Аудио кроссоверы

Каждый современный динамик довольно ограничен в своих возможностях, так как не способен воспроизвести весь спектр звуковых частот. Его эффективная работа определена определенным диапазоном воспроизводимых частот, причем ширина этого диапазона довольно небольшая. Ограничения по частоте связаны с резонансной частотой подвижной системы его конструкции (верхняя граница) и механическими свойствами диффузора, такими как масса и жесткость (нижняя граница). Звук, выходящий за пределы частотного диапазона динамика, искажается, либо существенно снижается звуковое давление. Напомним, что человеческое ухо воспринимает звуковые сигналы частотой 20 -20 000 Гц, это довольно широкий диапазон и он точно шире диапазона, который может выдавать любой динамик. Выход есть: использовать несколько динамиков! Гениально, правда? Осталось только разделить весь диапазон звукового сигнала на диапазоны для отдельных динамиков, входящих в акустическую систему. И в этом нам помогают кроссоверы звука.

Что такое кроссовер звука? Это встроенное или отдельное устройство, призванное разделять звук на частотные диапазоны для определенных типов динамиков. Это своего рода фильтр, который отсекает ненужные частоты, пропуская только определенный диапазон. Дело в том, что конструкция динамиков предполагает их работу на определенной частоте, иначе звуковая картина портится, либо динамики просто могут выйти из строя. Например, твитер рассчитан на воспроизведение высоких частот и подача сигнала низкой частоты, да и еще и высокой мощности может привести к тому, что динамик просто «сгорит». Поэтому следуем простому правилу: на высокочастотные динамики подаем высокие частоты, на низкочастотные -низкие, а на среднечастотные (мидвуферы) – средние. Всё просто, не так ли? Осталось только разделить входной сигнал по соответствующим частотным диапазонам. Этим и занимается кроссовер.

Кроссовер представляет собой пару электрических фильтров, обрезающих «лишние» частоты. Поэтому основной характеристикой фильтра является частота среза – это минимальная частота пропускаемого сигнала, частоты ниже будут фильтром срезаны. Например, частота среза двухполосного кроссовера 1000 Гц означает, что один фильтр кроссовера (high-pass фильтр) пропускает только частоты выше 1000 Гц, остальные срезает, другой фильтр (low-pass) наоборот, пропускает частоты ниже 1000 Гц, срезая высокие. Трехполосные кроссоверы имеют еще и среднечастотный фильтр (band-pass), пропускающий только средний диапазон частот.

На графике частоты среза кроссовера можно определить как точки пересечения двух или трех кривых. 

Порядок чувствительности кроссоверов

Порядок чувствительности – это одна из основных характеристик кроссовера, показывающая как относится интенсивность выходного сигнала кроссовера (выраженная в Дб (dB)) к частоте входного сигнала при постоянной интенсивности входного сигнала. Чувствительность или крутизна среза характеризуется отношением dB/octave и она всегда кратна 6. Так кроссовер первого порядка имеет чувствительность 6 dB/octave, второго – 12 dB/octave, третьего – 18 dB/octave, четвертого – 24 dB/octave. Что это означает? Рассмотрим на примере.

Например low-pass фильтр третьего порядка с частотой среза 100 Гц срезает частоты выше 100 Гц, и срезание это будет по следующей схеме: частоты выше 100 Гц потеряют на выходе из фильтра свою интенсивность кратно 18 dB в зависимости от октавы, в которую они входят. Таким образом, частота 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 т.д. Менее чувствительный low-pass фильтр первого порядка будет делать то же самое, только ненужные октавы будут ослабевать не на 18 Дб, а на 6 Дб в зависимости от октавы.

Таким образом, фильтры в кроссовере не сразу срезают ненужные частоты, а постепенно с разной чувствительностью в зависимости от своего порядка. 

Кроссоверы четвертого порядка практически не применяются на практике. Конструкция кроссовера четвертого порядка была усовершенствованна Линквицем и Рили, которые соединили последовательно два кроссовера Баттерворта второго порядка для твитера, и то же самое для басового динамика. Кроссовер Линквица-Рили не имеет фазовых сдвигов и позволяет проводить временную коррекцию для динамиков, не работающих в одной физической плоскости. Данные кроссоверы имеют самые лучшие акустические характеристики. 

Пассивные и активные кроссоверы

Как вы, наверное, уже догадались, активный кроссовер требует внешнего питания, пассивный – нет. Но это не все отличия между этими двумя типами кроссоверов.

Активный кроссовер обрабатывает сигнал, поступающий с предусилителя головного устройства и в звуковой системе подключается до усилителя мощности. Причем обычно это два-три усилителя (в зависимости от кроссовера: двух- или трехполосный), так как каждый сигнал, полученный на выходе из кроссовера, нужно усиливать отдельно от других. Активные кроссоверы обходятся недешево, поэтому используются в дорогих звуковых системах высокого качества. 

 Активные (они же электронные) кроссоверы содержат множество активных фильтров, управляя которыми, можно с легкостью изменять частоту среза любого канала. Активные кроссоверы могут иметь любой порядок чувствительности. Активные кроссоверы имеют только один недостаток – стоимость.

В отличие от активного, пассивный кроссовер получает сигнал с усилителя, поэтому устанавливаются непосредственно перед динамиками. И хотя акустические возможности пассивных кроссоверов более скромные, чем акустических, грамотное их применение поможет получить хорошие результаты и сэкономить финансы.

При чувствительности кроссовера менее 18 dB/octave пассивные кроссоверы работают очень неплохо, при большей чувствительности хороший результат обеспечат только активные кроссоверы. Сфера применения пассивных кроссоверов распространяется, как правило, на твитеры и среднечастотные динамики. При их использовании для низкочастотных динамиков необходимо быть уверенным в высоком качестве конденсаторов и катушек, что определяет стоимость таких кроссоверов, приближая ее к стоимости активных кроссоверов.

Особое внимание при выборе пассивного кроссовера нужно уделять его способности выдерживать пиковые нагрузки, которые создает усилитель. В целом, пассивные кроссоверы переносят перегрузки плохо. К тому же пиковые интенсивности сигнала, которые поступают от усилителя, могут менять частоту среза фильтров. Ко всему прочему, перегруженный фильтр ослабляет звуковой сигнал (дэмпинг).

Настройка кроссовера 

Настройка кроссовера в основном заключается в правильном выборе частоты или частот среза. Для трехполосного кроссовера необходимо определить две частоты среза (две точки на графике), первая из которых определяет частоту среза для сабвуфера (low-pass) и начало среднечастотного диапазона для мидвуфера, а вторая – определяет частоту окончания среднего диапазона и начальную частоту высокочастотного диапазона для твитера (high-pass). В процессе настройки ориентироваться стоит исключительно на частотные характеристики динамиков, не перегружая «лишними» для них частотами.

Некоторые кроссоверы позволяют настроить не только частоту среза того или иного фильтра, но отрегулировать и крутизну спада амплитудно-частотной характеристики. Активные кроссоверы также позволяют настроить фильтры подавления инфранизких частот.

Если в акустической системе используют активные сателлиты и пассивный сабвуфер с усилителем, то звуковая картина часто звучит не совсем привлекательно: их звуковые потоки будут мешать друг другу, накладываясь и создавая резонансы либо провалы звучания. Исправить ситуацию можно двумя способами: использовать усилитель с кроссовером либо использовать общий усилитель для сабвуфера и сателлитов, но саб должен иметь в этом случае встроенный кроссовер (как, например, модель BEHRINGER B1800X PRO EUROLIVE).

Надеемся, информация была вам полезна. Также полезна, как кроссоверы в организации звучания акустических систем. Успехов в творчестве!