Зачем нужны разделительные фильтры в АС
В теории идеальный источник звука — точечный, а уже максимально приближенный к нему широкополосный имеет целый ряд недостатков, среди коих первое место занимают его внушительные размеры. К сожалению, практически невозможно создать широкополосный громкоговоритель, способный воспроизвести достаточно широкую полосу частот при ровной АЧХ, удовлетворяющий хотя бы устаревшему стандарту Hi-Fi Din 45500. Кроме того, причин поручить воспроизведение различных диапазонов специализированным излучателям более чем достаточно, перечислим лишь некоторые из них:
- С повышением рабочей частоты излучатель внушительных размеров становиться более направленным и всегда имеет большую неравномерность АЧХ в области высоких частот ~4 кГц как на оси излучателя, так и под углом.
- Широкополосный излучатель модулирует более высокочастотное излучение низкочастотным (т.е. вызывает интермодуляционные искажения).
- Чем больше физические размеры излучателя и одновременно больше соотношение массы подвижной системы к мощности его мотора (Mms/BL), тем хуже его импульсные характеристики.
Казалось бы, не бывает правила без исключений, но в данном случае даже исключения — такие нетрадиционные излучатели как электростатические или, к примеру, плазменные - имеют свои недостатки.
На настройку разделительного фильтра (кроссовер) тратится львиная доля времени при проектировании и изготовлении АС. После предварительных расчетов, многочисленных экспериментов и последующих корректировок конечный результат настройки выглядит таким образом:
- Создать максимально ровную АЧХ, ровный тональный баланс. Как в самих поддиапазонах излучателей, так и в области стыковки каждого из них друг с другом, несмотря на большую неравномерность АЧХ излучателей.
- Максимально сузить зону совместного излучения НЧ- / СЧ- / ВЧ-излучателей. В области совместной работы разность фаз головок близка к нулю и головки имеют схожую диаграмму направленности. Это необходимо, чтобы при отклонении от оси акустической системы на частоте раздела не возникало провалов на АЧХ и не искажался тональный баланс.
- Излучатели должны работать в оптимальном режиме, то есть среднечастотный излучатель не перегружается низкочастотными составляющими, а твиттер среднечастотными.
- Обеспечить разгрузку ВЧ-излучателей от воспроизведения частот, на которых твитер излучает звуковые колебания со значительными искажениями и может сгореть или просто выйти из строя при подведении даже обычной эксплуатационной мощности. Следует заметить, что ВЧ-излучатель должен работать на частотах в два раза превышающих частоту его собственного резонанса. Ну а в самих фильтрах следовало бы понижать звуковое давление на частоте резонанса излучателя на 20 дБ, но обычно понижают только на 12 дБ.
- Добиться такой частоты стыковки ВЧ- и СЧ-излучателей, при которой они будут иметь одинаковые угловые характеристики по горизонтали в пределах +/-30 градусов.
- Во избежание частоты стыковки поддиапазонов в 2,5 кГц и расположения зоны совместного излучения в диапазоне от 2–3,5 кГц, добиться максимально низкой частоты раздела.
- Импеданс АС по возможности постоянный, чтобы усилителю было комфортно работать.
- Порядок фильтра, крутизна и область раздела подобраны таким образом, что слух не локализует область раздела полос.
Согласно вышеперечисленному, далеко не полному, списку принципов конструирования разделительных фильтров выбираются порядки ФВЧ и ФНЧ. Если АЧХ и другие характеристики динамиков позволяют, следует применять фильтры максимально низких порядков. Но на самом же деле, в целях экономии (бюджетная акустика) для ВЧ-излучателя чаще всего используют фильтры первого порядка, а СЧ-излучатель и вовсе остаётся без фильтра, и лишь иногда при подборе специально сконструированных СЧ- и ВЧ-излучателей некоторым производителям, даже при использовании фильтров первого порядка, удаётся достичь хорошего качества звука.
Следовательно, если вы хотите уменьшить зону совместного излучения громкоговорителей друг с другом (к примеру, твитера и вуфера), ликвидировать <грязь> и надежно защитить ВЧ-излучатель при работе на максимально низких частотах, устанавливайте хорошее программное обеспечение (Visaton, linearX и т.д.) и проектируйте фильтры по конкретным замерам, чтобы их порядки соответствовали используемым излучателям.
