Кроссовер фильтр. Кроссоверы для акустических систем: типы, характеристики и особенности применения

Что такое кроссовер в акустической системе. Какие бывают типы кроссоверов. Как работают пассивные и активные кроссоверы. Какие преимущества и недостатки у разных типов кроссоверов. На что обратить внимание при выборе кроссовера.

Содержание

Что такое кроссовер и зачем он нужен в акустической системе

Кроссовер — это устройство, которое разделяет входной аудиосигнал на несколько частотных диапазонов и направляет их на соответствующие динамики акустической системы. Основная задача кроссовера — обеспечить оптимальное воспроизведение звука во всем частотном диапазоне.

Зачем нужен кроссовер в акустической системе?

Разделяет частоты между динамиками (низкие — на НЧ-динамик, средние — на СЧ, высокие — на ВЧ)
Защищает динамики от перегрузки неподходящими частотами
Оптимизирует работу каждого динамика в своем диапазоне
Улучшает общее звучание акустической системы

Без кроссовера качественное воспроизведение звука во всем частотном диапазоне одним динамиком практически невозможно. Кроссовер позволяет использовать специализированные динамики для разных частот и получить сбалансированное звучание.

Основные типы и характеристики кроссоверов

Существует два основных типа кроссоверов:

Пассивные кроссоверы
Активные кроссоверы

Рассмотрим их основные характеристики:

Пассивные кроссоверы

Состоят из пассивных компонентов — конденсаторов, катушек индуктивности, резисторов
Устанавливаются внутри корпуса акустической системы
Работают с уже усиленным сигналом
Не требуют дополнительного питания
Более простые и дешевые

Активные кроссоверы

Содержат активные компоненты — операционные усилители
Устанавливаются до усилителя мощности
Требуют отдельного питания
Позволяют точнее настраивать частоты раздела и крутизну среза
Дают возможность независимо регулировать уровень каждой полосы

Какой тип кроссовера лучше? У каждого есть свои преимущества и недостатки. Выбор зависит от конкретной акустической системы и требований к звучанию.

Принцип работы пассивного кроссовера

Как работает пассивный кроссовер? Его принцип основан на использовании частотно-зависимых свойств конденсаторов и катушек индуктивности:

Конденсатор пропускает высокие частоты и блокирует низкие
Катушка индуктивности пропускает низкие частоты и блокирует высокие

Комбинируя эти компоненты, можно создать фильтры для разделения частот:

Фильтр верхних частот (ФВЧ) — для твитера
Фильтр нижних частот (ФНЧ) — для вуфера
Полосовой фильтр — для среднечастотного динамика

Важной характеристикой пассивного кроссовера является крутизна спада — скорость ослабления сигнала за пределами рабочей полосы. Она измеряется в дБ/октаву. Типичные значения: 6 дБ/окт, 12 дБ/окт, 18 дБ/окт, 24 дБ/окт.

Преимущества и недостатки пассивных кроссоверов

Какие плюсы и минусы у пассивных кроссоверов?

Преимущества:

Простота конструкции
Низкая стоимость
Не требуют дополнительного питания
Компактность — встраиваются в корпус АС
Не вносят собственных шумов и искажений

Недостатки:

Потери мощности на элементах фильтра
Ограниченные возможности настройки
Влияние импеданса динамиков на характеристики
Фазовые сдвиги на частотах раздела
Сложность реализации сложных схем фильтрации

Несмотря на недостатки, пассивные кроссоверы широко применяются в бытовой акустике благодаря простоте и низкой стоимости.

Принцип работы и особенности активных кроссоверов

Как работает активный кроссовер? Его основные особенности:

Разделение частот происходит до усиления сигнала
Используются активные фильтры на операционных усилителях
Каждая полоса частот усиливается отдельным усилителем
Требуется отдельный канал усиления для каждого динамика

Какие преимущества дает активный кроссовер?

Точная настройка частот раздела и крутизны среза
Независимая регулировка уровня каждой полосы
Отсутствие потерь мощности на элементах фильтра
Возможность реализации сложных схем фильтрации
Минимальные фазовые искажения

Главный недостаток активных кроссоверов — необходимость отдельного усилителя для каждого динамика, что усложняет и удорожает конструкцию акустической системы. Поэтому они чаще применяются в профессиональной аппаратуре.

Основные параметры кроссоверов

На какие параметры кроссовера стоит обратить внимание?

Частоты раздела — определяют границы рабочих диапазонов динамиков
Крутизна спада — скорость ослабления сигнала вне рабочей полосы (дБ/октаву)
Порядок фильтра — влияет на крутизну спада и фазовые характеристики
Тип фильтра — Баттерворта, Чебышева, Бесселя и др.
Входное и выходное сопротивление
Максимальная мощность (для пассивных)
Отношение сигнал/шум (для активных)

Правильный выбор этих параметров позволяет оптимизировать работу акустической системы и получить наилучшее качество звучания.

Выбор и настройка кроссовера для акустической системы

Как выбрать подходящий кроссовер для акустической системы? На что обратить внимание?

Тип акустической системы (2-полосная, 3-полосная и т.д.)
Параметры используемых динамиков
Желаемое качество звучания
Бюджет
Возможность точной настройки

Основные этапы настройки кроссовера:

Определение оптимальных частот раздела

Выбор крутизны спада для каждой полосы
Настройка уровней каждой полосы
Проверка фазовой согласованности динамиков
Финальная корректировка звучания

Правильная настройка кроссовера — ключ к качественному и сбалансированному звучанию акустической системы. При необходимости стоит обратиться к специалисту для профессиональной настройки.

ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНЫЙ КРОССОВЕР, ЧАСТОТНО-РАЗДЕЛИТЕЛЬНЫЕ ФИЛЬТРЫ — Тюнинг-ателье «Автозвук 13»

ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНЫЙ КРОССОВЕР, ЧАСТОТНО-РАЗДЕЛИТЕЛЬНЫЕ ФИЛЬТРЫ — Тюнинг-ателье «Автозвук 13″ Skip to content

Есть различная классификация фильтров, применяемых в акустических схемах. А что поможет нам разделить сигнал, проходящий через много частотных полос от усилителя, для качественного акустического воспроизведения из 2 излучателей? При этом композиция будет отображаться на двух частотах — верхних и нижних.

Все расставляем по полочкам. Некоторые советуют все полосы категорично разделить. И, кажется, что это неплохое решение, ведь фильтр будет более качественным, так как полоса сигнала будет уже ограничена и соединена, например, с мидбасом. Эта даст неплохое звучание в режиме диффузора. В зависимости от проходящего соединения АЧХ на фильтре ВЧ, где предусмотрен сигнал пищалки, будет зависеть и соотношение сигнала и частоты.

И самое главное, полоса, на которой головки находятся совместно, и качаются, что такая совместимость нереальна, в итоге фильтр получается намного круче.

Есть еще один нюанс — от высоты порядка данного фильтра, зависит и быстрота перемены фазового сдвига в месте того выхода, где делится частота. Каждый умный человек знает, что фильтры, находящиеся в первом ряду, правильно передают импульс. Чтобы это получилось, любители мягкой фильтрации согласны переносить все тяготы, которые происходят от неудовлетворительной фильтрации из-за излучения, не находящегося на полосе. А также полоса, которая работает вместе с головкой в системе из двух полос. Многие умельцы уверены, что неплохие импульсивные характеристики у двухполосного звучания, которые имеют фильтр первого ряда, получаются тогда, когда происходит корректность излучения.

Разобрав всю информацию, становится понятным, что во время нахождения полосных излучателей на большом удалении между собой, у фильтров первого ряда нет никаких преимуществ, а только одни минусы. Поэтому располагать излучатели надо на близком расстоянии. Такой вариант хорошо применим в наших машинах, им 3-х полосные системы хорошо подойдут.

Возьмем за пример систему двухполосного фильтра, находящегося в первом ряду. У него имеется один конденсатор и одна индуктивность. Если показать данную схему вашему школьнику-ребенку, и он не будет понимать, о чем было сказано, значит, этот механизм — неисправен.

Что получится, если конденсатор удалить? Ученый Эрик Александер подал заявку на патент о данном предложении, в котором указал, что для кроссовера — это неплохо. Он предложил конденсатор заменить простым резистором, чтобы мидбас самостоятельно фильтровал имеющуюся у него индуктивность.

Записаться на консультацию БЕСПЛАТНО!

dbx — 234S — Контроллеры акустических систем/Кроссоверы (Wikisound)

Кроссовер с разъемами Jack, DBX 234S.

Изначально кроссовер использовался только для разделения сигнала на частотные диапазоны. Но компании DBX удалось добавить еще несколько функциональных возможностей и представить музыкальным кругам свой кроссовер 234S.

Подключение и расположение селекторов

Данная модель оборудована дифференциалными балансными входами и выходами на 1/4-дюймовых TRS-разъемах. Кроссовер DBX 234S снабжен селектором режима «3 стереополосы/4 монополосы». Визуальный контроль за работой устройства обеспечивается двумя зелеными индикаторами, которые находятся на лицевой панели. Для того чтобы предотвратить случайный сбой настроек во время работы, который в большинстве случаев является неисправимым, основные элементы управления были вынесены на задние панели. Здесь же расположили селекторы, с помощью которых будет осуществляться выбор частотных диапазонов для каждого из каналов, включая визуальный контроль за активностью функции Х10, и выходные гнезда моносуммы низких частот.

Особенности работы: фильтры и режим Х10

Фильтр Linkwitz-Riley (с характеристиками 24 дБ/1 октава) является профессиональным мировым стандартом. Именно его реализовали в DBX 234S. Кроме того на каждом канале есть регулятор чувствительности +/- 12 дБ и отдельный обрезной фильтр 40 Гц, который удаляет низкочастотные помехи.
Стоит отметить, что низко-и высокочастотные входы каждого канала данной модели оборудованы переключателями фазы, регуляторами выходного уровня и отключения канала, позволяющими осуществить настройку до +6 дБ. Когда используется система в трехполосном стереорежиме, частота кроссовера может быть выше, чем 960 Гц. В такой ситуации нужно активизировать переключатель Х10. Он изменит режим работы селектора DBX 234S с частоты в диапазоне 45 Гц-960 Гц на диапазон 450 Гц – 9 600 Гц. Все остальные селекторы частоты останутся такими же.

Функция суммирования низкой частоты

Если Вы работаете с системой, использующей моно-сабвуфер, не забывайте активировать функцию суммирования низкой частоты, которая расположена на тыльной панели DBX 234S. После активации переключателя будет выполнено суммирование НЧ на левом и правом выходах.

Возможность переключать полярность

У каждого входа, расположенного на передней панели, есть переключатель реверса полярности. Если динамики будут находиться не в фазе, то частотная характеристика всей системы будет нарушена, особенно на низких частотах. Также сигналы не в фазе приведут к так называемой «комб-фильтрации» на высоких частотах. Именно поэтому DBX 234S снабдили переключателем полярности – он будет особенно полезен, когда Вам понадобится сделать точную настройку акустической системы на пиковое значение. Когда будет выполняться реверс полярности выхода, на кроссовере активизируется светодиодный переключатель.

Более 30 лет компания DBX выпускает лучшие устройства для звуковой индустрии. И кроссовер 234S не стал исключением – в его компактном и стильном корпусе находится идеально сочетание широкий возможностей, профессионального качества и надежной гарантии за адекватную цену. Обратите внимание, данное оборудование предназначается исключительно для установки в рэковую стойку.

Технические характеристики:

Полоса пропускания: от 20 Гц до 20 000 Гц; +о/-0,5 дБ.
Частотный диапазон: 90 000 Гц; +0/-0,3 дБ.
Сигнал/шум (при +4 dBu): в полосе 22 000 Гц.
Выход Low Mid (монорежим): больше 94 дБ.
Выход High-Mid (монорежим): больше 92 дБ.
Выход Mid (монорежим): больше 93 дБ.
Выход High-Mid: больше 92 дБ.
Выход High (стереорежим): больше 91 дБ.
Выход High (монорежим): больше 91 дБ.
Динамический диапазон на каждом выходе (невзвешенный): больше 106 дБ.
Коэффициент гармонических искажений и шума (при +4 dBu на 1 000 Гц): меньше 0,004%.
Коэффициент гармонических искажений и шума (при +20 dBu на 1 000 Гц): меньше 0.04%.
Перекрестные помехи: меньше -80 дБ, от 20 Гц до 20 000 Гц.

Характеристики входов:
- Разъемы: 1/4-дюймовые TRS.
- Тип: электронная симметрия/несимметрия, с РЧ-защитой.
- Импеданс симметрии: более 50 000 Ом.
- Импеданс несимметрии: более 25 000 Ом.
- Входной уровень, максимальный: больше +21 dBu.
- Коэффициент подавления синф.помехи: больше 40 дБ.

Характеристики выходов:
- Разъемы: 1/4-дюймовые TRS.
- Импеданс, симметричный: 60 Ом.
- Импеданс, несимметричный: 30 Ом.
- Выходной уровень, максимальный: больше +21 dBu симметрия/несимметрия на 2 000 Ом и выше.

Частота кроссовера в стереорежиме: НЧ/ВЧ – от 45 Гц до 960 Гц или от 450 Гц до 9 600 Гц при работе режима Х10.
Частота кроссовера в монорежиме: НЧ/ВЧ – от 45 Гц до 960 Гц или от 450 Гц до 9 600 Гц при работе режима Х10.
СЧ/ВЧ: от 45 Гц до 960 Гц или от 450 Гц до 9 600 Гц при работе в режиме Х10.
Фильтр: Linkwitz-Riley, 24 дБ/1 октава, с возможностью изменять количество полос.
Потребляемая мощность: 15 Вт.
Питание: 230 В, 50 Гц.

Кроссоверы

— Кроссоверы — Линквиц/Райли — Активные фильтры —

лучшие кроссоверы…

Лучший электрический перекрестный фильтр тот, поддерживает акустический полярный отклик громкоговоритель во всем диапазоне частот кроссовера при смещении выходного сигнала от одного водителя к другому. Сумма акустических нижних частот и верхних частот выходы должны иметь allpass поведение без высоких пиков добротности в группе задерживать. Секция фильтра верхних частот должна ослаблять внеполосный драйвер. напряжения на клеммах с достаточно высокой скоростью, чтобы отклонение конуса снижается с уменьшением частоты, а нелинейные искажения сводятся к минимуму.

кроссовер должен быть неслышимым

Кроссовер не должен быть слышен в программе материал. Это также означает, что характеристика мощности двух драйверов должны быть одинаковыми в области кроссовера, а это требует специальных внимание на этапах разработки концепции и проектирования громкоговорителя.

Кроссоверы могут быть реализованы как пассивные Сети RLC, как активные фильтры со схемами операционных усилителей или с процессорами DSP и программным обеспечением. Единственное оправдание для пассивных кроссоверов их низкая стоимость. Их поведение меняется в зависимости от уровня сигнала. динамика драйверов. Они не позволяют усилителю мощности принимать максимальный контроль над движением звуковой катушки. Это пустая трата времени, если точность воспроизведения является целью.

Точный Стерео производительность тесты SL – октябрь 2009 г.

Одному практически невозможно излучатель для покрытия диапазона звуковых частот от 20 Гц до 20 кГц при адекватном звуке уровней давления (SPL) и с широким разбросом вне оси. На басе 50 Гц частоты, например, требуется объем воздуха смещением 214 см ³ для создания уровня звукового давления 90 дБ на расстоянии 1 м от источника в свободном пространстве. Возьми обычный 6.5 дюймовый (эффективный 132 мм) драйвер, и его конус должен был бы сместиться на 14 мм. от пика к пику линейно, что намного превышает его возможности отклонения (Ref. 4).
Однако на частоте 1000 Гц тот же драйвер должен был бы вибрировать только с (50/1000) ² = 1/400 ^й этой экскурсии для тех же 90 дБ SPL, но теперь диффузор находится в разрыве область и больше не действует как жесткий поршень, вызывая накопление энергии и ухудшение внеосевого излучения. Таким образом, этот драйвер придется дополнить с большим для низких частот и меньшим для расширения высоких, в чтобы получить полный охват частотного диапазона. Затем электрический звуковой сигнал необходимо разделить между тремя водителями.

Правильное пересечение сигналов от одного драйвера к следующему является предметом споров среди аудиофилов, причем некоторые предпочитают первый вариант. порядок функция фильтра Баттерворта. Как это часто делается, один конденсатор и резистор в соединении с твитером не обязательно создаст фазово-линейный кроссовер 6 дБ/октава, но больше что-то вроде 18 дБ/октава. акустический отклик из-за присущих 12 дБ/окт. высокочастотное поведение сам твитер. Кроме того, твитер будет способствовать хорошему количеству интермодуляционные искажения, потому что ход конуса должен увеличиться до 12 дБ/окт. к более низким частотам для постоянного SPL, и драйвер не предназначен для этого. Добавьте к этому широкое перекрытие частотного диапазона между твитером и средним диапазоном. с результирующей нерегулярной полярной диаграммой направленности и 6 дБ/окт. кроссовер становится дорогостоящим решением для достижения точности формы сигнала. В лучшем случае, цель может быть достигнута на очень небольшой области пространства и на ограниченном частотный диапазон. Но имеет ли это значение для прослушивания, учитывая некоторые общие наблюдения?

Сети, разделяющие электрический звуковой сигнал между различными драйверами должны быть разработаны с учетом характеристик драйвера и расположение драйвера в виду, чтобы получить желаемый акустический кроссовер функция и диаграмма направленности в сочетании с допустимой нелинейностью и линейное искажение акустического выхода. Все кроссоверы связаны с дизайном компромиссы. За звуковое мастерство Бетховен-Элита системы, например, я использовал 24 дБ/окт. и 12 дБ/окт. Линквица-Райли (см. 17) и 6 дБ/окт. Характеристики акустического кроссовера Баттерворта. мой последний дизайн, ORION, использует два 24 дБ/окт. фильтры для максимальной точности воспринимаемого звука.

Я предпочитаю активный линейный уровень разделительные сети перед усилителями мощности (см. 2, 12, 17). В этом подходе выход усилителя мощности подключен напрямую, за исключением акустического кабеля с очень низким сопротивлением, к звуковой катушке водитель. Усилитель берет на себя максимальный контроль над движением динамика конус, который дает большее ощущение ясности и динамизма по сравнению с пассивным разделительная сеть между усилителем и драйвером. Активные кроссоверы делают гораздо больше эффективное использование мощности усилителя. НЧ-усилитель с клиппированием не виден твитер, который имеет собственный усилитель. Отсечение усилителя вуфера может даже не заметил в этом случае. Это наверняка было бы слышно с пассивным кроссовером, где он может даже перегреться и повредить твитер из-за большого количества высокочастотная энергия в обрезанном сигнале.

Кроссоверные фильтры для громкоговорителя обычно включают поправки на частотную характеристику для отдельных драйверов, чтобы получить желаемый общий ответ. Активная сеть имеет преимущество исправления легко для разной чувствительности драйверов и выравнивая не только отдельные драйверы, но и комбинированный ответ. Не иметь дело с взаимодействие между импедансом драйвера и сетью пассивных фильтров дает разработчик активного кроссовера/эквалайзера гораздо больше свободы и контроля для разработать превосходный продукт.

Топология кроссовера ошибки

————————————————— ——

Дуэлунд 3-полосный функция кроссоверного фильтра D3

Недавно я получил интригующую статью покойного Стена. Дуелунд от одного из его восхищенных последователей. Стин, «говорящий по-датски» Маньяк», дает забавный вывод известных функций фильтра кроссовера для склонен к математике, и он нашел несколько новых. Следить за его текстом больше легко я переписываю некоторые из них здесь и развиваю их дальше, чтобы показать потенциально полезный 3-полосный кроссоверный фильтр allpass.

A) Переходно-идеальные кроссоверы

1) — Кроссовер первого порядка с наклоном 6 дБ/октава для фильтры верхних и нижних частот = Butterworth, B1+

H ₁ (s) = (s + 1) / (s + 1) = 1, где s = s +jw и полюс в s _p = -1 и ноль в s _z = -1 отменяют друг друга
H ₁ = [s / (s + 1)] + [1 / (s + 1)] = HP + LP ==> 2-ходовой

2) — Пересечение второго порядка возведением в квадрат H ₁ (с) ==> Бэкгор

(Н ₁ ) ² = (с ² + 2с + 1) / (с + 1) ²
(H ₁ ) ² = [s ² / (s + 1) ² ] + [2s / (s + 1) ² ] + [1 / (s +1) ² ] = HP + BP + LP ==> 3-ходовой [1]

Фильтры верхних и нижних частот имеют наклоны 12 дБ/октаву, но полосовой фильтр наполнителя имеет крутизну только 6 дБ/окт, и его трудно реализовать. На частотах кроссовера w ₁ = 0,5 и w ₂ = 2 три выхода не совпадают по фазе и ось вертикальной диаграммы направленности будет наклоняться, когда три отдельных драйвера выровнены по вертикали. Это может быть избежать за счет использования двух наполнителей в расположении W-F-T-F-W вместо W-F-T.

Более практичные решения переходно-идеальных кроссоверов основаны на кроссоверах, полученных с задержкой, где HP(s) = e-^sT — LP(s) [2] или они построены из фильтров нижних и верхних частот, которые перекрываются в область кроссовера таким образом, чтобы сохранялась минимальная фазовая характеристика [3]. Их суммарная характеристика не является плоской, но, поскольку она является минимальной фазой, ее можно уравняли. Из этих двух типов кроссоверов можно получить более крутые склоны, но отсутствие синфазного добавления в области кроссовера, как правило, требует симметричное расположение драйверов.

Для дальнейшего изучения рекомендую:
[1] Э. Бэкгаард, «Новый подход к линейно-фазовым громкоговорители, использующие пассивные кроссоверные сети»
JAES, Vol. 25, pp. 284-294, май 1977 г.
[2] С. Липшиц и Дж. Вандеркой, «Семейство линейно-фазовые кроссоверные сети с большим наклоном, полученные по временной задержке», JAES, Том. 31, стр. 2-19, январь/февраль 1983 г.
[3] С. Липшиц и Дж. Вандеркой, «Использование частоты перекрытие и выравнивание для создания громкоговорителя с линейной фазой с высоким наклоном перекрестные сети», JAES, Vol. 33, pp. 114-126, 19 марта.85

B) Кроссоверы Allpass

3) — Первый заказ кроссовер с наклоном 6 дБ/октава для фильтров верхних и нижних частот = Баттерворт, B1-

H ₂ (s) = (s — 1) / (s + 1) = 1e ^j ^f когда s = jw, т. е. величина равна единице, но есть фазовый сдвиг F(w)

Столб у с _р = -1 и ноль в s _z = +1 не отменяет, а формирует полный пропуск 1-го порядка.

4) — Фильтр Линквица-Райли 2-го порядка (12 дБ/октава, LR2)

Н ₂ Н ₁ = (с — 1) (с + 1) / (с +1) (с + 1) = (1 — с ² ) / (с + 1) ²
Н ₂ Н ₁ = [1 / (с + 1) ² ] — [с ² / (с + 1) ² ] = LP — HP ==> 2-сторонний и 1-й порядок allpass, как указано выше.

HP и LP вообще не совпадают по фазе на 2 x 90 градусов частоты и полярность одного драйвера должны быть изменены, чтобы получить allpass поведение.

5) — Квадрат h3(s) и переход к более общему выражение, заменив «2» на «а»

(Н ₂ ) ² = (с ² — 2с + 1) / (с ² + 2с +1)
H ₃ = (s ² — as + 1) / (s ² + as +1)

6) — Фильтр Линквица-Райли 4-го порядка (24 дБ/окт, LR4) возведением в квадрат H ₃

(Н ₃ ) ² = (с ² — как +1) ² / (s ² + как +1) ² = [s ⁴ — s ² (a ² — 2) + 1] / (с ² + ас + 1) ²

Пусть a = sqrt(2) = 1,41, тогда

Н ₄ = (с ⁴ + 1) / (с ² + 1,41 с + 1) ² ==> 2-сторонний
который представляет собой сквозной проход 2-го порядка со сложной парой полюсов при -0,71 +/- j0,71
и пара комплексных нулей при +0,71 +/- j0,71 в правой половине s-плоскости.
Отдельные функции фильтра:

л.с. ₄ = с ⁴ / (с ² + 1,41 с + 1) ² и LP ₄ = 1 / (s ² + 1,41 с + 1) ²

HP и LP вообще не совпадают по фазе на 4 x 90 градусов частоты, то есть они синфазны.

7) — Пусть а = 4 дюймов (H ₃ ) ² для получения 3-полосного кроссовера allpass

Н ₅ = (с ² — 4с +1) ² / (с ² + 4s +1) ² ==> 3-ходовой

Это всепроход с двумя полюсами реальной оси на -3,73 и два при -0,27. Он имеет реальные нули оси +/-3,73 и +/-0,27, что в сумме дает два 1-й порядок все проходит.

Числитель полинома [s ⁴ -s ² (a ² — 2) + 1] = с ⁴ — 14 с ² + 1
Отдельные функции фильтра:

HP ₅ = s ⁴ / (s ² + 4s +1) ² Это фильтр 4-го порядка, но на практике он имеет только 12 дБ/окт. полюса широко расставлены.

БП ₅ = -14с ² / (с ² + 4с +1) ²
Наклоны полосового фильтра составляют 12 дБ/окт.

LP ₅ = 1 / (с ² + 4с +1) ² Практический наклон фильтра составляет всего 12 дБ/окт

Кроссовер находится в точках -6 дБ, а драйверы находятся в фазе поэтому в полярном ответе нет наклона. Наклоны фильтра должны быть круче хотя бы сделать кроссовер более реализуемым.

8) — Возведение в квадрат (H ₃ ) ² еще раз приводит к (H ₃ ) ⁴ и выбор a = 3 дает универсальный

Ч ₆ = (с ² — 3 с +1) ⁴ / (с ² + 3с +1) ⁴

Имеется 8 полюсов, рассчитанных из (s ² + 3s +1) ⁴ = 0, четыре в s _p1 = -2,62 и четыре при s _p2 = -0,38

Увеличение выхода числителя (s ⁸ — 14s ⁶ + 51s ⁴ — 14s ² + 1) и, таким образом, числитель полосы пропускания функция становится

N _БП = -14с ² [с ⁴ — (51/14)s ² +1] с двумя нулями в s _z1 = -1,83, с _z2 = -0,55 и с _z3 = 0

Отдельные функции фильтра:

LP ₆ = 1 / [(с + 2,62) ⁴ (с +0,38) ⁴ ]
Фильтр нижних частот имеет 8-й порядок, но на практике имеет наклон фильтра только 24 дБ/окт. потому что полюса широко расставлены.

HP ₆ = с ⁸ / [(с + 2,62) ⁴ (s +0,38) ⁴ ] Наклон фильтра верхних частот ^{составляет 24 дБ/октаву, как указано выше.}

БП ₆ = -14 с ² (с + 1,83) ² (с + 0,55) ² / [(с + 2,62) ⁴ (с +0,38) ⁴ ]
Наклоны полосового фильтра составляют 12 дБ/окт. Фильтр расположен по центру w _c = 1, а частоты кроссовера w ₁ = 0,24 и w ₂ = 4.1 при -6 дБ, как видно из графика. Таким образом, трехполосный громкоговоритель с частотой 120 Гц и Частоты кроссовера 2,05 кГц могут быть построены с использованием этих функций фильтра. Пологие наклоны функции полосового фильтра предъявляют строгие требования. от объемного смещения СЧ-динамика и его частоты диапазоне для получения целевого акустического отклика.

9) — Интересно сравнить этот Дуэлунд Функция 3-полосного фильтра для кроссовера, использующего фильтры LR4. кроссовер частоты должны быть на w ₁ = 0,24 и w ₂ = 4.1 и, таким образом, полюса LR4 расположены на
0,24*(-0,707 +/- j0,707) и 4,1*(-0,707 +/- j0,707)

Функции фильтра становятся

LP _LR4 = 0,24 ⁴ / (с ² + 0,34 с + 0,24 ² ) ²

BP _LR4 = 4,1 ⁴ с ⁴ / [(с ² + 0,34 с + 0,24 ² ) ² (с ² + 5,8 с + 4,1 ² ) ² ]

HP _LR4 = с ⁴ / (с ² + 5,8 с + 4.1 ² ) ²

Сумма трех фильтров приблизительно равна allpass поскольку две частоты кроссовера далеко (1:17) друг от друга.

Фильтры Dueland спадают более плавно через область кроссовера, хотя фильтр верхних и нижних частот достигает наклона 24 дБ/окт. полоса пропускания охватывает более широкий частотный диапазон благодаря более плавному спаду 12 дБ/окт. групповая задержка тройки также отражает это относительное поведение. В частности, Dueland не показывает никаких пиков, потому что секции allpass фильтра являются 1-ми. порядок в квадрате. На основе моих экспериментов с 1st и кроссоверы allpass 2-го порядка, этот визуально более плавный отклик не имеет слышимого преимущества, так как количество пиков очень мало.

Кривые АЧХ и групповая задержка были определяется в электронной таблице с использованием методологии, показанной в 12db-hpf.gif.

10) 3-ходовой Дуэлунд основан на 8-м порядке полиномиальный, но максимальные наклоны имеют только 4-й порядок для первых 40 дБ затухание. Кажется вероятным, что тот же ответ может быть аппроксимирован 4-м функции заказа. Хорошее совпадение, полученное путем обоснованного предположения, может можно увидеть на графике ниже.

В представлении s-плоскости виден доминирующий полюса принимают на себя и отменяют несколько соседних пар полюс-ноль.

Таким образом, практичный трехполосный кроссовер Dueland имел бы такие параметры:

а) Частоты кроссовера 0,24 и 4,1 (например, при 120 Гц и 2050 Гц)
Точки кроссовера находятся на уровне -6 дБ.
Выходы фильтра находятся в фазе, когда полоса пропускания средних частот перевернута полярность.
Полоса пропускания сосредоточена на нормализованной частоте 1,0 (например, на 500 Гц).

b) Низкочастотный фильтр LP _D3 = 0,38 ⁴ / (с + 0,38) ⁴
Четыре полюса реальной оси на -0,38, которые могут быть реализованы с двумя LR2 фильтры нижних частот в каскаде (например, на частоте 190 Гц).

c) Полоса пропускания средних частот BP _D3 = -15 с ² / [(с + 0,28) ² (с + 3,6) ² ]
Два нуля в начале координат и два полюса при -0,28 могут быть реализованы с помощью один фильтр верхних частот LR2 (например, при 140 Гц).
Два полюса на -3,6 могут быть реализованы с одним низкочастотным фильтром LR2 (например, на 1800 Гц). Он находится в каскаде с фильтром верхних частот LR2.

d) Высокочастотный динамик HP _D3 = s ⁴ / (с + 2,62) ⁴
Четыре нуля в начале координат и четыре полюса при -2,62 могут быть реализованы с помощью двух Фильтры верхних частот LR2 в каскаде (например, на частоте 1310 Гц).

Обратите внимание, что все математические функции предназначены для описания Акустический отклик трехполосного громкоговорителя. Что касается низкочастотного динамика, среднечастотные или высокочастотные драйверы имеют неплоскую частотную характеристику, они должны быть либо выровнены, чтобы быть плоскими, либо их отклик должен быть частью фильтра функция. В частности, естественный спад низких частот среднечастотного динамика. можно приравнять к «Линквицу». Transform», чтобы получить желаемое поведение верхних частот LR2, указанное выше c). твитер можно рассматривать аналогично для двух полюсов d). низкочастотный динамик естественное поведение высоких частот вызывает опережение по фазе, которое, вероятно, далеко от нуля на первую частоту кроссовера и, таким образом, влияет на правильное добавление вуфера и среднечастотные выходы. Это можно исправить, поместив allpass 1-го порядка в среднечастотный канал, который имитирует фазовый сдвиг верхних частот низкочастотного динамика.

3-полосный кроссовер Dueland может стать полезной опцией. для создания громкоговорителя.

См. также:
Рене Кристенсен, «Активные всепроходные кроссоверные сети с одинаковыми резисторами» и равные конденсаторы «, Журнал Общества звукоинженеров, том 54, № 1/2, 2006 г., январь/февраль, стр. 45-53.

Обзор фильтров в кроссоверной сети

В электронике фильтры играют важную роль во многих распространенных приложениях, таких как аудиоэлектроника, радиосвязь и источники питания. Мы используем фильтры, чтобы блокировать или пропускать определенный диапазон частот. Фильтры могут быть как пассивными, так и активными. Мы обычно делим фильтры на четыре основных типа в зависимости от того, какие частотные составляющие входного сигнала они передают в выходной сигнал. Четыре типа фильтров: фильтры нижних частот, фильтры верхних частот, полосовые и режекторные.

В этой статье мы более подробно рассмотрим полосовые фильтры и сосредоточимся на их применении в кроссоверных сетях громкоговорителей стереосистем или корпусов громкоговорителей, которые можно найти в наших домах. Отдельные громкоговорители имеют разную эффективность для разных частотных диапазонов. Например, низкочастотный динамик, который представляет собой динамик большого диаметра, обычно имеет большую эффективность для низких частот или басовых тонов, чем для высокочастотных сигналов.

Поэтому нам нужны фильтры для направления сигналов на соответствующие динамики в корпусе громкоговорителя. Использование фильтров нижних частот, полосовых фильтров и фильтров верхних частот предотвращает попадание сигналов определенного частотного диапазона на конкретный динамик в зависимости от назначенных частот для каждого динамика.

На рис. 1 ниже представлена схема трехполосной системы с пассивным кроссовером. Он содержит динамики, а именно НЧ-динамик, СЧ-динамик (Squawker) и Твитер. Низкочастотный динамик наиболее эффективен в диапазоне от 0 Гц до 630 Гц, средний диапазон работает в диапазоне от 630 Гц до 8 кГц, а твитер — в диапазоне от 8 кГц и выше.

В эту перекрестную сеть входит спектр аудиосигнала, который обычно находится в диапазоне от 20 Гц до 20 кГц. Фильтр нижних частот пропускает частоты от 0 до 630 Гц на низкочастотный динамик. Посередине полосовой фильтр пропускает полосу частот от 630 Гц до 8 кГц. Фильтр высоких частот пропускает любые частоты 8 кГц и выше на твитер.

Кривые частотной характеристики

Кривые частотной характеристики для трех различных фильтров показаны ниже. Рисунок 2 (а) иллюстрирует кривую отклика для фильтра нижних частот, который начинается с частоты 0 Гц по оси X, с полосой пропускания 0 – 630 Гц. В точке 630 Гц выход достигает значения, равного 70,7% от максимального значения выхода на более низких частотах. Эта точка называется точкой отсечки или критической частотой (fc).

В ФВЧ – рисунок 2(б) кривая АЧХ не имеет отклика на низких частотах, но на частоте 8 кГц имеем отклик выше 70,7% от максимального значения. Этот отклик является выходным сигналом или полосой пропускания фильтра верхних частот.

В центре кроссовера находится полосовой фильтр – рис. 2 (c), который спроектирован так, чтобы иметь очень острую, определенную частотную характеристику. Полосовой фильтр эквивалентен сочетанию фильтра нижних частот и фильтра верхних частот. Частота среза (fc) секции верхних частот становится нижней границей частоты в полосе пропускания f1. Верхняя частота в полосе пропускания f2 является результатом частоты среза в секции нижних частот. Полоса пропускания или пропускная способность — это разница между точками f2 и f1. В этом случае f1 рассчитана на 630 Гц, а f2 — на 8 кГц.

Итак, имеется три отдельных фильтра с тремя отдельными откликами, и фильтры направляют соответствующие частоты на соответствующие динамики. В зависимости от конструкции и назначения полосового фильтра полоса пропускания может быть очень широкой или очень узкой. В целом, кроссоверная сеть представляет собой совокупный отклик трех фильтров.

Мы надеемся, что это было полезно для вас как техника или студента, приступающего к работе. Если у вас есть какие-либо вопросы о программах Electronics или Electromechanical Technician, вы можете связаться с одним из наших консультантов по программе по бесплатному телефону 1-888-553-5333 или по электронной почте [email protected].

Что такое кроссовер и зачем он нужен в акустической системе