Кроссо́вер (англ. crossover или х-over , буквально: 1) скрещение, пересечение; 2) разделитель спектра сигнала).
Кроссовер в электронике - разделительный фильтр (как правило - звуковых частот, например, фильтр многополосой акустической системы). Кроссовер - класс специальных фильтров, созданных специально для использования в различном звуковом оборудовании, например, Hi-Fi. Обычно, используемые в аудиосистемах динамические головки (динамики, громкоговорители), не способны воспроизводить весь спектр звуковых частот без искажений. Таким образом, кроссовер позволяет разделить частотный спектр на отдельные диапазоны частот (полосы), которые далее могут быть отыграны соответствующим динамиком, рассчитанным на этот диапазон (полосу), без искажений.
Другое применение кроссоверов - многополосая обработка сигнала, где каждая группа может обрабатываться отдельно с помощью динамических, эффектных и психоакустических процессоров (compression, limiting, de-essing, distortion, bass enhancement, exciting, noise reductions, echo, delaying, etc.)
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:
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.
Кроссовер для акустики – это тот элемент, который позволяет отрегулировать звучание динамиков, разделить и выровнять частотные диапазоны. Его можно купить, попросить кого-нибудь поставить, но чаще всего на это тратиться желания не возникает. Уж лучше установить новую акустическую систему полностью, создать самую настоящую звуковую сцену. Это несложно, правда, стоит дорого.
Кроссовер для аккустики
Многим хочется накопить много денег и заняться комплексным тюнингом своей машины. Мечта эта соблазняет, бесспорно. Если появилась возможность, надо действовать. Однако эта мечта редко сбывается. Есть другие потребности. Не до музыки. Пока нужная сумма на все дополнения и трансформации накопится, машина может взять и перестать ездить. Насущные проблемы надо решать своевременно. Если на улице зима – пора менять резину. Если у динамиков разное звучание – пора его откорректировать. Надеяться выиграть миллион, миллиард, триллион похвально. Главное – соответствовать действительности.
Кроссовер для акустики своими руками – это реально или нет? Многие люди утверждают, что собрать его самостоятельно проще, чем кажется. И это намного дешевле, плюс – это интересный процесс. Надо лишь захотеть это сделать, поставить себе цель, вникнуть в суть вопроса, разобраться, объективно оценить свои возможности. На первый взгляд кроссовер для акустики своими руками собрать сложно. Но это лишь на первый взгляд.
Ещё одно препятствие – внешний вид салона не хочется испортить. Как быть: рискнуть выполнить такую работу самостоятельно или отказаться от мечты? Безусловно, это сложный выбор, дилемма. С другой стороны, уж что-что, а внешний вид салона всегда подправят на СТО.
Когда именно нужен данный элемент
Хорошая акустика может не дополняться кроссовером вовсе. Почему? Потому что частотный диапазон поступающего в динамики звука гармоничен. Сами динамики и другие элементы способствуют этому. Тем не менее и хорошая акустическая система, которая дорого стоит, иногда не удовлетворяет своим звучанием. Музыкальный слух – не порок. Стоит ли страдать из-за врождённой биологической особенности? Производитель не обязан ориентироваться на категорию граждан с музыкальным слухом, чуткими рецепторами.
Акустика без кроссовера не функциональна в некоторых случаях. Что это такое: скрипы, посторонние шумы, искажение голоса? Хороший тренажер для слуха и укрепления нервной системы? Позаботиться о себе важно. Производители порой предлагают человеку сделать это самостоятельно.
Музыка – это много звуков, которые обладают разным частотным диапазоном. Какие-то человек слышит, какие-то нет. Одни ему нравятся, другие не нравятся. Приглушать определённые частоты, наоборот, подчёркивать, делать их громкими или совсем незаметными – для этого был изобретён кроссовер. Акустика будет радовать, служить человеку по-настоящему, если добавить этот элемент.
Если с первого раза не получилось
Даже если первая попытка найти нужные материалы, инструменты не увенчается успехом, стоит отложить свою идею на потом, но не прощаться с ней. Это действительно легко – взять и смастерить кроссовер. Поможет в этом схема кроссовера для акустики и фото прибора в деталях. С ней легко разобраться, понять, что это такое в принципе, получить наглядное представление, принять решение, опираясь на факты.
На этих фото чётко видно, что нет в приборе ничего страшного. Он прост, как 5 копеек. Справится и девушка, и мужчина, которые посещали уроки физики в школе, учились старательно. Впрочем, можно купить уже готовый, заводской кроссовер, или доверить тюнинг, модернизацию акустической системы авто профессионалам. Просто это стоит денег.
Виды кроссовера
Какие кроссоверы вообще бывают? Их не так уж и много:
- активный;
- пассивный;
- однополосный;
- двухполосный;
- трёхполосный.
Схема каждого из видов будет содержать разные элементы. Пассивный кроссовер состоит из катушек, реле и конденсаторов. Его схема более простая. В нём нет плат, микросхем и сделать его своими руками проще, чем активный. Схема установки также у них разная.
Количество полос определяется количеством полос в акустике, соответствует. Трёхполосные кроссоверы необходимо подключать к трёхполосным акустическим системам. Двухполосная акустическая система и трёхполосные кроссоверы, к примеру, — понятия несовместимые. Так что, если в машине установлена двухполосная акустика, ничего другого не останется, кроме как заменить её или же установить трёхполосные кроссоверы. Двухполосная акустика и однополосные кроссоверы – тоже плохое сочетание. Трёхполосные системы и однополосный кроссовер – аналогично. Здесь властвует правило комплементарности. А вот активный или пассивный кроссовер нужен – можно выбирать, не задумываясь особо.
Пассивный кроссовер заставит систему работает хорошо, хотя есть у него ряд недостатков. Считается, что акустика с пассивным кроссовером работать на все 100% не будет. И это действительно так, ведь активный кроссовер для акустики мощнее. С другой стороны нужны достаточно глубокие познания в области физики, для того чтобы собрать активный кроссовер своими руками.
Кажется, что пришло время выбирать, чего хочется больше: чтобы акустика работала в полную силу или, чтобы звучание было приемлемым. На самом деле это не совсем верно. Даже активный кроссовер реально собрать своими руками, просто сразу может не получиться. Как принято говорить в таких случаях, терпение и труд всё перетрут.
Пассивный кроссовер служит меньше по времени. Так что, стоит задуматься, взвесить все за и против, перед тем, как приступить к работе.
Что такое расчёт кроссовера
Схема кроссовера может всё же заставить отказаться от самостоятельного сбора детали. Но даже схема не заставит отказаться от перспективы самостоятельной установки купленного кроссовера. Это модернизация из категории элементарных. Почему бы и нет? Расчёт кроссовера для акустики – главная проблема. Проще всего воспользоваться калькулятором в режиме онлайн. Расчёт будет довольно-таки верным, хотя есть вероятность погрешностей и результат может не удовлетворить. Автомобильная акустическая система будет издавать всё тот же шум, а не музыку. В чём подвох?
Если попробовать выполнить расчёт без калькулятора, всё станет на свои места. Но не в том смысле, что автомобильная акустическая система начнёт сразу, как по волшебству хорошо работать. Становится понятно, что нужен индивидуальный подход и настройка кроссовера.
О динамиках известно, что у них есть частота, мощность и сопротивление. Значения индивидуальны, зависят от торговой марки, модели. Расчёт кроссовера – это знание сопротивления и частоты. Вот только работает это в теории. На практике человек сталкивается с такой проблемой, как нестабильность значения сопротивления. Сопротивление — это не константа. Меняется частота, меняется и сопротивление. Поэтому нужно знать, хотя бы, в каком диапазоне автомобильная акустическая система работает, среднее арифметическое. Для этого нужны специальные приборы. Иначе никак не узнать эти величины. Ожидания не должны быть завышенными.
Устанавливая современную стереосистему в транспортное средство, владельцу необходимо правильно выбрать кроссовер. Сделать это несложно, если предварительно ознакомиться с тем, что он из себя представляет, для чего предназначен, и в составе какой акустической системы он будет работать.
Предназначение
Кроссовер — это специальное устройство в структуре акустической системы, предназначенное для подготовки требуемого частного диапазона для каждой из установленных звуковых колонок. Последние разработаны для эксплуатации в пределах определённых частотных диапазонов. Выход частоты сигнала, подаваемого на колонку за границы диапазона может привести, как минимум, к искажениям воспроизводимого звука, например:
- при подаче слишком низкой частоты исказится звуковая картина;
- при подаче слишком высокой частоты владелец стереосистемы столкнётся не только с искажением звука,но и с выходом из строя твитера (высокочастотного динамика).Он может просто не выдержать этого режима работы.
В нормальных условиях задачей высокочастотного динамика является воспроизведение звука только высокой частоты, низкочастотного, соответственно, низкой. Полоса же, средних частот подаётся на мидвуфер – динамик, отвечающий за звучание средних частот.
Исходя из вышесказанного, чтобы качественно воспроизвести автозвук, надо выделить соответствующие полосы частот и подать их на конкретные динамики. Для решения этой задачи и применяется кроссовер.
Устройство кроссовера
Конструктивно в кроссовер входит пара частотных фильтров, работающих следующим образом: например, если частота разделения установлена в 1000 Гц, один из фильтров будет выделять частоты ниже этого показателя. А второй – обрабатывать только полосу частот, превышающих заданную отметку. У фильтров есть свои названия: лоу-пасс – для обработки частоты ниже тысячи герц; хай-пасс – для обработки частоты выше тысячи герц.
Итак, выше был представлен принцип, по которому работает двухполосный кроссовер. На рынке существует и продукция трехполосного типа. Основное отличие, как становится понятно из названия, это третий фильтр, обрабатывающий среднюю полосу частот, от шестисот до пяти тысяч герц.
По сути, увеличение каналов фильтрации звуковой полосы, и последующая подача их на соответствующие динамики, приводит к более качественному и естественному звуковоспроизведению внутри авто.
Технические особенности
В большинстве современных кроссоверов присутствуют катушки индуктивности и конденсаторы. В зависимости от количества и качества изготовления этих реактивных элементов, обусловлена стоимость готового изделия.
Для чего же в полосной кроссовер входят катушки и конденсаторы? Причина в том, что это самые простые реактивные элементы. Они без особых трудностей обрабатывают разные частоты звукового сигнала.
Конденсаторы могут выделять и обрабатывать высокие частоты, в то время как катушки нужны для регулирования низких. Грамотно используя эти свойства, в результате можно получить самый простой частотный фильтр. Здесь нет смысла углубляться в сложные законы физики и приводить в качестве примера формулы. Тот, кто хочет более подробно ознакомиться с теоретическими основами, без труда найдёт информацию в учебниках или интернете. Профильным специалистам достаточно освежить в памяти принцип работы сетей LC-CL типа.
Количество реактивных элементов влияет на показатель разрядности кроссовера. Цифрой 1 обозначается один элемент, 2 – соответственно, два. В зависимости от количества и схемы подключения элементов, система по-разному осуществляет фильтрацию неподходящих частот для конкретного канала.
Есть смысл предположить, что большее количество применённых реактивных элементов делает процесс фильтрации лучшим. Схема фильтрации ненужных частот для конкретного канала имеет свою характеристику, называемую крутизной спада.
Фильтрам присуще свойство отрезать ненужные частоты постепенно, а не мгновенно.
Называется оно чувствительностью. В зависимости от этого показателя, продукция разделяется на четыре категории:
- модели первого порядка;
- модели второго порядка;
- модели третьего порядка;
- модели четвертого порядка.
Отличия между активными и пассивными кроссоверами
Начнём сравнение с пассивного кросовера. Из практики известно, что пассивный кроссовер является самой распространенной и чаще всего встречающейся на рынке разновидностью. Исходя из названия, можно понять, что пассивным не требуется дополнительное питание. Соответственно, владельцу транспортного средства проще и быстрее установить аппаратуру в своей машине. Но, к сожалению, быстрота не всегда гарантирует качество.
Из-за пассивного принципа схемы системе требуется забирать часть энергии из фильтра на обеспечение его работы. При этом реактивным элементам свойственно изменять сдвиг по фазе. Конечно, это не самый серьезный недостаток, но владелец не сможет тонко корректировать частоты.
Они редко встречаются в качестве отдельной аппаратуры, но в любом автомобильном усилителе, как составная часть присутствует активный фильтр. Из-за пассивного принципа схемы системе требуется забирать часть энергии из фильтра на обеспечение его работы. При этом реактивным элементам свойственно изменять сдвиг по фазе. Конечно, это не самый серьезный недостаток, но владелец не сможет тонко корректировать частоты.
Избавиться от этого недостатка позволяют активные кроссоверы. Дело в том, что, хотя и устроены они куда сложнее пассивных, но в них поток аудио фильтруется значительно лучше. Благодаря наличию не только катушек и емкостей, но и дополнительных полупроводниковых элементов, разработчикам удалось значительно уменьшить размеры устройства.
Они редко встречаются в качестве отдельной аппаратуры, но в любом автомобильном усилителе, как составная часть присутствует активный фильтр.
А также предлагаем вам ознакомиться с сопутствующей темой « ».
Особенности настройки
Чтобы в результате получить качественный автозвук, необходимо правильно подобрать частоту среза. При использовании активного трех полосного кроссовера следует определить две частоты среза. Первая точка будет обозначать грань между низкой и средней частотой, вторая – границу между средней и высокой. Владельцу автомобиля перед подключением кроссовера необходимо всегда помнить о том, что необходимо правильно подбирать частотные характеристики динамика.
Ни в коем случае не следует подавать на них частоты, на которых они попросту не смогут нормально работать. В противном случае это приведет не только к ухудшению качества звучания, но и к уменьшению срока эксплуатации.
Схема подключения пассивного кроссовера
Видео: Для чего нужен аудио кроссовер?
Надеемся, что эта статья помогла разобраться для чего нужен кроссовер. Оцените статью по 5 бальной шкале, если есть замечания, пожелания или вы знаете что-то, что не указано в данной статье сообщите нам! Оставьте свой комментарий ниже. Это поможет сделать информацию на сайте ещё более полезной.
Кроссоверами называют разделительные фильтры частот для автомобильной акустики. Эти фильтры разделяют сигнал в многополосных колонках на низкие, средние и высокие частоты. Необходимо учитывать перед ремонтом или заменой встроенного кроссовера в магнитоле, что это 1 из ключевых компонентов автомобильной аудиосистемы наряду с усилителем.
Что это и принцип работы
В силу своих конструктивных особенностей динамики автомагнитолы не способны воспроизводить полный спектр частот. В автомобилях устанавливают несколько динамиков, каждый из которых работает в ограниченном диапазоне. Кроссовер в музыке является основным компонентом многополосной аудиосистемы. Благодаря этой детали динамики, разработанные для воспроизведения высоких частот, получают предназначенный для них сигнал.
Если бы такое устройство отсутствовало, высокочастотные динамики могли бы получить сигнал, который предназначен для сабвуфера. Чем больше каналов поддерживает устройство, тем больше можно установить динамиков.
Кроссовер для динамиков и сабвуфера изготавливается из 2 основных компонентов: конденсатора и катушки индуктивности. Эти простейшие реактивные элементы дифференцируют сигнал.
Разновидности и особенности
Кроссоверы, которые входят в состав автомобильных аудиосистем, делятся на 2 основные категории: активные и пассивные. Пассивный элемент — это более распространенная разновидность, которая чаще встречается в продаже. Пассивное устройство не нуждается в дополнительном питании, владельцу автомобиля проще и быстрее установить его.
Недостаток такого элемента — низкое качество. Из-за пассивного принципа работы устройство забирает часть энергии фильтра, чтобы поддержать свою работоспособность.
При этом реактивные элементы работающего на пределе устройства изменяют сдвиг по фазе, из-за чего пользователь аудиосистемы не может настраивать частоты максимально точно.
Активные элементы лишены этого недостатка. У них более сложное внутреннее устройство, и за счет этого потоковый звук лучше фильтруется. Кроме катушек и емкостей такие устройства содержат дополнительные полупроводники, но при этом обладают более компактными размерами. Активные элементы редко продаются в качестве отдельной аппаратуры, но всегда устанавливаются в автомобильных усилителях.
Критерии выбора
Выбирая кроссовер, нужно внимательно изучить технические характеристики. На рынке представлены отдельные устройства, предназначенные только для сабвуфера или высокочастотных динамиков. Если пользователь планирует установить в аудиосистему 2 усилителя, рекомендуется выбрать 3-канальные кроссоверы с выходами для сабвуфера и колонок.
Одним из наиболее важных параметров считается крутизна спада фильтра, или порядок частоты среза. Чтобы можно было разместить сабвуфер в салоне автомобиля, крутизна спада должна составлять не менее 18 дБ. В противном случае низкочастотный динамик начнет выдавать искаженный звук.
Для узкополосного сабвуфера рекомендуется использовать кроссовер с характеристикой затухания до 12 дБ. Частота отсечки сигнала будет варьироваться в пределах 75-150 Гц. Желательно, чтобы для этого диапазона была предусмотрена 3-ступенчатая регулировка. Более хорошие результаты показывает плавная регулировка отсечки, которая позволяет легко и быстро производить настройки частоты среза для сабвуфера. Если высокочастотные динамики работают с кроссоверами более высокого качества, чем у сабвуфера, то это негативно отразится на восприятии звука.
