Человеческое ухо способно различать достаточно большой диапазон частот, который называется звуковым диапазоном. Он занимает полосу от 20 Гц до 20 кГц. В зависимости от индивидуальных особенностей восприятия звуковой диапазон может быть несколько ограничен в нижней и верхней части. В конструкциях акустических систем не существует динамических громкоговорителей, которые корректно воспроизводили бы всю полосу звуковых частот.
Это связано с физическими и механическими факторами. Так диффузоры низкочастотных динамиков имеют большие размеры, поэтому акустический резонатор из-за большой инерции не может реагировать на колебания с частотой 10-20 кГц. Для высококачественного воспроизведения вся полоса звуковых частот разбивается на три поддиапазона:
- Низкие частоты – 20 Гц-200 Гц
- Средние частоты – 200 Гц-5 000Гц
- Высокие частоты – 5 000 Гц-20 000 Гц
Характеристика, предназначение
Кроссовер – это специальное оборудование в комплекте акустической системы, главная функция которого заключается в подготовке нужного диапазона частот для каждого динамика. Как известно, любая акустическая система разработана под конкретный диапазон рабочих частот. Выход сигнала, подающегося на колонку, за границы диапазона может привести к искажению звука.
В обычных условиях функция высокочастотных динамиков – воспроизведение звуков только на высоких частотах. Низкочастотные акустические системы работают отдельно. Иногда устанавливаются даже в разных местах салона. То же самое касается и звуков средней частоты. Они подаются только на динамик, выдающий средние частоты.
Поэтому для качественного воспроизведения музыкальных треков в автомобиле необходимо выделять определенные частоты и подавать их строго на конкретные динамики. Для этого и нужен кроссовер для акустики.
Инструкция по подключению
Кроссовер пассивного действия для автозвука подключается следующим образом:
- Приобретаются и устанавливаются динамики.
- Выходные провода для колонок от магнитолы подключаются ко входным клеммам устройства.
- Динамики подсоединяются с помощью акустических кабелей к соответствующим клеммам девайса, которые могут иметь обозначения Wf (для широкополосного динамика), Sw (для сабвуфера), Mw (для мидвуфера) и Tw (для высокочастотного динамика).
Для упрощения настройки и подключения выбираются автоусилители со встроенным кроссовером. Сабвуфер, мидвуферы и твиттеры подключаются к соответствующим выходам аудиоустройства. С помощью переключателей подбираются характеристики, наиболее подходящие для выбранных динамиков.
Как устроен
Конструкция устройства достаточно проста. Это два частотных фильтра, работающих по следующему принципу. Так, когда частота разделения составляет 1000 Гц, один из двух фильтров станет выделять частоты, которые ниже данного показателя. Второй же фильтр будет работать с полосой частот выше отметки. Фильтры имеют свои названия. Лоу-пасс предназначен для работы с низкими частотами до 1000 Гц. Хай-пасс будет обрабатывать только частоту, находящуюся в диапазоне выше 1000 Гц.
По такому принципу функционируют двухполосные устройства. Однако на современном рынке есть и трехполосный кроссовер. Главное отличие здесь – это еще один фильтр, способный обрабатывать средние частоты в диапазоне от 600 до 1000 Гц.
Больше каналов фильтрации звуковой частоты и подача их на соответствующие этим частотам динамики ведет к более качественному звуку в салоне автомобиля.
Критерии выбора
Выбирая кроссовер, нужно внимательно изучить технические характеристики. На рынке представлены отдельные устройства, предназначенные только для сабвуфера или высокочастотных динамиков. Если пользователь планирует установить в аудиосистему 2 усилителя, рекомендуется выбрать 3-канальные кроссоверы с выходами для сабвуфера и колонок.
Одним из наиболее важных параметров считается крутизна спада фильтра, или порядок частоты среза. Чтобы можно было разместить сабвуфер в салоне автомобиля, крутизна спада должна составлять не менее 18 дБ. В противном случае низкочастотный динамик начнет выдавать искаженный звук.
Для узкополосного сабвуфера рекомендуется использовать кроссовер с характеристикой затухания до 12 дБ. Частота отсечки сигнала будет варьироваться в пределах 75-150 Гц. Желательно, чтобы для этого диапазона была предусмотрена 3-ступенчатая регулировка. Более хорошие результаты показывает плавная регулировка отсечки, которая позволяет легко и быстро производить настройки частоты среза для сабвуфера. Если высокочастотные динамики работают с кроссоверами более высокого качества, чем у сабвуфера, то это негативно отразится на восприятии звука.
- Как правильно настроить музыку в машине
- Почему греется магнитола
- Почему заикается магнитола
- Как правильно настроить навигатор Навител для автомобиля
Технические особенности кроссоверов
Большинство современных приборов представляют собой катушки индуктивности и конденсаторы. В зависимости от числа и качества изготовления этих элементов формируется стоимость изделия.
Зачем в кроссовер для акустики входит конденсатор и катушка? Это наиболее простые реактивные детали. Они без особых затрат способны обрабатывать различные звуковые частоты.
Число реактивных деталей влияет на разрядность фильтров: 1 – используется один элемент, 2 – два элемента. В зависимости от числа реактивных деталей, а также схемы кроссовера система фильтрует по-разному те частоты, которые не подходят для конкретных каналов. Можно предположить: чем больше в схеме будет реактивных элементов, тем лучше кроссоверы акустических систем будут фильтровать сигнал. Схемы фильтрации имеют определенную характеристику. Это так называемая «крутизна спада». Другими словами, это чувствительность. В зависимости от уровня «крутизны спада», всю представленную на рынке продукцию может разделить на модели первого, второго, третьего и четвертого класса.
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?
Активное и пассивное оборудование
Пассивный кроссовер для акустики – это наиболее распространенное решение. Его часто можно встретить на современном рынке. Как видно из названия, для работы этому прибору не нужно дополнительное питание. Поэтому владельцу автомобиля будет гораздо быстрее и проще выполнить монтаж звуковой аппаратуры. Недостаток этой группы устройств в том, что простота не всегда является гарантией качества.
За счет пассивной схемы система берет часть энергии для обеспечения работы фильтра. В это же время реактивные детали меняют фазовый сдвиг. Естественно, это далеко не самый серьезный недостаток. Однако не получится максимально тонко выполнить частотную коррекцию.
Подготовительные работы: как снимать обшивку
Перед выполнением работ выключите зажигание и отсоедините от аккумулятора минусовый провод. Затем действуйте так:
- Часто панель динамиков отсутствует, и колонки укрыты за несъёмной сеткой (решёткой) обшивки двери. В этом случае снимите мешающие демонтажу дверные ручки. Если есть крепления саморезами, вытащите защитные пробки и выкрутите шурупы. Затем снимите обшивку.
Потихоньку раскачивая, снимите панель, освобождая последовательно одно крепление за другим
Снимите мешающие демонтажу дверные ручки и другие элементы обвеса
Как правильно рассчитать своими руками?
Расчет кроссовера для акустики – это важный процесс. Еще ни один производитель не смог изготовить идеальную акустическую систему, которая бы могла качественно воспроизводить звук в разном диапазоне. Для низких частот используют сабвуферы. Для средних применяются среднечастотные динамики. Но когда весь этот комплекс начнет звучать, то может возникнуть определенная путаница. Вот для чего нужен кроссовер в акустике – чтобы на конкретную акустическую систему шел сигнал только определенной частоты.
Как подключить динамики на переднюю или заднюю дверь
Случается, что новая колонка, совпадая со старой по диаметру, не «садится» на штатный подиум (кольцо или выступ) либо оказывается толще и начинает слишком выпирать. Иногда подставка напрочь отсутствует. В этом случае следует действовать следующим образом:
- Установите новый подиум: он необходим для того, чтобы приподнять динамик, если последний упирается в дверные механизмы. Также он играет роль жёсткой и упругой опоры диффузора, улучшает диаграмму направленности, предотвращая «уход» звука под обшивку. Подиум можно купить там же, где и колонки, или изготовить его самостоятельно.
- В качестве основания используйте подходящие пластиковые корпуса неисправных динамиков либо изготовьте подиум лобзиком из фанеры. По необходимости выпилите несколько колец и склейте их между собой.
Подиум из древесины желательно пропитать защитным составом и покрыть герметиком
Видео: как установить акустику на машину
Зачем нужен кросовер для акустики в авто
Для чего нужны кроссоверы для динамиков. Кроссовер или полосовой фильтр представляет собой устройство ограничивающее полосу частот, подаваемых на конкретный громкоговоритель. Акустическая система хорошего качества состоит из трёх динамических головок и каждая из них пропускает свою полосу частот. Твиттер или высокочастотная головка имеет маленькие размеры и лёгкий диффузор. Она располагается в верхней части акустической системы. Среднечастотный динамик имеет больший диаметр, а басовый, самый большой громкоговоритель, располагается в нижней части акустической колонки. Кроссовер для колонок нужен для того, чтобы выделить определённую полосу частот и обрезать или сильно ослабить остальной частотный диапазон. Это значительно повышает высокую верность воспроизведения музыкальных записей.
Салон автомобиля представляет собой замкнутое пространство сравнительно малого объёма, в котором сложно добиться высококачественного воспроизведения звука. Кроме того внутренняя отделка может быть выполнена с помощью мягких звукопоглощающих материалов, поэтому частотное разделение звукового сигнала на три раздельные полосы в автомобиле необходимо.Что дают кроссоверы колонкам в салоне легковой машины. Частотные фильтры позволяют получить правильную конфигурацию акустических колонок в салоне автомобиля и добиться качественного звучания, как басов, так и высоких частот. Часто кроссоверы встраиваются непосредственно в акустические системы.
Как снять штатный динамик и закрепить новый
Дальнейшая работа потребует от вас терпения и внимательности. Только соблюдение приведённой ниже последовательности действий гарантирует правильность установки АС.
- После того как вы получили доступ к колонке, открутите крепления и вытащите динамик на себя. Отсоедините разъём с проводами.
Открутите крепления и вытащите динамик на себя. Отсоедините разъем с проводами
Целесообразно оклеить дверь (участок двери около колонки) шумоизоляцией, вибропластом или чем-то подобным
Кроссовер колонки, что это
Кроссоверы для динамиков бывают пассивные и активные. Пассивные системы представляют собой LCфильтры первого второго или третьего порядка, что определяется количеством звеньев фильтра. Фильтр первого порядка обеспечивает крутизну затухания сигнала всего 6 dBна октаву, фильтры второго и третьего порядков – 12 и 18 dBсоответственно. Для использования в звуковых системах автомобиля рекомендуется применять кроссоверы второго порядка. Это связано с акустическими особенностями автомобильного салона. В кроссоверах применяют плёночные конднсаторы и индуктивности, намотанные без сердечников или с использованием ферромагнетиков.
Проще говоря, кроссовер — это пара электрических фильтров. Допустим, кроссовер имеет частоту среза равную 1000 Гц. Это означает, что один из его фильтров срезает все частоты ниже 1000 Гц и пропускает только частоты выше 1000 Гц. Такой фильтр называют high-pass фильтром. Другой фильтр, пропускающий частоты ниже 1000 Гц называется low-pass,. Графически работа этого кроссовера представлена на рисунке 3. Точка пересечения двух кривых есть частота среза кроссовера равная 1000 Гц. В трехполосных кроссоверах присутствует еще и среднечастотный фильтр (band-pass), который пропускает только средний диапазон частот (приблизительно от 600 Гц до 5000 Гц.) На рисунке 4 изображена частотная характеристика трехполосного кроссовера.
Порядок чувствительности кроссоверов
Порядок чувствительности — это отношение интенсивности выходного сигнала (dB) кроссовера к частоте входного сигнала при условии, что интенсивность входного сигнала постоянна. Обычно чувствительность (крутизну среза) характеризуют как отношение dB/octave. 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. Рассмотрим low-pass фильтр третьего порядка с частотой среза равной 100 Гц. Как уже говорилось выше, этот кроссовер пропустит только частоты ниже 100 Гц, а частоты выше 100 Гц срежет. Срезание частот будет происходить следующим образом: все частоты выше 100 Гц будут терять на выходе из фильтра свою интенсивность кратно 18 dB в зависимости от октавы, в которую они входят. То есть, частота в 200 Гц (первая октава выше частоты среза) потеряет свою интенсивность на 18 Дб, интенсивность частоты в 400 Гц (вторая октава) упадет 36 Гц, а третья октава (800 Гц) ослабеет на 54 Дб. И так далее, все последующие октавы будут ослабевать кратно 18 Дб. Менее чувствительный low-pass фильтр первого порядка с частотой среза в 100 Гц будет делать тоже самое, только ненужные октавы будут ослабевать не на 18 Дб, а на 6 Дб. Как видим, фильтры, из которых состоят кроссоверы, не могут сразу срезать ненужные частоты, а делают это постепенно, с разной чувствительностью в зависимости от своего порядка.
Кроссоверы первого порядка
— это простейший пассивный кроссовер, который состоит из одного конденсатора, и одной катушки индуктивности. Конденсатор работает как high-pass фильтр для защиты твитера от ненужных низких и средних частот. Катушка используется как low-pass фильтр. Чувствительность кроссоверов первого порядка низкая — всего 6 Дб на октаву. Положительная черта этих кроссоверов -отсутствие фазового сдвига между твитером и другим динамиком.
Кроссоверы второго порядка
. Их также называют кроссоверами Баттерворта, по имени создателяматематической модели этих кроссоверов. Конструктивно они состоят из одного конденсатора и катушки на твитере и одного конденсатора и катушки на низкочастотном динамике. Они обладают более высокой чувствительностью, равной 12 Дб на октаву, но дают фазовый сдвиг в 180 градусов, что означает несинхронный ход мембран твитера и другого динамика. Для устранения этой проблемы небходимо поменять полярность подключения проводов на твитере.
Кроссоверы третьего порядка
. У таких кроссоверов на твитере ставится одна катушка и два конденсатора, тогда как на динамике низкой частоты наоборот. Чувствительность таких кроссоверов равна 18 Дб на октаву, и они имеют хорошие фазовые характеристики при любой полярности. Негативная черта кроссоверов III-го порядка — неприемлемость использования временных задержек для устранения проблем, связанных с динамиками не излучающими на одной и той же вертикальной плоскости.
Кроссоверы четвертого 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.
Конструирование пассивных кроссоверов
Как говорилось выше, пассивный кроссовер состоит из конденсаторов и катушек индуктивности. Для того, чтобы собрать пассивный кроссовер первого порядка необходимо иметь один конденсатор и одну катушку индуктивности. Конденсатор устанавливается последовательно на твитер (high-pass filter), а катушка последовательно на вуфер (low-pass filter). Номинальные значения индуктивности для катушки ((H — микрогенри) и емкости ((F — микрофарады) приводятся в таблице в зависимости от желаемой частоты среза кроссовера и сопротивления динамиков.
Кроссовер I порядка (6 dB/octave)
Частота среза
| 4 Ом динамик. Конденсатор F | 4 Oм динамик. Катушка H | 8 Ом динамик. Конденсатор F | 8 Ом динамик. Катушка H | |
| 50 Hz | 796.7 | 12.7 | 398.1 | 25.5 |
| 75 Hz | 530.8 | 8.5 | 265.4 | 17.0 |
| 100 Hz | 398.1 | 6.4 | 199.0 | 12.7 |
| 125 Hz | 318.5 | 5.1 | 159.2 | 10.2 |
| 150 Hz | 258.4 | 4.2 | 132.7 | 8.5 |
| 175 Hz | 227.5 | 3.6 | 113.7 | 7.3 |
| 200 Hz | 199.0 | 3.2 | 99.5 | 6.4 |
| 225 Hz | 176.9 | 2.8 | 88.5 | 5.7 |
| 250 Hz | 159.2 | 2.5 | 79.1 | 5.1 |
| 275 Hz | 144.8 | 2.3 | 72.4 | 4.6 |
| 300 Hz | 132.7 | 2.1 | 66.3 | 4.2 |
| 400 Hz | 99.5 | 1.6 | 49.8 | 3.2 |
| 500 Hz | 79.6 | 1.3 | 39.8 | 2.5 |
| 600 Hz | 66.3 | 1.1 | 33.2 | 2.1 |
| 700 Hz | 56.9 | 0.9 | 28.4 | 1.8 |
| 800 Hz | 49.8 | 0.8 | 24.9 | 1.6 |
| 900 Hz | 44.2 | 0.7 | 22.1 | 1.4 |
| 1000 Hz | 39.8 | 0.6 | 19.9 | 1.3 |
| 1100 Hz | 36.2 | 0.6 | 18.1 | 1.2 |
| 1200 Hz | 33.2 | 0.5 | 16.6 | 1.1 |
| 1300 Hz | 30.6 | 0.5 | 15.3 | 1.0 |
| 1400 Hz | 28.4 | 0.5 | 14.2 | 0.9 |
| 1500 Hz | 26.5 | 0.4 | 13.3 | 0.8 |
| 1600 Hz | 24.9 | 0.4 | 12.4 | 0.8 |
| 1700 Hz | 23.4 | 0.4 | 11.7 | 0.7 |
| 1800 Hz | 22.1 | 0.4 | 11.1 | 0.7 |
| 1900 Hz | 21.0 | 0.3 | 10.5 | 0.7 |
| 2000 Hz | 19.9 | 0.3 | 6.6 | 0.4 |
| 3000 Hz | 13.3 | 0.2 | 6.6 | 0.4 |
| 4000 Hz | 10.0 | 0.2 | 5.0 | 0.3 |
| 5000 Hz | 8.0 | 0.1 | 4.0 | 0.3 |
| 6000 Hz | 6.6 | 0.1 | 3.3 | 0.2 |
| 7000 Hz | 5.7 | 0.1 | 2.8 | 0.2 |
| 8000 Hz | 5.0 | 0.1 | 2.5 | 0.2 |
| 9000 Hz | 4.4 | 0.1 | 2.2 | 0.1 |
| 10000 Hz | 4.0 | 0.1 | 2.0 | 0.1 |
К примеру, подберем емкость и индуктивность для кроссовера с частотой среза 4000 Гц при сопротивлении динамиков 4 Ом. Из вышеприведенной таблицы находим, что емкость конденсатора первого порядка должна быть равной 10 мФ, а индуктивность катушки 0.2 мГ. Для определения номинальных значений компонентов для кроссовера второго порядка (12 дБ/октава) необходимо значения из этой же таблицы для конденсатора умножить на коэффициент равный 0.7, а значение для катушки индуктивности умножить на коэффициент 1.414. Надо помнить, что для кроссовера второго порядка необходимо два конденсатора и две катушки индуктивности. Составим кроссовер второго порядка для частоты среза 4000 Гц. Для определения значений для обоих конденсаторов умножаем значение из таблицы 10 мФ на коэффициент 0.7 и получим 7мФ. Далее, значение индуктивности 0.2 мГ умножим на коэффицент 1.414 и получим значение индуктивности для каждой катушки 0.28 мГ. Один из этих конденсаторов устанавливается последовательно на твитер, а второй параллельно на вуфер. Одна катушка параллельно на твитер, а вторая последовательно на вуфер.
Пассивные и активные кроссоверы
Отличие между эти двумя типами кроссоверов очень простое. Активный кроссовер требует подвода питания извне, а пассивный — нет. В силу этого активный кроссовер занимает место в звуковой системе до усилителя, обрабатывая звуковой сигнал с предусилителя головного устройства (допустим, автомагнитолы). Далее, после активного кроссовера устанавливаются два или три усилителя мощности. Один усилитель в этом случае не ставится, так как нет смысла разделенные активным кроссовером сигналы сводить в усилителе в единый сигнал. Разделенные сигналы надо усиливать по отдельности. Как видим, активные кроссоверы применяются в дорогих звуковых системах высокого качества. 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. 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.
Фазовый сдвиг
Теперь поговорим о фазовых сдвигах, которые могут возникать в звуковых системах, использующих кроссоверы. Фазовый сдвиг — это неизбежное явление, являющееся следствием конструктивных особенностей high-pass, low-pass и band-pass фильтров. Фаза — это временная связь двух сигналов. Измеряется фаза в градусах от 0 до 360. Если два одинаковых динамика излучают звуковые волны в противоположной фазе (фазовый сдвиг 180 градусов), то происходит ослабление звука. Проблема устраняется изменением полярности на одном из динамиков . Когда акустическая система состоит их разных динамиков, работающих в различных частотных диапазонах (твитер и мидвуфер), то устранение фазового сдвига не всегда решается простой сменой «+» на «-«. Длина волны от твитера короче, чем от мидвуфера. Поэтому фронт высокочастотной волны может достигнуть слушателя позже (или раньше) фронта среднечастотной (или низкочастотной) волны. Эта временная задержка является следствием фазового сдвига. Оптимизировать звуковую картину в данном случае можно путем физического выравнивания двух динамиков относительно друг друга в вертикальной плоскости до момента улучшения звуковой картины. К примеру, при частоте волны 1000 Гц временная задержка в одну милисекунду устраняется сдвигом динамиков друг относительно друга на 30 см.
Настройка активного кроссовера
Самое важное в настройке кроссовера — это правильный выбор частоты среза. Если мы имеем трехполосный активный кроссовер, то значит перед нами стоит задача в определении двух точек (частот) среза. Первая точка определяет частоту среза для сабвуфера (low-pass) и начало среднечастотного диапазона для мидвуфера (high-pass). Вторая точка определяет частоту окончания среднего диапазона (low-pass) и отправную частоту высокочастотного диапазона для твитера (high-pass). Самое главное, при установке частот среза кроссовера помнить о частотных характеристиках динамика и не в коем случае не нагружать динамик частотами, которые не входят в его рабочий диапазон. К примеру, если сабвуфер немного гремит или издает гул (неприятный резонанс корпуса автомобиля) значит он перегружен нежелательными для него средними частотами (выше 100 Гц). Перенесите частоту среза (low-pass) на отметку 75 Гц и/или установите, если возможно, чувствительность на 18 Дб или 24 Дб на октаву. Напомним, что увеличение порядка чувствительности кроссовера (величина dB/octave) более качественно срезает ненужные частоты, не давая им просачиваться через фильтр. Порядок чувствительности high-pass фильтров для мидвуфера можно оставить на 12 Дб/октава (для «мягких» среднечастотных динамиков). Подобная настройка активного кроссовера называется асимметричной.
| Тип динамика | Частота среза | Частота среза |
| Твитер (tweeter) | high-pass @ 4,000 Hz | |
| Среднечастот. дин. (midrange) | high-pass @ 500 Hz | low-pass @ 4,000 Hz |
| Басовый динамик (midbass) | high-pass @ 100 Hz | low-pass @ 500 Hz |
| Сабвуфер (subwoofer) | low-pass @ 100 Hz |
В этой таблице приведены начальные величины частот среза для различных типов динамиков при настройке активных кроссоверов.
Встроенный кроссовер в динамике
Если в автомобиль устанавливаются колонки промышленного образца, то они, как правило, уже оборудованы встроенными частотными фильтрами. В них используются конденсаторы и индуктивности. Часто для согласования сопротивления громкоговорителя и усилителя низкой частоты в фильтры ставятся постоянные резисторы.
Классический универсальный кроссовер второго порядка предназначен для работы с трёхполосными акустическими системами и обеспечивает крутизну подавления частот 12 dBна октаву. При повторении конструкции не рекомендуется ставить в фильтр электролитические конденсаторы, а использовать плёночные, специально предназначенные для работы в фильтрах акустических систем. Обычно радиолюбители приобретают дорогие конденсаторы зарубежного производства, но вполне можно обойтись отечественными К73-16. Оптимальным вариантом для акустических кроссоверов будет использование аксиальных полипропиленовых конденсаторов К78-34, которые специально разработаны для применения в акустических системах высокого класса.
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.
Устройство и принцип работы
Кроссовер собирается на основе малогабаритной печатной платы, на которой предусмотрены точки для подключения входящего кабеля. Изделие оборудуется несколькими парами выходов, позволяющих подсоединить динамики для воспроизведения низкого, среднего и высокого частотного диапазонов. Число выходов зависит от количества используемых фильтров. В конструкцию оборудования входят катушки индуктивности и конденсаторы, обеспечивающие разделение частотных интервалов.
Конструктивно кроссовер представляет собой двойной электрический фильтр. Если устройство рассчитано на частоту среза 2000 Гц, то первичный фильтр обеспечивает обрезку нижней части диапазона; вторичный — пропуск частот до 2000 Гц, обрезая высший диапазон. Пересечение частотных кривых от фильтров дает частоту среза. Существуют устройства, дополненные фильтром среднего диапазона, удаляющего звуки из музыки в интервале частот от 600 Гц до 5 кГц.
Всего существует 4 разновидности кроссоверов:
- Изделия первого уровня собраны на базе конденсатора и катушки. Обеспечивают обрезку низко- и среднечастотных сигналов в цепи коммутации твиттера. Из-за упрощенной конструкции отсутствует фазовый сдвиг между репродукторами.
- Кроссоверы Баттерворта, или второго уровня, предназначены для передачи сигнала к твиттеру и сабвуферу. Оборудование поддерживает сдвиг фазы на 180°, что нарушает синхронный ход мембран в динамиках. Для исключения негативного эффекта необходимо зеркально изменить полярность подключения кабелей к твиттеру.
- Узлы третьего уровня оборудованы 1 катушкой и 2 конденсаторами для высокочастотного динамика и обратной схемой — для низкочастотного громкоговорителя. Оборудование обеспечивает высокие фазовые параметры вне зависимости от полярности подключения динамиков. Изделия не позволяют использовать временные задержки для улучшения звучания акустики в автомобиле.
- Кроссоверы четвертого уровня обеспечивают сдвиг фазы на 360°, что нивелирует негативный акустический эффект. Значение сдвига нестабильно, это приводит к сбоям в работе кроссовера.
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 авто.
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.
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 о 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…
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.
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. 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.
Типы автомобильных кроссоверов
Существует два основных типа кроссоверов, каждый из которых лучше всего подходит для конкретных ситуаций:
- Пассивные кроссоверы — расположены между усилителем и динамиками. Отфильтровывают нежелательные частоты. Некоторые ораторы имеют встроенные пассивные кроссоверы. Поскольку эти кроссоверы просто подключаются между усилителем и динамиками, их относительно легко установить. Однако существует определенная степень неэффективности, присущая пассивным кроссоверам.
- Активные кроссоверы. Они также известны как электронные кроссоверы. Являются более сложными и более дорогими, чем пассивные. Для активных кроссоверов требуются источники питания, но они не теряют энергию, фильтруя усиленные сигналы, как это делают пассивные устройства.
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
Как подсоединить колонки двухкомпонентных систем
Примерно 80% автолюбителей, которые устанавливают компонентные звуковые системы, ограничиваются установкой дополнительных пищалок. Некоторым этого мало, так как достичь наивысшего качества звучания невозможно без «прорисовки» нижних частот звукового спектра на грани пределов человеческого слуха.
Препятствия на пути распространения колебаний самых низких частот ухудшают качество незначительно. Поэтому работающие в нижней звуковой полосе огромные сабвуферы размещают в багажнике либо на задней полке салона.
Компонентная система автомобильного звука может содержать от 2 (включая твиттер) колонок на канал до 4, 6 и более
Таким образом, компонентная система автомобильного звука может содержать от 2 (включая твитер) колонок на канал до 4, 6 и более. Практическая реализация зависит от эстетических требований владельца автомобиля, его желания тратить деньги и время на их достижение.
Схема поканального подключения компонентов АС
Все составляющие аудиосистемы соединяются между собой проводами. Слабенькие пищалки можно подключать практически любыми проводами. Совсем другое дело сабвуферы. При мощности 100 Вт динамику потребуется ток около 8 А. Чтобы не ошибиться, лучше всего использовать специализированный акустический кабель сечением провода не менее 2,5 кв. мм.
Для соединения проводов между собой и с колонками в зависимости от особенностей конструкции используют стандартные разъемы, клеммы или скрутку с обязательной пайкой
Провода для подключения колонок прокладывают в малодоступных местах, укрывая под съёмными обшивками по возможности подальше от остальных жгутов. В двери звуковые магистрали заводят через штатные резиновые чехлы-гармошки.
Следуя изложенным выше рекомендациям, любой владелец сможет оснастить свой автомобиль хорошим звуком. Сколько будет использоваться динамиков, где именно они будут устанавливаться — зависит от конструктивных особенностей машины и желания её владельца. А секрет успеха заключается в наличии необходимых комплектующих и аккуратности при выполнении работ.
