журнал "Car&Music", №4/2005

  текст: Владимир Харитонов

часть1

 Повторение пройденного

 Как известно, в природе не существует идеальных акустических систем, способных воспроизводить весь частотный диапазон (20–20 000 Гц) одним-единственным излучателем, поэтому разработчики вынуждены идти на хитрость, доверяя отдельные участки спектра динамикам, наиболее подходящим для работы с ними. Например, когда необходимо воспроизвести низкий бас, в АС применяется большой и мощный сабвуфер, а когда заходит речь о высоких частотах, то тут уж не избежать участия крохотной ВЧ-головки с легким диффузором. Разумеется, все динамики, задействованные в акустической системе, отвечают только за передачу своего, а не соседнего диапазона частот. Чтобы не допустить путаницы, перед поступлением на тот или иной излучатель исходный аудиосигнал фильтруют, при этом происходит выделение необходимой полосы частот и подавление ненужных. За эту операцию отвечает кроссовер.
В данном материале мы будем рассматривать пассивные кроссоверы, которые строятся на катушках индуктивности и конденсаторах. Пассивная фильтрация является наиболее доступной и сравнительно простой в реализации, но такой вид частотного деления имеет некоторые недостатки. Наиболее актуальные из них сводятся к следующему. Во-первых, достаточно сложной является задача согласования параметров фильтров с характеристиками динамиков. Во-вторых, нестабильность параметров АС в процессе эксплуатации (например, повышение сопротивления звуковой катушки при нагреве) ухудшает достигнутое в процессе разработки согласование. В-третьих, кроссовер, обладая внутренним сопротивлением, отнимает определенную часть выходной мощности усилителя, а попутно ухудшает демпфирование, что сказывается на качестве звучания, в частности, четкости передачи нижнего регистра.

 Типы фильтров

 В наиболее распространенных 2-компонентных системах кроссовер разделяет звуковой сигнал на два частотных поддиапазона: один предназначается для НЧ/СЧ-динамика, другой — для высокочастотника. В первом случае используется фильтр нижних частот (ФНЧ), во втором — фильтр верхних частот (ФВЧ). Вариантов реализации кроссовера может быть несколько, но, так или иначе, он должен отвечать ряду требований. Во-первых, не оказывать влияния на частотный спектр и форму волны исходного аудиосигнала. Во-вторых, создавать для усилителя не зависящую от частоты нагрузку активного характера. В-третьих, вкупе с акустическими системами кроссоверу надлежит обеспечить формирование диаграммы направленности с максимумом излучения в направлении слушателя и минимальной зависимостью от частоты. Рассмотрим, как выполняются эти требования на примере двухполосного кроссовера первого порядка.

 Фильтры первого порядка

 Порядок — это параметр фильтра, характеризующий его способность ослаблять сигналы частот, которые необходимо подавить. В первом приближении он определяется количеством используемых в схеме пассивных элементов с частотно-зависимым сопротивлением. Например, в фильтре первого порядка присутствует только один элемент, а в фильтре второго порядка их уже два.
Cхема двухполосного кроссовера первого порядка такова: ФНЧ построен на катушке индуктивности , а ФВЧ — на конденсаторе . Такой выбор элементов не случаен: сопротивление катушки индуктивности растет прямо пропорционально увеличению частоты, а у конденсатора -- обратно пропорционально. Поэтому катушка хорошо пропускает низкие частоты, а конденсатор высокие.
Номинал элементов для фильтров первого порядка зависит от выбранной частоты разделения и величины сопротивления динамика в этой области. При проектировании ФНЧ расчет ведется исходя из сопротивления НЧ/СЧ-динамика на частоте среза, а в случае с ФВЧ аналогичным образом поступают уже с высокочастотником. Учет сопротивлений излучателей не случаен и очень важен для построения "родного" кроссовера. Рассмотрим этот вопрос более подробно на примере катушки индуктивности и ее компаньона, НЧ/СЧ-динамика.
Итак, сопротивление катушки прямо пропорционально частоте. На низких частотах оно минимальное, поэтому напряжение от усилителя мощности почти целиком приложено к динамику. На высоких частотах сопротивление индуктивности возрастает, и на ней рассеивается большая часть мощности, развиваемой усилителем, так что динамику практически ничего не достается. В верно спроектированном фильтре равновесие сопротивлений наступает на частоте среза, при этом напряжение усилителя распределяется между ФНЧ и НЧ/СЧ-динамиком равными долями. Последнее можно проиллюстрировать амплитудно-частотной характеристикой ФНЧ (рис. 1); обратите внимание, на частоте разделения спад кривой достигает 3 дБ, что равносильно уже упо ... Читать дальше »