Что такое кроссовер и зачем он нужен?Перед тем, как ответить на этот вопрос, сначала необходимо провести небольшой экскурс в теорию громкоговорителей и в общих чертах обрисовать проблему. Как известно, практически любой из ныне производимых динамиков способен эффективно воспроизводить только неширокую полосу частот, ограниченную снизу резонансной частотой его подвижной системы, а сверху - механическими свойствами диффузора (массой, жесткостью). За границами этой полосы частот звуковое давление, создаваемое динамиком, существенно снижается, возрастает уровень искажений. Говорить о высококачественном звуке при этом нельзя. Следовательно, для передачи всего спектра звуковых сигналов (20-20 000 Гц) необходимо использовать несколько динамиков. Давным-давно специалисты по акустике осознали эту необходимость, и сегодня во всех сферах аудиотехники, будь то домашние или автомобильные системы, преобладающее большинство акустических систем реализуется исключительно по схеме с несколькими излучателями.
Применительно к автомобильным аудиосистемам можно выделить две довольно типичные схемы построения, с которыми хорошо знакомы даже мало-мальски информированные читатели. Первая и наиболее распространенная состоит из трех динамиков: нацеленного исключительно на бас сабвуфера (примерно 20-100 Гц), НЧ/СЧ-динамика для диапазонов верхнего баса и средних частот (100-3000 Гц), и отвечающего за высокие частоты твитера (от 3000 Гц и выше). В более сложных схемах, например, в таких, которые представляют профессионалы на соревнованиях по автомобильному звуку, число динамиков увеличивается. Здесь за каждый частотный диапазон: нижний бас, средний/верхний бас, средние частоты и верх, - отвечают отдельные динамики. Но, несмотря на очевидные отличия, обе схемы подчиняются единому требованию: каждый динамик, входящий в акустическую систему, должен воспроизводить только свою полосу частот и не затрагивать соседние. Чтобы выполнить это требование, в аудиотракт включают электрические фильтры, которые как раз и занимаются выделением одних частотных полос и подавлением других. Очевидно, что если в акустической системе используется несколько динамиков - сабвуфер, НЧ/СЧ, среднечастотник и высокочастотник, появляется необходимость в применении нескольких электрических фильтров. Комбинация нескольких таких фильтров называется кроссовером.
Фильтры
В первом приближении любой электрический фильтр представляет собой совокупность нескольких элементов, обладающих свойством избирательного пропускания сигналов определенных частот. Простейшие схемы, которые имеют подобные свойства, могут быть построены с использованием катушек индуктивности и конденсаторов. Принцип действия этих схем основывается на зависимости сопротивления входящих в их состав элементов от частоты: у катушек индуктивности сопротивление возрастает с ростом частоты сигнала, а у конденсаторов, наоборот, снижается. Поэтому катушки индуктивности хорошо пропускают низкие частоты, а конденсаторы - высокие. Эти их свойства используют для построения фильтров - нижних (ФНЧ) и верхних частот (ФВЧ). Кроме ФНЧ и ФВЧ существуют и другие типы фильтров, например, полосно-пропускающие - проще говоря, полосовые. Из названия понятно, что такие фильтры хорошо пропускают только определенную полосу частот, а все, что находится за ее пределами, полосовой фильтр (ПФ) подавляет. Обычная роль таких фильтров - выделение диапазона средних частот для последующей подачи отфильтрованного сигнала на СЧ-динамик. По выполняемой задаче следующий тип фильтра - режекторный (РФ) - полная противоположность ПФ. Ту полосу частот, которую ПФ пропускает без изменений, режекторный фильтр подавляет, открывая свободный доступ сигналам, находящимся вне этого интервала частот. Несколько особняком от всех перечисленных выше типов фильтра стоят фильтры подавления инфранизких частот (ФИНЧ); по сути, это те же фильтры верхних частот, но с чрезвычайно низкой частотой среза (10-30 Гц). Назначение ФИНЧ - защита низкочастотной головки (сабвуфера) от сигналов инфранизких частот, которые могут привести к перегрузке сабвуфера, а иногда и к его выходу из строя.
Каждый фильтр характеризуется несколькими параметрами. Первый параметр фильтра - его порядок. Порядок фильтра соответствует числу реактивных элементов в схеме (катушек индуктивности, конденсаторов). Фильтр первого порядка, как следует из названия, содержит только один реактивный элемент. Фильтр второго порядка содержит два элемента и т. д. В прямой зависимости от порядка находится другой показатель фильтра - крутизна спада амплитудно-частотной характеристики. Этот параметр показывает, насколько резко фильтр ослабляет сигнал за пределами полосы пропускания, то есть сигналы тех частот, которые не должны преодолеть преграду фильтра и попасть на динамик. Крутизна спада измеряется в децибелах на октаву (дБ/окт). Октава - это полоса частот, в которой верхняя граничная частота вдвое больше нижней. Например, октавой можно считать интервалы частот от 100 до 200 Гц или от 200 до 400 Гц. Нетрудно подсчитать, что весь диапазон звуковых сигналов (20-20 000 Гц) содержит примерно десять октав. Вторая единица измерения - децибел, названная так в честь изобретателя телефона А. Г. Белла; это логарифм отношения величин (в данном случае - коэффициентов передачи фильтра на граничных частотах октавы), показывающий относительное различие между этими величинами. Различие на 6 дБ означает, что уровни отличаются в два раза, 12 дБ - в четыре раза, 20 дБ - в десять раз и т. д. Теперь, возвращаясь к крутизне спада амплитудно-частотной характеристики, отметим, что численно она прямо пропорциональна порядку фильтра и равняется 6*N, где N - порядок фильтра. Очевидно, что крутизна спада фильтра первого порядка составляет 6 дБ/окт, второго - 12 дБ/окт, третьего - 18 дБ/окт и т. д., и чем она выше, тем эффективнее фильтры способны подавлять ненужные сигналы. При выборе порядка фильтра, наряду с формой амплитудно-частотной характеристики, необходимо принимать во внимание и фазочастотную характеристику. Идеально работающий кроссовер должен обеспечить равномерную суммарную АЧХ по звуковому давлению, которое суммируется из колебаний, создаваемых всеми головками акустической системы. При суммировании проявляются и амплитудные, и фазовые соотношения, а также расположение головок по отношению к слушателю. Оптимальный результат обеспечивает применение фильтров вполне определенного порядка. Более подробные сведения на этот счет заинтересованные читатели могут найти, например, в книге "Радиовещание и электроакустика" под редакцией Ю. А. Ковалгина, вышедшей в издательстве "Радио и связь" в 1999 г.
Вместе с тем, функцию фильтра характеризует не только порядок и крутизна спада АЧХ. Очень многое о характере фильтра может сказать метод аппроксимации, на основе которого определяется его передаточная функция. Таких методов на сегодняшний день очень много, и все они носят имена создателей: Баттерворта, Бесселя, Линквица-Рэллея и многих других. Казалось бы, многочисленность методов означает множество конструктивных отличий в реализациях фильтров даже одного порядка, но ничего подобного. Реактивные элементы, которые можно видеть на электрических схемах фильтров Баттерворта, Бесселя, Линквица-Рэллея одного порядка одинаковы, зато существенно отличаются номиналы этих элементов, что означает разное поведение амплитудно- и фазочастотных характеристик фильтров. Как следствие, временные характеристики тоже отличаются.
В целом все типы фильтров подразделяются еще на два довольно обширных класса - активные и пассивные, а соответственно, и кроссоверы, в состав которых входят эти фильтры, могут быть пассивными и активными.
Пассивные кроссоверы состоят исключительно из реактивных элементов - катушек индуктивности и конденсаторов, и не требуют питания. Они очень нетребовательны, и при некоторых условиях их можно включить в любой участок тракта, как до усилителя мощности, так и после него. Но чаще всего пассивным кроссоверам отводится строго определенный участок - между усилителем мощности и громкоговорителями. При помощи кроссовера к одному усилителю удается подключить несколько головок, работающих в смежных частотных полосах. Дешево и сердито! Но имеются и теневые стороны. Наличие кроссовера на пути между усилителем мощности и громкоговорителем приводит к тому, что на реактивных элементах и согласующих резисторах рассеивается до десяти процентов полезной энергии. Впрочем, это далеко не единственный недостаток пассивных кроссоверов. Не стоит забывать также, что они имеют очень скромные возможности по настройке звука, чаще всего ограничивающиеся регуляторами уровня для отдельных частотных полос. Характеристики пассивных фильтров существенно зависят от сопротивления нагрузки, которым является электрическое сопротивление громкоговорителя. В рабочем диапазоне частот оно весьма непостоянно, поэтому оптимальные условия согласования обеспечить не удается, и АЧХ фильтров отличается от расчетной. Это также нельзя отнести к достоинствам пассивных кроссоверов.
Активные кроссоверы на службе у автомобильных усилителей мощности
Если бы все фильтрующие цепи, используемые в настоящее время в аудиотехнике, строились на пассивных элементах, то скорее всего по прошествии какого-то времени запасы меди на планете Земля оказались бы под угрозой. Почему? Да потому, что изготовление даже простейшего ФНЧ первого порядка с невысокой частотой среза (100 Гц) на основе катушки индуктивности требует немало медного провода, причем не простенького, а самого что ни на есть серьезного: большого сечения, с малыми потерями и высокого качества. Неизвестно, с чем бы мы столкнулись сегодня, если бы несколько десятилетий назад специалисты-электронщики не изобрели активные фильтры, где на смену громоздким катушкам индуктивности и конденсаторам пришли электронные элементы - транзисторы и операционные усилители, которые при определенном включении, в сочетании с резисторами и конденсаторами обладают такими же свойствами, как и LC-цепи - идентичным фазовым сдвигом между током и напряжением и зависимостью коэффициента передачи от частоты.
Появление принципиально новых фильтрующих цепей, как и любое другое новшество в аудиотехнике, сразу же вызвало массу споров. Основная волна критики зародилась в рядах заправских аудиофилов, которые в один голос утверждали, что активные фильтры, требующие напряжения питания, - это серьезная преграда на пути к натуральному, естественному звуку. В этом они были отчасти правы, но широкий список достоинств только что появившихся фильтров стал весомым аргументом в их пользу. И вскоре эти фильтры начали активно применять во встроенных кроссоверах автомобильных усилителей. Такие кроссоверы обычно располагаются внутри корпуса усилителя, а их место в тракте сигнала - на входе, сразу же после цепей регулировки входной чувствительности, до схем предварительного усиления. Надо сказать, не последнюю роль в этом преображении сыграла возможность реализации активных фильтров в минималистских габаритах, что для пассивных аналогов и по сей день остается утопией.
В бюджетных моделях усилителей встроенные кроссоверы выполняются на основе одинаковых фильтрующих звеньев. Этот тип фильтров представляет собой упрощенную вариацию фильтра Бесселя; он очень прост в изготовлении, потому что в отличие от фильтров Линквица-Рэллея, Бесселя и Баттерворта, строится на одинаковых по номиналу элементах и не особенно критичен к допускам на отклонение параметров, которые подчас могут достигать многих десятков процента. Очевидно, что амлитудно- и фазочастотные характеристики таких фильтров далеки от совершенства, если не сказать больше - они самые худшие. Следующий подводный камень, который можно встретить в исполнении встроенных кроссоверов бюджетного уровня, связан с организацией выбора частоты разделения. Чтобы снизить себестоимость кроссовера, многие производители сознательно минимизируют число настроечных элементов, а в результате у фильтра второго порядка перестраивается по частоте только одно звено. Понятно, что в таком случае говорить о стабильности характеристик кроссовера во всем диапазоне настроек довольно сложно.
В усилителях средней и высокой ценовой категории кроссоверы чаще всего реализуются на основе фильтров Линквица-Рэллея, Баттерворта и Бесселя - второго, третьего, реже четвертого порядка. У каждого из них есть свои достоинства и недостатки, но, при прочих равных, принято считать, что фильтры Баттерворта имеют минимальную неравномерность АЧХ, а фильтры Бесселя - ФЧХ. В этом классе усилителей, для обеспечения точной настройки частоты среза, у многих уважаемых производителей принят на вооружение так называемый метод "щелчков". Суть его состоит в том, что частота среза у ФВЧ и ФНЧ настраивается по специальной таблице соответствия "щелчок-частота", где, например, крайне левое положение потенциометра может соответствовать частоте среза 20 Гц, последующее - 22 Гц и т. д., а последнее - пяти, а порой и десяти килогерцам. Этот метод настройки отличается очень высокой точностью результата, он встречается у усилителей "PPI" и "Orion" и др.
Несколько иной подход к настройке частоты среза демонстрируют усилители, производимые итальянскими фирмами "Steg", "Audiosystem", а также рядом других компаний. Здесь нужная частота среза подбирается путем установки того или иного резистивного модуля-чипа. Этот метод менее универсален, чем вышеописанный, тем не менее и он обещает неплохой результат. Логическим продолжением такого подхода становятся кроссоверы, у которых частота среза ограничивается немногочисленными фиксированными значениями. Это довольно распространенное решение, часто встречающееся у высококлассных усилителей. Хорошим примером могут служить многие усилители класса high end от компании "McIntosh". Здесь частота среза обоих фильтров - ФВЧ и ФНЧ - фиксированная, и ограничена двумя значениями - 80 и 120 Гц. Кстати, на примере этих усилителей можно продемонстрировать применение во встроенных кроссоверах режекторных фильтров. В них режекторный фильтр настроен на среднестатистическую частоту резонанса салона автомобиля (150 Гц) и в какой-то степени позволяет скорректировать возможный подъем на амплитудно-частотной характеристике.
Особую группу составляют кроссоверы, в которых можно отрегулировать не только частоту среза того или иного фильтра, но вдобавок еще и крутизну спада амплитудно-частотной характеристики. Столь широкие возможности сами по себе большая редкость, но ими могут похвастаться японские усилители "чDimension" из серии "Forte", у которых максимально возможное значение крутизны характеристики затухания достигает 48 дБ/окт.
Иногда в низкочастотном звене встроенных кроссоверов можно встретить ФВЧ (ФИНЧ) с регулируемой добротностью, позволяющей получить подъем АЧХ вблизи частоты среза вплоть до 10 дБ (схема Хоукинса). Такое схемотехническое решение часто встречается у усилителей "Soundstream", оно позволяет исключить из тракта настроек отдельный каскад схемы подъема баса.
Реализация фильтров подавления инфранизких частот во встроенных кроссоверах наглядно демонстрирует преимущества активной фильтрации. Такой фильтр на плате многих усилителей занимает ничтожную площадь, но при этом позволяет отрегулировать частоту среза в диапазоне от 15 до 50 Гц, причем с крутизной характеристики затухания от 18 до 24 дБ/окт. Правда, некоторые производители иногда сознательно уменьшают возможности настройки, ограничиваясь несколькими фиксированными, типичными значениями. Как показывает практика, этого бывает более чем достаточно.
Заключение
Прочитав этот обзор, многие читатели наверняка захотят задать вполне резонный вопрос, обоснованно ли использование встроенного кроссовера в автомобильных усилителях мощности или таковой является еще одним способом изымания "нажитых непосильным трудом" средств? Во многом ответ на поставленный вопрос зависит от уровня усилителя. Если аппарат принадлежит к бюджетному или начальному классу, то надеяться на то, что встроенный кроссовер не внесет существенных изменений в сигнал, безусловно, будет наивно. Другое дело, когда усилитель принадлежит к среднему, а то и элитному классу. Тут уже производители играют по другим правилам. На кон поставлен авторитет фирмы, и применение плохих разделительных фильтров, как, впрочем, и других элементов, может нанести ущерб ее престижу. Совершенно очевидно, что в этом случае можно уже всерьез задуматься об использовании кроссовера усилителя, тем более у высококлассных усилителей его возможности, как правило, очень хороши. Естественно, такое решение приведет к построению аудиосистемы по принципу многополосного усиления (bi-amping), что отнюдь не способствует экономии бюджета, ведь усилительных каналов понадобится как минимум - четыре.
Каждый, кто хоть как то связан\занимался\занимается аудио аппаратурой, задавался вопросом кроссоверов. Для многих эта «коробочка» остается тайной, и разбираться, что это, зачем и как оно работает не обязательно. Замечу, что данный компонент является необходимым для создания качественной акустической системы. Все дело в том, что ни один динамик не сможет воспроизводить весь спектр частот в силу своих особенностей. Путей обхода несколько: установка «блинов», но этот вариант не позволит добиться отменного качества, и установка 2-3 полосной акустики. Для примера возьмем 2 полоску. Она состоит из среднечастотного и высокочастотного динамика (твитера). Это позволяет каждому из компонентов отвечать за конкретный диапазон частот, в результате чего мы получаем более четкую картину, нежели эту роль исполнит просто широкополосный динамик. А роль кроссовера? Кроссовер – основной компонент многополосной аудио системы. Именно он заставляет «пищать» твитеры и создавать атмосферу среднечастотники. Именно он разделяет входящий сигнал на диапазоны частот (одно из названий кроссовера – ФИЛЬТР). Из вышесказанного уже можно сделать вывод: чем больше каналов кроссовера – тем больше динамиков – тем интереснее атмосфера .
Подавляющее большинство кроссоверов состоит из всем известных компонентов: конденсаторов и катушек индуктивности. Кстати по количеству реактивных элементов происходит разделение на несколько групп (цена-качество). Почему конденсаторы и катушки? Дело в том, что это простейшие реактивные элементы способны дифференцировать сигнал, в частности конденсаторы отвечают за высокие частоты, в то время как катушки за низкие. Оперируя ими, мы получаем простейший фильтр частот. Вдаваться в законы физики, для объяснения этих процессов, я не буду, но заинтересовавшиеся смогут найти нужную информацию в учебниках (технари могут вспомнить LC-CL цепи). Что касается количества, оно определяет порядок кроссовера. 1 – один элемент, 2 - два. Так вот от количества элементов (от порядка) зависит фильтрация невостребованных частот для определенного канала. Разумно предположить: чем больше реактивных элементов, тем лучше. Фильтрация невостребованных частот имеет свое название, с которым наверное многие сталкивались: КРУТИЗНА СПАДА. Это размерная величина, единица ее измерения – ДБ ОКТАВУ. Что такое октава мы обсуждали в теме про эквалайзеры. Про децибелы заинтересовавшиеся так же могут найти информацию. Как мы уже отметили, крутизна спада зависит от порядка фильтра и на оборот. Зависимость выглядит следующим образом крутизна спада в 6 раз больше порядка.
Порядок кроссовера не является основным критерием разделения на группы. Делятся же они на ПАССИВНЫЕ и АКТИВНЫЕ. И у тех, и у других есть свои плюсы и минусы. Я постараюсь объяснить основные моменты.
Пассивные кроссоверы – самый распространенный тип . В большинстве случаев мы встречаем именно их. Как можно понять из названия – пассивные не требуют дополнительного питания, а следовательно процесс установки заметно упрощается. Однако быстро не значит хорошо. В силу своей пассивности часть работы затрачивается усилителя тратится на работоспособность самого фильтра, а реактивные элементы вносят свои корректировки в сдвиг по фазе. Возможно это не самый существенный недостаток, но к нему добавляется отсутствие возможности тонкой настройки.
Активные кроссоверы исключают недостатки предыдущих. Дело в их устройстве. Они состоят не только из емкостей и катушек но и транзисторов, что позволило существенно уменьшить габариты изделия. Как отдельный девайс они встречаются реже, однако любой автомобильный усилитель имеет на своем борту встроенные активный фильтр (вспоминаем потенциометры\крутилки на усилителе с указанием выбираемых частот).
Наверное это самое основное, что можно рассказать о кроссоверах. Надеюсь наша статья вам хоть как то поможет в выборе и развеет мрак над этим устройством.
На чтение 3 мин. Просмотров 4.1k.
Кроссовер представляет собой устройство, предназначенное для разделения подаваемого от магнитолы на звукового сигнала на отдельные полосы. Это устройство применяется не только с широкополосными динамиками, но также и со специальными — сабвуферами, мидвуферами и твиттерами. Разобраться, для чего нужен кроссовер в автоакустике, следует для достижения более качественного и естественного звучания.
Виды
Эти устройства для автомобильной акустики делятся на два типа: активного и пассивного действия. В первом случае аксессуар оснащается усилителем. Это позволяет добиться более эффективного разделения аудио на полосы и добавляет возможность регулировки частоты разделения, чувствительности и крутизны характеристики. Разделители активного действия редко выпускаются в качестве самостоятельных устройств, входя чаще всего в состав усилителей мощности для автомобильного звука.
Пассивные кроссоверы — самые простые и самые распространенные. Подобное устройство состоит из нескольких фильтров, в состав которых входят катушки и конденсаторы. Первые задерживают высокие частоты, вторые подавляют низкие частоты. Для повышения эффективности катушки и конденсаторы объединяются в цепи. Пассивный разделитель имеет один вход, а также два или три выхода. Каждый динамик подключается к своим клеммам. Магнитола подключается напрямую ко входу разделительного устройства.
По количеству разделяемых полос кроссоверы делятся на двухполосные и трехполосные. В первом случае устройство выделяет отдельно низкие и высокие частоты, которые подаются на низкочастотный динамик и твиттер, соответственно. Трехполосные устройства также дополнительно выделяют и полосу средних частот. Она подается на специальные динамики, называемые мидвуферами. Одно из важных достоинств пассивного разделителя заключается в том, что он не нуждается в дополнительном питании. Имеется возможность регулировать характеристики звука с помощью переключателей.
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).
Кроссоверы, или разделительные частотные фильтры, впервые появляются в поле зрения тех, кто сталкивается с миром car audio, как часть комплекта компонентной акустики. Несложную функцию этих небольших коробочек без особых усилий сможет объяснить даже ученик продавца в магазине – разделяют сигнал в многополосных динамиках так, чтобы басовик получал низкие частоты, среднечастотник – средние, а «пищалка» – верхние. Но так ли все просто на практике, если кроссоверы занимают в каталогах производителей автомобильной аудиоаппаратуры не меньше страниц, чем усилители, а построить в автомобиле музыкальную систему уровня hi-fi без таких «коробочек» можно даже и не пытаться.
Виноваты динамики
Действительно, с кроссоверами далеко не все так просто, как могло показаться будущему менеджеру по продажам. Если основные компоненты акустической системы – динамики – любой специалист (или даже не совсем специалист) сможет подобрать, исходя из собственных предпочтений (из-за чего порой скрещиваются абсолютно разные по идеологии марки), то выбор разделительных фильтров часто оказывается камнем преткновения даже для опытных инсталляторов.
Каждый, кто хоть немного «в теме», четко знает, что самый значительный источник искажений звука – это динамики. Идеальным выходом из этого положения был бы динамик, способный один воспроизводить весь звуковой диапазон. К сожалению, сделать полноценный широкополосный излучатель никому пока не удалось. В результате самых удачных попыток появились динамики, которые способны работать в большей части диапазона, но не более чем удовлетворительно.
А нужно, чтобы динамик работал безукоризненно, и не в части диапазона, а во всем, иначе все усилия будут лишены практического смысла. В борьбе за идеальное качество звука общий диапазон частот приходится делить на части и ставить во главе каждой из них оптимизированный для каждой полосы частот динамик – сабвуфер, мидбас, среднечастотник или твиттер. Делением, собственно, и заведуют кроссоверы. А справедливость (читай «качество») их «дележки» зависит от интеллекта самих кроссоверов, среди которых иногда встречаются шибко умные экземпляры, а иногда так себе.
Вам пассивный или поактивнее?
Способов деления сигнала в автозвуке (как, впрочем, и в домашнем аудио) существует всего два. Можно делать это на выходе усилителя, что поручено широко распространенным пассивным кроссоверам. С точки зрения схемотехники это значительно более примитивные устройства, чем активные разделительные фильтры. В пассивных кроссоверах выделение нужной полосы доверено различным индуктивностям, емкостям и резисторам, то есть такой начинке, которая не нуждается в дополнительном питании. Другими словами, пассивные кроссоверы используют электрическую энергию линии, в которую включены.
Их основными преимуществами считают небольшую стоимость и гибкость при построении аудиосистемы в автомобиле. Используя пассивные кроссоверы, можно создать отличную акустическую систему на базе одного-единственного усилителя. Именно поэтому их нередко используют мастера высшего пилотажа car audio (и профессиональные инсталляторы, и спортсмены) – при наличии определенных навыков у сборщиков система из нескольких пассивных фильтров может выдавать на динамики почти идеальный сигнал, который, казалось бы, невозможно получить без применения дорогих электронных агрегатов.
Недостатки, естественно, тоже есть. Во-первых, в пассивном кроссовере практически невозможно изменять какие-либо настройки кроме ослабления сигнала на «пищалке». Во-вторых, это «транспортные потери», или ослабление звукового сигнала (имеющее аппетитное английское название damping), возникающие при прохождении сигнала через катушку индуктивности и из-за сопротивления кабеля. Это означает, что честно отданный усилителем сигнал попадает на динамики не только отфильтрованным, но и урезанным, причем в отдельных случаях урезанным весьма ощутимо.
Также не без основания считается, что близко расположенные к силовым линиям пассивные кроссоверы могут подхватывать индуктивные помехи, поэтому производители рекомендуют прятать пассивную разделительную аппаратуру от происков шального тока. При выборе пассивных кроссоверов первое, на что стоит обратить внимание, так это на их способность выдерживать пиковые нагрузки, создаваемые усилителем, так как перегрузки они переносят довольно плохо.
Чересчур интенсивный сигнал, поступающий от усилителя, может существенно изменять частоту среза пассивных фильтров, то есть на динамики в этом случае приходит необходимая им частота плюс немного соседней, что в случае с мидбасами может и не повлиять на качество звука (если вы не на соревнованиях), а вот пищалки подвергаются существенному риску «сгореть на работе».
В основном пассивные кроссоверы применяются для обработки сигнала твитеров и среднечастотных динамиков. Для низкочастотных динамиков и сабвуферов эти кроссоверы использовать можно, однако в этом случае резко возрастает требование в качеству конденсаторов и катушек индуктивности, что приводит к их удорожанию и увеличению в размерах.
Второй способ разделить сигнал – сделать это не после усилителя, а перед ним. Для этой, несомненно более ответственной, задачи используются активные кроссоверы. Такие устройства представляют собой множество активных фильтров, которыми можно управлять и легко изменять частоту среза любого канала. В большинстве случаев они расположены сразу за проигрывателем, настолько близко, насколько позволяет концепция конкретной инсталляции.
По сравнению с пассивными кроссоверами, преимуществ у активных больше, а явный недостаток всего один – стоят они значительно дороже. Первое и основное преимущество активных кроссоверов заключается в возможности настроить их параметры в соответствии с особенностями конкретных динамиков. Кроме настройки частот фильтров, современные активные кроссоверы обладают целой коллекцией дополнительных регулировок, способных должным образом подготовить сигнал перед тем, как он попадет в усилитель.
Главное, что следует сказать об активных кроссоверах: они не настолько универсальны, чтобы можно было обойтись без пассивных фильтров, но при выборе между регулируемыми кроссоверами и устройствами с фиксированными настройками в восьми случаях из десяти правильнее предпочесть первые. Это одно из немногих неписаных правил мира car audio.
Теперь о второстепенных недостатках. Их немного. В том случае, если активный кроссовер имеет раздельные выходы для каждой полосы частот, возникает необходимость использовать отдельные усилители для каждой полосы. Учитывая, что средняя стоимость активного кроссовера равна тремстам валютным единицам, а неплохой двухканальный усилитель потянет еще на двести, удовольствие оснастить свою аудиосистему активным делителем частот может существенно увеличить статью расхода.
Во-вторых, поскольку активный кроссовер по определению использует активные компоненты, он вносит в систему дополнительный шум, тогда как при использовании пассивного кроссовера этого не происходит. Наличие активного кроссовера в автомобильной аудиосистеме говорит о серьезном подходе к качеству звука. И если раньше считалось, что кроссоверы – привилегия дорогих инсталляций, то сегодня их можно встретить даже в аудиосистемах среднего уровня.
Наука и техника
Пассивные и активные фильтры разделяют на три вида. Первый – высокочастотные («high pass») кроссоверы, которые пропускают сигналы с частотой выше определенной без изменения, сигналы более низких частот проходят через него с ослаблением. Низкочастотные («low pass») кроссоверы, наоборот, пропускают низкие частоты и подавляют высокие. Третий тип кроссоверов – полосовой («band pass»). Это фильтры, пропускающие сигналы в определенном диапазоне частот и ослабляющие сигнал за его пределами. Как правило, бэндпасы используются для среднечастотных динамиков.
Кроме частоты среза, принципиальная характеристика кроссовера – его порядок. Нет, не в смысле того, насколько аккуратно уложены в корпус компоненты фильтра – в этом отношении кроссоверы – зверюшки исключительно чистоплотные. Порядком называют соотношение качества фильтрации и ослабления кроссовером полученного сигнала. Кроссоверы первого и второго порядков обладают фильтрами попроще и, соответственно, склонностью к несанкционированным манипуляциям с сигналом в момент их перегрузки.
Места их обитания – головные устройства стоимостью до 200 долларов или недорогие комплекты «разнесенных» динамиков без претензии на принадлежность к серьезному брэнду. Исключений сколько угодно, но общая статистика именно такова. Кроссоверы третьего порядка можно встретить во многих усилителях мощности, где они соседствуют с эквалайзерами и, если повезет, с цифровыми процессорами, разговор о которых еще впереди. Четвертый порядок кроссоверов говорит об их элитности. В большинстве случаев такие кроссоверы вынесены в отдельный корпус.
О том, насколько эффективно делитель четвертого порядка «отрезает» лишние частоты, среди установщиков аппаратуры не так давно ходили настоящие легенды. Эти фильтры никогда не «облажаются», поделившись средней частотой с твитером, и не удивят владельца неожиданным сигналом, подаваемым ими на усилитель. У кроссоверов четвертого порядка все строго и четко, как в лучших банках Швейцарии.
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 деления. Первая точка определяет частоту среза для сабвуфера и начало среднечастотного диапазона для мидвуфера.
Вторая точка определяет частоту окончания среднего диапазона и отправную частоту высокочастотного диапазона для твитера. Если ошибиться с этими точками, качества звука не будет никакого, а твитеры, наглотавшись низких частот, сыграют в мусорный ящик. Именно поэтому подбор частотных фильтров куда более ответственный процесс, чем покупка и установка динамиков.
Вид вымирающий и вид появляющийся
В среде аудиофилов в последнее время все устойчивее ходит адаптированный вариант крылатого выражения. «Другие времена, другие децибелы» – говорят вчерашние ревностные сторонники аналоговой аппаратуры, отправляясь покупать проигрыватели MP3 и цифровые процессоры. Кроссоверы, по сути выполняющие лишь часть функций цифровых процессоров, по-прежнему пользуются устойчивым спросом, однако перспективы развития индустрии аналоговых фильтров довольно туманны.
Недавнее общее мнение, что, мол, процессор звукового сигнала просто забавная игрушка, хотя и может иметь некоторое применение, а cюрраунд-процессоры и устройства восстановления баса не более чем «бубнелки» и «свистелки», абсолютно не нужные в должным образом подобранной системе, сегодня полностью забыто. Звуковые процессоры победным маршем шествуют по стране car audio. Действительно, список опций не самого дорогого цифрового устройства бросает в трепет аудиофилов.
Помимо цифровых регуляторов уровня сигнала, процессоры обладают рядом эквалайзеров (не параметрических, а цифровых, разумеется), блоками задержки сигнала и блоками маршрутизации, которые наделяют каждый из каналов необходимыми для качественного воспроизведения конкретной мелодии свойствами. Активная цифровая фильтрация присутствует здесь, уже как нечто само собой разумеющееся.
Самый существенный недостаток цифровых фильтров заключается в том, что частенько их процессоры оказываются заваленными работой «по совместительству»: выделением определенной частоты, задержкой или даже усилением сигнала. В таких условиях качество фильтрации заметно снижается, поэтому большинство профессиональных систем включает в себя и сигнальный процессор, и аналоговый кроссовер.
Первый отвечает за разные эффекты и филигранные настройки звуковой картины, а второй по старинке делает то, что делал всегда, то есть качественно делит поступивший с процессора сигнал и передает его динамикам.
Некоторые профессиональные инсталляторы считают, что лишь высокая стоимость цифровой аудиоаппаратуры замедляет процесс вымирания аналоговых фильтров. Другие полагают, что как бы далеко ни зашел прогресс, в автомобильной аудиосистеме всегда найдется место для такого устройства, как хороший аналоговый кроссовер третьего или четвертого порядка. Оба мнения можно считать верными, не забывая при этом, что существует множество дорог, ведущих к качественному звуку, и кроссовер – необходимый элемент любой из них. А если так, то важно ли, будет в кроссовере процессор или нет? Главное, чтобы он сам был.
12 комментариев к статье: Что такое кроссовер?
В кроссовере много элементов, как правило это катушки, конденсаторы, резисторы, ничего дорогого и очень уж сложного… Скорее всего отпаялся или окислился какой либо из элементов на плате кроссовера. Думаю ничего серьезного не случилось. Просто снять крышку с кросса и внимательно рассмотреть…
У меня пропал звук с левого низкочастотника,средне-,и высоко-частотники работают.Можно ли сказать,что сгорел кроссовер?Или тогда не работала бы вся сторона.Просто контора,которая мне делала систему развалилась,и не хочеться попадать на деньги.Вложил 4 тысячим долларов-продолжать….так лутше застрелиться.Спрашиваю,во избежании обмана у других установщиков.
При установке современной стереосистемы в автомобиль владелец должен правильно подобрать кроссовер. Выбор этот достаточно прост, если знать и понимать, что это и для чего предназначено, а также в составе какой системы данное устройство будет работать. Итак, давайте разберемся, что такое кроссовер для акустики.
Характеристика, предназначение
Кроссовер - это специальное оборудование в комплекте главная функция которого заключается в подготовке нужного диапазона частот для каждого динамика. Как известно, любая разработана под конкретный диапазон рабочих частот. Выход сигнала, подающегося на колонку, за границы диапазона может привести к искажению звука.
Так, если подать на динамик слишком низкую для него частоту, тогда звуковая картина получится искаженной. Если частота будет слишком высокой, то владелец системы сможет столкнуться не только с искаженным звуком, но и с выходом из строя высокочастотного динамка. Последний попросту не сможет выдержать такой режим работы.
В обычных условиях функция высокочастотных динамиков - воспроизведение звуков только на высоких частотах. Низкочастотные 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.
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.
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.
Конденсатор может выделить и обработать высокую частоту, в то время как катушка индуктивности работает с низкими частотами. Производители грамотно используют эти свойства и изготавливают конструктивно простые, но достаточно эффективные устройства.
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.
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.
Такого недостатка не имеет активный кроссовер. Дело в том, что несмотря на более сложную конструкцию, поток аудиочастот в них фильтруется гораздо лучше. За счет наличия в схеме не только нескольких катушек и конденсаторов, но и полупроводников, разработчики создают качественные устройства с более компактными размерами. Активный кроссовер редко встречается в виде отдельного модуля. Однако в любом усилителе имеются такие активные фильтры.
Как настроить устройство правильно?
Для того чтобы получить максимально качественный звук в автомобиле, необходимо правильно подобрать частоту, при которой все лишнее будет срезаться. В случае с активным прибором, рассчитанным на три полосы, нужно найти две точки среза. Первая обозначит грань в диапазоне между низкими и средними частотами. Вторая - это разница между средней и высокой частотой.
Как правильно рассчитать своими руками?
Расчет кроссовера для акустики - это важный процесс. Еще ни один производитель не смог изготовить идеальную 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.
Для получения двухполюсной системы или любой другой к первому каналу усилителя подключают устройство, делящее сигнал. Это и есть фильтр. В комплекте с акустическими системами уже есть пассивные кроссоверы, изготовленные и рассчитанные производителями.
Но как же быть, если нужно разделять звук на частоты по другому принципу? Вручную ничего считать не придется - в наше высокотехнологичное время даже для самых простых операций существует ПО. Вот и для этих расчетов существует программа, например Crossover Elements Calculator.
Первым делом в программу вводят показатель сопротивления динамиков НЧ и ВЧ, который зачастую составляет 4 Ома. Далее вводят частоту, которую прибор должен разделять. Тут же вводят и порядок кроссовера. Затем нажимают на кнопку и ждут, пока программа выдаст результат. В результате она выдаст схему, где будут указаны нужные конденсаторы и катушки под введенные параметры.
Особенности выбора
Рынок предлагает большой выбор устройств, которые различаются по качеству, стоимости, конкретным производителям. Выбрать кроссовер для акустики непросто - нельзя просто взять и купить то, что понравилось. Выбор делают под определенные
Представим, что у вас сабвуфер выдает низкую частоту в диапазоне от 18 до 200 Гц, среднечастотный динамик воспроизводит частоты от 200 до 1000 Гц, а высокочастотный - от 1000 до 16 000 Гц. При этом усилитель не имеет встроенного фильтра и воспроизводит частоты в диапазоне от 18 до 20 000 Гц. В данном конкретном случае нужен трехполосный кроссовер, способный реализовывать фильтрацию в этих диапазонах.
Также при выборе обращают внимание на число полос. Еще один важный параметр - диапазон частот. Обязательно следует учитывать пропускную способность. Многоуровневые устройства, обладающие высокой чувствительностью, способны значительно улучшить качество звука.
Заключение
Итак, мы выяснили, что собой представляет кроссовер и какие функции он выполняет. Как видите, это достаточно важный элемент в акустической системе автомобиля.