Что лучше фильтр первого порядка или второго

Вспомним школьный курс физики. Основное свойство катушки индуктивности заключается в том, что она сопротивляется быстрым изменениям протекающего через нее тока. Иными словами, на низких частотах ее сопротивление маленькое, а с ростом частоты оно заметно растет. Если включить её последовательно с динамиком, она пропустит на него низкие частоты, но ослабит высокие, и мы получим самый настоящий фильтр нижних частот.

А вот у конденсатора свойства прямо противоположные – он вообще не пропускает через себя постоянный ток, но зато может пропускать переменный. Причем чем выше частота сигнала, тем меньшее сопротивление он ему будет оказывать. Так что если мы включим конденсатор последовательно с твитером, то получим ФВЧ, который ослабит низкие частоты, зато легко пропустит высокие.

Каждый из таких фильтров будет состоять из одного элемента и назваться они будут фильтрами первого порядка. Они простые в расчете, потому что содержат всего по одному элементу – катушке или конденсатору. Если мы захотим сделать фильтры с определенной частотой среза Fc (она определяется по уровню –3 дБ), то нам нужно будет подобрать катушку и конденсатор вот с такими параметрами (индуктивность в мГн, емкость в мкФ):

где Z – это импедансы динамиков (Ом), которые мы собираемся подключить к фильтрам. Часто в расчетах в качестве Z подставляют номинальные импедансы. В общем-то, так действительно можно в первом приближении оценить, какого примерно порядка нам понадобятся катушка или конденсатор, но не более того. Если требуется точный расчет параметров, то для этого нужно знать саму Z-характеристику динамиков, а в формулу подставлять не номинальные значения импедансов, а значения на конкретной частоте Fc.

Недостаток фильтров первого порядка – невысокая крутизна среза, порядка 6 дБ/октава. Иными словами, они не очень «старательно» фильтруют сигнал, а значит, с такими фильтрами широкий диапазон частот будет воспроизводиться и твитером, и мидбасовым динамиком одновременно.

Это плохо из-за того, что динамики, как правило, разносятся в автомобиле на довольно приличное расстояние друг от друга. В результате до ушей будет доходить не то, что они излучают, а некий результат сложения, интерференции. Ну а то, что разные динамики не могут воспроизводить один и тот же сигнал абсолютно одинаково, только усугубляет ситуацию.

Чтобы избавиться от этого недостатка и уменьшить диапазон совместной работы динамиков, применяют фильтры более высоких порядков. Например, если добавить к фильтрам первого порядка еще по одному элементу, то получим уже фильтр второго порядка.

Такой фильтр даёт более крутой спад АЧХ за пределами зоны пропускания, отсюда и более узкая полоса совместной работы.

При дальнейшем добавлении элементов по тому же принципу можно получить фильтры третьего, четвертого и еще выше порядков. Они будут еще лучше справляться с фильтрацией.

И всё бы хорошо, но любые фильтры имеют одну неприятную особенность – они сдвигают сигнал по фазе, задерживают его. На первый взгляд, ничего страшного в этом нет, ведь, к примеру, звуковые процессоры тоже задерживают сигнал. Но дело в том, что процессоры задерживают сигнал «целиком», а у фильтров эта задержка разная на разных частотах. А что получится, если мы в широкополосном музыкальном сигнале одни частоты задержим сильнее других? Форма сигнала, понятное дело, исказится. Такие искажения называются фазовыми. И чем выше порядки фильтров, тем больше эта фазовая неравномерность. Я ни в коем случае не призываю отказываться от фильтров высоких порядков, но к ним лучше относиться с осторожностью.

Собственная акустика: простые правила

Наконец закончил долгострой. Четыре полосы, метр ростом, 90 Дб, 35 Гц – 30 кГц, 6–8 Ом. Самым важным при проектировании было следовать самым простым и банальным правилам акустики. И при этом избежать тех компромиссных решений, которые несмотря на то, что стали и стандартными, но ощутимо снижают качество звука.

• АС сейчас единственная электромеханическая часть аудиосистемы, если не рассматривать виниловые проигрыватели. Отсюда и самые большие искажения вносят именно они, опять таки с оговоркой. Но вместе с тем вложения в них дают самый заметный эффект. То, что это зачастую игнорируется следствие того, что искать несомненно проще под фонарем, а не там, где потерял.

• Сама по себе музыка звучит в диапазоне от 200 Гц до 5 кГц. Поэтому средние частоты должны быть безупречны.

• Кевларовые динамики всем лучше бумаги, за исключением жестких верхов 3-4кГц.

• Покрасить кевлар толком нельзя. Скорее испортить можно чем покрасить.

• СНЧ динамик слишком большой, чтобы чисто отыграть верх середины, но при этом слишком мал, чтобы играть басы.

• Точнее ленточника динамика пока не придумали.

• Низкочастотник должен быть размером в 15″, можно и 12″, но лучше 15″.

• Фазоинвертор настраивается на одну ноту. На ней и играет. Громко играет, но с задержкой как по нарастанию, так и по затуханию. Биения и фазоинвертор всегда вместе.

• Нижняя частота задается либо бочкой либо бас-гитарой. 60 и 35Гц соответственно. Для того, чтобы ровно играть от 35 Гц объем закрытого ящика должен быть около 100 литров.

• Фильтры первого порядка гораздо меньше влияют на передачу импульса, чем более высоких порядков. Соответственно атака, тембры, стыки гораздо чище.

• Последовательный фильтр первого порядка обладает способностью выравнивать АЧХ в местах стыков при подключении к усилителю напряжения.

• Почерк источника и усилителя в системе, где АС позволяют им работать не надрываясь, почти не проявляется.

• Влияние резонансов корпуса сильно преувеличено. Достаточно, чтобы они не накладывались на другие резонансы системы.

• Бытовые аудиосистемы разрабатываются в первую очередь маркетологами, как впрочем и все остальные товары.

• Провода влияют на звук куда меньше, чем контакты. Контакты меньше, чем элементы кроссовера. Кроссовер, меньше, чем блок питания.

• Если говорить о звуке, то самый важный элемент во всей системе это среднечастотник и возможность удачно расположить его перед слушателем.

• Восприятие звука крайне субъективно, на него влияет не только чистая передача записи. АС обмотанные пузырящейся самоклейкой, будут восприниматься куда хуже, чем ровно такие же, но отделанные вишневым деревом и кожами рептилий.

А если так повернуть, ESS Factory Heil Air Motion Transformer AMT Tweeter и парой по 15-18 дюймов (вот например Eminence Speaker KAPPALITE 3015) подпереть, только настроенных на разный частотный диапазон и не в ящике а в щите? Давеча обсуждали такие конструкции с разбором примеров — интересно стало.

С таким твитером наверно и морель не понадобился бы. Что касается щита, то у меня его просто некуда ставить, Хотя очень хотелось сделать его. Собственно начинал проект как щит

Я пока так, исключительно теоретически интересуюсь — к счастью с техникой все в полном порядке, даже переизбыток местами. Просто с другом обсуждали подобный проект, пока что более-менее абстрактно, но мне то интересно и поучаствовать хочется.

Вспомнил. Все началось с того, что Аудиомания предложила купить пару дэвисов за какие-то смешные деньги. Я их купил и долго любовался поставих их в щит зачем они мне. Потом пришло решение заменить их жестковатый верх морелем. Так как у мореля выше 6кГц спад, то в супертвитеры напросился фунтик. А НОЭМА образовался как-то сам собой, потому, что не имея опыта, эксперементировать со столь большими объемами на чем-то более серьезном я не решился.

Но это все вовсе не отменяет тех тезисов, которые я обозначил.

примитивно и категорично.

Для поездки на работу машина однозначно лучше метро

Я смело могу написать тезис: человеку с таким подходом не под силу сшить 4х полоску 🙂

ну я хотя бы первый из тех, кто смог запороть последовательный первого порядка)))

ЗЫ я же сразу предупредил, что следую самым простым правилам

ну я тоже резковато отписался.

На самом деле со многими техисами согласен — особенно про то что музыкальность задают средние, про то что колонка самое важное звено в системе.

Про фильтры вопрос спорный. И про подбор динамиков. У всех фильтров и динамиков есть очень большой список плюсов и минусов, который нельзя вот так категорично в двух словах описать.

Фильтр 1го порядка меньше искажает сигнал несомненно, но больше пропускает искажения которые дает динамик — плохо обрезанные всплески и грязь «прокрикивают» в эфир

Совершенно с вами согласен, плата за первый порядок — щедрое разбазаривание диапазона головок. Причем хороших головок с широким диапазоном. Из тех компонентов, что потребовались мне, чтобы собрать систему настоящий мастер легко скроил бы две пары неплохих АС)))

Seas H1456 & Vifa DX25

А что у вас в басовом регистре?

у меня? Ничего, комната маленькая, хватает и сиса с фазиком

Вдогон схема фильтра. Конденсаторы К73.

А что-то замерам есть. Честно говоря, думал, что вы действительно сделали на фильтрах первого порядка.

АЧХ смогу прикинуть через пару недель, сейчас микрофона нет. Отдельно динамики соответствовали заявленному. Если хотите могу точечно сопротивление снять. Наверно лучше сшивки, между ними и резонансы?

А вы какой порядок насчитали? У меня ζ = 1 получается

Первый порядок на вч — верхний по схеме динамик. На нижнем и третьем снизу — второй порядок. На втором снизу — затрудняюсь. А вообще, нужно АЧХ каждой отдельной полосы смотреть, чтобы понять, какие наклоны получаются. Ну, не люблю последовательные фильтры — и все тут 🙂

По правде сказать, удивляет отсутствие сопротивлений, не могут быть столько сразу совпадений по чувствительности, что не нужны делители. У фунтика аж 95Дб по даташиту. а он напрямую подключен без делителя.

пересчитал, раздел НЧ/СНЧ — f = 197Гц, ζ = 1,01 ( для квазивторого надо хотя бы 0,6) нет?

95 Режутся фильтром до 92ух, там всплеск ближе к 20кГц, собственно и низ приподнят, тонкопенсация типа. Громко слушать нет возможности

Ну это куда занесёт в поисках лучшего звука. Или в широко или в много полосники. Высказанный тезис о СНЧ динамике, как не способном нормально играть басы и середину, в принципе имеет смысл. Я выбрал промежуточный вариант конструкции. Это самопальные двухполосники с достаточно крупным 180 мм СНЧ динамиком. Мне нравится. Бас почти большой и середина цельная.

Уважаемый Bbhob! Несколько раз прочел Ваш материал и, безусловно с уважением отношусь к Вашему кропотливому и мотивированному труду! Хочу спросить: Что Вас подвигло на создание собственной акустики? Неудовлетворенность имеющимся выбором брендовых систем и их свойствами? И если не сложно, ответьте, есть ли аналоги у каких либо производителей? Меня в 70-80 гг. отсутствие доступной акустики подвигло на само конструирование, но это были системы для концертного звука, а в сфере бытовой акустики я просто пользователь. Спасибо за ответ!

«Слабоумие и отвага», собственно начиная их сборку я не предполагал что все будет непросто.)))

Сейчас я вижу, что альтернативы моим АС в доступном мне секторе нет. Исключение фазоинвертора, фильтров высоких порядков, 12″низкочастотник вовсе не самоцель, а попытка уйти от болячек современных стоковых колонок. Таких как: очень условная передача нижнего баса, окраска звука, зависимость от усилителя. Причем причина это компромисс обусловленный не техническими ограничениями, а вполне прагматическими соображениями маркетологов. Компактные колонки с подчеркнутым басом выглядят презентабельнее несмотря на все недостатки, тем более если демонстрировать их при продаже с подходящим усилителем.

Сейчас я окончательно убедился, пожив со своими АС, что закрытый ящик дает прекрасный честный звук, что незагруженный басами среднечастотник играет легко и чисто, что никакое колдовство с корпусом и фильтром не исправит огрехи динамика, а самый лучший характер звучания АС, это когда его нет и все упирается только в запись.

И конечно если бы у меня не было мастерской в 30 м2 и полного набора столярных инструментов, а так же времени и возможности купить выбранные динамики, то все это не состоялось бы.

Прекрасно! Спасибо за ответ!

Да, референсом были большие напольники Легаси и старые JBL. Собственно и по звуку и по многим техническим решениям.

Ставлю свой скромный плюсик

Да уж, посмотрел я на ваше творение и понял вашу нелюбовь к вегалабу. Хорошо вы сказали — «Слабоумие и отвага». 🙂

Благодарю, что проявили интерес к моему творчеству.

Понравилась отвага. Уважаю любителей делать своими руками. А вот дальше всё спорно. Выбор голов, недостаточная теоретическая подготовка, отсутствие замеров. Это всё заметно из комментариев выше. Боюсь, чтобы добиться качественного звука с колонками возиться и возиться. Если не перегорите, то рано или поздно эту штуковину забросите и перейдёте на новый, уже серьёзный проект. Мне так кажется. От себя желаю удачи.

Спасибо, Ant1967, но я прошу развернуто по сомнительным моментам

1) что с динамиками? Где не стыкуются?

2) что мне советуете почитать? Не стесняйтесь, у меня образование по моделированию ускорителей, так что смогу разобраться (Батя не предлагайте, начинал читать, поймал себя на правках)))

3) в параллельных обсуждениях я выкладывал замеры по ачх и импедансу, вроде в районе погрешности. (Собственно от параллельных фильтров нечего ожидать) Что-то еще стоит померить?

Собственно кроме замены и подгонки фильтра на супер-твитере возни не потребовалось. На прослушиваниях никто не выявил каких то явных артефактов (естественно не жену и тещу пытал, а профессионалов сцены и звукозаписи) в звучании, кроме небольшого перевеса нижнего баса (да, там где-то +3дБ и расчетных и на промерах). Посему счел проект завершенным.

Трогать нет желания совсем.

Ну тщеславие своё вы тут уже не раз засветили. Для «разработчика ускорителей» такое честолюбие норма. 🙂 А вообще, спорить не буду, мне достаточно того, что вы «ловите Батя на правках». Вы бы лучше себя перечитали. «Средник важнее всего», хотя купили его из-за жадности, дескать продавали дёшево. Далее начали городить что-то с купольником, чтобы подлечить «идеальный» Дэвис, далее раскидали ДГ по стенке от балды, чтобы потом фазу подгонять фильтрами, давя звук. И ключевое — «хочу чтоб как Легаси». Я, конечно, не слушал ваше изделие. Но по мне — уродец какой-то. Сначала создаём себе технические проблемы, а потом их решаем. Это много говорит об инженерном уровне. Не зря я заинтересовался вашим наездом на вегалаб. Там и правда таких зазнаек с нулевым опытом, странными идеями и безграничным гонором не любят. Адью, больше беседовать не буду.

Посмотрите фильтры, короче не бывает. Никаких коррекций и компенсаций. Головки подобраны по чувствительности с запасом и нахлестом в полторы октавы.

Головки на своих местах, не более половины волны по сопряжениям. Верхняя панель выступает для горизонтального сведения ВЧ головок по глубине, конкретно рупора. Купол утоплен для того же. Все очень красиво.

Куполник не «городить» он на месте, он закрывает кевларовый окрас дэвиса и позволяет красиво состыковаться с фунтиком. С динамиков я взял самые вкусные места.

Вы вот спросите лучше сначала. А не тыкайте куда папала.

Теперь ясно почему Вегалаб — собрание школоты? )))

Расскажите сколько стоит Ваш проект исходя из Вашей квалификации (научной) и количеством затраченного времени на создание, изготовление, настройку. А потом, посчитайте сколько она будет стоить учитывая зарплаты, которые получают ученые, работающие в Церне, наверняка Вы знаете сколько они получают.

Реально, интересно. посчитайте. 🙂

По сути, Вы изготовили макетный образец. Теперь нужно изготовить опытнфй образец и пройти на нем кучу испытаний и экспертиз. Потом, нужно будет изготовить опытную партию и так же пройти весь комплекс испытаний и экспертных оценок, в том числе технологических и экономических, ну, и на продвижение Вашего изделия на рынок, то же придется потратится. Вот и сложется цена серийного изделия, а если серия измеряется не миллионами, а тысячами, то цена ещё подрастет.

Это так, лирическое отступление.

Ну где-то 100 тыр на сегодня бы встал мне на сегодня со всеми материалами и мелочевкой. (Реально раза в два ниже, но у аудиомании были весной предложения неслыханной щедрости). Тут вопрос сборки корпуса еще. На кухне лобзиком не выпилить. Нужна и мастерская и инструмент. У меня его на на несколько тысяч уе, его вот куда писать?

Собственно упаси меня господи этим зарабатывать)))

Чё то мало. Сколько человекомесяцев стоит Ваша акустика? Помножте это на свой средний заработок и получится, что комплектующие — это фигня.

Читать:

При какой температуре паять светодиоды феном

Думаю за месяц более чем реально повторить попивая пиво. Это если пилить только. Думаю, что 150 тыр для хаенда в скромном ящике вполне себе себестоимость. Но учитывая такие реалии бизнеса, как аренда и там маркетинг с административными и амортизацией можно смело говорить, что 300-400 будут затраты.

Так как вы — ИТР, то Вас можно отнести на накладные расходы, а они от 500 до 900%.

:)))))))) Говорю, что то дешево Вы себя цените. Бизнес так не делается! 🙂

хуже, я сейчас разраб в бэкэнде, можно смело писать ценник от балды чтобы всем на все хватило, как это принято сейчас в айти))))))))))

А если приписать научную степень автора к названию бренда, то можно претендовать и на верхнюю планку хай энда.

Только, думаю, надо бы, всё таки, золотой фольгой стенки оклеить. Люди должны «видеть» за что они деньги платят. :))))))

Только авторизованные пользователи могут отвечать на вопросы, пожалуйста, войдите или зарегистрируйтесь.

Разделительные фильтры в колонках

В многополосной акустике для воспроизведения различных частотных диапазонов используются отдельные динамики. Но как получается такое распределение сигнала? За него отвечает специальная схема — разделительный фильтр (кроссовер), который можно считать мозгом такой Hi-Fi акустики.

Двухполосная акустика Triangle Borea BR03 не может обойтись без разделительного фильтра

«Кроссовер – это устройство в акустической системе, создающее нужные рабочие частотные диапазоны для корректной работы динамиков».

Другими словами, кроссовер определяет то, какие частоты (диапазон частот) будет воспроизводить каждый динамик колонки. Но это еще не все. Разделительный фильтр фактически является посредником между усилителем и динамиками. Если в колонке не будет кроссовера, ее ВЧ-динамик, подключенный напрямую к усилителю, скорее всего просто сгорит. В любом случае колонка, в которой все динамики получают от усилителя одинаковый сигнал, будет звучать с большими искажениями.

Правила разделения частот

Правильное проектирование кроссовера в колонках требует не только инженерного таланта, но и бюджета, который войдет в общую стоимость будущей модели. Давайте кратко определим некоторую базовую терминологию, которая будет полезной в понимании работы кроссовера. Например, в двухполосной (оснащенной басовиком и твитером) акустике должен применяться кроссовер, состоящий из двух фильтров. Это фильтр высоких частот, который пропускает сигнал в этом диапазоне, но задерживает низкие частоты. И фильтр низких частот, который пропускает басы и задерживает ВЧ.

Высокочастотный динамик Triangle

Итак, вернемся к нашему твитеру, который просто физически не может воспроизводить низкие частоты. Чтобы этот динамик работал правильно, сигнал на него подают через ВЧ-фильтр. А для басовика, напротив, потребуется низкочастотный фильтр. В результате оба динамика зазвучат только на «своих» частотах, для воспроизведения которых и были разработаны.

Крутизна среза фильтра

У фильтра есть еще одна важная характеристика — крутизна среза. Здесь все немного сложнее. Она показывает, во сколько раз фильтр ослабляет сигнал и измеряется в дБ/октава. Степень крутизны среза фильтра определяет его порядок. Так, фильтр 1-го порядка имеет крутизну среза 6 дБ/октаву и ослабляет сигнал в 4 раза. Самый высокий (из применяемых в кроссоверах) показатель крутизны среза в 24 дБ/октаву имеет фильтр четвертого порядка. Фильтр с такой крутизной характеристики ослабит сигнал вне своей частоты пропускания в 256 раз. Чем выше порядок фильтра, тем сложнее он в реализации и тем больше электронных компонентов требуется для его создания. Некоторые изготовители устанавливают в свои колонки простые фильтры второго порядка, утверждая, что так лучше для звука: проще схема, а значит, меньше искажений. Более того, некоторая акустика вообще не имеет фильтра для НЧ-динамика. Увы, но на практике это может стать причиной плохого звучания колонок.

Низкочастотный динамик Triangle Antal 40th Anniversary

Простые или сложные фильтры?

Если в колонке НЧ-динамик не имеет фильтра, значит, он будет работать во всем частотном диапазоне. В некоторых случаях диапазон рабочих частот басовика может быть ограничен «сверху» за счет его конструкции. Однако это требует точной настройки параметров динамика (то есть, фактически, изготовления его на заказ), что теоретически конечно выполнимо, но довольно затратно. В случае же с обычным серийным басовым динамиком результатом отсутствия в кроссовере НЧ-фильтра станет появление призвуков на высоких частотах. И их заметность будет расти по мере увеличения общей громкости звука. Это особенно заметно у динамиков с жесткими диффузорами, которые могут начать «звучать» на высоких частотах даже при наличии НЧ-фильтра низкого порядка.

Простой разделительный фильтр низкой стоимости

Фильтры первого порядка плохо справляются с низкими частотами, из-за чего могут возникнуть проблемы в работе твитера. При их использовании нагрузка на ВЧ-динамик может возрасти. И если включить музыку слишком громко, твитер просто сгорит. Кроме того, с таким кроссовером звучание колонки на высокой громкости может стать менее детализированным и прозрачным. Можно сказать, что простой кроссовер почти всегда даст больше искажений в звуке, чем правильно рассчитанный сложный. Разумеется, если для изготовления обеих разделительных фильтров использовать компоненты низкого качества — простая схема, содержащая меньшее количество компонентов, вполне может иметь преимущество. Но только в этом случае.

Высококлассный разделительный фильтр Triangle

В принципе, качество разделительного фильтра в колонке можно определить просто по его внешнему виду. Жаль, что многие из нас лишены этой возможности. Если кроссовер маленький и состоит из небольшого количества деталей — скорее всего, на нем просто сэкономили при изготовлении акустики. Разумеется, речь не идет о моделях класса High End, конструкция которых может быть весьма экзотической.

Кроссовер, порядки фильтров — на пальцах.

Кроссоверы— это устройства в звуковых системах, которые создают нужные рабочие частотные диапазоны для динамиков. Динамики сконструированы таким образом, чтобы работать в определенном частотном диапазоне. Они не приемлют частоты, не входящие в эти рамки. Если на высокочастотный динамик (твитер) подать низкую частоту, то звуковая картина испортится, а если сигнал еще и мощный, то твитер "сгорит". Высокочастотные динамики должны работать только с высокими частотами, а низкочастотные динамики должны получить от общего звукового сигнала только низкочастотный диапазон. Оставшаяся средняя полоса достается среднечастотным динамикам (мидвуферы). Следовательно, задача кроссоверов заключается в разделении звукового сигнала на нужные (оптимальные) частотные полосы для соответствующих типов динамиков.

Проще говоря, кроссовер — это пара электрических фильтров. Допустим, кроссовер имеет частоту среза равную 1000 Гц. Это означает, что один из его фильтров срезает все частоты ниже 1000 Гц и пропускает только частоты выше 1000 Гц. Такой фильтр называют high-pass фильтром. Другой фильтр, пропускающий частоты ниже 1000 Гц называется low-pass,. Графически работа этого кроссовера представлена на рисунке 3. Точка пересечения двух кривых есть частота среза кроссовера равная 1000 Гц. В трехполосных кроссоверах присутствует еще и среднечастотный фильтр (band-pass), который пропускает только средний диапазон частот (приблизительно от 600 Гц до 5000 Гц.) На рисунке изображена частотная характеристика трехполосного кроссовера.

Порядок чувствительности — это отношение интенсивности выходного сигнала (dB) кроссовера к частоте входного сигнала при условии, что интенсивность входного сигнала постоянна. Обычно чувствительность (крутизну среза) характеризуют как отношение dB/octave. В силу многих математических причин чувствительность кроссоверов всегда кратна 6 децибелам на октаву (6 dB/octave). Кроссовер первого порядка имеет чувствительность 6 dB/octave. Кроссовер второго порядка имеет чувствительность 12 dB/octave, третьего порядка — 18 dB/octave, и чувствительность кроссоверов четвертого порядка равна 24 dB на октаву.
Рассмотрим low-pass фильтр третьего порядка с частотой среза равной 100 Гц. Как уже говорилось выше, этот кроссовер пропустит только частоты ниже 100 Гц, а частоты выше 100 Гц срежет. Срезание частот будет происходить следующим образом: все частоты выше 100 Гц будут терять на выходе из фильтра свою интенсивность кратно 18 dB в зависимости от октавы, в которую они входят. То есть, частота в 200 Гц (первая октава выше частоты среза) потеряет свою интенсивность на 18 Дб, интенсивность частоты в 400 Гц (вторая октава) упадет 36 Гц, а третья октава (800 Гц) ослабеет на 54 Дб. И так далее, все последующие октавы будут ослабевать кратно 18 Дб. Менее чувствительный low-pass фильтр первого порядка с частотой среза в 100 Гц будет делать тоже самое, только ненужные октавы будут ослабевать не на 18 Дб, а на 6 Дб.
Как видим, фильтры, из которых состоят кроссоверы, не могут сразу срезать ненужные частоты, а делают это постепенно, с разной чувствительностью в зависимости от своего порядка.

Кроссоверы первого порядка — это простейший пассивный кроссовер, который состоит из одного конденсатора, и одной катушки индуктивности. Конденсатор работает как high-pass фильтр для защиты твитера от ненужных низких и средних частот. Катушка используется как low-pass фильтр. Чувствительность кроссоверов первого порядка низкая — всего 6 Дб на октаву. Положительная черта этих кроссоверов -отсутствие фазового сдвига между твитером и другим динамиком.

Кроссоверы второго порядка. Их также называют кроссоверами Баттерворта, по имени создателяматематической модели этих кроссоверов. Конструктивно они состоят из одного конденсатора и катушки на твитере и одного конденсатора и катушки на низкочастотном динамике. Они обладают более высокой чувствительностью, равной 12 Дб на октаву, но дают фазовый сдвиг в 180 градусов, что означает несинхронный ход мембран твитера и другого динамика. Для устранения этой проблемы небходимо поменять полярность подключения проводов на твитере.

Кроссоверы третьего порядка. У таких кроссоверов на твитере ставится одна катушка и два конденсатора, тогда как на динамике низкой частоты наоборот. Чувствительность таких кроссоверов равна 18 Дб на октаву, и они имеют хорошие фазовые характеристики при любой полярности. Негативная черта кроссоверов III-го порядка — неприемлемость использования временных задержек для устранения проблем, связанных с динамиками не излучающими на одной и той же вертикальной плоскости.

Кроссоверы четвертого порядка. Кроссоверы Баттерворта четвертого порядка имеют высокую чувствительность равную 24 дБ на октаву, что резко уменьшает взаимовлияние динамиков в области разделения частот. Сдвиг по фазе составляет 360 градусов, что фактически означает его отсутствие. Однако величина фазового сдвига в данном случае непостоянна и может привести к неустойчивой работе кроссовера. Эти кроссоверы практически не применяются на практике.
Оптимизировать конструкцию кроссовера четвертого порядка удалось Линквицу и Рили. Данный кроссовер состоит из двух последовательно соединенных кроссоверов Баттерворта второго порядка для твитера, и тоже самое для басового динамика. Чувствительность их также равна 24 дБ на октаву, однако уровень выходного сигнала на каждом фильтре меньше на 6 дБ, чем уровень выходного сигнала кроссовера. Кроссовер Линквица-Рили не имет фазовых сдвигов и позволяет проводить временную коррекцию для динамиков, не работающих в одной физической плоскости. Эти кроссоверы по сравнению с другими конструкциями дают самые лучшие акустические характеристики.

Конструирование пассивных кроссоверов

Как говорилось выше, пассивный кроссовер состоит из конденсаторов и катушек индуктивности. Для того, чтобы собрать пассивный кроссовер первого порядка необходимо иметь один конденсатор и одну катушку индуктивности. Конденсатор устанавливается последовательно на твитер (high-pass filter), а катушка последовательно на вуфер (low-pass filter). Номинальные значения индуктивности для катушки ((H — микрогенри) и емкости ((F — микрофарады) приводятся в таблице в зависимости от желаемой частоты среза кроссовера и сопротивления динамиков.
Кроссовер I порядка (6 dB/octave)

К примеру, подберем емкость и индуктивность для кроссовера с частотой среза 4000 Гц при сопротивлении динамиков 4 Ом. Из вышеприведенной таблицы находим, что емкость конденсатора первого порядка должна быть равной 10 мФ, а индуктивность катушки 0.2 мГ.
Для определения номинальных значений компонентов для кроссовера второго порядка (12 дБ/октава) необходимо значения из этой же таблицы для конденсатора умножить на коэффициент равный 0.7, а значение для катушки индуктивности умножить на коэффициент 1.414. Надо помнить, что для кроссовера второго порядка необходимо два конденсатора и две катушки индуктивности. Составим кроссовер второго порядка для частоты среза 4000 Гц. Для определения значений для обоих конденсаторов умножаем значение из таблицы 10 мФ на коэффициент 0.7 и получим 7мФ. Далее, значение индуктивности 0.2 мГ умножим на коэффицент 1.414 и получим значение индуктивности для каждой катушки 0.28 мГ. Один из этих конденсаторов устанавливается последовательно на твитер, а второй параллельно на вуфер. Одна катушка параллельно на твитер, а вторая последовательно на вуфер.

Пассивные и активные кроссоверы

Отличие между эти двумя типами кроссоверов очень простое. Активный кроссовер требует подвода питания извне, а пассивный — нет. В силу этого активный кроссовер занимает место в звуковой системе до усилителя, обрабатывая звуковой сигнал с предусилителя головного устройства (допустим, автомагнитолы). Далее, после активного кроссовера устанавливаются два или три усилителя мощности. Один усилитель в этом случае не ставится, так как нет смысла разделенные активным кроссовером сигналы сводить в усилителе в единый сигнал. Разделенные сигналы надо усиливать по отдельности. Как видим, активные кроссоверы применяются в дорогих звуковых системах высокого качества.
Пассивные кроссоверы обрабатывают уже усиленный сигнал и устанавливаются перед динамиками. Возможности пассивных кроссоверов ограничены по сравнению с активными, однако их правильное применение может дать хорошие результаты при минимальных финансовых затратах. Пассивные кроссоверы хорошо себя зарекомендовали при требовании к порядку чувствительности менее 18 дБ на октаву. Выше этого предела хорошо работают только активные кроссоверы.

Пассивные кроссоверы в основном применяются для обработки сигнала твитеров и среднечастотных динамиков. Для низкочастотных динамиков эти кроссоверы применять можно, однако резко возрастает требование в качеству конденсаторов и катушек индуктивности, что приводит к их удорожанию и увеличению в размерах. Пассивные кроссоверы плохо переносят перегрузки. Пиковые интенсивности сигнала, поступающие от усилителя, могут менять частоту среза фильтров. Кроме того, перегруженный фильтр ослабляет звуковой сигнал (damping). Поэтому при выборе пассивных кроссоверов обращайте внимание на их способность выдерживать пиковые нагрузки, создаваемые усилителем.
Активные (или электронные) кроссоверы представляют из себя множество активных фильтров, которыми можно управлять и легко изменять частоту среза любого канала. Порядок чувствительности активных кроссоверов может быть любым, от 6 Дб до 72 Дб на октаву (и выше).В основном активные кроссоверы для автомобильных аудиосистем имеют чувствительность 24 Дб на октаву. При такой чувствительности обмен частотами между динамиками практически исключен. Звуковая картина получается очень качественной. Единственный недостаток активных кроссоверов, — это их дороговизна по сравнению с пассивными.

Теперь поговорим о фазовых сдвигах, которые могут возникать в звуковых системах, использующих кроссоверы. Фазовый сдвиг — это неизбежное явление, являющееся следствием конструктивных особенностей high-pass, low-pass и band-pass фильтров.
Фаза — это временная связь двух сигналов. Измеряется фаза в градусах от 0 до 360. Если два одинаковых динамика излучают звуковые волны в противоположной фазе (фазовый сдвиг 180 градусов), то происходит ослабление звука. Проблема устраняется изменением полярности на одном из динамиков .
Когда акустическая система состоит их разных динамиков, работающих в различных частотных диапазонах (твитер и мидвуфер), то устранение фазового сдвига не всегда решается простой сменой "+" на "-". Длина волны от твитера короче, чем от мидвуфера. Поэтому фронт высокочастотной волны может достигнуть слушателя позже (или раньше) фронта среднечастотной (или низкочастотной) волны. Эта временная задержка является следствием фазового сдвига. Оптимизировать звуковую картину в данном случае можно путем физического выравнивания двух динамиков относительно друг друга в вертикальной плоскости до момента улучшения звуковой картины. К примеру, при частоте волны 1000 Гц временная задержка в одну милисекунду устраняется сдвигом динамиков друг относительно друга на 30 см.

Настройка активного кроссовера

Самое важное в настройке кроссовера — это правильный выбор частоты среза. Если мы имеем трехполосный активный кроссовер, то значит перед нами стоит задача в определении двух точек (частот) среза. Первая точка определяет частоту среза для сабвуфера (low-pass) и начало среднечастотного диапазона для мидвуфера (high-pass). Вторая точка определяет частоту окончания среднего диапазона (low-pass) и отправную частоту высокочастотного диапазона для твитера (high-pass). Самое главное, при установке частот среза кроссовера помнить о частотных характеристиках динамика и не в коем случае не нагружать динамик частотами, которые не входят в его рабочий диапазон.
К примеру, если сабвуфер немного гремит или издает гул (неприятный резонанс корпуса автомобиля) значит он перегружен нежелательными для него средними частотами (выше 100 Гц). Перенесите частоту среза (low-pass) на отметку 75 Гц и/или установите, если возможно, чувствительность на 18 Дб или 24 Дб на октаву. Напомним, что увеличение порядка чувствительности кроссовера (величина dB/octave) более качественно срезает ненужные частоты, не давая им просачиваться через фильтр. Порядок чувствительности high-pass фильтров для мидвуфера можно оставить на 12 Дб/октава (для "мягких" среднечастотных динамиков). Подобная настройка активного кроссовера называется асимметричной.

В этой таблице приведены начальные величины частот среза для различных типов динамиков при настройке активных кроссоверов.

Что лучше фильтр первого порядка или второго