Кроссоверы (разделительные фильтры) АС, схематические решения, достоинсва и недостатки

В данной ветке предлагаю обсудить кроссы. Виды, порядки, корректирующие цепочки аттенюаторы и пр.

Начну. Уже давненько заинтересовался последовательными фильтрами. Преимуществ у них масса. Расписывать много не буду, почитать можно здесь. Статейка содержательная. Сделаю только несколько уточнений/замечаний:
1) последовательный кросс 1-го порядка защищает ЗК пищалки от постоянки, т к она шунтируется высокодобротной (с низким активным сопротивлением) катушкой индуктивности;
2) автор при построении общих ЧХ не учитывал фазу излучения голов, то есть суммировал ЧХ голов алгебраически, а не векторно, по факту, в самом идеальном случае, на частоте раздела полос получается провал -1,5 дБ из-за рассогласования фаз голов на 90 градусов, для устранения данного эффекта кросс необходимо рассчитывать на заведомо меньшее сопротивление 10-20% (форсировать);
3) по словам автора  фазировка голов не имеет значения, в идеальном случае да, в реальности имеет, у НЧ голов значительная индуктивность ЗК и кроме того они медленней пищалок, посему правильно головы соединять в противофазе;
4) для корректной работы кросса он должен быть нагружен на равные сопротивления (особенно на частоте раздела полос) поэтому динамики с большим сопротивлением необходимо шунтировать резистором для приведения эквивалентного сопротивления до головы с наименьшим;
5) цобеля всеже лучше ставить, ФЧХ будет плавнее.


Последний раз для себя собрал 5-ти полосный последовательный кросс, без аттенюаторов и цобелей выглядит так:

Было бы интересно посмотреть менее сложные фильтры для 2х и 3х полосной акустики. Раз уж Вы изучили вопрос сделайте пожалуйста обзор с практическими примерами и нюансами настройки.

Практический пример фильтра при работе от токового усилителя, ИТУН. С атеньюаторами.
И фильтр для работы с ним широкополосника.

Не вижу, как прикрепить картинки. )))

koman пишет:Было бы интересно посмотреть менее сложные фильтры для 2х и 3х полосной акустики. Раз уж Вы изучили вопрос сделайте пожалуйста обзор с практическими примерами и нюансами настройки.

Для трех полосок фильтры выглядят так:


Принципиальной разницы между ними нет, если рассматривать динамик как резистор, а если рассматривать динамик как сложную электромеханическую систему, то некоторые различия все же имеются. Например, катушка L2 выполняет роль «закоротки» ниже частоты раздела полос для головы которую она шунтирует, следовательно она улучшает её электрическое демпфирование, это может оказаться весьма полезным если динамик «порезан» близко к собственной резонансной частоте (особенно в случае фильтра первого порядка), в первом случае катушка шунтирует пищалку, а во втором среднечастотник. Это может вызвать существенные различия в звучании АС при использовании данных схем кроссоверов (по причине разных результирующих добротностей), причем элементная база для выбранных частот раздела полос у данных схем абсолютно идентична.

Хочу отметить, что кроссовер это важнейшая часть АС и акустического тракта в целом. От правильного выбора частот раздела полос, порядка и вида фильтра звучание АС зависит если не в большей, то, по крайней, мере не в меньшей степени чем то от оформления, расстановки, усиления, голов и пр. Можно взять отлично звучащие по отдельности головы хорошо их оформить и кроссом  добиться их отвратного совместного звучания.


Выбор частоты раздела полос и порядка фильтра.
Первое что хотелось бы отметить: не рекомендуется разделять полосы в частотном диапазоне отвечающем за формирование стереоэффекта (приблизительно 500-3000 Гц для второго порядка).  Во-первых, это самая ответственная полоса частот в которой человеческий ух наилучше воспринимает всякого рода искажения, которые при совместной работе голов трудно предсказуемые; во-вторых, это в значительной степени снижает фазовые сдвиги в данной области частот; в-третьих, это уменьшает площадь излучения звука, то есть приближает источник к точечному; в-четвертых, улучшает диаграмму направленности в вертикальной плоскости; в-пятых, звук воспроизводится одной головой, то есть не разнесен в вертикальной плоскости; ну и банально подобрать одну хорошую пару голов (с идентичными или почти идентичными параметрами) значительно проще, чем скажем три пары в трехполоске. Далее, не рекомендуется резать головы близко к собственным резонансным частотам, т к на данных частотах головы обладают сильными искажениями, особенно фильтрами низких порядков. Нужно понимать, что порядок фильтра определяет не только крутизну спада ЧХ, а еще и крутизну ФЧХ, диаграмму направленности в зоне совместной работы голов, импульсную характеристику, размещение голов и качество их работы. Нужно четко понимать что законы диалектики еще никто не отменял и при выборе порядка фильтра всегда приходится искать разумный компромисс. Фильтр первого порядка требует минимального количества элементов, обладает хорошей импульсной характеристикой, плавно вращает фазы, но требует скрупулезного подбора голов (их ЧХ должны уверенно перекрываться минимум на октаву вверх и вниз относительно частоты раздела полос), максимально близкого размещения их друг к другу практически «впритирку», выбора частоты раздела полос как минимум на две октавы выше резонансных частот голов (почему объясню позже*).  Выдержать все эти требования одновременно весьма сложно. У фильтров более высоких порядков свои преимущества: головы можно разносить дальше; частоты раздела полос можно выбирать ближе к РЧ голов; т к область совместной работы голов меньше, то и требования к ЧХ голов соответственно ниже (например для второго порядка зона перекрытия ЧХ должна составлять уже +/- 0,5 октавы), кроме того, и меньше области с покрученными фазами; каждая голова воспроизводит меньший диапазон частот, что, в свою очередь, снижает искажения.

Главным преимуществом кроссов первого порядка лично я считаю их отличную импульсную, главным преимуществом фильтров более высоких порядков считаю их способность эффективно срезать частоты соответствующие РЧ голов.

Пару слов про «форсирование». Последовательные кроссы позволяют форсировать головы в области частоты раздела полос. Достигается это изменением добротности фильтра, умышленного расчета фильтра на заниженный импеданс. Во-первых, это позволяет убирать провал ЧХ (если он есть) в области частоты раздела полос, а, во-вторых, это увеличивает крутизну спада ЧХ (при том же порядке фильтра), но вызывает проседание импеданса АС на данных частотах, что, в свою очередь, дополнительно нагружает усь.

* Дело в том что ход динамика при приближении к РЧ увеличивается на 12 дБ/окт, поэтому для обеспечения качественной работы ДГ на РЧ она по минимуму должена быть зарезана на те же 12 дБ относительно полосы пропускания.

Доброго дня!
Підкажіть:
чи нема, на Вашу думку, помилки у розрахунку 3 полосного кросоверу по формулах приведених у "Гапоненко С.В."
Звучання моєї АС втратило середні, зате пробило на високі...

Шановний  Wikont, можливо питання і не мені особисто, але не можу пройти мимо, відповім.
Помилково думати що "по формулах" взагалі можливо налаштувати звучання АС. Неважливо із якої вони книжки ці формули чи в якій програмі "забиті" розрахунки. Ці формули всюди однакові.

Ви мене вибачте, але те що написано вище в цій темі.. як би так по-м'якше..  ну просто не витримує ніякої критики. Майже все з ніг на голову перевернуто, на жаль..

Я вже давненько звернув увагу на існування цієї шкідливої теми, не хотів її дарма ворушити.
Навіть почав "шкрябати" щось подібне до практичного посібника по налаштуванню фільтрів із прикладами рішень та схем, вимірюваннями, практичними прийомами налаштування. Винаходити заново велосипед, звісно я не збирався, просто є бажання зібрати до купи те що дійсно корисно на практиці налаштування АС. Двома словами неможливо відповісти чому звучання не виходить по формулах.
Матиму час, закінчу "шкрябати", обов'язково викладу.

До речі уже з готового велосипеду можна нашкрябати рішення. А з теми Constant-Voltage Crossover і того більше.
Ось хоча б тут:
http://35ac-018.ucoz.ru/publ/35as_018m_nivaga_novyj_vzgljad/2-1-0-50
http://www.hifivoice.altervista.org/audio/milestones/electrical/logbook/2005q1q2/2005q1q2.html
Та навіть не це головне.
Стаття буде цікавою лише з власних дослідів та вимірів - я так вважаю.
Бажаю успіху.

До речі уже з готового велосипеду можна нашкрябати рішення. А з теми Constant-Voltage Crossover і того більше.
Ось хоча б тут:

Менш за все мені хочеться коментувати перше посилання. Вибачте, але то шкідливо навіть читати! Я розумію, можливо автори нічого поганого і не хотіли вкоїти, але таке відверте "врєдітєльство" на тему налаштування акустики годі і придумувати. Скільки ж колонок розкурочили горе "улучшайкіни".. 35АС улюблена тема для "рукосуїв".

Відверто кажучи, я і сам в студентські роки страждав подібним синдромом "улучшатєльства" АС радянських часів. Але тільки згодом, коли бажання слухати музику перестало обмежуватись окремими звуками "бум-цик" та "чистотою сєрєдіни", я зрозумів наскільки збалансованою була акустика тієї епохи, не вся звичайно, але зокрема 35АС в більшості так.
Звичайно, можна скаржитись на культуру виробництва, вона здебільшого явно кульгала, в окремих екземплярах були помилки монтажу. Але, розуміючи всі складності серійного виробництва, автори робили все можливе щоб звучання було збалансоване. Можливо грубе, місцями брудне здебільшого через суттєві відмінності динаміків різних заводів, але в цілому справні АС давали базовий нормальний не вивернутий навиворіт тональний баланс. Чого досі бракує більшості сучасних АС, там теж помилок вистачає. Це реальна статистика а не мої видумки, до нас іноді звертаються з приводу переналаштування заводських і авторських готових колонок, робимо все можливе для адекватного звучання.

З приводу "магічності" послідовних фільтрів. Немає ніяких переваг, про які так багато розпинаються, є їх властивості відмінні в налаштуванні від паралельних. Це ніякі не "магічні" властивості, налаштування таке саме складне як і з паралельними фільтрами. Можна налаштувати абсолютно однакове звучання використовуючи обидві схеми - це практика.
В де-яких випадках послідовні фільтри більш вигідно використовувати: наприклад на розділі НЧ-СЧ, чи з парою однакових НЧ-СЧ динаміків послідовно включених (коли обидва працюють на НЧ а один з них ще і на СЧ), або з парою однакових ШП динаміків на розділі СЧ-ВЧ між ними. Все, на цьому їх практичні переваги закінчуються, в усіх інших випадках можливо і послідовні і паралельні з однаковим успіхом. Але здебільшого зручніші в налаштуванні паралельні незалежні фільтри для кожної полоси.

"Вспомнить всё" - серія статей на тему фільтрів як раз хороший теоретичний матеріал, раджу почитати. Автор топіка апелює до статті абсолютно безпідставно. Я нічого поганого особисто до roziskulov не маю, але на жаль видно що він це робить за браком власного досвіду. Особливо що стосується пильної уваги до ФЧХ та теоретичних міркувань щодо проектування фільтрів.

Бажаю успіху.  

Дякую, до успіху ще далеко, буду намагатись!
Із, так би мовити, не шкідливих матеріалів ще можете переглянути сайт Troels Gravesen-а, там багато цікавого. Я свого часу повторював одну з конструкцій, давненько вже то було, але по пам'яті - його налаштування давали більш-менш вірний тональний баланс, не ювелірно точний, але базовий правильний. Можливо теперішні проекти більш точно налаштовані.
Сергій Давидович Бать "Любительские громкоговорители" - багато схем, цікаво, докладно і доступно.
Особливої уваги з практичної точки зору заслуговують публікації Олександра Володимировича Клячіна. Я слухав його АС - мушу визнати що це найвища планка звучання як на мій слух.. поки що
Може щось десь ще цікавого та не шкідливого для ознайомлення, зараз не згадаю.
На жаль більшість публікацій на цю тему - сміття непотрібне, що до практичної роботи жодного відношення немає. Відфільтрувати яке можливо тільки одним способом - наполегливо практикувати налаштування АС

Це все філософія, а Nivaga скоріше практик, тому народ і кидається повторити та прослухати результат.
Ви пишете: вигідно використовувати однакові ШП динаміки на розділі СЧ-ВЧ. А не простіше нічого не розділяти, тобто слухати ШП динаміки без фільтрів? Кажуть звучання якраз буде "живе"!

Повторюйте, слухайте, порівнюйте.

Ви пишете: вигідно використовувати однакові ШП динаміки на розділі СЧ-ВЧ. А не простіше нічого не розділяти, тобто слухати ШП динаміки без фільтрів? Кажуть звучання якраз буде "живе"!

Нехай кажуть.
Приклад: https://hifi.forum2x2.ru/t1452-topic#17656
Були криві, стали живі

Живість звучання та "широкополосність без фільтрів" ніяк не пов'язані - це ще один черговий розповсюджений аудіо-міф.
Рівненькі по АЧХ динаміки в робочій полосі, які можна запускати без корекції фільтрами - рідкість, а шп - дуже велика рідкість.

Шановний Shemyakin, згодьтеся, що крапка в фільтрах ще не поставлена.....
Ось знайшов схему розгалуджуючого фільтру. Прошу допомоги для перевірки вірності моїх розрахунків (фільтр Баттерворда). Імпеданс Rнч=5,25 Ом,  Rсч=5,70 Ом,  Rвч=5,10 Ом.
Частоти розділу:  765 і 7650 Гц

" />

С1=2,04;  L3=0.212;  L1=0,118;  С2=36,51;  L2=1,185-0,118=1,067

Шановний Wikont , я ж Вам казав, в двох словах не вийде.
А Ви хочете в два слова помістити те, чому я наприклад, вже десяток років безперервно вчусь налаштовуючи різні АС
Тому наберіться терпіння. Якщо Вам практично треба налаштувати АС а не по "чарівній формулі" погратись. Так не вийде, або вийде звучання з "дитячими болячками".

Формули розрахунку номіналів фільтрів простенькі, я думаю Вам добре знайомі.
На резистивне навантаження виглядають так:
L=R/(2*Пи*F), С=1/(2*Пи*F*R). Де:
L - індуктивність, Гн
С - ємність, Ф
R - опір навантаження (головки), Ом
F - розрахункова частота зрізу фільтра по рівню -3 дБ, Гц
Перевіряйте. Загальна L для ФНЧ НЧ-динаміка буде L=L1+L2.
Баттерворда, інших для фільтрів 1-го порядку не буває, вищі порядки виходять з цих самих формул.
Не неважливо якого типу, потім Ви зрозумієте що при налаштуванні АЧХ фільтри не повинні "попадати" в якийсь конкретний тип. Так само як і частоти зрізу сусідніх ФНЧ та ФВЧ не повинні збігатись утворюючи формальну частоту розподілу, це теж потім зрозумієте чому.

Для того щоб перейти до налаштування фільтрів треба:
- Змонтована конструкція акустичного оформлення, тобто корпусу з динаміками
- Дуже бажано освоїти програмні засоби вимірювання та макетування. Це прискорить рутинну частину роботи, позбавить зайвих маніпуляцій.
- Бажано мати всі необхідні інструменти: мікрофон, ЗК зі всіма необхідними входами/виходами, чим міряти LCR. - Виміряти АЧХ кожного динаміка в корпусі! Як найбільш достовірно виміряти АЧХ, давав Вам посилання, ось ще раз.
АЧХ ВЧ динаміків при замірах задля їх безпеки краще запускати через ФВЧ (конденсатор 10..20 мкФ), потім відновити їх АЧХ по параметрам цього ФВЧ, як це зробити частково написано тут. Виміри робити при звуковому тиску близько 80 дБ, таким чином на динаміках буде розсіюватись потужність 0.1-0.5 Вт залежно від їх чутливості.
- На слух теж можливо налаштувати, але для цього необхідно мати чіткий еталон звучання. Це майже як наосліп щось робити, теоретично можна, але набагато складніше.
- Виміряти імпеданс кожного динаміка в корпусі, якщо треба напишу як це зробити.

Після цих вимірів можна переходити до проектування фільтрів.
З вихідних даних окремих АЧХ динаміків, дивимось як, де і яким типом та порядком фільтра вигідніше розділяти по полосам динаміки. По критерію найбільш рівного тонального балансу (фінішної АЧХ АС) та мінімальній складності фільтрів та коригуючих ланцюжків.
Не треба боятись попасти розфільтровкою в так званий критичний для слуху "голосовий" діапазон на СЧ, при нормальній "склейці" полос ніякої деградації звучання не відбувається. Менше слухайте всіляких байок про це. Гадаю, саме по цьому критерію Ви обрали частоту розподілу СЧ-ВЧ аж 7.6 кГц. Критерій тут один - максимально рівний тональний баланс на вісі АС і з відхиленням від неї теж. Діаграма направленості буде дуже гостра при такому високому розподілі СЧ-ВЧ.

ФЧХ. Фазочастотна характеристика окремо не існує. Вона абсолютними своїми змінами по діапазону не впливає на звучання ніяк. Простий приклад - якщо на обох колонках перевернути клеми з плюса на мінус, звучання не змінюється. Якщо на одній з них - зовсім інша справа.
Те саме і з підключенням динаміків сусідніх полос. Окремо їх АЧХ незмінні при різному підключенні, при взаємодії обох загальна АЧХ змінюється кардинально при "перевертанні" полярності одного з них. Так само не треба боятись включення динаміків в протифазі. Тобто: ФЧХ прямо впливає на загальну АЧХ, це один з інструментів налаштування.
До речі - розподіл НЧ-СЧ майже завжди вигідніше робити з протифазним включенням динаміків. З СЧ-ВЧ треба дивитись по ситуації, тобто залежно від АЧХ окремих динаміків та загальної.

Ось знайшов схему розгалуджуючого фільтру

Зрозумійте правильно: це загальна умовна схема три-полосного фільтру. Все одно що намалювати схему автомобіля у вигляді кузова та коліщаток (вид збоку). При чому L1, L2 утворюють ФНЧ для НЧ динаміка який активно буде взаємодіяти з фільтром СЧ та тим самим СЧ-динаміком, це так би мовити "не баг, а фіча" така Як три-дверна машина із задніми сидіннями, пролазити до яких треба через передні двері вигнавши переднього пасажира. Теж "фіча"

Добре, добре! Ми накрутимо катушки на кондюки - тим самим збільшимо корисний внутрішній обєм, що понизить резонансну частоту динаміків, тому отримаємо більш низький бас! А ще корпус зробимо з мдф, волокна якого пресовано під кутами 75 градусів, та доведемо до товщини 24,5 мм для передньої панелі. До речі всі динаміки на передній панелі розмістимо по вертикалі, та як найблище один до одного. Не будемо конструювати закритий ящик, адже великою популярністю він не користується - тільки фазоінвертор та ще й з двома отворами!
Шановний Shemyakin, у Вас дуже великий багаж знань, тому прошу по-кроково розкажіть на прикладах етапи конструювання 3 полосної АС.
Форумчани будуть Вам вдячні.

Так, так..

Ми накрутимо катушки на..

 Кхе-кхе, "шутник юмора"

Крутіть..

---

Доп.:

Шановний Shemyakin, у Вас дуже великий багаж знань, тому прошу по-кроково розкажіть на прикладах етапи конструювання 3 полосної АС.
Форумчани будуть Вам вдячні.

Дякую за довіру, якщо не жартуєте.  
Покрокову "методичку" налаштування 3-полосної АС? Ні, то вже занадто..
Хоч би був час закінчити розпочате стосовно фільтрів, але відчуваю то буде не скоро.
Якщо є конкретні питання - будь ласка.
А взагалі-то є в нас окрема послуга для таких випадків http://rush-speakers.com.ua/customize_sound_acoustics/

Підкажіть, де взяти катушки для кросоверу по нормальній ціні (крім олх)?

Краше буде самому робити їх. Прилад для вимірювання lcr потрібен.
Ви дивитесь "ЛС" взагалі? Писав Вам стосовно мікрофону, чекаю на якусь відповідь.

Їх можна робити з глини? А як?
На рахунок мікрофону Panasonic WM61A все залишаеться в силі, як раніше домовлялися.

З глини, геніально!! Можете спробувати.
Ви що знущаєтесь?
То не треба, то знов треба. Вашого WM61A вже ніде нема, дочекались..

Твоя - моя - не понимай - зачем так зделаль - слышишь...

Бажаю успіхів

Попробуйте Дефонику, мультиампинг, и многоканальный ЦАП.