Глава 9

Кроссоверы

КРОССОВЕРЫ

Кроссовер предназначен для разделения пол­ного спектра звукового сигнала на несколько час­тотных полос в многопоснои системе звуковоспро­изведения. Многополосная система звуковоспроиз­ведения состоит из 2, 3, 4 или 5 отдельных усилите­лей мощности, каждый из которых имеет собствен­ные воспроизводящие акустические системы. Кон­струкция и исполнение каждого частотного канала многополосной системы звуковоспроизведения рас­считываются на наиболее качественное и эффектив­ное воспроизведение части спектра звукового сиг­нала соответствующей полосы.

• Двухполосная система звуковоспроизведе­ния имеет два частотных канала - канал высоких и низких частот.

• Трехполосная система звуковоспроизведе­ ния имеет три частотных канала - каналы высоких, средних и низких частот.

• Четырехполосная система звуковоспроиз­ ведения имеет четыре частотных канала - высоких, средних высоких, средних низких и низких частот.

Граничные частоты отдельных полос выбира­ются так, чтобы при совмещении отдельных полос получить полный диапазон спектра звукового сиг­нала без взаимных наложений полос или провалов между ними. Ширина полос может быть различной и определяется номинальным диапазоном частот отдельных каналов системы звуковоспроизведения. Для того, чтобы установить значения граничных частот отдельных полос, можно воспользоваться графическим эквалайзером.

71

АКТИВНЫЕ КРОССОВЕРЫ

Активные кроссоверы нуждаются в дополни­тельном источнике напряжения для питания усили­тельных цепей активных фильтров, из которых они состоят. Активные фильтры кроссовера позволяют разделять спектр звукового сигнала без потери пер­воначального уровня этого сигнала, компенсируя эти потери дополнительным усилением. Благодаря этому активные кроссоверы могут применяться для разделения на частотные полосы маломощных сиг­налов, что позволяет включать их перед усилителя­ми мощности отдельных частотных каналов.

ПАССИВНЫЕ КРОССОВЕРЫ

Пассивный кроссовер представляет собой на­бор разделяющих пассивных фильтров, частоты раз­деления которых фиксировано согласованы между собой. Чаще всего пассивные кроссоверы встраива­ются внутрь многополосной акустической системы. Такие кроссоверы рассчитываются на большой ток и включаются в выходную цепь усилителя мощнос­ти, разделяя выходной сигнал усилителя на отдель­ные частотные полосы внутри акустической систе­мы.

В составе главной воспроизводящей системы концертного комплекса пассивные кроссоверы при­меняются сравнительно редко. Гораздо чаще они применяются в мониторных системах, когда для усиления мониторного сигнала используется один общий мониторный усилитель.

Применение кроссоверов в составе системы звуковоспроизведения.

Пассивные крюссоверы в составе главной си­стемы звуковоспроизведения применяются для до­полнительного разделения отдельных полос на бо­лее узкие, что позволяет, например, превратить трехполосную систему в четырехполосную, исполь­зуя только три усилителя. К такому разделению

также прибегают, если в набор акустических сие системы звуковоспроизведения необходимо вк чить специализированные акустические систе» предназначенные для воспроизведения звука ощ деленной относительно узкой полосы частот. Од ним из таких случаев является разделение высокоч стотного канала многополосной системы звуковос­произведения при необходимости повысить эффек­тивность звучания самых высоких частот звуков сигнала. Для этого обычно применяют специальг высокочастотные акустические системы, которь подключаются в дополнение к обычным высокоча­стотным системам. Такие высокочастотные акусти­ческие системы, называемые твитерами, применя­ются очень часто. Например, они входят в состав многополосной системы звуковоспроизведения Glair Brothers S4 и некоторых систем Turbosound.

ПРЕИМУЩЕСТВА, КОТОРЫЕ СОЗДАЕТ ПРИМЕНЕНИЕ КРОССОВЕРОВ

Все акустические системы многополосной системы звуковоспроизведения являются в той илж иной мере специализированными. Они хорошо вос­производят одни частоты и гораздо хуже или вообще не воспроизводят другие. В большинстве случаев они сконструированы так, что могут качественно воспроизводить звук только тогда, когда в поданном на них сигнале отсутствуют частоты соседних полос. Если какие-либо из частот соседних полос подать на вход специализированной акустической системы, они будут воспроизводиться с сильными искажени­ями и могут вызвать ее перегрузку.

• Акустические системы, состоящие из мощ-

ных динамических головок диаметром 18 или 15 дюймов, предназначены для вос­произведения только самых низких частот.

• Акустические системы, состоящие из дина-

мических головок средней мощности, ко­торые имеют диаметр 15,12 или 10 дюймов, предназначены для воспроизведения сред­них низких или средних частот.

Частотная полоса сигнала, подаваемая на тот или иной громкоговоритель, должна в точности соответствовать его рабочему диапазону частот. Чем точнее это соответствие, тем качественнее и чище будет звук, и тем больше общий срок службы гром­коговорителя.

Нарушение соответствия между частотной полосой воспроизводимого сигнала и рабочим диа­пазоном частот громкоговорителя может быть чрез­вычайно опасным для громкоговорителя и приво­дить к его разрушению. Например, высокочастот­ный драйвер, подключенный к выходу усилителя полосы нижних частот, выдерживает мощность низ-

72

кочастотного сигнала в течение промежутка време­ни от 1 до 5 секунд. После этого он перегорает. Такая ненадежность драйвера вызвана вовсе не недостат­ком его конструкции, а тем фактом, что он вообще не рассчитан на работу в канале нижних частот.

Качественная работа любого громкоговорите­ля возможна только в пределах его рабочего диапазона частот.

По этой причине подключение и настройку кроссовера, а также коммутацию усилителей и аку­стических систем, нужно производить предельно внимательно и осторожно. Грубая неточность, до­пущенная во время настройки или коммутации, может привести к выходу из строя всей системы звуковоспроизведения и срыву выступления.

Правильно настроенный кроссовер позволяет получить предельно качественный звук с макси­мально возможным для системы уровнем громкости и минимумом искажений, так как, удаляя из сигнала систем все частоты, создающие искажения, кроссо­вер повышает удельную мощность основных рабо­чих частот этих систем.

ГРАНИЧНА ЧАСТОТА И КРУТИЗНА СПАДА

При настройке кроссовера необходимо учи­тывать, что граничная частота любой из его полос не является границей в точном значении этого слова, а лишь некоторой крайней частотой, с которой начи­нается ослабление сигнала. Например, если гранич­ной частотой кроссовера является частота 1000 Гц, то спектральные составляющие выделяемого крос­совером сигнала, которые имеют частоты, близкие к 1000 Гц, ослабляться почти не будут. Если мы пытаемся выделить кроссовером частоты, лежащие ниже 1000 Гц, то спектральные составляющие выде­ляемого сигнала, имеющие частоты выше 1000 Гц, не исчезнут полностью, а будут ослабляться в опре­деленной пропорции, называемой крутизной спада частотного канала кроссовера. Эта крутизна спада измеряется в единицах дБ на октаву. Например, крутизна спада 12, 18 или 24 дБ на октаву означает степень ослабления уровня спектральных составля­ющих выделяемого сигнала в каждой октаве, лежа­щей выше или ниже граничной частоты, соответ­ственно на 12, 18 или 24 дБ.

Чем выше крутизна спада каналов кроссовера, тем эффективнее частотное разделение, тем чище звук, создаваемый всей системой звуковоспроизве­дения. Кроссовер, имеющий крутизну спада 24 дБ на октаву, будет производить в 2 раза более эффек­тивное частотное разделение, чем кроссовер с час­тотой среза 12 дБ на октаву.

Ослабление, производимое кроссовером при различной крутизне спада от значения граничной частоты.

Крутизну частотного спада, производимого кроссовером, иногда характеризуют величиной по­рядка его фильтров. Фильтр первого порядка имеет крутизну спада 6 дБ на октаву и каждый следующий порядок будет добавлять в величину крутизны спада еще по 6 дБ. Таким образом, порядок фильтра, крутизна спада которого составляет 24 дБ на октаву, равен 4.

Основные органы управления двухполосного стереофонического кроссовера.

ВЫБОР КРОССОВЕРА

Различные модели кроссоверов могут иметь самую разную степень сложности, обуславливаю­щую их возможности. В простейшем случае актив­ный кроссовер позволяет производить лишь балан­сировку уровней выходных сигналов частотных ка­налов. Эта балансировка производится в диапазоне как миниум +- 6 дБ и предназначается для компен­сации разницы чувствительности усилителей мощ­ности частотных каналов.

В отличие от активного кроссовера пассивный кроссовер не позволяет усиливать сигнал, поэтому амплитуды выходных сигналов его частотных кана­лов всегда меньше амплитуды входного сигнала и составляет около 75%, так как часть энергии звуко­вого сигнала поглощается емкостями и индуктивно-стями из которых состоит пассивный кроссовер.

Для того, чтобы обеспечить точную настройку мощной многополосной системы, необходим ак­тивный кроссовер, но в тех случаях, когда вы испы-

73

тываете недостаток усилителей мощности или мо­жете обойтись одним усилителем, лучше применять пассивные кроссоверы.

ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ФУНКЦИИ КРОССОВЕРОВ

Иногда для воспроизведения самых низких частот звуковых сигналов применяют специальные рупорные низкочастотные акустические системы. Длина этих рупоров может превышать 2.5 метра. В таком рупоре может создаваться весьма ощутимое запаздывание сигнала, которое приводит к несовпа­дению фаз сигналов, излучаемых акустическими системами разных полос. Особенно сильно на каче­стве звучания сказывается несовпадение фаз сигна­лов в области границы между отдельными полоса­ми. Для компенсации этой разницы в некоторые кроссоверы встраиваются специальные линии за­держки, задерживающие на требуемое время фазы средних и высоких частот.

Некоторые кроссоверы могут иметь встроен­ные лимитеры или ограничители уровня, предназ­наченные для предохранения усилителей и акусти­ческих систем от случайных скачков уровней вход­ного сигнала. В кроссоверах, имеющих лимитеры, всегда предусматривается возможность подстройки уровня ограничения, благодаря чему такой кроссо­вер можно согласовать с усилителями разной мощ­ности и различными наборами акустических сис­тем. Так как кроссовер обычно используется в сис­теме звуковоспризведения, состав которой меняется не так часто, то подстройку уровня ограничения производят только при согласовании концертного комплекса. Поэтому регуляторы подстройки уровня ограничения обычно располагают в каком-либо труд­нодоступном месте кроссовера.

Основные органы управления трехполосного монофонического кроссовера.

ПРОЦЕССОРЫ УПРАВЛЕНИЯ СИСТЕМ ЗВУКОВОСПРОИЗВЕДЕНИЯ

Процессоры управления систем звуковоспро­изведения - это достаточно сложные устройства, представляющие собой комбинацию различных си­стем кроссоверов, эквалайзеров, лимитеров, линий задержки и устройств управления параметрами сиг­налов системы звуковоспроизведения. Они могут иметь самое различное исполнение и возможности.

Тем не менее все эти процессоры предназначены для решения одной задачи - повышения максималь­ной отдачи системы звуковоспроизведения при минимальном риске повреждения.

Процессоры управления систем звуковоспро­изведения содержат множество блоков автоматизи­рованного управления и коррекции характеристик сигнала, чутко реагирующих на всевозможные ошиб­ки, которые могут представлять опасность для сис­темы звуковоспроизведения. Например, одним из таких устройств является пороговый управляемый фильтр. Если на вход такого фильтра попадает резкий бросок уровня, фильтр сдвигает все частот­ные полосы многополосной системы воспроизведе­ния в область более высоких частот, благодаря чему мощность, излучаемая акустическими системами понижается. После того, как бросок уровня прекра­тится, фильтр возвращает граничные частоты полос в прежнее положение. Временное ослабление мощ­ности системы звуковоспроизведения, выполнен­ное таким образом, гораздо менее заметно на слух, чем обычное ослабление уровня, производимое ли­митером.

Пороговый управляемый фильтр на время действия

пика мощности сдвигает граничные частоты

многополосной системы звуковоспроизведения в

область более высоких частот.

Большинство процессоров управления систе­мами звуковоспроизведения используют для анали­за выходные сигналы усилителей мощности отдель­ных полос, производя коррекцию раздельно в каж­дой из этих полос. Эти сигналы подаются на анали­зирующие входы процессора напосредственно с выхода усилителей мрщности. Такое подключение позволяет процессору получать наиболее достовер­ную информацию о состоянии выходов усилителей и точно реагировать на любое изменение тока аку­стических воспроизводящих систем. Если по какой-либо причине этот ток превысит предельное значе­ние, процессор управления моментально произве­дет ограничение сигнала. Это ограничение может состоять из нескольких ступеней. При многосту-

74

пенчатом ограничении во время небольшого пре­вышения мощности выходного сигнала, вызванно­го, например, самовозбуждением, включается мяг­кое ограничение выходного сигнала процессора, немного ослабляющее возрастание выходной мощ­ности усилителя, а если дальнейшее повышение мощности выходного сигнала все-таки достигнет опасного предела, процессор управления переходит в режим жесткого ограничения и строго ограничи­вает или даже уменьшает уровень выходного сигна­ла усилителя, предохраняя систему звуковоспроиз­ведения от разрушения.

Для того, чтобы выходной сигнал системы звуковоспроизведения ни при каких условиях не мог превзойти предельно допустимого уровня, необходимо применять жесткое ог­раничение предельной выходной мощности системы звуковоспроизведения.