Акустические системы

Как расчитать и изготовить звуковые колонки



КРОССОВЕР

  версия для печати


Поскольку на сегодняшний день ещё не создано простых и эффективных широкополосных преобразователей, имеющих равномерную АЧХ во всём звуковом диапазоне, для повышения линейности преобразования используют 2-х и более полосные системы.

Кроссовер (разделительный фильтр) – важнейший компонент современной АС, с помощью которого можно синтезировать требуемые электроакустические параметры.

Так как наибольшая чувствительность слуха лежит в области частот 1…4 кГц, частоты разделу двух и трёхполосных АС стараются выбирать вне этой зоны. Как правило, частоту раздела НЧ-СЧ выбирают в пределах 150…800Гц, а СЧ-ВЧ – 4,5…8 кГц. Хотя и здесь не без исключений. Некоторые фирмы, с целью расширения диаграммы направленности, используют частоту раздела в районе 2 кГц, используя при этом разделительный фильтр первого порядка, имеющий линейную АЧХ и ФЧХ. В этом случае СЧ-головка должна иметь достаточный запас по перегрузочной способности НЧ-составляющим сигнала.

Динамические головки, а отсюда и разделительные фильтры для АС, рассчитаны для работы от источника с нулевым выходным сопротивлением (нагружены с одной стороны), т.е. в режиме короткого замыкания. Применение же фильтров существенно нарушает демпфелирование головок в полосе пропускания и особенно за её пределами, где сопротивление фильтра резко возрастает и может приводить к работе головок вблизи резонансной частоты в режиме холостого хода. Наиболее удачными следует признать фильтры, у которых СЧ- и ВЧ-головки зашунтированы по постоянному току индуктивностью.

До недавнего времени фильтрам отводилась лишь роль ослабления сигнала за пределами рабочей полосы частот динамических головок. В ранних работах расчёт разделительных фильтров АС основывался на теории пассивных фильтров верхних и нижних частот с активной нагрузкой. При расчёте разделительных фильтров исходили из того, что динамические головки обладают плоской АЧХ, не вносят фазовых сдвигов в воспроизводимый сигнал и имеют активное входное сопротивление. При этом пренебрегали направленными свойствами головок и их физическим расположением в корпусе АС. В результате фильтры, обеспечивающие требуемые характеристики в идеализованных условиях, оказывались совершенно непригодными при работе с реальными головками, имеющими собственные как частотные, так и фазовые искажения, комплексное входное сопротивление и обладающие направленными свойствами.

В простейшем случае к средне-низкочастотной головке через разделительный конденсатор подключают ВЧ-головку. При этом ёмкость конденсатора выбирают из равенства ёмкостного сопротивления полному сопротивлению ВЧ-головки на частоте раздела:

(25)формула 25,

Где f – частота раздела, Гц;

Z – модель полного сопротивления ВЧ-головки на частоте раздела.

Примером простейшей 2-х полосной системы с достаточно высокими акустическими характеристиками является ES12 британской фирмы Epos, которая имеет лишь один фильтр I порядка, ограничивающий доступ средних частот на высокочастотную головку. Естественный спад характеристики средне-низкочастоной головки никак электрически не корректируется.

На основании вышеизложенного можно сформулировать следующие основные требования к кроссоверам:

  • Малая неравномерность суммарной АЧХ (с учётом АЧХ используемых головок);
  • Линейная ФЧХ в полосе пропускания;
  • Минимальные вносимые нелинейные искажения;
  • Низкое сопротивление индуктивностей постоянному току, особенно касается индуктивностей ФНЧ (во избежание ухудшения электрического демпфирования суммарное сопротивление индуктивностей должно быть не более 5…10 % номинального сопротивления НЧ-головки);
  • Крутизна фильтров должна выбираться исходя из номинального диапазона частот имеющихся в наличии головок из следующих соображений: при запасе номинального диапазона в сторону соседней полосы относительно частоты раздела на 1 октаву и менее крутизна фильтра должна быть 12 дБ/окт. И более, при запасе 2 октавы и более крутизна фильтра может быть 6 дБ/окт. и более;
  • СЧ- и ВЧ-головки должны быть также в меру электрически задемпфированы. Чрезмерное демпфирование на средних частотах может приводить к жёсткому, металлическому звучанию, что имеет место при использовании усилителя с отрицательным выходным сопротивлением, с завышенным ограничением действия ПОС по частоте. С другой стороны, при недостаточном демпфировании головка может быть «раздемпфированной»;
  • Малое время установления.

 

Наиболее известны следующие фильтры:

Датская фирма System Audio разработала высококачественные двухполосные АС в корпусе каплевидной формы (Hornflex) объёмом 8 литров с разделительными фильтрами 4-го порядка по схеме Линквица-Райли (частота раздела 3 кГц) с цепями фазовой коррекции и выравнивания чувствительностей головок.
ptc73 ® © Copyright 2007–2017   Александр Малинин Rambler's Top100 Рейтинг@Mail.ru