что касается пассивных кроссоверов то они устанавливаються перед динамиками.

Количество фильтров в кроссовере определяет на сколько частотных полос будет разделён звуковой сигнал: 1, 2-е или 3-и. Фильтры деляться на: фильтр нижних частот (Low Pass, или ФНЧ) пропускает диапазон только низких частот, фильтр верхних частот (Hi Pass, или ФВЧ), пропускает диапазон только высоких частот  и фильтр полосно-пропускающий (Band Pass, или ППФ), который пропускает только средний диапазон частот (приблизительно от 600 Гц до 5000 Гц.) и используеться в трёхполостном кроссовере. 

Характеристики фильтров Кроссовера. 

Все фильтры характеризуются порядком и частотой среза. Частота среза - это частота, на которой уровень подавляемого сигнала становится на 3 дБ меньше , чем уровень пропускаемого сигнала ( Децибелы (дБ), это физическая характеристика громкости звука - уровень звукового давления). О порядке фильтра можно судить по крутизне характеристики затухания: чем выше порядок, тем сильнее затухание в зависимости от частоты сигнала.

Частота среза фильтра

Допустим, фильтр имеет частоту среза равную 2500 Гц. Если это фильтр нижних частот (Low Pass), то он пропускает частоты ниже 2500 Гц, а все другие идущее выше этой частоты срезает. Если фильтр высоких частот (Hi Pass) имеет частоту среза равную 2500 Гц, то он срезает все частоты которые нпиже 2500 Гц, а все что выше, пропускает. В двухполосных Кроссоверах частота среза у двух фильтров одинаковая, что не скажеш о трёхполосном Кроссовере, в нем три фильтра с разной частотой среза. На гравике 1 и 2 показаны частотные характеристики двухполосного (график 1) и трёхполостного (график 2) кроссоверов, точка пересечения линий на графиках и показывает какая частота среза у фильтров.

График 1 - Разделение частот двухполосного кроссовера с частотой среза 2500 ГцГрафик 2 - Разделение частот трёхполосного кроссовера с частотой среза 500Гц и 4500 Гц

Порядок фильтра

Порядок фильтра или чувствительность на прямую зависит от крутизны среза. Определяется отношением интенсивности выходного сигнала в (dB) кроссовера к частоте входного сигнала при условии, что интенсивность входного сигнала постоянна и характеризуют как отношение децибел на Октаву (dB/octave)(Октава в акустике — внесистемная безразмерная единица частотного интервала между двумя частотами (f1 и f2), отношение которых f2/f1 = 2 , другими словами - частота более высокого звука в два раза больше более низкого ). В силу многих математических причин чувствительность кроссоверов всегда кратна 6 децибелам на октаву (6 dB/octave). Кроссовер первого порядка имеет чувствительность 6 dB/octave. Кроссовер второго порядка имеет чувствительность 12 dB/octave, третьего порядка - 18 dB/octave, и чувствительность кроссоверов четвертого порядка равна 24 dB на октаву.

Порядок фильтров Кроссовера  на примере фильтра  low pass

Рассмотрим порядоки фильтров на примере нискочастотного фильтра с частотой среза 1000 Гц  (График 3). Из графика наглядго видно, что наилучшие характеристики имеет фильтр 4-го порядка, он более точно пропускает нужные частоты и срезает не нужные. На практике в кроссоверах применяются фильтры с 1-3 порядка. 

Кроссоверы Баттерворта четвертого порядка имеют высокую чувствительность равную 24 дБ на октаву, что резко уменьшает взаимовлияние динамиков в области разделения частот. Сдвиг по фазе составляет 360 градусов, что фактически означает его отсутствие. Однако величина фазового сдвига в данном случае непостоянна и может привести к неустойчивой работе кроссовера. Эти кроссоверы практически не применяются на практике. Оптимизировать конструкцию кроссовера четвертого порядка удалось Линквицу и Рили. Данный кроссовер состоит из двух последовательно соединенных кроссоверов Баттерворта второго порядка для твитера, и тоже самое для басового динамика. Чувствительность их также равна 24 дБ на октаву, однако уровень выходного сигнала на каждом фильтре меньше на 6 дБ, чем уровень выходного сигнала кроссовера. Кроссовер Линквица-Рили не имет фазовых сдвигов и позволяет проводить временную коррекцию для динамиков, не работающих в одной физической плоскости. Эти кроссоверы по сравнению с другими конструкциями дают самые лучшие акустические характеристики.

Активные и Пассивные Кроссоверы

Активный Кроссовер Активные (или электронные) кроссоверы представляют из себя множество активных фильтров, которыми можно управлять и легко изменять частоту среза любого канала. Порядок чувствительности активных кроссоверов может быть любым, от 6 Дб до 72 Дб на октаву (и выше).В основном активные кроссоверы для автомобильных аудиосистем имеют чувствительность 24 Дб на октаву. При такой чувствительности обмен частотами между динамиками практически исключен. Звуковая картина получается очень качественной. Единственный недостаток активных кроссоверов, - это их дороговизна по сравнению с пассивными. После активного кроссовера устанавливаются два или три усилителя мощности в зависимости на сколько полос разделяеться звуковой сигнал, что ещё больше удорожает и усложняет реализацию акустической системы автомобиля.

Пассивный трёхполосный кроссовер и динамики к нему Устройство пассивного кроссовера представляет собой корпус, около 120х60х40 мм с входными и выходными контактами, или других размеров в зависит от конструкции. Внутри находиться печатная плата с фильтрами частотного сигнала, состоящих из элементов (резисторы, конденсаторы, катушки) которые соеденины между собой должным образом. Пассивные кроссоверы обрабатывают уже усиленный сигнал и устанавливаются перед динамиками. Возможности пассивных кроссоверов ограничены по сравнению с активными, однако их правильное применение может дать хорошие результаты при минимальных финансовых затратах. Пассивные кроссоверы хорошо себя зарекомендовали при требовании к порядку чувствительности менее 18 дБ на октаву. Выше этого предела хорошо работают только активные кроссоверы. Пассивные кроссоверы в основном применяются для обработки сигнала твитеров и среднечастотных динамиков. Для низкочастотных динамиков эти кроссоверы применять можно, однако резко возрастает требование в качеству конденсаторов и катушек индуктивности, что приводит к их удорожанию и увеличению в размерах. Пассивные кроссоверы плохо переносят перегрузки. Пиковые интенсивности сигнала, поступающие от усилителя, могут менять частоту среза фильтров. Кроме того, перегруженный фильтр ослабляет звуковой сигнал (damping). Поэтому при выборе пассивных кроссоверов обращайте внимание на их способность выдерживать пиковые нагрузки, создаваемые усилителем.

Пожалуйста, Оцените материал 5 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 Рейтинг 5.00 [1 Голос]