Audio crossover - Audio crossover

Pasivní dvoucestný crossover navržený pro provoz při napětí reproduktorů .

Zvukové výhybky jsou typem elektronických filtračních obvodů, které rozdělují zvukový signál do dvou nebo více frekvenčních rozsahů, takže signály lze odesílat do reproduktorových reproduktorů, které jsou navrženy tak, aby fungovaly v různých frekvenčních rozsazích. Crossover filtry mohou být aktivní nebo pasivní . Často jsou popisovány jako obousměrné nebo třícestné , což znamená, že crossover rozděluje daný signál do dvou frekvenčních rozsahů nebo tří frekvenčních rozsahů. Crossovery se používají v reproduktorových skříních , výkonových zesilovačích ve spotřební elektronice ( hi-fi , zvuk domácího kina a audio do auta ) a v produktech pro zesilovače zvuku a hudebních nástrojů. Na posledních dvou trzích se crossovery používají v basových zesilovačích , klávesových zesilovačích , skříních reproduktorů pro basy a klávesnice a v systému vybavení pro zesílení zvuku (reproduktory PA, reproduktory monitoru, systémy subwooferů atd.).

Používají se crossovery, protože většina jednotlivých reproduktorových měničů není schopna pokrýt celé zvukové spektrum od nízkých frekvencí po vysoké frekvence s přijatelnou relativní hlasitostí a bez zkreslení . Většina hi-fi reproduktorových systémů a reproduktorových skříní systému zesílení zvuku využívá kombinaci více reproduktorových reproduktorů, z nichž každý je vybaven jiným frekvenčním pásmem . Standardní jednoduchý příklad je ve skříních hi-fi a PA systému, které obsahují basový reproduktor pro nízké a střední frekvence a výškový reproduktor pro vysoké frekvence. Protože zdroj zvukového signálu, ať už je to hudba z přehrávače CD nebo mix živého pásma ze zvukové konzoly , má všechny nízké, střední a vysoké frekvence, je k rozdělení zvukového signálu do oddělených frekvenčních pásem použit křížený obvod které lze samostatně směrovat do reproduktorů, výškových reproduktorů nebo klaksonů optimalizovaných pro tato frekvenční pásma.

Pasivní crossovery jsou pravděpodobně nejběžnějším typem audio crossoveru. Využívají síť pasivních elektrických komponent (např. Kondenzátorů, induktorů a rezistorů) k rozdělení zesíleného signálu pocházejícího z jednoho výkonového zesilovače tak, aby jej bylo možné odeslat do dvou nebo více reproduktorových měničů (např. Basového reproduktoru a velmi nízké frekvence subwoofer nebo basový reproduktor a výškový reproduktor nebo kombinace basového reproduktoru se středním rozsahem a výškovým reproduktorem).

Aktivní výhybky se odlišují od pasivních výhybek v tom, že rozdělují zvukový signál před stupeň zesílení výkonu, takže jej lze odeslat do dvou nebo více výkonových zesilovačů, z nichž každý je připojen k samostatnému reproduktoru reproduktoru. Zvukové systémy prostorového zvuku domácího kina 5.1 používají crossover, který odděluje signál s velmi nízkou frekvencí, takže jej lze odeslat do subwooferu , a poté odeslat zbývající frekvence s nízkým, středním a vysokým rozsahem do pěti reproduktorů, které jsou umístěné kolem posluchače. V typické aplikaci jsou signály odeslané do skříní prostorových reproduktorů dále rozděleny pomocí pasivního crossoveru na basový reproduktor s nízkým/středním rozsahem a výškový reproduktor s vysokým rozsahem. Aktivní crossovery přicházejí v digitální i analogové variantě.

Digitální aktivní crossovery často zahrnují další zpracování signálu, jako je omezení, zpoždění a ekvalizace. Crossovery signálu umožňují rozdělení zvukového signálu na pásma, která jsou zpracovávána samostatně, než jsou znovu smíchána. Některé příklady jsou vícepásmové dynamika ( komprese , limitující , de-essing ), vícepásmové zkreslení , zvýraznění basů, vysoké frekvence budiče a snížení hluku , jako je snížení Dolby hluk .

Přehled

Porovnání odezvy velikosti 2 pole Butterworth a Linkwitz-Riley crossover filtrů. Souhrnný výkon Butterworthových filtrů má špičku +3dB na dělící frekvenci.

Definice ideálního zvukového crossoveru se mění v závislosti na aktuálním úkolu a zvukové aplikaci. Pokud mají být jednotlivá pásma opět smíchána (jako při zpracování více pásem), pak by ideální zvukový crossover rozdělil příchozí zvukový signál do samostatných pásem, která se nepřekrývají ani nereagují a která mají za následek výstupní signál beze změny frekvence , relativní úrovně a fázová odezva . Tento ideální výkon lze pouze přiblížit. Jak implementovat nejlepší aproximaci, je předmětem živé debaty. Na druhou stranu, pokud zvukový crossover odděluje zvuková pásma v reproduktoru, neexistuje žádný požadavek na matematicky ideální charakteristiky v samotném crossoveru, protože frekvence a fázová odezva reproduktorových reproduktorů v jejich držácích zatmění výsledků. Cílem návrhu je uspokojivý výstup celého systému zahrnujícího zvukový crossover a ovladače reproduktorů v jejich skříních. Takového cíle je často dosaženo použitím neideálních, asymetrických charakteristik křížového filtru.

Ve zvuku se používá mnoho různých typů crossoverů, ale obecně patří do jedné z následujících tříd.

Klasifikace

Klasifikace na základě počtu sekcí filtru

Reproduktory jsou často klasifikovány jako „N-way“, kde N je počet ovladačů v systému. Například reproduktor s basovým reproduktorem a výškovým reproduktorem je 2pásmový reproduktorový systém. N-pásmový reproduktor má obvykle N-pásmový crossover pro rozdělení signálu mezi řidiče. Dvoucestný crossover se skládá z dolního a horního filtru. Třícestný crossover je konstruován jako kombinace dolních , pásmových a horních propustí (LPF, BPF a HPF). Sekce BPF je zase kombinací sekcí HPF a LPF. 4 (a více) crossovery nejsou v konstrukci reproduktorů příliš obvyklé, a to především kvůli složitosti, která není obecně odůvodněna lepším akustickým výkonem.

V crossoveru reproduktoru „N-way“ může být přítomen další oddíl HPF, který chrání měnič nejnižší frekvence před frekvencemi nižšími, než jaké může bezpečně zvládnout. Takový crossover by pak měl pásmový filtr pro ovladač s nejnižší frekvencí. Podobně může mít ovladač s nejvyšší frekvencí ochrannou sekci LPF, aby se zabránilo poškození vysokými frekvencemi, i když to je mnohem méně běžné.

V poslední době začala řada výrobců používat pro crossovery stereofonních reproduktorů to, čemu se často říká crossovery „N.5-way“. To obvykle naznačuje přidání druhého basového reproduktoru, který hraje stejný basový rozsah jako hlavní basový reproduktor, ale odvaluje se daleko dříve, než hlavní basový reproduktor.

Poznámka: Zde uvedené sekce filtrů nelze zaměňovat s jednotlivými 2pólovými filtračními sekcemi, ze kterých se skládá filtr vyššího řádu.

Klasifikace podle složek

Crossovery lze také klasifikovat podle typu použitých komponent.

Pasivní

Pasivní křížený obvod je často namontován v krytu reproduktoru, aby rozdělil zesílený signál na rozsah signálu s nižší frekvencí a rozsah signálu s vyšší frekvencí.

Pasivní crossover rozděluje zvukový signál poté, co je amplifikovaný jediným výkonovým zesilovačem , takže zesílený signál může být odeslán do dvou nebo více typů ovladačů, z nichž každý pokrývá různé frekvenční rozsahy. Tyto crossovery jsou vyrobeny výhradně z pasivních komponent a obvodů; termín „pasivní“ znamená, že pro obvody není potřeba žádný další zdroj energie. Pasivní crossover stačí připojit kabelem k signálu výkonového zesilovače. Pasivní crossovery jsou obvykle uspořádány v topologii Cauer, aby se dosáhlo efektu Butterworthova filtru . Pasivní filtry používají odpory kombinované s reaktivními součástmi, jako jsou kondenzátory a induktory . Velmi vysoce výkonné pasivní crossovery budou pravděpodobně dražší než aktivní crossovery, protože jednotlivé komponenty schopné dobrého výkonu při vysokých proudech a napětí, při nichž jsou reproduktorové soustavy poháněny, se vyrábějí obtížně.

Levné výrobky spotřební elektroniky , jako jsou cenově dostupné domácí kina v krabicích a levné boom boxy , využívají pasivní crossovery nižší kvality, často využívající filtrační sítě nižšího řádu s menším počtem komponent. Drahé hi-fi reproduktorové systémy a přijímače využívají pasivnější crossovery vyšší kvality, aby získaly lepší kvalitu zvuku a nižší zkreslení. Stejný přístup cena/kvalita se používá u zařízení systému zesílení zvuku a zesilovačů hudebních nástrojů a reproduktorových skříní; levný stolní monitor , reproduktor PA nebo reproduktorový zesilovač basového zesilovače obvykle používají nižší kvalitu, nižší cenu pasivních crossoverů, zatímco vysoce kvalitní skříně využívají kvalitnější crossovery. Pasivní crossovery mohou využívat kondenzátory vyrobené z polypropylenu , metalizované polyesterové fólie, technologie papíru a elektrolytických kondenzátorů. Induktory mohou mít vzduchová jádra, prášková kovová jádra, feritová jádra nebo jádra z laminované silikonové oceli a většina je navinuta smaltovaným měděným drátem.

Některé pasivní sítě obsahují zařízení, jako jsou pojistky , zařízení PTC, žárovky nebo jističe, které chrání ovladače reproduktorů před náhodným přepnutím (např. Před náhlými přepětími nebo špičkami). Moderní pasivní crossovery stále více začleňují vyrovnávací sítě (např. Sítě Zobel ), které kompenzují změny impedance frekvencí vlastní prakticky všem reproduktorům. Problém je složitý, protože část změny impedance je způsobena změnami akustického zatížení napříč pásmem řidiče.

Dvě nevýhody pasivních sítí spočívají v tom, že mohou být objemné a způsobit ztrátu napájení. Jsou nejen frekvenčně specifické, ale také specifické pro impedanci (tj. Jejich odezva se liší podle elektrického zatížení, ke kterému jsou připojeny). To brání jejich zaměnitelnosti s reproduktorovými systémy s různými impedancemi. Ideální crossover filtry, včetně kompenzace impedance a vyrovnávacích sítí, může být velmi obtížné navrhnout, protože komponenty na sebe vzájemně působí komplexním způsobem. Expert na crossover design Siegfried Linkwitz o nich řekl, že „jedinou omluvou pro pasivní crossovery jsou jejich nízké náklady. Jejich chování se mění s dynamikou ovladačů závislou na úrovni signálu. Blokují koncovému zesilovači maximální kontrolu nad pohybem cívky. jsou ztrátou času, pokud je cílem přesnost reprodukce. “ Alternativně mohou být pasivní komponenty použity ke konstrukci filtračních obvodů před zesilovačem. Tato implementace se nazývá pasivní crossover na úrovni řádků.

Aktivní

Schéma implementace třípásmové aktivní crossoverové sítě pro použití se stereo třípásmovým reproduktorovým systémem.

Aktivní crossover obsahuje ve svých filtrech aktivní komponenty, jako jsou tranzistory a operační zesilovače. V posledních letech je nejčastěji používaným aktivním zařízením operační zesilovač . Na rozdíl od pasivních crossoverů, které pracují po výstupu výkonového zesilovače vysokým proudem a v některých případech vysokého napětí , jsou aktivní crossovery provozovány na úrovních, které jsou vhodné pro vstupy výkonových zesilovačů. Na druhou stranu všechny obvody se ziskem zavádějí šum a takový šum má škodlivý účinek, pokud je zaveden před zesilováním signálu výkonovými zesilovači.

Aktivní crossovery vždy vyžadují použití výkonových zesilovačů pro každé výstupní pásmo. 2pásmový aktivní crossover tedy potřebuje dva zesilovače-jeden pro basový reproduktor a jeden pro výškový reproduktor . To znamená, že reproduktorový systém založený na aktivních crossoverech bude často stát více než systém založený na pasivním crossoveru. Navzdory nevýhodám nákladů a komplikací poskytují aktivní crossovery oproti pasivním následující výhody:

Typické použití aktivního crossoveru, i když pasivní crossover lze umístit podobně před zesilovače.
  • frekvenční odezva nezávislá na dynamických změnách elektrických charakteristik řidiče (např. zahřátím kmitací cívky)
  • typicky možnost snadného způsobu změny nebo jemného doladění každého frekvenčního pásma podle konkrétních použitých ovladačů. Příkladem může být sklon přechodu, typ filtru (např. Bessel , Butterworth, Linkwitz-Riley atd.), Relativní úrovně atd.
  • lepší izolace každého ovladače od signálů zpracovávaných jinými řidiči, čímž se sníží intermodulační zkreslení a přetížení
  • výkonové zesilovače jsou přímo připojeny k reproduktorovým reproduktorům, čímž se maximalizuje ovládání tlumení zesilovače hlasovou cívkou reproduktoru, což snižuje důsledky dynamických změn elektrických charakteristik měniče, přičemž všechny pravděpodobně zlepšují přechodovou odezvu systému
  • snížení požadavku na výkon zesilovače. Bez ztráty energie v pasivních komponentách jsou požadavky na zesilovače výrazně sníženy (v některých případech až o 1/2), což snižuje náklady a potenciálně zvyšuje kvalitu.

Digitální

Aktivní crossovery lze implementovat digitálně pomocí digitálního signálového procesoru nebo jiného mikroprocesoru . Buď používají digitální aproximace tradičních analogových obvodů, známých jako IIR filtry ( Bessel , Butterworth, Linkwitz-Riley atd.), Nebo používají filtry FIR (Finite Impulse Response) . Filtry IIR mají mnoho podobností s analogovými filtry a jsou relativně nenáročné na zdroje CPU; FIR filtry na druhé straně mají obvykle vyšší řád, a proto vyžadují více zdrojů pro podobné charakteristiky. Mohou být navrženy a vyrobeny tak, aby měly lineární fázovou odezvu, což mnozí považují za žádoucí pro reprodukci zvuku. Existují však nevýhody - aby se dosáhlo lineární fázové odezvy, dochází k delšímu zpoždění, než by bylo nutné u filtrů IIR nebo FIR s minimální fází. IIR filtry, které jsou od přírody rekurzivní, mají tu nevýhodu, že pokud nejsou pečlivě navrženy, mohou vstupovat do mezních cyklů, což má za následek nelineární zkreslení.

Mechanické

Tento typ crossoveru je mechanický a využívá vlastností materiálů v membráně řidiče k dosažení nezbytného filtrování. Takové crossovery se běžně vyskytují v širokopásmových reproduktorech, které jsou navrženy tak, aby pokryly co největší část zvukového pásma. Jeden takový je zkonstruován spojením kuželu reproduktoru s cívkou kmitací cívky prostřednictvím vyhovující sekce a přímým připojením malého lehkého kuželového kužele k cívce. Tato vyhovující část slouží jako vyhovující filtr, takže hlavní kužel není při vyšších frekvencích vibrován. Whizzer kužel reaguje na všechny frekvence, ale díky své menší velikosti poskytuje užitečný výstup pouze na vyšších frekvencích, čímž je implementována funkce mechanického crossoveru. Pečlivý výběr materiálů použitých pro kuželové, svištní a závěsné prvky určuje frekvenci crossoveru a účinnost crossoveru. Takové mechanické crossovery jsou složité na konstrukci, zvláště pokud je požadována vysoká věrnost. Počítačem podporovaný design do značné míry nahradil pracný přístup pokusů a omylů, který byl historicky používán. Během několika let se shoda materiálů může změnit, což negativně ovlivní frekvenční odezvu reproduktoru.

Běžnějším přístupem je použít protiprachový kryt jako vysokofrekvenční zářič. Prachový kryt vyzařuje nízké frekvence, pohybuje se jako součást hlavní sestavy, ale díky nízké hmotnosti a sníženému tlumení vyzařuje zvýšenou energii při vyšších frekvencích. Stejně jako u kuželů whizzeru je nutný pečlivý výběr materiálu, tvaru a polohy, aby byl zajištěn plynulý a rozšířený výstup. Vysokofrekvenční disperze je pro tento přístup poněkud odlišná než pro kužely whizzerů. Souvisejícím přístupem je tvarovat hlavní kužel s takovým profilem a z takových materiálů, aby oblast krku zůstala pevnější a vyzařovala všechny frekvence, zatímco vnější oblasti kužele byly selektivně odděleny a vyzařovaly pouze při nižších frekvencích. Profily a materiály kužele lze modelovat pomocí softwaru pro analýzu konečných prvků a výsledky předpovídat s vynikajícími tolerancemi.

Reproduktory, které používají tyto mechanické crossovery, mají určité výhody v kvalitě zvuku navzdory obtížím při jejich navrhování a výrobě a navzdory nevyhnutelným omezením výstupu. Ovladače s plným rozsahem mají jediné akustické centrum a mohou mít relativně mírné fázové změny v celém zvukovém spektru. Pro dosažení nejlepšího výkonu při nízkých frekvencích vyžadují tyto ovladače pečlivý design skříně. Jejich malá velikost (typicky 165 až 200 mm) vyžaduje značnou odchylku kužele pro efektivní reprodukci basů, ale krátké cívky požadované pro přiměřený vysokofrekvenční výkon se mohou pohybovat pouze v omezeném rozsahu. Nicméně v rámci těchto omezení jsou náklady a komplikace sníženy, protože nejsou vyžadovány žádné crossovery.

Klasifikace na základě pořadí filtrů nebo sklonu

Stejně jako filtry mají různé pořadí, mají i crossovery v závislosti na sklonu filtru, který implementují. Konečný akustický sklon může být zcela určen elektrickým filtrem nebo může být dosažen kombinací sklonu elektrického filtru s přirozenými charakteristikami řidiče. V prvním případě je jediným požadavkem, aby každý řidič měl plochou odezvu alespoň do bodu, kdy je jeho signál přibližně o -10 dB nižší než propustné pásmo. V druhém případě je konečný akustický sklon obvykle strmější než u použitých elektrických filtrů. Akustický crossover třetího nebo čtvrtého řádu má často jen elektrický filtr druhého řádu. To vyžaduje, aby se reproduktory dobře chovaly značným způsobem od nominální dělící frekvence, a dále aby vysokofrekvenční budič byl schopen přežít značný vstup ve frekvenčním rozsahu pod svým dělícím bodem. Toho je ve skutečné praxi obtížné dosáhnout. V níže uvedené diskusi jsou diskutovány charakteristiky pořadí elektrických filtrů, po nichž následuje diskuse o crossoverech s tímto akustickým sklonem a jejich výhodách nebo nevýhodách.

Většina zvukových crossoverů používá elektrické filtry prvního až čtvrtého řádu. Vyšší objednávky nejsou obecně implementovány v pasivních crossoverech pro reproduktory, ale někdy se vyskytují v elektronických zařízeních za okolností, pro které lze jejich značné náklady a složitost odůvodnit.

První objednávka

Filtry prvního řádu mají sklon 20 dB/ dekáda (nebo 6 dB/ oktáva ). Všechny filtry prvního řádu mají charakteristiku Butterworthova filtru. Mnoho audiofilů považuje filtry prvního řádu za ideální pro crossovery. Důvodem je, že tento typ filtru je „přechodný dokonalý“, což znamená, že součet výstupů dolního a vysokého průchodu prochází amplitudou i fází beze změny v celém rozsahu zájmu. Používá také nejméně částí a má nejnižší ztrátu vložení (pokud je pasivní). Crossover prvního řádu umožňuje průchod většího obsahu signálu sestávajícího z nežádoucích frekvencí v sekcích LPF a HPF než konfigurace vyššího řádu. Zatímco basové reproduktory to mohou snadno zvládnout (kromě generování zkreslení na frekvencích vyšších než ty, které mohou správně reprodukovat), menší vysokofrekvenční měniče (zejména výškové reproduktory) jsou pravděpodobněji poškozeny, protože nejsou schopné zvládnout velké příkony na frekvencích pod jejich jmenovitým dělícím bodem.

V praxi je obtížné navrhnout reproduktorové systémy se skutečnými akustickými sklony prvního řádu, protože vyžadují velkou překrývající se šířku pásma měniče a mělké svahy znamenají, že nekoincidující měniče zasahují v širokém frekvenčním rozsahu a způsobují velké posuny odezvy mimo osu.

Druhá objednávka

Filtry druhého řádu mají sklon 40 dB/dekáda (nebo 12 dB/oktáva). Filtry druhého řádu mohou mít charakteristiku Bessel , Linkwitz-Riley nebo Butterworth v závislosti na volbě designu a použitých komponentách. Toto pořadí se běžně používá v pasivních crossoverech, protože nabízí rozumnou rovnováhu mezi složitostí, odezvou a ochranou frekvenčního měniče. Když jsou tyto crossovery navrženy s časově zarovnaným fyzickým umístěním, mají symetrickou polární odezvu, stejně jako všechny crossovery se sudým řádem.

Běžně se má za to, že mezi výstupy nízkoprůchodového filtru (druhého řádu) a horního propusti se stejnou dělící frekvencí bude vždy existovat fázový rozdíl 180 °. A tak ve 2cestném systému je výstup sekce horního průchodu obvykle připojen k vysokofrekvenčnímu budiči „invertovaně“, aby se tento problém fáze napravil. U pasivních systémů je výškový reproduktor zapojen s opačnou polaritou než basový reproduktor; u aktivních výhybek je výstup horní propusti invertován. V 3cestných systémech je ovladač nebo filtr střední třídy invertován. To však obecně platí pouze v případě, že reproduktory mají široký přesah odezvy a akustická centra jsou fyzicky zarovnána.

Třetí objednávka

Filtry třetího řádu mají sklon 60 dB/dekádu (nebo 18 dB/oktávu). Tyto crossovery mají obvykle charakteristiku Butterworthova filtru; fázová odezva je velmi dobrá, součet úrovní je plochý a ve fázové kvadratuře , podobný crossoveru prvního řádu. Polární reakce je asymetrická. V původním uspořádání D'Appolito MTM se používá symetrické uspořádání ovladačů k vytvoření symetrické odezvy mimo osu při použití crossoverů třetího řádu. Akustické crossovery třetího řádu jsou často postaveny z filtračních obvodů prvního nebo druhého řádu.

Čtvrtý řád

Crossover svahy čtvrtého řádu zobrazené na měření přenosové funkce Smaart .

Filtry čtvrtého řádu mají sklon 80 dB/desetiletí (nebo 24 dB/oktáva). Tyto filtry jsou relativně složité na navrhování v pasivní formě, protože komponenty na sebe vzájemně působí, ale moderní návrhový software pro optimalizaci crossoverů podporovaný počítačem může vytvářet přesné návrhy. Pasivní sítě ve strmém svahu jsou méně tolerantní k odchylkám nebo tolerancím hodnot dílů a citlivější na chybné ukončení s reaktivními zatíženími ovladačů (i když to je také problém crossoverů nižšího řádu). Crossover 4. řádu s křížovým bodem −6 dB a plochým součtem je také známý jako crossover Linkwitz-Riley (pojmenovaný po jeho vynálezcích) a lze jej zkonstruovat v aktivní formě kaskádováním dvou filtračních sekcí Butterworth 2. řádu. Výstupní signály tohoto pořadí crossoverů jsou fázové, čímž se zabrání částečné fázové inverzi, pokud jsou crosspassové pásmové průchody elektricky sečteny, protože by byly ve výstupním stupni vícepásmového kompresoru . Crossovery používané v konstrukci reproduktorů nevyžadují, aby části filtru byly ve fázi; hladkých výstupních charakteristik je často dosahováno použitím neideálních, asymetrických charakteristik křížového filtru. Mezi možné topologie crossoverů patří Bessel, Butterworth a Chebyshev.

Takové filtry se strmým sklonem mají větší problémy s překmitem a vyzváněním, ale existuje několik klíčových výhod, a to i v pasivní formě, jako je potenciál pro nižší bod křížení a vyšší výkon pro výškové reproduktory, spolu s menším překrýváním mezi ovladači, což dramaticky snižuje lobing nebo jiné nevítané efekty mimo osu. S menším překrytím mezi sousedními ovladači se jejich vzájemná poloha stává méně kritickou a umožňuje větší volnost v kosmetice reproduktorových systémů nebo (v autorádiu) praktických instalačních omezeních.

Vyšší řád

Pasivní crossovery poskytující akustické sklony vyšší než čtvrtého řádu nejsou běžné z důvodu nákladů a složitosti. Filtry se sklonem až 96 dB na oktávu jsou k dispozici v aktivních crossoverech a systémech správy reproduktorů.

Smíšené pořadí

Crossovery mohou být také konstruovány s filtry smíšeného pořadí. Například nízkoprůchodový filtr druhého řádu lze kombinovat s horním filtrem třetího řádu. Ty jsou obecně pasivní a používají se z několika důvodů, často když jsou hodnoty komponent nalezeny optimalizací počítačového programu. Crossover výškového reproduktoru vyššího řádu může někdy pomoci kompenzovat časový posun mezi basovým reproduktorem a výškovým reproduktorem způsobený nevyrovnanými akustickými středy.

Klasifikace založená na topologii obvodů

Topologie sériových a paralelních crossoverů. Sekce HPF a LPF pro sériový crossover jsou zaměněny s ohledem na paralelní crossover, protože se objevují ve zkratu s nízkofrekvenčními a vysokofrekvenčními měniči.

Paralelní

Paralelní crossovery jsou zdaleka nejběžnější. Elektricky jsou filtry rovnoběžné, a proto různé filtrační sekce nereagují. To usnadňuje navrhování obousměrných přechodů, protože pokud jde o elektrickou impedanci, sekce lze považovat za oddělené a protože rozdíly tolerance součástí budou izolované, ale stejně jako všechny crossovery, konečný návrh spoléhá na to, že výstup měničů bude akusticky komplementární a to zase vyžaduje pečlivé přizpůsobení amplitudy a fáze podkladového crossoveru. Paralelní výhybky mají také tu výhodu, že umožňují obousměrné zapojení reproduktorových reproduktorů , což je funkce, o jejíž výhodách se vedou ostré spory.

Série

V této topologii jsou jednotlivé filtry zapojeny do série a ovladač nebo kombinace ovladačů je připojena paralelně s každým filtrem. Abyste porozuměli signálové cestě v tomto typu crossoveru, podívejte se na obrázek „Crossover série“ a zvažte vysokofrekvenční signál, který má v určitém okamžiku kladné napětí na horní vstupní svorce ve srovnání se spodní vstupní svorkou. Dolní propust představuje vysokou impedanci signálu a výškový reproduktor nízkou impedanci; signál tedy prochází výškovým reproduktorem. Signál pokračuje do bodu spojení mezi basovým reproduktorem a horním filtrem. Tam HPF vykazuje nízkou impedanci signálu, takže signál prochází HPF a objevuje se na dolním vstupním terminálu. Nízkofrekvenční signál s podobnou charakteristikou okamžitého napětí nejprve prochází LPF, poté basovým reproduktorem a objeví se na spodním vstupním terminálu.

Odvozený

Odvozené crossovery zahrnují aktivní crossovery, ve kterých je jedna z reakcí crossoveru odvozena od druhé pomocí diferenciálního zesilovače. Například rozdíl mezi vstupním signálem a výstupem horní propusti je dolní propust. Když je tedy diferenciální zesilovač použit k extrakci tohoto rozdílu, jeho výstup tvoří sekci dolní propusti. Hlavní výhodou odvozených filtrů je, že při jakékoli frekvenci nevytvářejí žádný fázový rozdíl mezi sekcemi horního a dolního průchodu. Nevýhody jsou buď:

  1. že úseky horního a dolního průchodu mají často ve svých zastavovacích pásmech různé úrovně útlumu, tj. jejich svahy jsou asymetrické, popř.
  2. že odezva jedné nebo obou sekcí vrcholí v blízkosti dělící frekvence nebo obou.

V případě (1) výše je obvyklou situací, že odvozená dolní propust zeslabuje mnohem pomaleji než pevná odpověď. To vyžaduje, aby reproduktor, ke kterému je směrován, nadále reagoval na signály hluboko do zastavovacího pásma, kde jeho fyzické vlastnosti nemusí být ideální. V případě bodu (2) výše musí oba reproduktory pracovat s vyšší úrovní hlasitosti, protože signál se blíží přechodovým bodům. To využívá větší výkon zesilovače a může vést kužely reproduktorů k nelinearitě.

Modely a simulace

Profesionálové a fandové mají přístup k řadě počítačových nástrojů, které dříve nebyly k dispozici. Tyto počítačové měřicí a simulační nástroje umožňují modelování a virtuální návrh různých částí reproduktorového systému, což výrazně urychluje proces návrhu a zlepšuje kvalitu reproduktoru. Tyto nástroje se pohybují od komerčních až po bezplatné nabídky. Jejich rozsah se také liší. Některé se mohou zaměřit na design basového reproduktoru/skříně a problémy související s objemem a porty skříně (pokud existují), zatímco jiné se mohou zaměřit na crossover a frekvenční odezvu. Některé nástroje například simulují odezvu ozvučnice.

V době před počítačovým modelováním bylo cenově dostupné a rychlé simulování kombinovaných efektů ovladačů, crossoverů a kabinetů, řada problémů mohla zůstat bez povšimnutí designéra reproduktorů. Například zjednodušující třípásmové výhybky byly navrženy jako dvojice obousměrných výhybek: výškový/střední rozsah a druhý středový/basový reproduktor. To by mohlo způsobit nadměrný zisk a odezvu „kupky sena“ ve výstupu středního rozsahu spolu s nižší než očekávanou vstupní impedancí. Bez povšimnutí mohou také zůstat jiné problémy, jako je nesprávné přizpůsobení fází nebo neúplné modelování křivek impedance ovladače. Tyto problémy nebylo nemožné vyřešit, ale vyžadovaly více iterací, času a úsilí než dnes.

Viz také

Reference

externí odkazy