Что делают конденсатор или катушка индуктивности в кроссовере динамика?

Немного запутался в том, что точно конденсаторы или катушки индуктивности делать в кроссовере динамика? Вы обратились по адресу!

В этой статье все это вместе с четкими и понятными диаграммами, которые я сделал сам. Я хотел бы помочь вам узнать больше и понять больше об этих чрезвычайно полезных звуковых частях. Читайте и наслаждайтесь!

Дроссели и конденсаторы — чем они отличаются?

Катушки индуктивности и конденсаторы являются основными компонентами всей замечательной аудиоэлектроники, включая домашние и автомобильные акустические системы. Каждый считается пассивным компонентом типа деталей, так как для их работы не требуется источник питания.

Что действительно здорово, так это то, что они в чем-то похожи на полярные противоположности, но могут работать вместе в кроссовере без усилителя (пассивном кроссовере), чтобы значительно улучшить качество звука и получить максимальную отдачу от ваших динамиков.

Что делает индуктор?

Дроссель – это плотно намотанная проволока с определенным количеством витков, используемая для использования свойства, называемого индуктивностью. Индуктивность — это свойство проводника (в данном случае — катушки с проводом) препятствовать изменению электрического тока, протекающего по нему, из-за генерируемых им магнитных полей.

Они используются в электродвигателях, соленоидах, катушках свечей зажигания и, конечно же, в конструкциях кроссоверов динамиков. Катушки индуктивности ведут себя так же, как и конденсаторы:катушка индуктивности противостоит высокочастотным сигналам, что означает, что она легче пропускает низкочастотные аудиосигналы.

Электрическое поведение, называемое reactanc. e делает это возможным. При изменении частоты меняется и сопротивление катушки индуктивности или конденсатора потоку электричества.

• Индуктивное реактивное сопротивление: Катушка индуктивности создает более высокое сопротивление (импеданс) току по мере увеличения частоты из-за его индуктивности.
• Емкостное реактивное сопротивление: конденсатор создает более высокое сопротивление (импеданс) току по мере того, как частота уменьшается из-за его емкости.

Единицы измерения индуктивности

Для катушек индуктивности единицей измерения является Генри. По соглашению индукторы обычно продаются в миллигенри (1/1000 Генри или 0,001 Генри). Например, в типичном кроссовере динамиков может использоваться дроссель со значением 10 мГн.

Как работает конденсатор?

Конденсаторы накапливают электрический заряд, используя чрезвычайно тонкие и плотно намотанные электрические проводники, разделенные изолятором. Это может быть электролит, слюда или несколько других типов материалов. Хотя они не пропускают сигнал постоянного тока (DC), они пропускают напряжение и сигналы переменного тока (AC).

У них есть интересная характеристика: конденсаторы пропускают только высокие частоты – они увеличивают свой импеданс (сопротивление, основанное на частоте), когда применяются более низкие частоты.

Точка, в которой это происходит, тщательно выбирается как частота кроссовера. Существует два основных типа конденсаторов, один из которых используется для аудио.

Единицы измерения емкости

Для конденсаторов единицей измерения является Фарад. По соглашению, конденсаторы часто продаются в микрофарадах (1/1 000 000 фарада, или 0,000 001 Ф), иногда обозначаемых греческой буквой мю «мю», обозначающей «микро». Например, при покупке конденсаторов для собственных кроссоверов вы иногда увидите конденсаторы, указанные в «мкФ».

Меньшие могут использовать пикоФарады (пФ) или наноФарады (нФ), которые еще меньше и используются в электронике.

Конденсаторы, используемые в аудио, почти всегда имеют диапазон микрофарад. Например, блокатор низких частот для твитера может использовать конденсатор емкостью 47 мкФ.

Распространенные типы конденсаторов, которые нужно знать

1. Электролитический конденсатор

Электролитические конденсаторы, по сути, являются наиболее распространенным и наиболее доступным типом, поэтому они популярны во всех видах электроники и динамиков. Вы часто найдете их в пассивном кроссовере или напрямую подключенном к высокочастотному динамику в качестве кроссовера верхних частот.

Они имеют тонкий металлический корпус и содержат электролит между сверхтонкими заряженными токопроводящими пластинами внутри.

Неполяризованный электролитический конденсатор позволяет пропускать сигнал переменного тока (AC), подобный тому, который используется для музыкального сигнала. Их также называют «биполярными» конденсаторами. Типы постоянного тока, с другой стороны, не могут и должны использоваться только для постоянного тока, как в источнике питания.

Примечание. неполяризованные конденсаторы обычно помечены как таковые, и это единственные типы, которые вы должны использовать для аудио. Поляризованные конденсаторы могут быть повреждены (и даже взорваны!), если они используются для аудиоприложений. По крайней мере, у вас будет искаженный звук, который вы будете ненавидеть.

2. Пленочный конденсатор

Пленочный конденсатор использует тонкопленочный материал для разделения заряженных пластин и обычно немного дороже. Кроме того, они имеют более длительный срок службы, лучшую производительность (в некоторых случаях) для звука и могут иметь более высокие температурные ограничения.

Пленочные конденсаторы также предлагаются в высоковольтных типах, которые отлично подходят для ламповых аудиосистем. Они также являются хорошей заменой более дешевых электролитических конденсаторов, если вы умеете обращаться с паяльником.

3. Керамические конденсаторы

Керамические конденсаторы обычно не используются в кроссоверах, потому что их значения емкости обычно довольно малы (например, в диапазоне пикофарад), в то время как для динамиков часто требуются значения в диапазоне микрофарад.

Обычно они используются для других целей, например, в качестве обходного конденсатора в блоке питания для управления шумом электрического сигнала или в активном кроссовере.

Как работает кроссовер динамиков?

В кроссовере используется конденсатор, катушка индуктивности или и то, и другое, чтобы ограничить частотный диапазон звука, посылаемого на один или несколько динамиков. Это чрезвычайно полезно для предотвращения попадания низких частот на твитер или резких средних и высоких частот на сабвуфер.

Точка кроссовера часто рекомендуется производителем громкоговорителя или выбирается как хороший компромисс между пределами частотной характеристики каждого используемого громкоговорителя. Частота фильтра (иногда также называемая угловой частотой или Fc) напрямую зависит от импеданса динамика.

Объяснение перекрестных уклонов

Когда мы говорим о «порядке» перекрестной сети, мы имеем в виду количество этапов (секций). Это влияет на то, насколько эффективен наклон — способность фильтрации звука.

В конструкции 1-го порядка используется один индуктор или конденсатор, в то время как 2 составляют 2-й порядок, три - 3-й порядок и так далее. Каждый этап (порядок) имеет наклон -6 дБ на октаву, причем -12 дБ на октаву является одним из наиболее часто используемых как для кроссоверов громкоговорителей, так и для усилителей.

Кроссовер 1-го порядка с конденсатором (ФВЧ)

Фильтр высоких частот работает, пропуская более высокие частоты к динамику и противодействуя более низким частотам. На более низких частотах импеданс конденсатора имеет очень высокое значение в Омах, что значительно снижает выходное напряжение на динамик.

Аналогично, на высоких частотах все наоборот. Вы часто найдете их установленными на автомобильном или домашнем аудиотвитере, настроенном для блокировки искажения и потенциального повреждения баса от воспроизведения.

Кроссовер 1-го порядка с катушкой индуктивности (ФНЧ)

Фильтр нижних частот работает, блокируя более высокие частоты для динамика и пропуская более низкие частоты. На более высоких частотах импеданс индуктора означает, что он имеет очень высокое значение в Омах, что значительно снижает выходной сигнал на динамик.

Этот тип обычно используется с низкочастотным динамиком или среднечастотным динамиком, чтобы предотвратить воспроизведение высоких или высоких частот, которые они не могут воспроизвести должным образом.

Двухполосные кроссоверы 2-го порядка с конденсаторами и катушками индуктивности

Как они работают

Двухполосная кроссоверная сеть динамиков 2-го порядка, по сути, представляет собой кроссоверные фильтры верхних и нижних частот, объединенные параллельно.

Однако, поскольку они добавляют вторую ступень (фильтр 2-го порядка, -12 дБ/октаву), они работают лучше, чем простая конструкция 1-го порядка. Они также являются наиболее распространенным типом, использующим низкочастотный и высокочастотный динамики для создания двухполосной акустической системы для домашних аудиоколонок или комплекта компонентных акустических систем для автомобильной аудиосистемы.

Даже недорогие двухполосные наборы компонентов второго порядка могут звучать отлично. с драйверами динамиков достойного качества и адекватного дизайна.

Из-за точки перекрытия на их частоте среза все может стать немного сложнее, когда речь идет о двухполосном кроссовере, как я объясню ниже.

Как это работает:

• Конденсатор C1 снижает выходное напряжение на твитер ниже точки отсечки. Дроссель L1 уменьшает высокочастотные сигналы, которые достигли его, еще больше, пропуская их через землю/отрицательный (-) обратный путь усилителя.
• Дроссель L2 снижает выходное напряжение НЧ-динамика выше точки отсечки, пропуская низкочастотные сигналы к динамику. Конденсатор C2 пропускает дошедшие до него дополнительные высокочастотные сигналы на землю/отрицательный (-) обратный путь усилителя.

Конечным результатом являются две ступени кроссовера, которые последовательно расположены в шахматном порядке, что означает, что они соединяются вместе для наклона кроссовера, который в 2 раза эффективнее, чем одноступенчатая конструкция (-6 дБ/октава). Это наклон -12 дБ/октава.

Почему используются кроссоверы 1-го порядка, если кроссоверы 2-го порядка лучше?

Хотя перекрестные сети 1-го порядка сейчас менее распространены, они все еще существуют. Вы часто найдете их в:

• Бюджетные двухполосные кабинетные акустические системы
• Конструкции, в которых естественный спад динамика (падающая частотная характеристика) может использоваться для уменьшения количества компонентов, необходимых для достижения того же эффекта.
• Простые кроссоверы для встроенных динамиков, такие как блокаторы басов, для автомобильной стереосистемы и сопутствующих приложений, где идеально подходит что-то быстрое и простое.

Однако в целом наиболее популярны кроссоверы 12 дБ/октава, поскольку они представляют собой хороший компромисс между стоимостью, количеством деталей и сложностью. На самом деле автомобильные усилители и домашние AV-ресиверы обычно используют конструкцию 12 дБ/октава (12 дБ/октава) даже в своих электронных активных кроссоверах.

Типы перекрестного дизайна

Дизайнер может выбирать из множества возможных дизайнов перекрестных сетей, но некоторые из них предпочтительнее других:

• Баттерворт: В стандартной конфигурации конструкция Баттерворта дает в сумме +3 дБ при перекрытии частот среза. Это может быть удобно для различных проектных задач, таких как учет различных смещений драйверов динамиков (расстояние между динамиками в их центральной акустической точке).
• Линквиц-Райли: Этот тип в сумме дает ровный (0 дБ) выходной сигнал при перекрытии частот кроссовера и является одним из наиболее часто используемых. В большинстве случаев это идеальный выбор.
• Бессель: Схема Бесселя не считается "всепроходной", как схема Линквица-Райли, и не дает плоской суммы в частотной точке.
• Чебышев: Это не часто используется, но может быть полезно, когда есть необходимость в усилении выходного сигнала в точке кроссовера, так как Чебышев обеспечивает сумму +6 дБ.

Почему это важно? Обычно это не имеет большого значения для обычного человека. Однако, если вы заинтересованы в создании собственного кроссовера динамиков, полезно ознакомиться с возможными вариантами.

В каждом типе перекрестной сети используется немного другая математическая формула для расчета стоимости деталей, которые вам понадобятся. Во всех случаях хорошая книга по дизайну динамиков может помочь вам сделать это самостоятельно, если вы заинтересованы в получении наилучших характеристик или если вы заинтересованы в проектах динамиков «сделай сам» (DIY).

Хотите освоить более продвинутые навыки проектирования колонок или создать кроссовер самостоятельно? Я настоятельно рекомендую «Поваренную книгу дизайна громкоговорителей» Вэнса Дикасона. Он полон отличной информации!

Кроссоверы для домашних или автомобильных динамиков вторичного рынка обычно используют конструкцию Линквица-Райли и суммируют уровень 0 дБ в точке кроссовера. Одна из причин заключается в том, что предполагается, что громкоговорители, которые вы используете, будут иметь достаточную мощность вблизи этой точки. Если это не так, вы можете самостоятельно исследовать более продвинутые конструкции и компенсировать слабые стороны конкретного динамика.

Проблемы перехода

Кроссоверы имеют еще одну проблему:каждый отдельный компонент кроссовера добавляет 90 градусную фазу (сдвиг) к сигналу, отправляемому на динамик. Конденсаторы и катушки индуктивности имеют «фазовый сдвиг», когда через них проходит сигнал.

Для простых однокаскадных кроссоверов это не проблема, так как вы вряд ли это заметите, хотя это деталь для более продвинутых динамиков. Однако для конструкций второго порядка это означает, что разница между двумя выходами составляет 180°, что часто приводит к «странному» звуку, а также означает, что звук не достигает ушей слушателя в одно и то же время.

Чтобы исправить это,кроссоверы 2-го/четного порядка обычно имеют инвертированный выход твитера. Это реверсирование выхода одного динамика означает, что оба динамика находятся «в фазе», и больше нет проблемы с задержкой звука. Если вы когда-либо покупали двухполосные кроссоверы, вы, вероятно, даже не знали, что они были специально разработаны таким образом!

Что такое перекрестная сеть Zobel?

Сеть Цобеля – это схема выравнивания импеданса, используемая для компенсации роста импеданса динамика в частотном диапазоне из-за индуктивности звуковой катушки. Например, многие громкоговорители со звуковой катушкой обычно демонстрируют рост общего импеданса по мере увеличения частоты. Вы можете увидеть это на графиках импеданса для колонок.

Поскольку на поведение кроссовера напрямую влияет импеданс, эта простая конструкция может улучшить характеристики акустической системы, компенсируя и «сглаживая» нормальное повышение омической нагрузки динамика, которое воспринимает кроссовер.

В сети используется простая RC-цепочка (резистор-конденсатор) параллельно с драйвером динамика для компенсации импеданса, в результате чего кроссовер имеет почти плоский импеданс во всем диапазоне частотных характеристик.

Резистор обеспечивает постоянное соблюдение минимального общего импеданса, в то время как конденсатор уменьшает общую нагрузку кроссовера в Омах при повышении частоты.

Еще отличные статьи о кроссоверах и спикерах

Ознакомьтесь с другими моими замечательными статьями, которые вам понравятся!

• Что такое частота кроссовера и что делают кроссоверы? Основы, которые нужно знать.
• Узнайте, как определить частоту кроссовера для динамиков, здесь.
• Подробнее здесь! Что такое частота кроссовера Fc и почему это важно?
• Какая частота подходит для вашей автомобильной или домашней аудиосистемы?
• Что произойдет, если вы используете динамик с другим импедансом в кроссовере?