Что такое кроссовер? Апгрейд кроссовера в винтажных колонках Активный трёхполосный кроссовер

Расчет кроссовера для акустики75

Расчет кроссовера для акустики, как известно, очень важная операция. На свете не существует идеальных акустических систем, способных воспроизводить частотный диапазон полностью.
И тогда на помощь приходят отдельные участки спектра динамиков. К примеру, если надо воспроизводить НЧ, применяют сабвуфер, а чтобы воспроизвести ВЧ, устанавливают мидбасы.
Когда все эти динамики вместе взятые начинают играть, то может произойти путаница перед поступлением на тот или иной излучатель. По этой причине и необходим бывает активный или пассивный кроссовер для акустики.
В этой статье мы узнаем, для чего нужен расчет фильтра, рассмотрим пассивные кроссоверы, узнаем как они строятся на катушках индуктивности и конденсаторах.

Расчет кроссовера

Чтобы подключить 2-полосную(см.) или другую акустику с большим количеством полос к 1 каналу усилителя или ГУ, нужно некое отдельное устройство, разделяющее сигнал. При этом оно должно выделять для каждой полосы свои частоты. Именно такие устройства и называются фильтрами или кроссоверами.

Примечание. В комплекте с компонентной акустикой, как правило, уже идет пассивный кроссовер. Его готовил производитель и он рассчитан уже изначально.

Но что делать, если нужно разделить частоты по иной схеме (к примеру, если комплект акустики собран из отдельных компонентов)?
В этом случае речь идет о расчете кроссовера.Отметим сразу, что рассчитать кроссовер совершенно не сложно и даже можно самостоятельно изготовить его.

Ниже приводится инструкция о том, как рассчитать кроссовер:

Скачиваем специальную программу. Это может быть Crossover Elements Calculator на компьютер;

Вводим сопротивления низкочастотного и высокочастотного динамиков. Сопротивление – это номинальное значение сопротивления акустики, выражаемое в Ом. Как правило, средним значением является 4 Ом;
Вводим частоту раздела кроссовера. Здесь полезно будет знать, что частоту надо вводить в Гц, но ни в коем случае не в кГц.

Примечание. Если кроссовер второго порядка, то надо еще ввести тип кроссовера.

Получить ожидаемый результат можно, нажав на кнопку расчета.

Кроме того, надо знать следующее:

Емкость конденсаторов, а вернее их значение вводится в Фарадах;
Индуктивность рассчитывается в Генри (mH).

Схема расчета фильтра выглядит примерно так:

Фильтры разного порядка

Чтобы ясно понимать схему расчета кроссовера(см.), нужно понимать разницу между фильтрами разного порядка. Об этом и пойдет речь ниже.

Примечание. Существуют несколько порядков кроссовера. В данном случае порядок означает параметр кроссовера, который характеризует его способность ослаблять не нужные частотные сигналы.

Первый порядок

Схема 2-х полосного кроссовера этого порядка выглядит следующим образом:

По схеме видно, что ФНЧ или фильтр низких частот построен на катушке индуктивности, а фильтр высоких частот – на конденсаторе.

Примечание. Такой выбор компонентов не случаен, так как сопротивление катушки индуктивности повышается прямо пропорционально увеличению частоты. А вот что касается конденсатора, то здесь обратно пропорционально. Получается, что такая катушка отлично пропускает НЧ, а конденсатор отвечает за пропуск ВЧ. Все просто и оригинально.

Следует также знать, что кроссоверы первого порядка, а вернее их номинал, зависит от выбранной частоты разделения и величины сопротивления колонки. Проектируя ФНЧ, надо в первую очередь обратить внимание на частоту среза НЧ и СЧ динамиков(см.).
А вот проектируя ФВЧ, надо аналогичным образом поступить уже с ВЧ.

Пассивный кроссовер

Наиболее доступной на сегодня считается именно пассивная фильтрация, так как она сравнительно проста в реализации. С другой стороны, не все так просто.
Речь идет о следующих недостатках:

Согласовать параметры и значение фильтров с характеристиками излучателей колонок очень сложная штука;
В процессе эксплуатации может наблюдаться нестабильность параметров . К примеру, если повысится сопротивление звуковой катушки при нагреве. В связи с этим значительно ухудшится достигнутое в процессе разработки согласование;
Фильтр, обладая внутренним сопротивлением, забирает некоторую часть выходной мощности усилителя. Одновременно с этим ухудшается демпфирование, а это сказывается на качестве звучания и четкости передачи нижнего регистра.

Как известно, на сегодняшний день самыми распространенными акустическими системами считаются 2-х компонентные варианты.
В них фильтр разделяет звуковой сигнал на два диапазона:

Первый диапазон предназначается исключительно для низких и средних частот. В данном случае используется кроссовер для нижних частот или ФНЧ;
Второй диапазон предназначен для ВЧ. Здесь уже используется другой фильтр ФВЧ.

Примечание. Вариантов реализации фильтра может быть несколько, но он все должно отвечать определенным канонам.

Ниже приводится список требований, которым обязательно должен соответствовать кроссовер:

Фильтр не должен оказывать влияния на частотный спектр и волну выходящего аудиосигнала;
Должен создавать для усилителя, независимую от частоты нагрузку активного характера;
Должен суметь обеспечивать вместе с акустическими системами формирование диаграммы направленности. Это должно быть реализовано так, чтобы до слушателя доходило максимум излучения.

Из статьи мы узнали, как проводится расчет кроссовера акустических систем своими руками. В процессе работ будет полезно также изучить схемы, посмотреть видео обзор и фото – материалы.
Если научиться самостоятельно рассчитывать фильтр, платить за услуги специалистам не придется. Таким образом, цена операции сводится к минимуму, ведь надо только приложить немного терпения и уделить некоторое время изучению.

В промышленных конструкциях активных кроссоверов наибольшее распространение получили построенные на повторителях фильтры Баттерворта, Бесселя и Саллена-Ки.
Фильтры Бесселя обладают самой гладкой фазовой характеристикой (как у одиночной RC-цепи), но суммарная АЧХ имеет провал величиной 3 дБ на частоте раздела.
Фильтры Баттерворта обеспечивают плоскую суммарную АЧХ, но их фазовая характеристика более крутая.
Наконец, фильтры Саллена-Ки (равнокомпонентные фильтры) очень удобны в серийном производстве, поскольку (как следует из названия) для них требуются детали одинаковых номиналов и с большим допустимым отклонением, чего нельзя сказать о фильтрах Баттерворта и Бесселя, требующих точных деталей
Однако фазовая и частотная характеристики равнокомпонентных фильтров самые худшие, поэтому их используют только в бюджетных моделях.
Достаточно много есть схем фазолинейных активных кроссоверов, типа на ФНЧ Бесселя и фазокорректоре Делияниса (кроссовер Питера Ласки).... и так далее, но, как правило, это сложные и в расчетах и настройках, много ОУ, точных резисторов и конденсаторов.
В значительной степени свободен от перечисленных выше недостатков способ построения разделительных фильтров с применением так называемых комплементарных фильтров.... и наилучшие характеристики имеет разделительный фильтр на интеграторах, который из-за особенностей своего построения также является комплементарным фильтром и поэтому обладает всеми его достоинствами. Кроме этого, такой фильтр характеризуется высокой устойчивостью, низкой чувствительностью параметров фильтра к точности элементов, очень высокой идентичностью характеристик НЧ и ВЧ звеньев, ровной суммарной АЧХ и, наконец, простотой расчета частоты среза фильтра и небольшим количеством активных и пассивных элементов и что особенно радует - нет разделительных конденсаторов... во многих случаях можно избавится и от выходных разделительных емкостей в ресивере и входных в усилителе вплоть до выходного каскада УМ, что еще более линеаризует общую фазолинейность общего звукового тракта.

Мне очень нравится одна схема активного разделительного фильтра, которую я уже неоднократно изготавливал и устанавливал в разные автомобили.
Следы описания этого фильтра можно найти в инете:
http://www.digit-el.com/files/articles/crossover.pdf
После перевода с английского получилось, что его назвали как «фильтр с постоянным уровнем».

Но звучит оно как-то неправильно и я считаю, что вернее этот фильтр называть как "Активный разделительный фильтр с неизменённой суммарной АЧХ".

Чем он так мне приглянулся - во первых там нет никаких разделительных емкостей, а те конденсаторы, что определяют частоту раздела, стоят в обратных связях ОУ и имеют маленькую емкость. Подобрать такой номинал конденсатора, например, из пленочных - не составляет никакого труда.
Частота раздела точно соответствует номиналам элементов рассчитанных по указанной там формуле.
За основу можно брать резистор в пределах 24-47 кОм и подгонять частоту раздела под имеющиеся ёмкости.
Принципиальная схема двухканального активного разделительного фильтра с двухполярным блоком питания выглядит так:

Не так он прост, как кажется с первого взгляда, хотя бы даже из-за того, что требуется, как показал опыт, динамики, которые могут работать от частоты среза ниже/выше на 1,5-2 октавы (что в общем-то не очень большая проблема), также требуется подбор конкретного типа ОУ, которые будут работать в сумматоре и в интеграторах.....
Сразу скажу, что у меня получился пока самый лучший результат по общему тональному балансу и нейтральности звучания - это пара LM4562 и AD8066, как для бюджета можно смело ставить обе NE5532.
Немного об остальных ОУ, то что запечатлелось в памяти:
обе AD823 - сильное ослабление энергетики сигнала в НЧ/СЧ диапазоне
ОРА2132, ОРА2134, ОРА2604, JRC4580, JRC2068 в интегратор - плохие и резкие ВЧ, некоторые проблемы в СЧ.
две AD826 - может быть, но как-то слишком просветленно на СЧ/ВЧ...
LT1469, LT1364, LM833 и много-много других вариантов с вышеперечисленными ОУ - что-то промежуточное, и, наверное, каждый должен выбрать то, что ему больше понравится по звучанию с конкретным усилителем и конкретными динамиками.
Конденсаторы в цепях обратной связи слышно, самое лучшее, что звучит нейтрально - это ФТ, Эпкосы, неплохо К73-17....в любом случае лучше ставить пленку (а не керамику), хотя бы Wima FKP2 .
Перегрузочная способность - больше двух вольт среднего входного сигнала (при питании +/- 12 вольт) на такой фильтр лучше не подавать - иначе первый интегратор входит в клип... ну вот, пожалуй, и все самое главное об этом фильтре.

Далее просто фотки первого варианта фильтра:

Фотографии второго варианта фильтра (с регулируемым поканально выходом):

Активный двухполосный фильтр четвертого порядка.

Речь пойдет о двухполосном фазокогерентном фильтр с аппроксимацией по Linkwitz-Riley на State Variable Filter, описанных здесь:
Функциональная схема соединений аудио системы:
Схема крупнее:
Небольшие пояснения по функциональной схеме аудио системы:
1. Соединения оптики Toslink.

С головы и чейнджера цифровой сигнал выходит только тогда, когда устройство активировано.
То есть, если включена голова, цифра идет только с головы. Если включен чейнджер, то цифра выходит только с чейнджера.
Далее цифра поступает на ЦАП саба и через Машину времени на ЦАП фронта.
Таким образом нам необходимо цифру с двух источников превратить в два выхода цифры.
Схемка для соединения и разделения оптики сделана на микросхеме Hex Inverter 74NC04.
Про Машину времени (Процессор временных задержек с интерфейсом S/PDIF) можно почитать здесь:
http://sova-audio.blogspot.com/2012/07/2.html
Есть уже новый вариант Машины времени, которая может управляться дистанционно:
http://sova-audio.blogspot.com/2014/10/blog-post.html
В Машине времени цифровой сигнал будет задержан относительно саба и затем левый фронт будет задержан на необходимую величину относительно правого фронта.
2. Регуляторы громкости.
Применены регуляторы громкости Никитина (РГН) Att7+ и Att7 разработки от antecom:
http://forum.vegalab.ru/showthread.php?t=48665
Про использование регуляторов громкости Никитина в автозвуке я описывал здесь:
http://halin-caraudio.blogspot.com/2013/12/16.html
Так как у усилителя MC420M я сделал входное сопротивления 20 кОм, то соответственно РГН я тоже согласовал на входное сопротивление 20 кОм.
2. Сам активный фильтр 4 порядка (двухполосный фазокогерентный фильтр с аппроксимацией по Linkwitz-Riley на State Variable Filter) сделан на частоту раздела в 3100 Гц.
Вот так выглядит собранный Блок активных фильтров и регуляторов громкости:

Регуляторы громкости запитываются от отдельного стабилизатора на 5 вольт.
Межблочные кабеля использованы Canare GS-6 BLK и Canare L-2T2S BLK.
Разъемы RCA - австрийские, фирмы Amphenol.

Есть у меня давний знакомый и партнер Андрей С. «в миру» профессионально занимающийся акустической подготовкой помещений для клубных вечеринок, домашних кинотеатров и студий звукозаписи. Дома он имеет простенькую систему с полочными колонками, предназначенную для фонового озвучивания спальни. Простенькая то она простенькая, но имеет в своем составе два авторских ламповых усилителя и виниловую вертушку. На мой вопрос, почему бы ему не собрать «взрослую» систему с напольными колонками, говорит, что музыки ему и на работе хватает. Возвращаясь домой после оглушительного рабочего дня в каком-нибудь клубе, он начинает эту музыку тихо ненавидеть, какая уж тут «взрослая» система... Ушам бы отдохнуть.

Бывая у него дома довольно часто и время от времени слушая систему, я замечал, что уровень обоих пар полочной акустики не соответствует идеологии лампового усиления. Колонки у него - довольно современные полочники JM-Lab и немецкие винтажные Karstadt Softline k-3000. Хоть фазоинверторные JM-Lab и выдают более широкую полосу частот (снизу от 40 Гц) чем закрытые ящики Karstadt, слушать он предпочитает именно их, добавляя самого низа с помощью сабвуфера. Да уж... винил, лампы и сабвуфер...

Звучало это все, как бы это помягче сказать... гнусаво-неестественно с «оторванным» сабвуферным басом. Полочники Karstadt k-3000 из-за малого объема корпуса, акустического оформления «закрытый ящик» и в связи с этим - низкой чувствительностью, с ламповым усилителем играли явно плохо, убивая саму идею лампового тракта и винилового источника. Сюда бы высокочувствительные широкополосники в оформлении ОЯ или Онкен и было бы самое то...

Родные кроссоверы

Но «шо маемо, то маемо» и поэтому единственное, что я увидел из того, что можно было бы с этой системой сделать, это влезть в полочные АС и посмотреть на их внутреннее содержание. Андрей сказал, что он делал им апгрейд, заменив «жиденькую» штатную проводку от кроссоверов к входным клеммам и динамикам на толстый 4 кв.мм. многожильный акустический провод немецкой кабельной фирмы «KLOTZ». Особого эффекта это не дало, что естественно т.к. наиболее узким местом в данной системе была не внутренняя проводка в колонках, а их кроссоверы.

Кроссоверы представляли собою в глазах аудиофила самое что ни на есть жалкое зрелище: печатная плата габаритами в пол пачки сигарет с малюсенькими катушками, намотанными проводом толщиной чуть-ли не в волос. Для дополнительной экономии медного провода катушки были снабжены ферромагнитными сердечниками. Довершали безрадостную картину сплошные электролитические конденсаторы. В общем, имелся полный бюджетный набор «внутренностей» довольно качественных винтажных полочников.

Хоть на электролитах были написаны номиналы, я их для надежности перемерил LCR-метром. Почти все конденсаторы - высохли и имели реальную емкость не больше половины от той, которая была написана на их корпусах. Естественно, параметры фильтров «уплыли», ничего другого от кроссовера, собранного на электролитах в 70-х годах прошлого века нельзя было и ожидать.

Схема кроссовера колонок была перерисована и оказалась для своего времени весьма продвинутой. Его СЧ/НЧ и ВЧ секции представляли собою довольно совершенные Г-образные фильтры 4-го и 2-го порядков. Параллельно основному динамику даже стоял вырезной фильтр, состоящий из катушки индуктивности 1,17 мГн и электролита номиналом 47 мкФ, теоретически настроенный на резонансную частоту головки. Для таких миниатюрных колонок - это «серьезный» кроссовер, но качество деталей в нем оказалось «аховое».

Набор элементов родных кроссоверов

Проходные конденсаторы ВЧ звена кроссовера: 10 + 10 мкФ 40 В (полярные электролиты);
Блокировочная катушка ВЧ звена кроссовера: 0,15 мГн (сечение провода 0,2 кв.мм. воздушная);
Проходные катушки НЧ звена кроссовера: 0,63 + 0,63 мГн (сечение провода 0,4 кв.мм. на сердечниках);
1 блокировочный конденсатор НЧ звена кроссовера: 22 мкФ 63 В (полярный электролит);
2 блокировочный конденсатор НЧ звена кроссовера: 47 мкФ 63 В (полярный электролит);
Катушка вырезного фильтра НЧ звена кроссовера: 1,17 мГн (сечение провода 0,2 кв.мм. воздушная);
Конденсатор вырезного фильтра НЧ звена кроссовера: 47 мкФ 63 В (полярный электролит).

Испытательный кроссовер

Так как убедить коллегу в чем либо, чем занимаешься ты и он профессионально весьма сложно, я предложил Андрею поставить в его АС сначала один экспериментальный кроссовер, притом предложил сделать его из подручных материалов с ценой затрат, стремящейся к нулю. Из этих соображений в одном из клубов был добыт списанный фильтр от заэкранной акустической системы родом из СССР. Этот монструозный с виду, но сделанный по всем правилам акустической науки агрегат послужил донором для сборки испытательного фильтра.

Для намотки катушек были применены снятые с «заэкранного» кроссовера каркасы индуктивностей и их-же провод. Конденсаторы МБГО так же были взяты от него. В качестве основы применили обрезок плиты МДФ толщиной 10 мм. Параллельно батареям металобумажных МБГО я поставил подвернувшиеся под руку пленочные конденсаторы, емкостью в 10 % от их номинала.

Многожильный акустический провод KLOTZ от предыдущего апгрейда был безжалостно выкинут и заменен на моножилу одесского кабельного завода сечением 0,75 мм.

Первое прослушивание

Новый крупногабаритный кроссовер был с трудом инсталлирован в миниатюрную АС и мы приступили к сравнительному прослушиванию новой и штатной колонок. Для «честности» и исключения влияния помещения водрузили колонки одна на другую в горизонтальном положении.

Слушали винил - один канал, перекидывая его по очереди на обе колонки. Из музыкального материала наибольшее впечатление произвели: группа Кино, Салли Олдфилд и Фуга Баха Ре минор исполненная кем-то знаменитым на органе. В прослушивании участвовал Андрей, его супруга и я.

По словам Андрея «Виктор Цой запел другим - СВОИМ голосом...». У колонки пропало бубнение, голос вокалистов стал натуральным, низов, как ни странно - стало заметно больше. При том, что мы новым кроссовером «украли» как минимум пол литра дефицитного внутреннего объема миниатюрной колонки.

В общем, эксперимент удался, и Андрей принял решение - вторую колонку однозначно переделывать. Что и было реализовано во второй мой приезд к нему.

Второй новый кроссовер

Кроссовер во вторую колонку я решил сделать не так, как первый, а «по всем правилам» т.к. объема внутри АС было очень мало и «воровать» его крупными габаритами элементов фильтра не хотелось.

Для изготовления второго кроссовера металлобумажные конденсаторы МБГО были «раздеты», в результате чего их внешний габарит сильно уменьшился. Раздевание конденсаторов так-же однозначно благотворно влияет на звук.

В этот раз в ВЧ секцию параллельно металлобумажным блокам я поставил не первые попавшиеся пленочные конденсаторы, а «раздетые» дефицитные серебряно/слюдяные ССГ. В СЧ/НЧ секцию фильтра параллельно металлобумажным МБГО встали особо точные конденсаторы К71-7 с полистирольным диэлектриком (Они довольно высоко котируются у аудиофилов). Для влагозащиты конденсаторы обернуты изоляционной лентой.

Две катушки индуктивности были намотаны в виде «бубликов» на 0,5 литровой бутылке от Пепси-Колы, а две других на каркасах кросоверов, снятых с колонок S-90. В отличие от испытательного фильтра в постоянном - катушки по возможности разнесены друг от друга.

Фильтр конструктивно состоит из двух плат т.к. установить длинную плату в ограниченный по глубине корпус не представляется возможным (В первой колонке фильтр таки не влез по длине и его пришлось распилить на две части). Платы изготовлены из текстолита толщиной 2 мм, катушки индуктивности и блоки конденсаторов крепятся к ним нейлоновыми хомутами. Монтаж навесной, разводка - снизу платы, сделана преимущественно выводами самих элементов.

Для подключения кроссовера к входным клеммам и динамикам применена сдвоенная моножила сечением 0,75 кв.мм. Элементы фильтра и провода до установки на плату отслушаны по направлениям. В отслушивании катушек и проводов принимал участие владелец колонок.

Набор элементов нового кроссовера

Проходные конденсаторы ВЧ звена кроссовера: 10 + 10 мкФ 40 В (раздетые металлобумажные МБГО);
Конденсаторы, установленные в ВЧ звено параллельно МБГО: 0,1 + 0,1 мкФ 200 В (раздетые серебрено/слюдяные ССГ);
Блокировочная катушка ВЧ звена кроссовера: 0,15 мГн (сечение провода 0,8 кв.мм. воздушная);
Проходные катушки НЧ звена кроссовера: 0,63 + 0,63 мГн (сечение провода 0,9 кв.мм. воздушные);
1 блокировочный конденсатор НЧ звена кроссовера: 22 мкФ 160 В (раздетый металлобумажный МБГО);
2 блокировочный конденсатор НЧ звена кроссовера: 47 мкФ 160 В (раздетый металлобумажный МБГО);
Конденсаторы, установленные в НЧ звено кроссовера параллельно МБГО: 0,33 + 0,33 мкФ 200 В (К71-7 полистирольные точные);
Катушка вырезного фильтра НЧ звена кроссовера: 1,17 мГн (сечение провода 0,8 кв.мм. воздушная);
Конденсатор вырезного фильтра НЧ звена кроссовера: 47 мкФ 160 В (раздетый металлобумажный МБГО);
Блокировочный конденсатор вырезного фильтра: 0,33 мкФ 200 В (К71-7 полистирольный точный).

В монтаже второго варианта кроссовера Андрей принимал самое непосредственное участие. Он сверлил платы, крепил к ним элементы, потом собранный фильтр устанавливал в АС. Единственное, что делал я - это электрический монтаж кроссовера и подключение его к входным терминалам и динамикам колонки.

Кабель KLOTZ так-же как и в первый раз был заменен на моножилу сечением 2 х 0,75 кв.мм. одесского кабельного завода.

Прослушивание и выводы

Вторая колонка с кроссовером сделанным по всем правилам сыграла лучше первой, но конечно не с таким разрывом, какой мы услышали между не переделанной АС и АС с испытательным кроссовером.

В ней получилось немного больше низа, а голос вокалистов стал поестественнее, чем в первой. Вторая АС играет мягче и комфортнее, слушать ее хочется больше, чем первую. Андрей был несколько обескуражен тем, что раздевание конденсаторов и столь небольшие изменения в диэлектрике блокировочных конденсаторов могут так влиять на звук.

Диаметр провода катушек в первом и во втором фильтрах одинаков, количество витков тоже. Основные конденсаторы и их номиналы на испытательном и втором кроссоверах тоже совпадают. Единственное различие, это то, что в испытательном фильтре были установлены конденсаторы МБГО в штатном исполнении (в корпусах), а параллельно им подпаяны импортные конденсаторы с диэлектриком идентичным отечественным к-73 (не любимыми в среде аудиофилов).

Во втором же кроссовере установлены «раздетые» конденсаторы МБГО, к их секциям подпаяны высокоточные полистирольные к71-7 и моножильные провода, отслушанные по направлению. В ВЧ секции фильтра параллельно основным металлобумажным установлены дефицитные и тоже раздетые серебрено/слюдяные ССГ.

Отзыв владельца

Андрей = Переделкой моих стареньких Karstadt я не сильно горел. Музыку я на них слушаю не так часто, в основном эксплуатируя вторую пару полочников Canton. У Canton-ов очень хороший звук, возможно из-за этого и решился на эксперимент, ведь до этого я только слышал о подобной доработке колонок. Виталий предложил сделать одну колонку и сравнить, в любом случае, если не понравится, подумал я, все можно вернуть на место. После двух дней работы Виталий принёс переделанную колонку, которая стала почти в два раза тяжелее штатной. И тут все вопросы отпали сами собой. Звук стал не похожим на тот, который выдавала штатная, даже приблизительно. Голос Виктора Цоя на пластинке был другим, словно заменили солиста. В общем звук мне очень понравился. Моя девушка тоже отметила качественное улучшение, так что все остались довольны. Виталий получил задание и бюджет на переделку второй колонки, а я стал ждать полноценной переделанной системы, даже мои любимые кантоны как-то сами собой ушли на второй план по интересности звука. После переделки второй акустической системы звук меня обрадовал еще сильнее. В общем я остался очень довольным и порекомендовал эту опцию своим друзьям. Читайте про моего товарища Карла и переделку его студийных мониторов.

Колонки с изюминкой: лаконичность схемы сочетается с тщательным исполнением корпуса.

Разрабатывая и изготавливая новую модель акустики, производитель пытается нарисовать портрет ее слушателя и оценить обстановку, в которой эта система будет установлена. Но я хочу описать конструкцию, идеологом создания которой стал ее будущий хозяин. Вот краткий перечень тех пожеланий, которые мы получили в качестве руководства к действию от очередного заказчика. Это должны быть напольные акустические системы для прослушивания спокойной музыки в уютной домашней обстановке. Они должны гармонировать с имеющимся интерьером, но иметь изюминку в дизайне.

Последним, но категоричным требованием было использование простейших разделительных фильтров первого порядка (похоже, сильно сказалось влияние на заказчика множества статей о вреде фильтров высоких порядков).

Вырисовывалась следующая картина:

1) низкочастотный динамик будет бумажным - порядок фильтра обязывает, хотя алюминиевый диффузор в сочетании с отделкой светлым дубом как нельзя лучше отвечал бы требованиям дизайна квартиры;

2) акустическое оформление - фазоинвертор, так как в результате прослушивания клиент однозначно отдал предпочтение этому типу;

3) система будет двухполосной;

4) интерьер комнаты подразумевал изготовление изделия с плавными линиями, и тут как нельзя лучше пригодилась уникальная методика «монолита», разработанная в нашей компании для производства корпусов. Все его грани получаются скругленными, что также благоприятно сказывается на проблеме дифракции в ВЧ-области.

И про изюминку не забыли: точеный дубовый тоннель фазоинвертора, выведенный на переднюю панель, как нельзя лучше дополнял плавные обводы углов.

Об авторe

Борис Пухов - выпускник Ленинградского Политехнического института, специалист по акустике в компании «Питер-Мьюзик». Принимает непосредственное участие в разработке АС по индивидуальным заказам, причем не только для Hi-Fi-систем, но и домашнего театра. Последнее достижение - запуск в производство автомобильных сабвуферов под торговой маркой Bloodhound.

Покопавшись в истории, мы решили взять за основу разработку пятнадцатилетней давности норвежской фирмы SEAS, благо сейчас в России с такими брэндами, как VIFA, SCANSPEAK и SEAS, проблем нет. Приятно было отметить, что восьмидюймовый бумажный вуфер Н333 и тканевый купольный высокочастотник H519 выпускаются и по сей день. Динамики были приобретены, и начался процесс воплощения в жизнь идеи клиента.

Корпус изготавливается из МДФ высокой плотности (боковые и задняя стенки 19 мм, передняя - 25 мм). После раскроя панели по периметру обклеиваются дубовым бруском таким образом, что в местах их стыков образуются лабиринты - 100-процентная гарантия от утечек. О герметичности конструкции свидетельствует и тот факт, что перед фанерованием приходится сверлить технологическое отверстие, т.к. колебание температуры воздуха приводит к втягиванию стенок. Таким способом и были собраны два 39-литровых корпуса.

Cтык «монолит»: 1 - дубовый брус, 2 - панель МДФ, 3 - шпон.

Особенностью метода «монолит» является то, что корпус получается неразборным, и поэтому перед установкой последней панели производится горячая накатка вибропоглощающего состава «визомат» на внутренние плоскости и установка фильтра. Наличие внутренних распорок придает конструкции дополнительную жесткость. Что характерно, при сборке не используется ни одного шурупа. Трехслойное покрытие матовым лаком надежно защищает корпус от колебаний влажности в помещении и подчеркивает рельефность структуры натурального дерева. Для установки на шипы-опоры в нижней панели на этапе производства монтируются потайные гайки М8.

Несколько слов о фильтре: катушки индуктивности с воздушным сердечником и межслойной пропиткой собственного производства. Конденсатор металлопленочный полипропиленовый К78-19, хорошо себя зарекомендовавший в акустических фильтрах.

Так как от этих колонок не требуется сильных смещений диффузора низкочастотной головки и «ветров» в тоннеле не предвидится, мы ограничились портом диаметром 70 мм. Длину подбирали экспериментально, настраивая корпус на собственную частоту резонанса головки (33 - 35 Гц). На время настройки устанавливался пластиковый тоннель, длина которого подбиралась экспериментально и получилась равной 150 мм. Учитывая скругленность краев точеного тоннеля, мы сделали его длиной 160 мм и вклеили его в корпус колонки. Динамики устанавливались в переднюю стенку на специально отфрезерованный посадочный пояс через прокладку из тонкой резины и закреплялись винтами с помощью саморазжимных бронзовых втулок.

Объем корпуса в нижней части был равномерно заполнен синтетической ватой, объем которой подбирался по минимальной резонансной частоте системы при заглушенном отверстии тоннеля. Все эксперименты и настройки проводились на одном корпусе, а второй был собран по образу и подобию, т.к. динамики фирмы SEAS славятся высокой стабильностью параметров однотипных изделий. Основным критерием качества готовых изделий клиент считал результат прослушивания. Оно производилось совместно с консервативным британским усилителем Musical Fidelity A220. Мягкий тембр, легкость и ажурность звучания с хорошей проработкой пространственной картинки позволяло длительно слушать музыку без признаков утомления, что вполне устраивало их хозяина. Мы все же решили снять АЧХ по звуковому давлению в ближнем поле с помощью спектроанализатора Audio Control SA-3055, используя встроенный генератор розового шума. Расположение микрофона не позволяло фиксировать работу фазоинвертора, о чем свидетельствует явный завал в НЧ области на светодиодном дисплее (шаг 1 дБ), в то время как при прослушивании проблем с басом не возникало. Чувствительность оказалась на уровне 89 дБ.

В завершение хочется отметить, что от качества изготовления корпуса в огромной степени зависит эмоциональное восприятие музыки и радовать глаз - не последняя задача современных акустических систем.

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?

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.

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…