Как определить частоту кроссовера динамика

Кроссоверы определенно могут немного сбивать с толку, когда вы пытаетесь получить наилучшее звучание. Конечно, не помогает то, что некоторые производители динамиков не предоставляют четкую и полезную информацию!

В этой простой для понимания статье я объясню:

• Важные основы кроссовера динамиков.
• Как определить нужную частоту кроссовера динамика
• Как определить частоту для многих типов кроссоверов динамиков, которые вы хотели бы использовать
• Удобные таблицы частот кроссовера, которые можно использовать сразу.

Читайте дальше, чтобы узнать, что нужно знать для лучшего звука.

Что делает кроссовер динамиков? Чем они полезны?

Кроссоверы динамиков выполняют несколько функций, основной целью которых является улучшение качества звука:

• Блокируйте нежелательные звуковые частоты, которые динамики плохо воспроизводят (которые вызывают искажения или могут их повредить).
• Разделение музыкального сигнала для отправки определенных частей звука на наиболее подходящий для этого динамик.

Например, твитеры чувствительны к басам и не могут воспроизвести средние частоты, поэтому мы не хотим нагружать их басами сабвуфера, особенно при высокой мощности. Кроссовер динамиков позволяет блокировать этот вредный (и вызывающий искажения) бас.

Точно так же другие типы динамиков, такие как вуферы или сабвуферы, звучат абсолютно ужасно. когда вы управляете ими с более высокими частотами, которые лучше всего подходят для твитера. Точно так же мы можем использовать кроссовер нижних частот, чтобы отфильтровать (эффективно заблокировать) этот нежелательный диапазон звука для чистого, приятного звучания.

Это особенно важно для сабвуферов, поскольку они предназначены и лучше всего работают только с чистыми басами. В этом случае используется кроссовер нижних частот и устанавливается более низкая частота среза, чтобы получить великолепный звук, который вам нравится.

Кроссоверы динамиков очень и очень распространены во многих домашних или автомобильных акустических системах, особенно в 2-полосных корпусах динамиков или наборах компонентных динамиков.

Как работают кроссоверы динамиков?

Кроссоверы динамиков работают, используя интересное поведение конденсаторов и катушек индуктивности:

• Конденсаторы легче пропускают более высокие частоты (по мере уменьшения частоты их сопротивление потоку электричества увеличивается). Это связано с принципом, называемым емкостным реактивным сопротивлением.
• Индукторы легче пропускают более низкие частоты (по мере увеличения частоты увеличивается их сопротивление потоку электричества). Это связано с индуктивным реактивным сопротивлением.

Конденсаторы и катушки индуктивности можно использовать вместе для создания более эффективных фильтров, а также для разделения звука в диапазоне звука, воспроизводимого динамиком. Это чрезвычайно распространено в двухполосных домашних или автомобильных акустических системах.

Используя математические формулы, разработчики кроссоверов могут выбрать правильные номиналы деталей, необходимые для конкретного кроссовера динамиков, который лучше всего подходит для используемых динамиков.

Например, когда более низкие музыкальные частоты (басы) проходят через фильтр верхних частот, общее сопротивление очень велико, что означает, что на динамик поступает очень мало выходного сигнала. Когда присутствуют более высокие частоты, сопротивление намного ниже, и эти сигналы без проблем проходят к динамику.

Динамики имеют разные звуковые диапазоны, для которых они лучше всего подходят, также известные как частотная характеристика. . Это ограничение используется при проектировании кроссоверов.

Что такое точка пересечения динамиков?

Точка кроссовера динамика обычно называется частотой кроссовера. , часто записываемый как «Fc ». Точка пересечения динамиков — это частота среза, за пределами которой звуковые частоты не доходят до динамиков.

С технической точки зрения, частота кроссовера определяется с помощью точки -3 децибел (дБ) на выходе схемы кроссовера. С точки зрения электроэнергии точка снижения громкости на 3 дБ – это частота, при которой мощность динамика уменьшается на 1/2.

После частоты кроссовера (точка -3 дБ) выходной сигнал будет уменьшаться все больше и больше, чем дальше от частоты среза находится звуковая частота. Например, для кроссовера верхних частот -6 дБ на октаву, если частота среза составляет 1 кГц:

• Динамик будет иметь выходной сигнал -3 дБ на частоте 1 кГц.
• На расстоянии одной октавы (500 Гц) уровень выходного сигнала будет -6 дБ.
• На еще более далеких частотах выходной сигнал будет почти 0 дБ.

Кроссоверы работают не идеально

В идеальном мире кроссоверы блокировали бы 100% звука, который вы не хотите доносить до динамиков после этой точки. Однако кроссоверы не идеальны. Они затухают , или уменьшите вывод звука выше частоты кроссовера. Из-за этого они имеют слегка изогнутый наклон, который можно визуализировать на графике.

Наклоны кроссовера описываются с точки зрения их крутизны, которая показывает, насколько они эффективны в блокировании звуковых частот. Они указаны в дБ на октаву и всегда кратны 6 дБ. Это связано с тем, что в кроссоверах используются каскады или секции, в каждой из которых используется один конденсатор или катушка индуктивности с ослаблением на 6 дБ для каждой секции.

Примечание. Октава — это способ описания определенной точки или диапазона звуковых частот. Октава — это половина или двойная частота, и они обычно обозначаются стандартными частотами.

Пример:60 Гц, 120 Гц… 1 кГц, 2 кГц и т. д.

Что такое кроссоверы 1-го, 2-го и 3-го порядка?

Кроссоверы более высокого порядка используют дополнительные секции конденсатора и катушки индуктивности, которые «уложены друг на друга» для более эффективной отсечки. Кроссовер более высокого порядка использует немного другую математику, но основная операция точно такая же.

• Кроссоверы -12 дБ/октава являются одними из наиболее распространенных и представляют собой хороший компромисс между блокировкой звуковых частот и стоимостью деталей. Многие автомобильные или домашние усилители со встроенным электронным кроссовером имеют наклон 12 дБ.
• Кроссоверы на уровне -6 дБ/октаву используются минимально и не так эффективны, как другие.
• Кроссоверы на уровне -18 дБ и выше имеют гораздо более крутую отсечку, но во многих случаях не являются необходимыми.

Когда дело доходит до точки кроссовера для самих динамиков, она зависит от нескольких разных вещей, как вы увидите ниже.

Как определить частоту кроссовера для динамиков

Есть несколько способов узнать, какие частоты кроссовера следует использовать с динамиками:

• Частотная характеристика динамика указана в спецификациях, если они указаны.
• Тип и размер имеющихся у вас динамиков (высокочастотные и низкочастотные динамики, динамики с малым и большим диффузором и т. д.).
• Рекомендации производителя.

Во многих случаях вы в конечном итоге будете использовать 2 или более из вышеперечисленных вещей, чтобы получить наилучшие результаты. Чтобы упростить процесс, я разделю приведенную ниже информацию на 2 вида в зависимости от типа используемого кроссовера динамиков.

1. Нахождение частоты кроссовера для кроссоверов первого порядка (встроенных)

Блокаторы низких частот, как их называют, представляют собой тип встроенного кроссовера 1-го порядка (одноступенчатый), который используется с твиттерами или динамиками меньшего размера для блокировки низких частот. Если вы не знаете частоту кроссовера, вы можете рассчитать ее самостоятельно, используя математику.

В кроссоверах первого порядка используется один встроенный конденсатор или катушка индуктивности. Некоторые из наиболее распространенных применений:

• Использование встроенного конденсатора для высокочастотных динамиков или большого конденсатора для блокирования низких частот для маленьких динамиков.
• Использование встроенного индуктора для фильтрации высоких частот на среднечастотный динамик.

Чтобы определить, какая частота вам нужна (при условии, что вы еще не знаете, что это такое), вы можете начать с проверки рейтинга частотной характеристики динамика в спецификациях. Проблема здесь в том, что производители динамиков иногда указывают частоты, которые динамик может технически воспроизводить. производить, а не фактический диапазон звука, который они могут воспроизвести хорошо.

Использование графика частотной характеристики

Когда у вас есть доступный график частотной характеристики, вы можете увидеть диапазон звука, который динамик может и не может воспроизвести хорошо (например, гораздо более низкий уровень громкости звука в нижней части графика, показанного здесь). Выберите частоту кроссовера вдали от этого плохого диапазона отклика.

Если вам посчастливилось иметь график частотной характеристики с динамиками, которые вы хотели бы использовать, вы можете увидеть области, где они имеют плохой выход. Это те области, которых следует избегать. Для этого выберите частоту кроссовера вне этого диапазона.

Из приведенного выше примера мы можем видеть, что показанный твитер имеет хороший выходной сигнал где-то ниже 2 килогерц (2 кГц). Зная, что нам нужно выбрать частоту кроссовера не менее 2 кГц или выше.

Использование рекомендуемых частот кроссовера

Некоторые производители включают рекомендуемый диапазон частот для использования. В этом случае его легко использовать в качестве ориентира. Для приведенного выше примера вы должны выбрать частоту кроссовера не менее 3,5 кГц, что очень часто встречается.

На что обратить внимание

К сожалению, многие производители указывают частотную характеристику (диапазон) динамиков на основе диапазона звука, который они могут воспроизвести, но воспроизводят хорошо. Например:

• Небольшие полнодиапазонные или среднечастотные динамики могут быть указаны как работающие вплоть до 35 Гц (низкочастотный диапазон). Однако маленькие динамики почти никогда не могут хорошо воспроизвести нижние басы.
• СЧ-динамики или НЧ-динамики общего назначения могут быть указаны как поддерживающие частоты в диапазоне высоких частот (высокочастотный динамик). Например, 4кГц или даже выше. Однако низкочастотные или среднечастотные динамики почти никогда не работают хорошо на высоких частотах.

В обоих случаях игнорируйте эти необычные более высокие частотные характеристики и проверяйте график отклика, если он есть.

Поскольку некоторые частоты кроссовера настолько распространены, я составил таблицу (перечисленную ниже, в следующем разделе), которая облегчит вам работу. В большинстве случаев вы можете использовать их в качестве руководства.

2. Поиск частоты кроссовера для кроссоверов 2-го порядка или выше (2-полосные или более крупные акустические системы)

В случае с 2-полосными или 3-полосными акустическими системами все немного сложнее, но ненамного. В данном случае это компромисс между правильным кроссовером для вуфера и твитер.

Для 2-полосных или 3-полосных акустических систем правильная частота кроссовера — это средняя точка, которая позволяет им работать вместе без разрывов в воспроизводимом звуке. Другими словами, вам нужно выбрать частоту кроссовера, которая позволит им обоим работать в оптимальном диапазоне.

Пример кроссовера двухполосных динамиков

На приведенном выше примере изображения вы можете увидеть некоторые типичные динамики вместе с рекомендуемым диапазоном их использования. Чтобы определить нужный нам кроссовер динамиков, мы можем выбрать тот, который представляет собой комбинацию:

• Ниже максимальной рекомендуемой частоты для низкочастотного динамика.
• Выше минимальной рекомендуемой или указанной частоты для твитера.

В этом случае, как это часто бывает, это будет средняя точка около 3000 Гц или 3500 Гц. Мы можем использовать любой из них, так как готовые детали кроссовера, скорее всего, можно купить, что упрощает сборку собственной акустической системы.

3-полосные акустические системы

3-полосные акустические системы аналогичны 2-полосным с тем отличием, что среднечастотный (среднечастотный) кроссовер полосового типа. Подобно набору двухполосных динамиков, мы выберем среднюю частоту кроссовера в рабочем диапазоне средних и высоких частот, а также средних и низких частот. (См. мои рекомендации ниже)

Какая частота кроссовера подходит для колонок? Рекомендации и таблица

Хорошие новости, которые большинству время вы будете в порядке, используя наиболее распространенные частоты среза, перечисленные ниже, в зависимости от размера или типа динамика. Это связано с тем, что динамики и акустические системы так часто используются одинаково, что обычно применяются наиболее распространенные частоты среза.

Вы можете определить частоты кроссовера для ваших динамиков, как автомобильных, так и домашних, используя приведенные ниже таблицы.

Таблица частот кроссовера домашних стереодинамиков

Тип/система динамиков	Частота кроссовера
Сабвуфер	80 Гц, низкая пройти. (Также звуковая рекомендация THX)
Фронтальные динамики основного/башенного типа (маленькие)	Высокие частоты от 60 до 80 Гц. Лучше всего работает с сабвуфером, дополняющим их.
Основные/башенные фронтальные динамики (большие)	40–60 Гц, фильтр верхних частот.
Центральный или объемный звук (маленький)	Высокие частоты 100-120 Гц. Эти типы динамиков очень плохи для баса.
Центральный или объемный звук (средний/большой)	Высокие частоты 50–60 Гц.
Настенные или мини-сателлитные колонки	Высокие частоты 100–120 Гц.
Двухполосные акустические системы	от 3 кГц до 3,5 кГц. Очень распространенная частота кроссовера
3-полосные акустические системы	3,5 кГц (средние/высокие) и 500 Гц (средние/низкочастотные)

Таблица частот кроссовера автомобильных стереодинамиков

Тип/система динамиков	Частота кроссовера
Сабвуферы	70–80 Гц, низкие частоты
Передний/задний полный диапазон или компоненты	~56-60 Гц высоких частот для блокировки низких частот
Твитеры	3–3,5 кГц фильтр верхних частот
СЧ или НЧ-динамики (основные)	1 кГц–3,5 кГц для блокировки звуков диапазона высоких частот
Двухполосные акустические системы	от 3 кГц до 3,5 кГц. Очень распространенная частота кроссовера
3-полосные акустические системы	3,5 кГц (средние/высокие) и 500 Гц (средние/низкочастотные)

Некоторые общие рекомендации:

• Для небольших домашних или автомобильных колонок (4″, 5 1/4″, 6 1/2″ и т. д.) используйте кроссовер высоких частот около 56–60 Гц или около того, чтобы блокировать низкие частоты. Это поможет предотвратить искажения, и вы сможете управлять динамиками с большей мощностью и громкостью с превосходной четкостью звука.
• Сабвуферам нужен чистый басовый сигнал этого можно добиться, используя кроссовер нижних частот в диапазоне от 70 Гц до 80 Гц.
• Твитеры, как правило, подходят для частот около 3 кГц и выше, поэтому лучше всего подходят частоты среза 3 кГц или 3,5 кГц.

Как найти частоту кроссовера по кроссоверу динамика

Что делать, если у вас уже есть кроссовер динамика, но вы не знаете, что такое частота кроссовера? Хорошей новостью является то, что во многих случаях вы можете определить, что это такое, исходя из номинала детали и импеданса динамика.

Для этого вам необходимо знать:

• Значение конденсатора (в фарадах) или катушки индуктивности (в генри) для одиночного (первого порядка) линейного кроссовера.
• Для 2-полосных или других кроссоверов громкоговорителей это очень похоже, но требует более подробного изучения.

Как определить частоту кроссовера динамика

1. Однорядные (встроенные) конденсаторные или индукторные кроссоверы

Используя приведенные выше формулы, вы можете рассчитать частоту кроссовера для данного динамика.

Для встроенных кроссоверов верхних или нижних частот мы можем рассчитать частоту, если знаем сопротивление динамика, емкость или индуктивность. Процесс одинаков в любом случае.

Пример №1

Сопротивление динамика =8 Ом, конденсатор =47 мкФ.

Fc =1/(2 x 3,14159 x 8 x 0,000047) =423 Гц (около 400 Гц). Пример №2

Сопротивление динамика =4 Ом, катушка индуктивности =4 мГн (0,004 Гн).

Fc =4/(2 x 3,14159 x 0,004) =159 Гц (около 150 Гц).

2. 2-х или 3-х сторонние кроссоверы

Двух- и трехполосные кроссоверы немного отличаются по ряду причин. К сожалению, из-за того, что существуют разные типы, а иногда производители имеют разные конструкции или функции, они могут быть очень трудно понять иногда. Другими словами, не существует отличных способ определить частоту среза для 2-полосного или 3-полосного кроссовера.

Тем не менее, часто есть несколько вещей, которые вы можете сделать, чтобы узнать приблизительную частоту кроссовера и получить ее в пределах «приблизительного значения». В качестве примера я буду использовать 2-полосную, так как они очень распространены, а 3-полосные очень похожи, но с дополнительной секцией кроссовера.

Использование тестового оборудования для определения частоты кроссовера динамиков

Если вам посчастливилось иметь под рукой тестовое оборудование, такое как осциллограф и генератор сигналов, вы можете подать сигнал на входную сторону с подключенными динамиками или резисторами с тем же значением Ом. Постепенно изменяйте частоту генератора сигналов и отмечайте точку, в которой выходной сигнал начинает уменьшаться.

Когда выходное напряжение уменьшается на 1/2, это точка 3 дБ, и вы нашли частоту кроссовера. К сожалению, у большинства людей нет доступа к тестовому оборудованию, поэтому им нужен другой подход.

Использование калькулятора кроссовера динамиков и «обоснованных предположений»

Я потратил много времени, пытаясь понять различные кроссоверы динамиков, которые у меня были, и, к сожалению, поскольку они могут сильно различаться, это может быть чрезвычайно трудно определить их частоту кроссовера. На это есть несколько причин:

• Некоторые кроссоверы уменьшают громкость твитера, добавляя встроенный резистор. Это влияет на стоимость используемых частей, поскольку сопротивление динамика влияет на работу кроссовера.
• На деталях, установленных в кроссовере, не всегда указаны номиналы.
• В разных схемах кроссовера (Линквица-Райли, Баттерворта, Бесселя и т. д.) используются разные значения.
• Может быть сложно понять дизайн кроссовера, просто взглянув на него.
• Некоторые 2- или 3-полосные кроссоверы сочетают в себе кроссоверы для высоких частот 2-го порядка и низкочастотных динамиков 1-го порядка в одной конструкции.

Мой совет:попробуйте выбрать наиболее подходящую частоту кроссовера из тех, которые я предоставил ранее, и введите значения Ом динамика, а затем действуйте оттуда.

Хороший (и простой, понятный) кроссовер динамиков:https://www.erseaudio.com/Second-Order-2-Way

Как пользоваться калькулятором кроссовера

Например, начните с целого числа, например 3000 Гц, для двухполосного кроссовера в качестве «наилучшего предположения» начальной частоты. Нажмите кнопку, необходимую для расчета значений кроссовера динамиков для различных частот кроссовера.

Проверьте один из номиналов конденсатора (обычно те, что вверху платы, предназначены для твитера) и измените частоту кроссовера на несколько сотен герц, если она изначально маленькая off для результирующего значения конденсатора, показанного в расчетных значениях.

После того, как вы это сделаете, попробуйте изменить кроссовер 3000 Гц на 2500 Гц или 3500 Гц, если отображаемое значение конденсатора сильно отличается. Как только это будет не очень далеко, начните изменять его более точно (например, меняйте его на 250 Гц за раз или даже на 100 Гц).

Как только вы получите его относительно близко, у вас должно быть лучшее представление о приблизительной частоте кроссовера. Обратите внимание, что если они используют резистор последовательно с выходом твитера, вы должны добавить его в поле ввода импеданса динамика (Ом), потому что это дает разницу в два раза больше.

(Примечание: из-за различных дизайнов вам может потребоваться выбрать Линквица-Райли, Баттерворта, Бесселя или Чебечева и попробовать их, если они доступны)

Еще отличные статьи, которые нельзя пропустить

Не уходите — есть многое другое читать и наслаждаться! Не пропустите другие мои замечательные статьи:

• Узнайте здесь, как правильно установить и подключить кроссоверы для автомобильных динамиков.
• Хотите систему с отличным звуком? Вот как настроить частоты кроссовера автомобильной аудиосистемы.
• Не испортите звук! Вот что произойдет, если вы используете разные импедансы с кроссовером.
• Узнайте, как подключить эквалайзер и кроссовер для автомобильной аудиосистемы с помощью ПОТРЯСАЮЩИХ схем!