Crossoverele sunt dispozitive în sisteme de sunet care creează intervale de frecvență de lucru potrivite pentru difuzoare. Difuzoarele sunt proiectate să funcționeze într-o anumită gamă de frecvențe. Ei nu acceptă frecvențe care nu sunt în acest cadru. Dacă se aplică o frecvență joasă (tweeter) la o frecvență joasă, atunci imaginea sonoră se va deteriora și dacă semnalul este de asemenea puternic, tweeterul va "arde". Difuzoarele de înaltă frecvență ar trebui să funcționeze numai la frecvențe înalte, iar difuzoarele cu frecvență joasă ar trebui să primească numai un domeniu de frecvență redusă din semnalul audio obișnuit. Trupa mijlocie rămasă primește difuzoare de la mijlocul distanței (midwoofere). În consecință, sarcina crossoverelor este de a împărți semnalul audio în benzile de frecvență (optime) necesare pentru respectivele tipuri de difuzoare.
Pur și simplu, un crossover este o pereche de filtre electrice. Să presupunem că crossover-ul are o frecvență cutoff de 1000 Hz. Aceasta înseamnă că unul dintre filtrele sale taie toate frecvențele sub 1000 Hz și trece doar frecvențe peste 1000 Hz. Un astfel de filtru se numește filtru de trecere înaltă. Un alt filtru care transmite frecvențe sub 1000 Hz se numește low-pass. Grăitor, funcționarea acestui încrucișat este prezentată în Figura 3. Punctul de intersecție al celor două curbe este egală cu frecvența de crossover cutoff de 1000 Hz. Cele trei mod crossover de încă prezente și de gama medie de filtru (bandă de trecere), care trece doar gama de frecvență medie (de la aproximativ 600 Hz la 5000 Hz.) Figura 4 prezintă caracteristica de frecvență crossover cu trei benzi.
Ordinea de sensibilitate a crossoverelor
Ordinea sensibilității este raportul intensității semnalului de ieșire (dB) al trecerii la frecvența semnalului de intrare, cu condiția ca intensitatea semnalului de intrare să fie constantă. De obicei, sensibilitatea (panta abrupta) este caracterizata ca raportul dB / octava. Din multe motive matematice, sensibilitatea trecerii este întotdeauna un multiplu de 6 decibeli pe octavă (6 dB / octavă). Crucea de primă ordine are o sensibilitate de 6 dB / octava. Crossover-ul secundar are o sensibilitate de 12 dB / octava, a treia ordine este de 18 dB / octava, iar sensibilitatea crossoverului de ordinul patru este de 24 dB / octavă.
Luați în considerare un filtru low-pass de ordinul trei cu o frecvență de oprire de 100 Hz. După cum sa menționat deja mai sus, această trecere va trece numai la frecvențe mai mici de 100 Hz, iar frecvențele de peste 100 Hz vor fi întrerupte. Tăierea frecvențelor va avea loc după cum urmează: toate frecvențele mai mari de 100 Hz va salva ieșirea din filtru 18 este un multiplu de intensitate ca funcție de dB octavă, cărora le aparțin. Adică, frecvența de 200 Hz (prima octava mai sus frecvența de întrerupere) va pierde intensitatea de 18 dB, intensitatea frecvenței de 400 Hz (a doua octave) cad 36 Hz, iar a treia octavă (800 Hz) va slăbi până la 54 dB. Și așa mai departe, toate octavele ulterioare vor slăbi un număr de 18 dB. Mai puțin sensibil la low-pass filtru de ordinul întâi cu o frecvență de tăiere de 100 Hz va face același lucru, numai octava inutile nu va slăbi 18 dB și 6 dB.
După cum puteți vedea, filtrele care formează crossoverele nu pot elimina imediat frecvențele inutile, dar o fac treptat, cu o sensibilitate diferită, în funcție de ordinea lor.
Crossover de ordinul întâi este cel mai simplu pasaj pasiv, care constă dintr-un singur condensator și un inductor. Condensatorul acționează ca un filtru de trecere pentru a proteja tweeterul de frecvențele joase și medii inutile. Bobina este folosită ca un filtru trece-jos. Sensibilitatea crossover-ului de prim ordin este scăzută - doar 6 dB pe octavă. Trăsătura pozitivă a acestor crossover-uri este lipsa unei schimbări de fază între tweeter și celălalt difuzor.
Crossovere de ordinul doi. Acestea sunt numite, de asemenea, crossover-ele Butterworth, prin numele creatorului modelului matematic al acestor crossover-uri. Structurally, ele constau dintr-un condensator și o bobină pe tweeter și un condensator și o bobină pe dinamica de joasă frecvență. Acestea au o sensibilitate mai mare de 12 dB pe octavă, dar oferă o schimbare de fază de 180 de grade, ceea ce înseamnă o mișcare nesincronizată a membranei tweeter și a altei dinamici. Pentru a elimina această problemă, trebuie să schimbați polaritatea cablurilor de pe tweeter.
Crossovere de ordinul trei. În astfel de tweetere crossover pune o bobină și două condensatori, în timp ce dinamica de joasă frecvență, dimpotrivă. Sensibilitatea acestor încrucișări este de 18 dB pe octavă și are caracteristici bune de fază la orice polaritate. Caracteristica negativă a trecerii trecerii este inacceptabilitatea utilizării întârzierilor de timp pentru a elimina problemele asociate cu difuzoarele care nu radiază pe același plan vertical.
Crossover cu patru căi. Comenzile Butterworth de la al patrulea rând au o sensibilitate ridicată de 24 dB pe octavă, ceea ce reduce drastic interferența difuzoarelor în zona de separare a frecvenței. Schimbarea de fază este de 360 de grade, ceea ce înseamnă, de fapt, absența acesteia. Cu toate acestea, amploarea schimbării de fază în acest caz nu este constantă și poate duce la o operație de crossover instabilă. Aceste încrucișări practic nu sunt utilizate în practică.
Linkwitz și Riley au reușit să optimizeze construirea crossover-ului pentru a patra comandă. Acest crossover constă din două crossover-uri Butterworth conectate secvențial, de ordinul doi, pentru un tweeter, și același lucru pentru un bas-pilot. Sensibilitatea lor este de asemenea egală cu 24 dB pe octavă, însă nivelul semnalului de ieșire pe fiecare filtru este mai mic cu 6 dB decât nivelul de ieșire al crossover-ului. Crossover Linkwitz-Riley nu are schimbări de fază și permite corecția timpului pentru difuzoarele care nu funcționează în același plan fizic. Aceste crossover-uri se compară cu alte modele pentru a oferi cele mai bune performanțe acustice.
Proiectarea crossoverelor pasive
După cum sa menționat mai sus, crossover-ul pasiv constă în condensatori și inductori. Pentru a asambla o crossover pasivă de prim ordin, este necesar să avem un condensator și un inductor. Condensatorul este instalat în serie pe un filtru de trecere superioară, iar bobina este secvențial într-un filtru trece-jos. Valorile nominale ale inductanței pentru bobină ((microgenerație H) și capacitate ((F-microfarade)) sunt prezentate în tabel, în funcție de frecvența de cutoff încrucișată dorită și de rezistența difuzoarelor.
Crossover de ordinul întâi (6 dB / octavă)
Difuzor 4 ohmi.
Capacitor F
De exemplu, vom selecta capacitatea și inductanța pentru un crossover cu o frecvență de cutoff de 4000 Hz, cu o rezistență a difuzoarelor de 4 ohmi. Din tabelul de mai sus, constatăm că capacitatea condensatorului de prim ordin trebuie să fie de 10 mF, iar inductanța bobinei de 0,2 mG.
Pentru a determina valorile nominale pentru componentele doilea crossover de comandă (12 dB / octava) valorile necesare din aceeași masă pentru condensator înmulțit cu un factor de 0,7, și o valoare pentru inductor înmulțit cu factorul 1.414. Trebuie reamintit faptul că pentru un crossover de ordinul doi sunt necesare două condensatoare și două inductoare. Vom compune o intersecție secundară pentru frecvența de coborâre de 4000 Hz. Pentru a determina valorile pentru condensatoarelor este valoarea multiplicată din tabelul 10 cu un factor de 0,7 mF obține 7mF. Mai mult, valoarea inductanței de 0,2 mH se înmulțește cu și valoarea coeficientului de 1.414 pentru a obține inductanța fiecărei bobine de 0,28 mH. Unul dintre aceste condensatoare este instalat în serie pe tweeter, iar al doilea este paralel cu woofer-ul. O bobină este paralelă cu tweeter-ul, iar cea de-a doua este coerentă cu difuzorul.
Passover și active crossovers
Diferența dintre aceste două tipuri de crossover-uri este foarte simplă. Un crossover activ necesită energie din exterior, iar unul pasiv nu. Din acest motiv, crossover-ul activ are loc în sistemul de sunet către amplificator, procesând semnalul sonor de la preamplificatorul unității de cap (de exemplu, radioul auto). În plus, după o trecere activă, sunt instalate două sau trei amplificatoare de putere. Un amplificator nu este pus în acest caz, deoarece nu are sens să reducem semnalele separate de crossover-ul activ într-un semnal integrat în amplificator. Semnalele separate trebuie amplificate separat. După cum puteți vedea, crossover-ele active sunt folosite în sistemele scumpe de înaltă calitate.
Pasagerii transversali manipulează semnalul deja amplificat și sunt instalați în fața difuzoarelor. Capacitățile crossover-ului pasiv sunt limitate în comparație cu cele active, totuși aplicarea lor corectă poate da rezultate bune, cu costuri financiare minime. Passover crossovers s-au dovedit a fi bune la cerința pentru o ordine de sensibilitate mai mică de 18 dB pe octavă. Peste această limită, numai crossover-urile active funcționează bine.
Passover crossovers sunt utilizate în principal pentru a procesa semnalul de tweetere și driverele de mijloc. Pentru difuzoarele cu frecvență joasă, aceste crossovere pot fi utilizate, dar cererea de calitate a condensatoarelor și inductoarelor crește brusc, ceea ce duce la creșterea prețului și creșterea dimensiunilor. Passover crossover-urile nu tolerează supraîncărcarea. Intensitățile semnalului de vârf provenite de la amplificator pot schimba frecvența de cutoff a filtrelor. În plus, un filtru supraîncărcat atenuează semnalul sonor (amortizare). Prin urmare, atunci când alegeți crossover-uri pasivă, acordați atenție capacității lor de a rezista încărcărilor de vârf generate de amplificator.
Crossover-urile active (sau electronice) sunt o mulțime de filtre active care pot fi controlate și pot schimba cu ușurință frecvența de cutoff a oricărui canal. Ordinea de sensibilitate a încrucișărilor active poate fi oricare, de la 6 dB la 72 dB pe octavă (și mai sus). Crossover-ele active pentru sistemele audio auto au o sensibilitate de 24 dB pe octavă. Cu această sensibilitate, schimbul de frecvențe între difuzoare este practic eliminat. Imaginea sunetului este de înaltă calitate. Singurul dezavantaj al crossoverelor active este costul ridicat al acestora comparativ cu cele pasive.
Acum hai să vorbim despre schimbările de fază care pot apărea în sistemele de sunet folosind crossovers. Schimbarea de faze este un fenomen inevitabil, care este o consecință a caracteristicilor de proiectare a filtrelor cu trecere înaltă, low pass și band-pass.
Faza este o conexiune temporară a două semnale. Faza este măsurată în grade de la 0 la 360. Dacă două difuzoare identice emit valuri sonore în faza opusă (treapta de fază de 180 de grade), sunetul este atenuat. Problema este eliminată prin schimbarea polarității pe unul dintre difuzoare.
Când sistemul difuzor este alcătuit din difuzoare diferite care funcționează în benzi de frecvență diferite (tweeter și midwoofer), eliminarea schimbării de fază nu este întotdeauna rezolvată prin simpla schimbare a "+" în "-". Lungimea de undă de la tweeter este mai scurtă decât cea de la midwoofer. Prin urmare, frontul de undă de frecvență înaltă poate ajunge la ascultător mai târziu (sau mai devreme) din partea frontală a undei de frecvență medie (sau a frecvenței joase). Această întârziere este o consecință a schimbării de fază. Pentru a optimiza imaginea sonoră în acest caz, este posibilă alinierea fizică a celor două difuzoare în raport cu celelalte în plan vertical până la îmbunătățirea imaginii de sunet. De exemplu, la o frecvență de 1000 Hz, întârzierea într-o singură milisecundă este eliminată prin mutarea difuzoarelor între ele cu 30 cm.