Audio crossover - Audio crossover

Passzív kétirányú crossover, amelyet hangszórófeszültségekre terveztek .

Az audioközvetítők egyfajta elektronikus szűrőáramkörök, amelyek két vagy több frekvenciatartományra osztják fel az audiojelet, így a jeleket el lehet küldeni a különböző frekvenciatartományokban való működésre tervezett hangszóró -illesztőprogramoknak. A keresztező szűrők lehetnek aktívak vagy passzívak . Ezeket gyakran úgy írják le, mint a két-utas vagy háromutas , amelyek azt mutatják, rendre, hogy a crossover osztja egy adott jelet két frekvenciatartományban vagy három frekvenciatartományra. A keresztezőket hangszóró szekrényekben , teljesítményerősítőkben használják a szórakoztató elektronikában ( hifi , házimozi hang ésautó audio ) és pro audio és hangszer erősítő termékek. Az utóbbi két piacon a keresztezőket basszuserősítőkben , billentyűzeterősítőkben , mély- és billentyűzet -hangszóróházakban és hangerősítő berendezésekben (PA hangszórók, monitor hangszórók, mélynyomó rendszerek stb.) Használják .

A keresztezéseket azért használják, mert a legtöbb egyedi hangszóró -illesztőprogram nem képes lefedni a teljes hangspektrumot az alacsony frekvenciáktól a magas frekvenciákig, elfogadható relatív hangerővel és torzítás nélkül . A legtöbb hifi hangszórórendszer és a hangerősítő rendszer hangszórószekrénye több hangszóró-illesztőprogram kombinációját használja, amelyek mindegyike különböző frekvenciasávot szolgál ki . Egy egyszerű példa a hifi és a PA rendszer szekrényeire, amelyek mély- és középfrekvenciás mélysugárzót , magas frekvenciákhoz pedig magassugárzót tartalmaznak. Mivel a hangjel forrás, legyen az CD -lejátszóról felvett zene vagy egy élő zenekari mix egy hangkonzolról , az összes alacsony, közepes és magas frekvenciát kombinálva tartalmazza, egy keresztváltó áramkört használnak az audiojel külön frekvenciasávokra osztására. amelyek külön -külön az adott frekvenciasávokra optimalizált hangszórókhoz, magassugárzókhoz vagy kürtökhöz irányíthatók.

A passzív átváltás valószínűleg a leggyakoribb audio crossover típus. Ezek használata a hálózat passzív elektromos alkatrészek (pl, kondenzátorokat és ellenállásokat) szétbontani erősítéssel érkező jel egy erősítőt úgy, hogy el lehet küldeni két vagy több hangszóró meghajtók (például egy mélynyomó és egy nagyon alacsony frekvenciájú mélysugárzó , vagy mélysugárzó és magassugárzó , vagy mélysugárzó, középsugárzó és magassugárzó kombináció).

Az aktív keresztezőket abban különbözik a passzív átváltóktól, hogy a teljesítmény -erősítési szakasz előtt felosztják az audiojelet, így két vagy több erősítőre küldhetők, amelyek mindegyike külön hangszóró -illesztőprogramhoz van csatlakoztatva. A házimozi 5.1 térhatású hangrendszerek keresztezést használnak, amely elválasztja a nagyon alacsony frekvenciájú jelet, hogy el lehessen küldeni egy mélysugárzónak , majd a fennmaradó alacsony, közepes és magas frekvenciákat öt hangszóróba küldje. a hallgató köré helyezve. Egy tipikus alkalmazásban a térhatású hangszóró szekrényekbe küldött jelek tovább passzálódnak passzív keresztváltó segítségével egy alacsony/közép tartományú mélysugárzóra és egy nagy hatótávolságú magassugárzóra. Az aktív keresztezők digitális és analóg változatban is megtalálhatók.

A digitális aktív keresztezések gyakran tartalmaznak további jelfeldolgozást, például korlátozást, késleltetést és kiegyenlítést. A jelátvitel lehetővé teszi, hogy az audiojelet külön sávokra bontják, mielőtt újra összekeverik. Néhány példa a többsávos dinamika ( tömörítés , korlátozás , hatástalanítás ), többsávos torzítás , mélyhangkiemelés, nagyfrekvenciás gerjesztők és a zajcsökkentés, például a Dolby A zajcsökkentés .

Áttekintés

2 pólusú Butterworth és Linkwitz-Riley crossover szűrők nagyságrendű válaszának összehasonlítása . A Butterworth -szűrők összesített kimenete +3dB csúccsal rendelkezik a keresztezési frekvencián.

Az ideális hangkeresztezés definíciója a feladathoz és az audioalkalmazáshoz képest változik. Ha a külön sávokat kell keverni újra együtt (mint a többsávos feldolgozás), akkor az ideális audio crossover lenne megosztani a bejövő audio jelet külön sávokat, hogy ne legyenek átfedések, vagy kölcsönhatásban amelyek következtében a kimeneti jelet változatlan frekvencia , relatív szintek és fázisválasz . Ezt az ideális teljesítményt csak közelíteni lehet. Élénk vita tárgya a legjobb közelítés módja. Másrészt, ha az audio keresztezés elválasztja a hangszórókat a hangszóróban, akkor nincs szükség matematikailag ideális jellemzőkre a keresztezőn belül, mivel a hangszóró -illesztőprogramok frekvenciája és fázisválasza a tartókon belül elhomályosítja az eredményeket. Kielégítő kimenete a teljes rendszer, amely az audio crossover és a hangszóró járművezetők saját burkolat (ek) a tervezési célt. Ezt a célt gyakran nem ideális, aszimmetrikus keresztező szűrő karakterisztikákkal érik el.

Az audióban sokféle crossover típust használnak, de általában az alábbi osztályok egyikébe tartoznak.

Osztályozás

Osztályozás a szűrőszakaszok száma alapján

A hangszórókat gyakran "N-way" kategóriába sorolják, ahol N a rendszer meghajtóinak száma. Például a hangszóró mélysugárzóval és magassugárzóval kétirányú hangszórórendszer. Az N-irányú hangszóró általában N-irányú keresztváltóval rendelkezik, amely felosztja a jelet a meghajtók között. A kétirányú crossover alul- és felüláteresztő szűrőből áll. A háromutas keresztváltó az aluláteresztő , a sávos és a felüláteresztő szűrők (LPF, BPF és HPF) kombinációja . A BPF szakasz viszont a HPF és az LPF szakaszok kombinációja. A 4 (vagy több) irányú átváltás nem túl gyakori a hangszórók kialakításában, elsősorban a kapcsolódó összetettség miatt, amit általában nem indokol a jobb akusztikai teljesítmény.

Egy extra HPF rész lehet az "N-way" hangszóró-keresztezőben, hogy megvédje a legalacsonyabb frekvenciájú meghajtót a biztonságosabb kezeléstől alacsonyabb frekvenciáktól. Egy ilyen keresztezésnek sávszűrője lenne a legalacsonyabb frekvenciájú meghajtó számára. Hasonlóképpen, a legmagasabb frekvenciájú meghajtónak is lehet védő LPF része, hogy megakadályozza a nagyfrekvenciás károkat, bár ez sokkal ritkább.

A közelmúltban számos gyártó elkezdte használni az úgynevezett "N.5-ös" keresztezési technikákat a sztereó hangszórók átváltásánál. Ez általában azt jelzi, hogy hozzáadtak egy második mélysugárzót, amely ugyanazt a mélyhang tartományt játssza le, mint a fő mélysugárzó, de sokkal előbb gurul le, mint a fő mélysugárzó.

Megjegyzés: Az itt említett szűrőszakaszokat nem szabad összetéveszteni az egyes 2 pólusú szűrőszakaszokkal, amelyekből egy magasabb rendű szűrő áll.

Osztályozás összetevők alapján

A keresztezéseket a használt alkatrészek típusa alapján is osztályozni lehet.

Passzív

A hangszóróházba gyakran passzív keresztváltó áramkört szerelnek, hogy az erősített jelet felosztják egy alacsonyabb és egy magasabb frekvenciájú jeltartományra.

A passzív crossover felosztja az audiojelet, miután egyetlen teljesítményerősítővel erősítette , így az erősített jelet két vagy több illesztőprogram -típushoz lehet elküldeni, amelyek mindegyike különböző frekvenciatartományokat fed le. Ezek a keresztezések teljes egészében passzív alkatrészekből és áramkörökből állnak; a "passzív" kifejezés azt jelenti, hogy nincs szükség további áramforrásra az áramkörhöz. A passzív keresztváltót csak vezetékekkel kell csatlakoztatni a teljesítményerősítő jeléhez. A passzív átváltásokat rendszerint Cauer -topológiába rendezték , hogy Butterworth -szűrőhatást érjenek el . A passzív szűrők ellenállásokat használnak reaktív komponensekkel, például kondenzátorokkal és induktorokkal kombinálva . A nagyon nagy teljesítményű passzív átváltások valószínűleg drágábbak lesznek, mint az aktív keresztezők, mivel a hangszóró -rendszerek működtetésének nagy áramain és feszültségein jó teljesítményre képes egyes alkatrészeket nehéz elkészíteni.

Az olcsó szórakoztatóelektronikai termékek, mint például a kedvező árú házimozi dobozos csomagok és az olcsó szóródobozok , alacsonyabb minőségű passzív átváltást használnak, gyakran alacsonyabb rendű szűrőhálózatokat használnak kevesebb komponenssel. A drága hifi hangszórórendszerek és vevőkészülékek jobb minőségű passzív átváltókat használnak a jobb hangminőség és az alacsonyabb torzítás érdekében. Ugyanezt az ár/minőség megközelítést alkalmazzák a hangerősítő berendezésekkel, a hangszer -erősítőkkel és a hangszórószekrényekkel; az alacsony árú színpadi monitor , a PA hangszóró vagy a basszuserősítő hangszórószekrény jellemzően alacsonyabb minőségű, alacsonyabb árú passzív átváltókat használ, míg a magas árú, jó minőségű szekrények jobb minőségű átváltókat használnak. A passzív átváltók polipropilénből , fémezett poliészter fóliából, papírból és elektrolit kondenzátorokból készült kondenzátorokat használhatnak. Az induktorok lehetnek légmagok, porított fémmagok, ferritmagok vagy laminált szilícium -acél magok, és a legtöbb zománcozott rézhuzalral van feltekerve .

Egyes passzív hálózatok olyan eszközöket tartalmaznak, mint biztosítékok , PTC -eszközök, izzók vagy megszakítók, amelyek megvédik a hangszóró -illesztőprogramokat a véletlen túlfeszültségtől (pl. Hirtelen túlfeszültségtől vagy tüskétől). A modern passzív átváltók egyre gyakrabban tartalmaznak kiegyenlítő hálózatokat (pl. Zobel hálózatok ), amelyek gyakorlatilag minden hangszóróban rejlő frekvenciával kompenzálják az impedancia változásait. A probléma összetett, mivel az impedancia változásának egy része a vezetői sávban fellépő akusztikus terhelésváltozásoknak köszönhető.

A passzív hálózatok két hátránya, hogy terjedelmesek és áramkimaradást okozhatnak. Ezek nem csak frekvencia -specifikusak, hanem impedancia -specifikusak is (azaz válaszuk az elektromos terheléstől függően változik). Ez megakadályozza, hogy felcserélhetők legyenek a különböző impedanciájú hangszórórendszerekkel. Az ideális keresztező szűrőket, beleértve az impedancia kompenzációt és a kiegyenlítő hálózatokat, nagyon nehéz megtervezni, mivel az alkatrészek összetett módon kölcsönhatásba lépnek. Siegfried Linkwitz, a crossover tervező szakértője azt mondta róluk, hogy "a passzív átváltások egyetlen ürügyük az alacsony költségük. Viselkedésük megváltozik a meghajtó jelek szintjétől függő dinamikájával. Gátolják a teljesítményerősítőt abban, hogy a hangtekercs mozgását maximálisan uralja." időpocsékolás, ha a reprodukció pontossága a cél. " Alternatív megoldásként passzív komponensek is felhasználhatók szűrőáramkörök kialakításához az erősítő előtt. Ezt a megvalósítást passzív vonalszintű átváltásnak nevezik.

Aktív

Háromirányú aktív keresztváltó hálózat megvalósítási vázlata sztereó háromutas hangszórórendszerrel való használatra.

Az aktív keresztező aktív komponenseket tartalmaz szűrőiben, például tranzisztorokat és műveleti erősítőket. Az utóbbi években a leggyakrabban használt aktív eszköz egy operációs erősítő . Ellentétben a passzív átváltókkal, amelyek a teljesítményerősítő kimenete után működnek nagy áramnál, és bizonyos esetekben nagy feszültségnél , az aktív keresztezőket a teljesítményerősítő bemeneteinek megfelelő szinteken működtetik. Másfelől minden erősítésű áramkör zajt vezet be , és az ilyen zaj káros hatással van, ha azt a teljesítményerősítők által a jelek felerősítése előtt vezetik be.

Az aktív átváltásokhoz mindig szükség van teljesítményerősítők használatára minden kimeneti sávban. Így a kétirányú aktív keresztváltónak két erősítőre van szüksége-egy a mélysugárzóra és egy a magassugárzóra . Ez azt jelenti, hogy az aktív keresztezésen alapuló hangszórórendszer gyakran többe kerül, mint egy passzív crossover alapú rendszer. A költségek és a komplikációk hátrányai ellenére az aktív átváltók a következő előnyökkel járnak a passzívakkal szemben:

Az aktív crossover tipikus használata, bár a passzív crossover hasonlóan elhelyezhető az erősítők előtt.
  • a vezető elektromos jellemzőinek dinamikus változásaitól független frekvenciaválasz (pl. a hangtekercs hevítése)
  • jellemzően az egyszerű frekvenciaváltás lehetősége az egyes frekvenciasávoknak a használt illesztőprogramokhoz való finomhangolásához. Példák lehetnek a kereszteződés meredeksége, szűrőtípus (pl. Bessel , Butterworth, Linkwitz-Riley stb.), Relatív szintek stb.
  • minden vezető jobb elszigeteltségét a többi illesztőprogram által kezelt jelektől, ezáltal csökkentve az intermodulációs torzulást és a túlhajtást
  • a teljesítményerősítők közvetlenül csatlakoznak a hangszóró -meghajtókhoz, ezáltal maximalizálva a hangszóró hangtekercsének erősítő csillapítását, csökkentve a vezető elektromos jellemzőinek dinamikus változásainak következményeit, amelyek valószínűleg javítják a rendszer átmeneti válaszát
  • a teljesítményerősítő kimeneti igényének csökkentése. Mivel a passzív komponensek nem veszítenek energiát, az erősítőigény jelentősen csökken (egyes esetekben akár 1/2) is, ami csökkenti a költségeket és potenciálisan javítja a minőséget.

Digitális

Az aktív átváltások digitálisan is megvalósíthatók digitális jelfeldolgozó vagy más mikroprocesszor segítségével . Vagy digitális közelítéseket használnak a hagyományos analóg áramkörökhöz, más néven IIR szűrőknek ( Bessel , Butterworth, Linkwitz-Riley stb.), Vagy Finite Impulse Response (FIR) szűrőket használnak. Az IIR szűrők sok hasonlóságot mutatnak az analóg szűrőkkel, és viszonylag igénytelenek a CPU erőforrásokhoz; A FIR szűrők általában magasabb rendűek, ezért több erőforrást igényelnek a hasonló jellemzőkhöz. Ezeket úgy lehet megtervezni és megépíteni, hogy lineáris fázisválaszuk legyen , amit sokan kívánatosnak tartanak a hangvisszaadásban. Vannak azonban hátrányai is - a lineáris fázisválasz elérése érdekében hosszabb késleltetési idő keletkezik, mint amennyi az IIR vagy a minimális fázisú FIR szűrők esetében szükséges lenne. Az IIR szűrőknek, amelyek természetüknél fogva rekurzívak, az a hátrányuk, hogy ha nem gondosan megtervezik őket, korlátozási ciklusokba léphetnek, ami nemlineáris torzulást eredményez.

Mechanikai

Ez a keresztezési típus mechanikus, és a meghajtó membránban lévő anyagok tulajdonságait használja fel a szükséges szűrés eléréséhez. Az ilyen átváltások általában a teljes tartományú hangszórókban találhatók, amelyeket úgy terveztek, hogy a lehető legnagyobb mértékben lefedjék az audio sávot. Az egyiket úgy állítják össze, hogy a hangszóró kúpját a megfelelő tekercsen keresztül a hangtekercs orsójához csatlakoztatják, és közvetlenül egy kis, könnyű whizzer kúpot rögzítenek az orsóhoz . Ez a kompatibilis szakasz megfelelõ szűrõként szolgál, így a fõkúp nem rezeg magasabb frekvenciákon. A whizzer kúp minden frekvenciára reagál, de kisebb mérete miatt csak magasabb frekvenciákon ad hasznos kimenetet, ezáltal mechanikus crossover funkciót valósít meg. A kúp, whizzer és felfüggesztő elemekhez használt anyagok gondos kiválasztása határozza meg a keresztezés gyakoriságát és a crossover hatékonyságát. Az ilyen mechanikus keresztezéseket bonyolult a tervezés, különösen akkor, ha nagy pontosságra van szükség. A számítógéppel támogatott tervezés nagyrészt felváltotta a történelmileg alkalmazott fáradságos próba-hiba módszert. Több év alatt az anyagok megfelelősége megváltozhat, ami negatívan befolyásolja a hangszóró frekvenciaválaszát.

Egy gyakoribb megközelítés a porvédő kupak alkalmazása nagyfrekvenciás radiátorként. A porvédő sapka alacsony frekvenciákat sugároz, a főszerelvény részeként mozog, de az alacsony tömeg és a csökkentett csillapítás miatt magasabb frekvenciákon növekvő energiát sugároz. A whizzer kúpokhoz hasonlóan az anyag, az alak és a helyzet gondos kiválasztása szükséges a sima, kiterjesztett kimenet biztosításához. A nagyfrekvenciás szórás némileg eltér ettől a megközelítéstől, mint a whizzer kúpoktól. Egy kapcsolódó megközelítés az, hogy a fő kúpot olyan profillal és ilyen anyagokból kell formálni, hogy a nyakrész merevebb maradjon, minden frekvenciát sugározjon, míg a kúp külső területei szelektíven leválasztottak, és csak alacsonyabb frekvenciákon sugároznak. A kúpprofilok és anyagok végeselem -elemző szoftverrel modellezhetők, és az eredmények kiváló tűrésekre jósolhatók.

Azokat a hangszórókat, amelyek ezeket a mechanikus keresztezőket használják, a hangminőség bizonyos előnyei ellenére megtervezésük és gyártásuk nehézségei, valamint az elkerülhetetlen kimeneti korlátozások ellenére. A teljes hatótávolságú meghajtók egyetlen akusztikus központtal rendelkeznek, és viszonylag szerény fázisváltozással rendelkeznek az audio spektrumban. A legjobb teljesítmény érdekében alacsony frekvenciákon ezek a meghajtók gondos háztervezést igényelnek. Kis méretük (jellemzően 165-200 mm) jelentős kúpos mozgást igényel a mélyhangok hatékony reprodukálásához, de az ésszerű nagyfrekvenciás teljesítményhez szükséges rövid hangtekercsek csak korlátozott tartományban mozoghatnak. Mindazonáltal ezen korlátok között a költségek és a komplikációk csökkennek, mivel nincs szükség átváltásra.

Osztályozás szűrőrend vagy lejtés alapján

Ahogy a szűrőknek különböző sorrendjeik vannak, úgy a keresztváltóknak is, az általuk alkalmazott szűrő lejtésétől függően. A végső akusztikai lejtést teljesen meghatározhatja az elektromos szűrő, vagy elérheti az elektromos szűrő lejtésének és a vezető természetes jellemzőinek kombinálásával. Az előbbi esetben az egyetlen követelmény az, hogy minden meghajtónak egyenletesen kell válaszolnia legalább addig a pontig, ahol a jele körülbelül -10dB lefelé van a sávszélességtől. Ez utóbbi esetben a végső akusztikai lejtés általában meredekebb, mint az alkalmazott elektromos szűrők. A harmadik vagy negyedik rendű akusztikus crossover gyakran csak másodrendű elektromos szűrővel rendelkezik. Ez megköveteli, hogy a hangszóró-meghajtók jól viselkedjenek a névleges átváltási frekvenciától, és hogy a nagyfrekvenciás meghajtó képes legyen túlélni egy jelentős bemenetet a keresztezési pont alatti frekvenciatartományban. Ezt a gyakorlatban nehéz elérni. Az alábbiakban az elektromos szűrők sorrendjének jellemzőit, majd az akusztikus lejtéssel rendelkező átjárókat és előnyeiket vagy hátrányaikat tárgyaljuk.

A legtöbb hangátvitel első-negyedik rendű elektromos szűrőt használ. A magasabb megrendelések általában nem valósulnak meg a hangszórók passzív átváltásánál, de néha megtalálhatók az elektronikus berendezésekben olyan körülmények között, amelyek miatt jelentős költségeik és összetettségük igazolható.

Első rendelés

Az elsőrendű szűrők meredeksége 20 dB/ évtized (vagy 6 dB/ oktáv ). Minden elsőrendű szűrő rendelkezik Butterworth szűrővel. Az elsőrendű szűrőket sok audiofil ideálisnak tartja a keresztezésekhez. Ez azért van így, mert ez a szűrőtípus „átmeneti tökéletes”, vagyis az alul- és a felüláteresztő kimenetek összege változatlanul halad az amplitúdó és a fázis között. Ezenkívül a legkevesebb alkatrészt használja, és a legkisebb behelyezési veszteséggel rendelkezik (ha passzív). Az elsőrendű keresztezés lehetővé teszi, hogy több nem kívánt frekvenciájú jeltartalom kerüljön át az LPF és a HPF szakaszokban, mint a magasabb rendű konfigurációk. Míg a mélysugárzók könnyen kezelik ezt (eltekintve attól, hogy torzítást generálnak azokon a frekvenciákon, amelyeket megfelelően reprodukálni tudnak), a kisebb nagyfrekvenciás meghajtók (különösen a magassugárzók) nagyobb valószínűséggel sérülnek meg, mivel nem képesek nagy teljesítményű bemenetek kezelésére frekvenciákon. a névleges keresztezési pont alatt.

A gyakorlatban a valódi elsőrendű akusztikus lejtéssel rendelkező hangszórórendszereket nehéz megtervezni, mivel nagy átfedő meghajtó sávszélességet igényelnek, és a sekély lejtők azt jelentik, hogy a nem véletlen meghajtók zavarják a széles frekvenciatartományt, és nagy válasz eltolódást okoznak a tengelyen kívül.

Második rend

A másodrendű szűrők meredeksége 40 dB/évtized (vagy 12 dB/oktáv). A másodrendű szűrők Bessel , Linkwitz-Riley vagy Butterworth jellemzőkkel rendelkezhetnek, a tervezési választástól és a használt alkatrészektől függően. Ezt a sorrendet általában passzív átváltásoknál használják, mivel ésszerű egyensúlyt kínál a komplexitás, a válasz és a magasabb frekvenciájú meghajtóvédelem között. Ha az időhöz igazított fizikai elhelyezéssel tervezték, ezek a keresztezők szimmetrikus poláris választ adnak , mint minden páros rendszerű átváltás.

Általában azt gondolják, hogy mindig 180 ° -os fáziskülönbség lesz a (másodrendű) aluláteresztő szűrő és az azonos keresztfrekvenciás felüláteresztő szűrő kimenetei között. Így a kétutas rendszerben a felüláteresztő szakasz kimenete általában a nagyfrekvenciás meghajtóhoz van fordítva, hogy ezt a fázisproblémát orvosolja. Passzív rendszereknél a magassugárzó a mélysugárzóval ellentétes polaritással van bekötve; aktív keresztezéseknél a felüláteresztő szűrő kimenete fordított. A 3 utas rendszerekben a középkategóriás meghajtó vagy szűrő megfordul. Ez azonban általában csak akkor igaz, ha a hangszórók széles válaszátfedéssel rendelkeznek, és az akusztikus központok fizikailag igazodnak.

Harmadik rend

A harmadrendű szűrők meredeksége 60 dB/évtized (vagy 18 dB/oktáv). Ezek a kereszteződések általában Butterworth szűrő jellemzőkkel rendelkeznek; a fázisválasz nagyon jó, a szintösszeg lapos és fáziskvadratúrában , hasonlóan az elsőrendű crossoverhez. A poláris válasz aszimmetrikus. Az eredeti D'Appolito MTM elrendezésben a meghajtók szimmetrikus elrendezését használják a szimmetrikus tengelyen kívüli válasz létrehozásához, harmadrendű átváltás használatakor. A harmadrendű akusztikus keresztezőket gyakran első vagy másodrendű szűrőkörökből építik.

Negyedik sorrend

Negyedrendű keresztváltó lejtők Smaart átviteli függvény mérésén.

A negyedik rendű szűrők meredeksége 80 dB/évtized (vagy 24 dB/oktáv). Ezeket a szűrőket viszonylag bonyolult tervezni passzív formában, mivel az alkatrészek kölcsönhatásba lépnek egymással, de a modern, számítógéppel támogatott keresztezőoptimalizáló tervezőszoftver pontos terveket képes előállítani. A meredek lejtésű passzív hálózatok kevésbé tolerálják az alkatrészek értékének eltéréseit vagy tűréseit, és érzékenyebbek a reaktív meghajtóterhelésekkel történő hibás lezárásra (bár ez alacsonyabb rendű átkapcsolásoknál is probléma). A −6 dB-es keresztezési ponttal és lapos összegzéssel rendelkező negyedrendű crossover Linkwitz-Riley crossover néven is ismert (feltalálóiról nevezték el), és aktív formában két második rendű Butterworth-szűrőszakasz lépcsőzetes kialakításával készíthető el. Ennek a keresztezési sorrendnek a kimeneti jelei fázisban vannak, így elkerülhető a részleges fázisfordítás, ha a keresztező sávszélességeket elektromosan összegzik, mivel azok egy többsávos kompresszor kimeneti szakaszában lennének . A hangszóró -kialakításban használt átváltókhoz nem szükséges, hogy a szűrőszakaszok fázisban legyenek; a sima kimeneti jellemzőket gyakran nem ideális, aszimmetrikus keresztező szűrő karakterisztikákkal érik el. Bessel, Butterworth és Chebyshev a lehetséges crossover topológiák közé tartoznak.

Az ilyen meredek lejtésű szűrőknek nagyobb problémái vannak a túllépéssel és a csengetéssel, de számos kulcsfontosságú előnye van, még passzív formában is, mint például az alacsonyabb keresztezési pont lehetősége és a magas hangszórók teljesítménykezelése , valamint a meghajtók közötti kisebb átfedés, ami jelentősen csökkenti lobing vagy más nemkívánatos tengelyen kívüli hatások. Mivel a szomszédos illesztőprogramok között kevesebb az átfedés, helyük egymáshoz viszonyítva kevésbé kritikus, és nagyobb mozgásteret biztosít a hangszórórendszer kozmetikájában vagy (az autó hangjában) a gyakorlati telepítési korlátok között.

Magasabb rend

A negyedik rendűnél magasabb akusztikai lejtést adó passzív átváltások nem gyakoriak a költségek és a bonyolultság miatt. Akár 96 dB -es lejtésű szűrők oktávonként kaphatók az aktív áthallókban és a hangszóró -kezelő rendszerekben.

Vegyes sorrend

Az átváltások vegyes rendű szűrőkkel is elkészíthetők. Például egy másodrendű aluláteresztő szűrő kombinálható egy harmadrendű felüláteresztő szűrővel. Ezek általában passzívak, és több okból is használatosak, gyakran akkor, amikor a komponensek értékeit számítógépes programoptimalizálással találják meg. A magasabb rendű magassugárzó-keresztváltó néha segít kompenzálni a mélysugárzó és a magassugárzó közötti időeltolódást, amelyet a nem igazított akusztikus központok okoznak.

Osztályozás az áramkör topológiája alapján

Soros és párhuzamos crossover topológiák. A sorozatkeresztező HPF és LPF szakaszai felcserélődnek a párhuzamos keresztváltóhoz képest, mivel az alacsony és magas frekvenciájú meghajtókkal shuntban jelennek meg.

Párhuzamos

A párhuzamos átváltások messze a leggyakoribbak. Elektromosan a szűrők párhuzamosan vannak elhelyezve, így a különböző szűrőszakaszok nem lépnek kölcsönhatásba egymással. Ez megkönnyíti a kétirányú kereszteződések tervezését, mivel az elektromos impedancia tekintetében a szakaszok különállónak tekinthetők, és mivel az alkatrészek tűrési eltérései elkülönülnek, de mint minden keresztváltó, a végső kialakítás is a meghajtók kimenetén alapul, hogy kiegészítsék egymást. ez pedig gondos egyeztetést igényel az alapul szolgáló keresztváltó amplitúdójában és fázisában. A párhuzamos átvitelnek az az előnye is, hogy lehetővé teszi a hangszóró-illesztőprogramok kétvezetékes csatlakoztatását , ez a szolgáltatás azonban vitatott.

Sorozat

Ebben a topológiában az egyes szűrők sorba vannak kötve, és az egyes szűrőkkel párhuzamosan egy illesztőprogram vagy illesztőprogram kombináció van csatlakoztatva. Az ilyen típusú keresztezés jelútjának megértéséhez olvassa el a "Sorozatkeresztezés" ábrát, és fontoljon meg egy nagyfrekvenciás jelet, amelynek egy adott pillanatban pozitív feszültsége van a felső bemeneti terminálon az alsó bemeneti terminálhoz képest. Az aluláteresztő szűrő nagy impedanciát mutat a jelnek, a magassugárzó pedig alacsony impedanciát; így a jel áthalad a magassugárzón. A jel továbbhalad a mélynyomó és a felüláteresztő szűrő közötti csatlakozási pontig. Ott a HPF alacsony impedanciát mutat a jelnek, ezért a jel áthalad a HPF -en, és megjelenik az alsó bemeneti terminálon. Hasonló pillanatnyi feszültségjellemzővel rendelkező alacsony frekvenciájú jel először az LPF-en, majd a mélysugárzón halad át, és megjelenik az alsó bemeneti terminálon.

Származtatott

A származtatott keresztezések közé tartoznak az aktív kereszteződések, amelyekben az egyik keresztváltó válasz a másikból származik differenciális erősítő használatával. Például a bemeneti jel és a felüláteresztő szakasz kimenete közötti különbség aluláteresztő válasz. Így, ha differenciális erősítőt használunk ennek a különbségnek a kivonására, annak kimenete alkotja az aluláteresztő szűrőszakaszt. A származtatott szűrők fő előnye, hogy semmilyen frekvencián nem termelnek fáziskülönbséget a felül- és aluláteresztő szakaszok között. A hátrányok vagy:

  1. hogy a felül- és aluláteresztő szakaszok gyakran különböző csillapítási szinttel rendelkeznek a leállási sávjukban, azaz lejtőik aszimmetrikusak, vagy
  2. hogy az egyik vagy mindkét szakasz válasza a keresztezési frekvencia közelében tetőzik, vagy mindkettő.

A fenti (1) esetében a szokásos helyzet az, hogy a származtatott aluláteresztő válasz sokkal lassabban gyengül, mint a rögzített válasz. Ez megköveteli, hogy a hangszóró, amelyre irányul, továbbra is reagáljon a leállósávban mélyen lévő jelekre, ahol fizikai jellemzői nem biztos, hogy ideálisak. A fenti (2) esetében mindkét hangszórónak magasabb hangerővel kell működnie, mivel a jel közeledik a keresztezési pontokhoz. Ez több erősítőt vesz igénybe, és a hangszórókúpokat nemlinearitásba sodorhatja.

Modellek és szimuláció

A szakemberek és a hobbisták számos olyan számítógépes eszközhöz férnek hozzá, amelyek korábban nem voltak elérhetők. Ezek a számítógépes mérési és szimulációs eszközök lehetővé teszik a hangszórórendszer különböző részeinek modellezését és virtuális tervezését, ami nagyban felgyorsítja a tervezési folyamatot és javítja a hangszóró minőségét. Ezek az eszközök a kereskedelmi kínálattól az ingyenes kínálatig terjednek. Hatáskörük is változó. Néhányan a mélysugárzó/szekrény kialakítására és a szekrény hangerejére és a portokra (ha vannak ilyenek) vonatkozó kérdésekre összpontosíthatnak, míg mások a kereszteződésre és a frekvenciaválaszra. Néhány eszköz például csak a terelőlépés válaszát szimulálja.

Abban az időszakban, amikor a számítógépes modellezés megfizethetővé és gyorsá tette az illesztőprogramok, az átjárók és a szekrények együttes hatásának szimulálását, a hangszóró tervezője számos problémát észre sem vehet. Például az egyszerűsített háromutas átvitelt kétirányú átváltók párjaként tervezték: a magassugárzó/középkategória és a másik a középkategóriás/mélysugárzó. Ez többletnyereséget és „szénakazal” választ eredményezhet a középkategóriás kimenetben, a vártnál alacsonyabb bemeneti impedanciával együtt. Más problémák, például a helytelen fázisegyeztetés vagy a meghajtóimpedancia -görbék hiányos modellezése szintén észrevétlenek maradhatnak. Ezeket a problémákat nem volt lehetetlen megoldani, de több iterációt, időt és erőfeszítést igényeltek, mint manapság.

Lásd még

Hivatkozások

Külső linkek