Идеальный динамик, способный воспроизводить всё разнообразие музыки от самых низких басов до высокого сопрано ещё пока не изобретён. Вместо этого мы используем несколько динамиков, каждый из которых адаптирован к определенной части звукового диапазона.
Для того чтобы выделить только те частоты, на которые рассчитан определенный динамик, предназначены фильтры-кроссоверы.
Активный кроссовер.
Кроссоверы могут быть активными и пассивными. Активные фильтры включаются перед усилителями.
Основным преимуществом их использования является возможность комбинирования в схемах установки динамиков с разной мощностью и сопротивлением.
Большинство 4, 5 и 6 -канальных усилителей оборудованы встроенными активным кроссоверами, которые могут задавать частоту и коммутировать входы – выходы. Усилители GENESIS Q-100X, Q-200X, P-300X обладают этими свойствами. Все усилители GENESIS серии 3 оборудованы, встроенными кроссоверами.
Пассивный кроссовер.
Пассивный кроссовер состоит из катушек индуктивности и конденсаторов, и иногда резисторов для согласования с полным сопротивлением. Пассивный фильтр LC-типа (катушка и конденсатор) включается между усилителем и динамиком.
Катушка подавляет высокочастотные колебания, в то время как низкие частоты проходят через неё, а конденсатор, наоборот. Различные частоты работы кроссовера обеспечиваются изменением параметров составных частей. Катушка должна быть высокого качества, из провода большого сечения, для предотвращения потерь и искажений. Лучшими катушками являются катушки без железного сердечника, но они могут быть достаточно велики при больших величинах индуктивности. Для получения больших значения индуктивности часто используются катушки с железным сердечником.
Лучшие конденсаторы выполнены из полиэстра.
Резисторы используются в фильтре для достижения требуемого полного сопротивления. Прочтите часть о спаренной компенсации.
Пассивный фильтр потребляет больше мощности, чем активный.
Частоты кроссовера.
В двухполосной системе с отдельным ВЧ-динамиком частота кроссовера 3-8 кГц, считается нормальной.
В трехполосной системе обычно разделяют сабвуфер 200-400Гц и ВЧ динамик 3-8kГц
В четырехполосной системе частоты отсечки могут быть следующими: сабвуфер 80-130Гц, СЧ динамик 400-600Гц и ВЧ динамик 3-8Гц.
Подобное разделение по частотам может быть изменено, в зависимости от параметров динамиков и места их монтажа в машине.
Пример кроссовера.
(без сопряженной компенсации)
3-х полосная система (Рис. 1).
Сабвуфер: 0-95 Гц, СЧ: 95Гц-5кГц, ВЧ: 5кГц-.
4-х полосная система (Рис. 2).
Сабвуфер: 0-95 Гц, НЧ: 95-520Гц, СЧ: 520-5кГц, ВЧ: 5кГц-.
Системы представлены без компенсации полного сопротивления.
Сдвиг фазы в фильтрах кроссовера.
Все пассивные кроссоверы сдвигают сигнал по фазе. Фильтр 6 дБ сдвигает на 90 градусов, а 12 дБ на 180 градусов. Поэтому, чтобы понять при какой фазе создает лучший звук, следует менять полярность подключения ВЧ-динамика в системе. Для трехполосной системы такая процедура совершенно естественна. Все ВЧ-динамики в системе должны иметь одинаковую полярность (работать в фазе). Также следует подбирать полярность сабвуфера при использовании 12дБ кроссовера.
Если диффузор колонки двигается, но хорошие басы не достигаются, можно попробовать изменить фазу. Если две колонки работают с различной фазой, то звук одного динамика будет заглушать звук другого, как результат – плохое воспроизведение басов.
Сопряженная компенсация.
Сопряженная компенсация – это способ выровнять нагрузку акустической системы во всем спектре частот. 4-х омный динамик может увеличить свое полное сопротивление в 25 раз по отношению к нормальному на резонансной частоте (Fs). Чтобы просчитанный фильтр кроссовера соответствовал требуемой частоте, необходимо параллельно динамику подключить цепь сопряжения. Эта цепь обычно состоит из конденсатора и резистора.
Если Вы не можете рассчитать параметры элементов цепочки сопряжения, воспользуйтесь 33 мкФ конденсатором соединённым последовательно с 3,9 Ом резистором для большинства 4, 5,25, 6,5 – дюймовых динамиков.
Пассивный фильтр низких частот с затуханием 6 дБ.
Фильтр 6дБ кроссовера (Рис. 3) имеет затухание 6дБ на октаву. При подключении такого фильтра сигнал с выхода усилителя уменьшается в 4 раза. Фильтр 6дБ также называют фильтром первого типа. Обычно низкочастотный 6дБ фильтр используют для сабвуферов, при подавлении частот выше, 100 Гц.
Низкочастотный фильтр содержит катушку индуктивности. Частота кроссовера определяется индуктивностью, рассчитанной в Генри (Н). Для динамиков обычно используются катушки с размерностью mH. 1 H = 1000 mH.
Формула для расчета: L(mH)=160Z/Fc.
Z = полное сопротивление динамика в Ом
Fc = частота отсечки в Гц
L = индуктивность катушки в mH
Когда катушки соединяются последовательно, величины их индуктивностей складываются. Для расчета используется формула: 1/L=1/L1+1/L2+…
Величина индуктивности для различных частот отсечки:
| Частота среза | Сопротивление динамика 2 Ома | Сопротивление динамика 4 Ома | Сопротивление динамика 8 Ом |
| Hz | L (mH) | L (mH) | L (mH) |
| 65 | 5 | 10 | 20 |
| 80 | 4 | 8 | 16 |
| 100 | 3,2 | 6,4 | 12,8 |
| 130 | 2,5 | 5 | 10 |
| 200 | 1,6 | 3,2 | 6,4 |
| 360 | 0,9 | 1,75 | 3,5 |
| 500 | 0,65 | 1,3 | 2,6 |
| 800 | 0,4 | 0,8 | 1,6 |
| 1000 | 0,32 | 0,64 | 1,28 |
Частоты отсечки в заданных величинах:
| 10 mH | 6,3 mH | 1,75 mH | |
| 2 Ома | 32 Hz | 50 Hz | 183 Hz |
| 4 Ома | 64 Hz | 101 Hz | 365 Hz |
| 8 Ом | 128 Hz | 203 Hz | 730 Hz |
Пассивный фильтр высоких частот с затуханием 6 дБ.
Высокочастотный 6дБ фильтр (Рис. 4) кроссовера содержит конденсатор. Частота кроссовера варьируется величиной конденсатора, которая измеряется в Фарадах (Ф).
Биполярные электролитические конденсаторы обычно имеют емкость приблизительно от 10мкФ и выше. Для меньших значении используются полиэстероловые конденсаторы. Конденсатор на нижнем рисунке пропускает высокие частоты и подавляет низкие.
Формула для расчета: C(mF)=160000/FcZ.
Z = полное сопротивление динамика в Ом
Fc = частота отсечки в Гц
C = емкость конденсатора в микрофарадах
Когда конденсаторы соединяются параллельно величины их емкостей складываются. Для расчета используется формула: 1/C=1/C1+1/C2+…
Величина емкости для различных частот отсечки:
| Частота отсечки | Сопротивление динамика 2 Ома | Сопротивление динамика 4 Ома | Сопротивление динамика 8 Ом |
| Hz | C (mF) | C (mF) | C (mF) |
| 80 | 1000 | 500 | 250 |
| 100 | 800 | 400 | 200 |
| 130 | 600 | 300 | 150 |
| 200 | 400 | 200 | 100 |
| 500 | 160 | 80 | 40 |
| 800 | 100 | 50 | 25 |
| 1000 | 80 | 40 | 20 |
| 2000 | 40 | 20 | 10 |
| 5000 | 16 | 8 | 4 |
Частоты отсечки в заданных величинах:
| 300 mF | 200 mF | 150 mF | 50 mF | 6,8 mF | |
| 2 Ома | 266 Hz | 400 Hz | 533 Hz | 1,6 kHz | 11,7 kHz |
| 4 Ома | 133 Hz | 200 Hz | 266 Hz | 800 Hz | 5,85 kHz |
| 8 Ом | 67 Hz | 100 Hz | 133 Hz | 400 Hz | 2,92 kHz |
Пассивный фильтр низких частот с затуханием 12 дБ.
Фильтр кроссовера в 12дБ (Рис. 5) имеет затухание 12дБ на октаву. 12дБ фильтр – это комбинация катушки и конденсатора. Его также называют фильтром второго типа. 12дБ фильтры часто используются для сабвуферов, чтобы убрать выше, например, 100 Гц.
Комбинация высоко- и низкочастотного фильтров образует полосовой фильтр.
Формулы для расчета: L(mH)=225Z/Fc, C(mF)=112500/FcZ
Z = полное сопротивление динамика в Ом
Fc = частота отсечки в Гц
L = индуктивность катушки в mH
C = емкость конденсатора в микрофарадах
Пассивный фильтр высоких частот с затуханием 12 дБ.
Разница между пассивными 12дБ фильтрами высоких и низких частот состоит в том, что на схеме подключения катушка индуктивности и конденсатор меняются местами.
Параметры элементов, используемых в кроссоверах, одинаковы для высоко- и низкочастотных фильтров.
Высокочастотный фильтр (Рис. 6) пропускает высокие частоты и убирает низкие.
Формулы для расчета: L(mH)=22Z/Fc, C(mF)=112500/FcZ
Z = полное сопротивление динамика в Ом
Fc = частота отсечки в Гц
L = индуктивность катушки в mH
C = емкость конденсатора в микрофарадах
Важно помнить!
Когда сабвуфер подключается к 12дБ низкочастотному фильтру кроссовера, конденсатор следует припаивать непосредственно между + и – терминала динамика.
Если низкочастотный динамик будет отключён без одновременного отключения конденсатора, усилитель может быть повреждён.
Если 12дБ фильтр будет подключен без динамика, то усилитель может перегрузиться и (если он включен) повредить внешние цепи.
Параметры элементов для 12Дб пассивных кроссоверов.
| Частота кроссовера в Гц | 2 Ома, C (mF) | 2 Ома, L (mH) | 4 Ома, C (mF) | 4 Ома, L (mH) | 8 Ом, C (mF) | 8 Ом, L (mH) |
| 62,5 | 900 | 7,2 | 450 | 14,4 | 225 | 28,8 |
| 95 | 600 | 5 | 300 | 10 | 150 | 20 |
| 140 | 400 | 3,2 | 200 | 6,4 | 100 | 12,8 |
| 190 | 300 | 2,35 | 150 | 4,7 | 75 | 9,5 |
| 375 | 150 | 1,2 | 75 | 2,4 | 38 | 4,8 |
| 520 | 108 | 0,87 | 54 | 1,75 | 27 | 3,5 |
| 800 | 70 | 0,56 | 35 | 1,12 | 18 | 2,25 |
| 3500 | 16 | 0,12 | 8 | 0,25 | 4 | 0,5 |
| 5000 | 11 | 0,09 | 5,6 | 0,18 | 2,8 | 0,36 |
Элементы высоко- и для низкочастотных фильтров имеют одинаковые параметры. Используйте катушки с низким сопротивлением, лучшее решение – воздушные катушки.
Катушки с железным сердечником должны выдерживать большие токи, иначе магнитное насыщение сердечника станет причиной существенных искажений.
Конденсаторы должны быть биполярного типа, 50 – 100 Вольт.
Источник: dls.ru