Акустический кроссовер. Компоненты кроссовера и как они работают.

Вот очередной вопрос — как работает аудио-кроссовер? Что происходит в этом разделительном фильтре такого, что нам его нужно иметь в нашей акустике, и к тому же, он обязательно должен быть правильным. А иначе, толку в нем — НОЛЬ, если не хуже. Статья про это, а точнее про то, какие компоненты содержатся в кроссовере и как они работают.

Всем привет и пожелания доброго здравия!

Много всего есть про разделительные фильтра, в народе это устройство называют на иностранный манер — кроссовер. Будем его  так и этак называть — смысл тот же. Но многие ли понимают — как он работает, какой элемент — что делает с сигналом в нашей акустике, и от чего — что зависит. Понемногу попробуем разобраться. Кстати, информация предназначена для начинающих меломанов и тех кто просто ещё не понимал — что это и как его использовать.

Предыстория

В такие далекие, 90-е годы, в самом начале, когда в стране была анархия (иначе назвать то время — не могу), были в моём использовании колонки от музыкального комплекса — Радиотехника и назывались они S-30. Через некоторое время, появились по обмену — S-50. И ещё чуть позже, примерно в 95-96-м, появились ещё вторые — Амфитон 50АС-022. Это которые имеют фазоинверторы в виде прямоугольных отверстий в низу, на передней панели (как на картинке ниже).

И слушал я их иногда одновременно, через усилитель, про который рассказывал здесь — Technics SU-A600. Звук меня полностью устраивал. А как же иначе — сама акустика была очень даже не плоха и альтернатив у меня было совершенно не много, а точнее — одна! Имел то, что мог иметь. И был рад тому.

Усилитель с ними справлялся очень даже легко, играючи, так сказать. До Техникса были у меня, как и всех начинающих — Радиотехника У-101 и У-7111, Вега 10У-120С, и комплект Орбита 002, и Амфитон 002. Но остался на долго — только Техникс.

С акустикой я тоже не сильно церемонился, менял их как носки. Радиотехника S-70, заменили, но не на долго — S-50. Потом были и Веги АС-106 и 25 АС-109, потом снова — S-30 и S-50. Про S-90 я тогда мечтал, но по техническим причинам они мне не подходили по размеру — комната маленькая для ещё одних «больших братьев» (Амфитоны уже были). Но всё это было проходным. Оставались до последнего только Амфитоны. Они оставались у меня даже когда я вообще всю аппаратуру распродал и лет 15 не слушал музыку — стояли в углу повернутые «лицом» в стену, одна на одной. С ними позже было всё грустно, может как нибудь расскажу.

Но суть не в том. Некоторые колонки я вскрывал, не планируя что-то дорабатывать. Несколько раз вскрытия были для ремонта и замены динамиков. Некоторые из динамиков имели такую оплошность — начинали подхрюкивать. После вскрытия оказывалось, что я чуть подпаливал катушки и они слегка меняли своё положение и начинали затирать. Один раз даже до обрыва дошло.

Но всё без проблем менялось и слушалось дальше или просто продавалось, и покупался очередной комплект колонок. В те времена, я был просто меломаном, без особых запросов и каких либо взглядов на супер-качество звука. Играет громко и лучше чем от портативной аппаратуры, которой в моём использовании тоже бывало не мало. До 90-х годов, отец тогда ещё был телемастером, интересовался новинками электроники и покупал иногда новые или б/у кассетники, которые я и слушал. Но я подрос, настали 90-е, и со своим усилителем и большими колонками — это был значительный скачек в качестве звука от тех же кассет.

Про разделительные фильтры

Так вот, разбирая акустику, я тогда не особо задавался вопросом — что там за платы такие смешные стоят, на фанерках. Навесной монтаж и огромные конденсаторы и зеленые проволочные резисторы. В то время я начал интересоваться электроникой, читал журналы, но практики было не так много. Немного понимал в электрике и совсем немного в электронике тех лет. А как же иначе: дед электриком был, а отец телемастер, вот и я перенимал понемногу знания.

Но для чего были эти платы (гораздо позже я узнал как они называются)? И что они делают в колонках? Вопросы банальны — потому что полностью отсутствовали знания по этой теме. Позже мне друг рассказал, что кроссовер — для разделения частот нужен. Ведь любой может заметить, что НЧ-динамик «прыгает» очень сильно, СЧ — не видно как прыгает, но сильно отличается по звуку от НЧ-динамика. А ВЧ-пищалка просто издает свистящие звуки, цыканье и немного слышно, как шипит усилитель Радиотехника или Вега.

Вот для таких как я в молодости и рассказываю такие истории. Не научно, но познавательно! Ведь не каждый меломан становится всезнайкой сразу, в один месяц. Он учится на своём опыте — годами, хотя можно брать и применять опыт старших и прошедших все азы. Но уроки лучше усваиваются, когда сам проходишь все «шишки» , разочарования и потери.

Идея, порассуждать про кроссоверы и разобраться — что фильтрует, как фильтрует, возникла давно. Но оказывается — эту тему уже много раз обсуждали и как-то странно получилось, что я об этом не написал раньше всех? (ШУТКА)

Кроссовер и эквалайзер — в чем разница?

Такой вопрос появляется, когда начинаешь понимать ,что со звуком «что-то не так». Ну не нравится как гудит бас. Не нравится, как поет солист из твоих колонок — как из телефонной трубки. Что-то не  то с высокими частотами — они смазаны и не «цыкают», а «шикают». И тут многие начинают использовать эквалайзер, как вариант для исправления выше перечисленных «проблем».

Но в акустике тоже находится устройство, которое помогает динамикам играть правильно. Так для чего используют эквалайзер, если кроссовер тоже фильтрует частотный спектр, но только по фиксированным параметрам, в отличии от эквалайзера?

Кроссовер не является эквалайзером в буквальном смысле слова, но работа и того и другого — основана почти на одних и тех же принципах. Поговорим немного о принципах работы.

Кроссоверы

Всем нам известно, что невозможно изготовить громкоговоритель, который будет одинаково хорошо воспроизводить все частоты звукового спектра, слышимого нами (высокие, средние и низкие частоты). Но если сделать так, что на каждый динамик акустики будет подаваться свой, специально подготовленный, диапазон частот, то разрабатывать такой динамик будет проще. Но для всего воспроизводимого акустикой спектра понадобится несколько разных типов динамиков.

Потому все аудио мониторы и акустика для дома состоит, как минимум, из двух динамиков. Самый большой динамик служит для воспроизведения низких частот, а самая маленькая — для воспроизведения высоких. Часто, к ним добавляется третья головка — она воспроизводит средние частоты.

Но для нормальной работы каждого динамика нужно, чтобы на него подавались те сигналы из диапазона частот, на который этот динамик рассчитан. Для разделения всего звукового сигнала на несколько полос, с различными частотами среза, применяются кроссоверы.

Эквалайзеры

Начнем с графического эквалайзера — тот который позволяет выставить «галочку». Если просто описать принцип работы, то всё понятно: он делит весь частотный диапазон на отдельные полосы. Это могут быть всего три полосы (вч, сч и нч.), которые применялись в недорогих моделях аппаратуры — (кассетнки, усилители). Но большое распространение получили эквалайзеры 7-10 и более полос. Чем больше полос, тем проще каждую из них «поднять» или «опустить» на определенное значение (обычно — до 12 Дб).

Слева располагались полосы фильтров низких частот, по середине — средних, а справа — высоких частот. Каждый регулятор может «убавлять» или «поднимать», кроме своей полосы спектра, и часть спектра соседних полос. Эти пересечения называют — кроссфейды. Но при использовании графического эквалайзера есть неприятный нюанс: если «опустить» две ближние полосы эквалайзера на значительное положение, то образуется некий «пик». Некоторые частоты начинают выпирать, создавая в звуке искажения, и с этим ничего нельзя поделать. Искажения не значительные, но они могут быть слышны, а это уже совсем не хорошо.

Этого «эффекта» лишены более точные и деликатные — параметрические эквалайзеры. Но они, в основном, используются только в профессиональной аудиотехнике и позволяют звукорежиссеру:

• Очень точно найти нужную частоту (параметр Frequency).
• Настроить ширину полосы.
• Прибавить или убавить определенное количество децибел (параметр Gain).

Это тоже — работа с определенными частотами, фильтрация. Параметрический эквалайзер позволяет работать с нужной частотой, не затронув ничего лишнего. В студийной работе работа с эквалайзером позволяет очень тонко настроить частотный баланс инструментов — убрать лишний бас или «телефонную» середину голосе солиста, осветлить вокал добавлением высоких частот.

Итог, в чем разница?

Принцип обработки сигнала кроссовером и эквалайзером разный, но смысл в применении — одинаков. В одно предложение я бы так сказал: обработка всего звукового спектра, разделение на отдельные полосы и обработка каждой полосы в отдельности.

Компоненты кроссовера (разделительного фильтра)

В обычном кроссовере не так уж много элементов, что бы не понять принцип его работы. Список элементов не велик — катушки индуктивности, конденсаторы и сопротивления — это всё!

Катушки индуктивности

Они могут выглядеть по разному: на воздушном и железном сердечнике, на каркасе или без каркаса, а так же, более дорогие — ленточные. Ниже примерно, как они могут выглядеть. (не реклама определенной фирмы)

Конденсаторы

Внешность и цветовая гамма — поражает разнообразием. Но специалисты знают — какие хорошие, какие можно ставить в дорогие кроссоверы, а какие сойдут и для систем попроще. (не реклама какого-то бренда).

Резисторы

С резисторами тоже «красивая история» — на любой размер, мощность и цвет. Производителей всего этого добра — очень много. Качество все заявляют одинаково — отличное. Но когда берутся спецы и замеряют парные, то бывает раздосадованы, что из 5, а то и из 10 штук купленных резисторов нет одной одинаковой пары. Это может быть не только с резисторами, но и с конденсаторами. Да и катушки тоже, бывают не идеальны.

На этом, список элементов для сборки разделительных фильтров и заканчивается. Далее, без науки попробуем разобраться — что делает тот или иной компонент в кроссовере.

Что эти элементы делают в кроссовере?

Катушка индуктивности.

Если посмотреть на неё, то какое можно придумать слово, что бы описать катушку: кусок провода (длинна его бывает очень значительна!), намотанный на сердечник (любой — воздушный или железный). Конечно, если катушка выполнена эстетично красиво, то может показаться, что это хорошая катушка. Но «красивое исполнение» — не показатель качества. Про качество катушки — как нибудь в другой раз.

В акустических кроссоверах обычно используется достаточно толстый провод, сечением от 0,7 мм, но лучше, если это будет от 1 мм -1,2 мм. Для чего такой толстый, спросите? Что бы минимизировать сопротивление самой катушки. Мы же знаем, что чем толще проводник, тем меньше его сопротивление на определенной длине проводника, ведь сопротивления катушек бывают доли Ома. Вроде мелочь, но это очень важно, когда рассчитывается кроссовер.

При замере сопротивления намотанной катушки, оно должно равняться расчетным данным (по паспорту провода). Скажем к примеру: проволока диаметром 1,2 мм (сечением 1,13 мм) имеет сопротивление на 1 метр — 0,015 Ом. Вроде не много, но когда на катушку индуктивностью 1 мГн и диаметром провода 1 мм, уходит 23-25 метров (а это примерно 160 грамм), тогда понимаешь — от чего такие суммы в рублях (и в валютных бумажках) складываются у хороших (правильных) кроссоверов. Это катушка, намотана без сердечника. С железным сердечником там немного иначе.

Так как-же работает катушка в кроссовере? Совершенно не сложно понять, нужно запомнить важное: Катушка на низких частотах полностью пропускает сигнал, и не является каким-либо значимым препятствием для низкочастотного спектра. Но с увеличением частоты, катушка индуктивности повышает своё внутреннее сопротивление. В этом её работа и заключается — с увеличением частоты, катушка начинает гасить средне и высокочастотные сигналы. То есть, её сопротивление возрастает! И она перестает пропускать сигнал высокой частоты.

Для примера, приведу картинку зависимости сопротивления от частоты (картинку ниже взял у одного толкового человека из видео, с канала АЗвука)

Какова зависимость роста сопротивления от частоты? Всё по разному. Это зависит от рассчитываемой индуктивности: от количества витков провода, от его сечения и от наличия или отсутствия железного сердечника. Короче, от номинала этой катушки и будет зависеть подъем сопротивления, то ли это начнется на 400 Гц, то ли на 2000 Гц. Тут и будет точка среза для НЧ динамика. Есть ещё сопротивление самого динамика, которое тоже влияет на этот точку «начала подъема» сопротивления, но это другая история, хотя всё связано.

Конденсатор.

С конденсатором в кроссовере всё происходит совершенно наоборот. Конденсатор не пропускает низкочастотный сигнал. Но с повышением частоты, конденсатор становится совершенно прозрачным и сигналы средней и высокой частот могут легко проходить. Для примера, посмотрим зависимость сопротивления от частоты на картинке ниже (взял у того же Дениса, с канала АЗвука)

На правой (вертикальной) полосе, отображена шкала до 250 Ом. Но сопротивление «обычного» конденсатора должно  стремиться к шкале в «МегаОмы» и выше. Потому — график просто для наглядности. Он показывает, что с повышением частоты (шкала внизу, повышается вправо), уменьшается сопротивление конденсатора. Красная полоса — падает вниз, до нуля.

Что такое конденсатор? Если «по-детски» — это примерно как две пластины, которые разделены каким-либо диэлектриком, будь то воздушная прослойка или тонкий слой бумаги или любого другого диэлектрика. И через эту «прослойку» постоянный ток с низкой частотой не может перескочить, но вот высокочастотные сигналы легко протискиваются волшебным образом и потому — конденсатор не является преградой для ВЧ-спектра.

Резистор.

Про резисторы много говорить в данном разрезе — нет смысла. Отметить только можно, что резисторы вносят дополнительное сопротивление в схему. И теоретически, сами резисторы в своей работе, не зависят от частоты. Если измерить хороший резистор, который надо поставить в схему кроссовера, на предмет зависимости его от частоты, то график в идеале, должен быть горизонтальный. В кроссовере резисторы нужны для согласования всех динамиков между собой, например — понизить уровень сигнала.

А теперь, подведем итоги! На сколько понятно было сказанное.

Резюме. Кроссовер и его элементы

Катушка индуктивности — пропускает нижние частоты и практически непрозрачна для высоких. Конденсатор наоборот — пропускает высокие частоты и полностью блокирует низкие. Резистор вносит свою лепту, повышая там где нужно сопротивление, тем самым меняя некоторые характеристики катушек и конденсаторов, а так же — для согласования динамиков.

Понимая — какой элемент что делает, можно понимать как работает разделительный фильтр и почему именно так. Достаточно будет взгляда на схему и можно понять — для какого динамика тот или иной фильтр, и примерно на какой частоте он «режет полосу».

А вот об этом мы будем рассуждать в следующий раз. Описать по схеме — как работает кроссовер, не так просто как кажется. Иначе скажу: научным языком очень много кто уже рассказывал и как оказывается — это не трудно сделать. Но, что бы стало понятно самому начинающему меломану — не просто выразить всё словами.

Не каждому профессионалу в звуке, особенно с большим опытом (такие люди «говорят на другом уровне» и всё банальное для них — тьма для многих других), удается объяснить простым языком — как работает кроссовер? Какую работу делает каждый из  элементов кроссовера по отдельности и все вместе? Вот об этом попробую рассказать в следующей статье.

Подпишитесь и получите оповещение о выходе новой статьи. Положите в закладки и заходите почитать, как будет время или интерес.

Прошу не принимать все сказанное — как науку, просто имейте ввиду.

Есть ещё интересные темы, которые хочется обсудить, спорные моменты, музыкальные треки, на которые хотелось обратить ваше внимание. Не отходите далеко, а лучше подписывайтесь на наши новости.

Будем рады вашему вниманию и комментариям. Вам не трудно — проголосуйте за эту статью. Буду примерно знать ваше мнение о сказанном.

Всего знать — не дано никому, потому многие учатся до конца своих дней, если им это интересно. Так и мы, стараемся познать и поделиться своими размышлениями.

Хотите поделиться своим опытом, знаниями — напишите и мы обязательно примем меры к изучению информации. Вы сможете выразить своё мнение или вы захотите стать автором статей прямо на нашем сайте! Не забываем про Авторские права.

Хотите поделиться мнением о прочтенном на этой страничке — очень будем рады! Оставьте свой отзыв или напишите пожелания в форме ниже.

Возможно, некоторые фото или тексты, для данной статьи, взяты из открытых источников интернета, для примера и ознакомления. Если не указано иное, то не претендуем на авторство оных. Так же, использовано немного своих, можете пользоваться. В случае, если нарушены чьи-то права — сообщите об этом в комментариях.