Итак, в предыдущей статье, мы выяснили для чего предназначен кроссовер. Порезал частоты в соответствии с характеристиками динамика, и, в уши полился идеальный звук – чистый мед, наступил мир во всем мире, в теле образовалась приятная гибкость и организм омолодился на 20 лет. Однако, на деле, все несколько сложнее.
Ни один кроссовер, содержащий в себе разного рода фильтры, не способен обрезать частоту полностью, выше или ниже заданной. Например, если мы устанавливаем верхнюю границу частоты на, скажем, сабвуфер до 45Гц, это вовсе не означает, что он не будет воспроизводить частоту выше этих 45Гц. Он к сожалению, будет это делать, в силу того, что частоты не попавшие в заданные границы раздела никуда исчезнуть не могут. Они тоже воспроизводятся, правда с более низким уровнем громкости. Чем дальше от заданных границ, тем больше снижение громкости воспроизведения этих частот (такой эффект называется затуханием).
И вот здесь, в этом самом месте, мы переходим к пониманию параметров кроссовера.
Вот они:
Частота среза.
Крутизна спада.
Порядок.
Частота среза — это такая частота, после которой, наступает спад амплитуды сигнала. Устанавливая частоту среза, мы тем самым формируем нужную для динамика полосу пропускания - тот диапазон частот, в котором амплитудно частотная характеристика(АЧХ) будет достаточно равномерна, чтобы обеспечить правильную передачу сигнала, избегая искажений. Спад амплитуды это, то самое затухание, о котором мы говорили выше.
Крутизна спада – это снижение уровня звукового сигнала (db), на определенном интервале частот. Изначально, спад уже будет присутствовать на настроенной фильтром частоте среза. После отсечки он составит -3db, т.е. В 2 РАЗА ТИШЕ, относительно уровня сигнала в полосе пропускания.
А этот самый интервал частот называется - октавой.
Для ясности - весь диапазон частот, принято делить на некие участки, которые называются октавами. Важно понимать, что каждая последующая октава, будет в 2 (два!) раза выше, или ниже предыдущей. Например, звуковая частота от 20Гц до 40 Гц это будет октава. 40Гц – 80Гц это октава, 5кГц – 2.5кГц – это тоже октава и т.д.
Порядок – (он же порядок чувствительности) это параметр, определяющий с какой крутизной будет происходить затухание сигнала по отношению к частоте среза. Проще говоря, на сколько тише станет сигнал через октаву. Измеряется этот параметр количеством децибел на октаву и записывается, как дб/окт. В большинстве аудиокроссоверов используются фильтры первого - четвертого порядка. У каждого порядка есть свой шаг, кратность которого составляет 6дб. Каждый последующий спад делает звук в четыре раза тише предыдущего.
1-й порядок -6дб/окт (чувствительность падает на 6 децибел и через октаву сигнал будет тише в 4 раза)
2-й порядок -12дб/окт (чувствительность падает на 12 децибел и через октаву сигнал будет тише в 16 раз)
3-й порядок -18дб/окт (чувствительность падает на 18 децибел и через октаву сигнал будет тише в 64 раза)
4-й порядок -24дб/окт (чувствительность падает на 24 децибела и через октаву сигнал будет тише в 256 раз)
Кроссовер первого порядка представляет собой схему, в которой присутствует лишь один, или два элемента. Например, это может быть всего один конденсатор, выступающий в роли ВЧ фильтра, или конденсатор плюс, включенная последовательно катушка индуктивности, где катушка — это фильтр НЧ. Подавляющее большинство 2-х полосной или 2-х компонентной акустики комплектуются именно такими типами кроссоверов. Он хорош тем, что по сумме входных сигналов верхних и низких частот, их амплитудная и фазовая составляющие остается практически неизменной во всем выделенном нашим кроссовером диапазоне. Однако, в этом случае, твитер и мидбас будут воспроизводить и «нежелательные» частоты, в силу того, что полоса затухания недостаточно круто обрезана.
Для того чтобы наилучшим образом отсечь эти нежелательные частоты, применяются фильтры второго порядка. Здесь в схеме, мы имеем конденсатор и катушку индуктивности на твитер, и конденсатор и катушку на мидбас. При этом, на твитер конденсатор в схеме подключается последовательно, а катушка параллельно. На мидбас же, катушка индуктивности последовательно, а конденсатор параллельно. Фильтры второго порядка обеспечивают разумный баланс между сложностью конструкции, откликом, а также защищенностью ВЧ динамиков. Однако, и в здесь имеется один очень неприятный момент. Известно, что любой фильтр задерживает сигнал по времени и сдвигает его по фазе. И, если у фильтра первого порядка сдвиг по фазе составляет 90 градусов, то у фильтра второго порядка он составляет уже 180 градусов, а это означает, что мембрана твитера и мембрана мидбасового динамика будут работать не синхронно. Этот эффект называют фазовыми искажениями. Чтобы избежать этого, на ВЧ динамике меняют полярность подключения проводов.
Фильтры третьего порядка, представляют собой схему, состоящую из двух последовательно подключенных конденсаторов, и параллельно подключенной катушки индуктивности для ВЧ динамика, и одного параллельно подключенного конденсатора, и двух последовательно подключенных катушек индуктивности на мидбасовый динамик. Фазовая характеристика подобна фильтру первого порядка при любой полярности. Недостаток этого фильтра заключается в том, что в автомобиле, динамики очень сложно синхронизировать между собой по времени, поскольку они не располагаются на одной вертикальной плоскости, как например в домашних акустических системах.
В фильтрах четвертого порядка, на каждую полосу частот, используются по два последовательно соединенных фильтра второго порядка. Одни из самых сложных конструктивно и практически не встречающиеся в готовых пассивных кроссоверах. И все же, при использовании этих фильтров очевидными преимуществами являются, например, более точное разделение частот для согласования работы всех динамиков системы. Возможность производить временную коррекцию. Плюс, практически полное отсутствие фазовых сдвигов. Следовательно, это дает нам больше свободы в расположении динамиков относительно друг друга, ведь добиться идеальной вертикальной плоскости расположения динамиков в автомобиле очень сложно, практически нереально. Недостатком такого фильтра является более согласованный подбор компонентов системы, а также тщательность в точности настройки.
Фильтры высших порядков здесь мы затрагивать не будем, однако собираемся сделать отдельный пост, или несколько, посвященных DSP процессорам, где затронем и рассмотрим этот, довольно непростой аспект автозвукового волшебства.