Mi az a audió felüláteresztő szűrő? Hogyan használják őket?

Ha jó hangzásról van szó, a crossover szűrők hihetetlenül hasznos. De mi is az a high-pass filter audio crossover, és miért olyan fontosak?

Itt mindent elmagyarázok!

Mi az a hang felső áteresztő szűrő?

Az alapvető válasz az, hogy az audió felüláteresztő szűrő (HPF) egyfajta audio crossover, amely csillapítja és hatékonyan blokkolja az összes alacsony frekvenciájú jelet egy beállított érték alatt. Ez azt jelenti, hogy megszüntetik az alacsony frekvenciájú hangot, miközben a magas frekvenciájú jeleket továbbítják az erősítőknek, hangszóróknak, jelutaknak vagy más audiokomponenseknek.

Széles körben használják különféle hangkialakításokban a nem kívánt hangfrekvencia-tartomány blokkolására, több okból is:

• A torzítás megelőzése
• A magassugárzó-hangsugárzó-illesztőprogramok károsodásának védelme érdekében
• Hogy nagyobb hangerőt és tisztaságot érjen el a kis hangsugárzókkal a mélysugárzó basszusának blokkolásával
• Kétutas vagy háromutas hangszórórendszer részeként működik
• A rezonanciaproblémák megelőzése az alacsonyabb frekvenciatartomány korlátozásával, ezáltal megakadályozva a hangszóró rezonanciafrekvenciájának elérését.

Vannak más hasznos felüláteresztő szűrőalkalmazások is, amelyekről tudni kell. A felüláteresztő szűrők kialakításának 3 fő típusa létezik, amint látni fogja.

Megjegyzés: A „sarokfrekvencia” nevet néha a vágási pontra is használják.

Az aluláteresztő szűrő és az aluláteresztő szűrő különbségei

Míg a felüláteresztő szűrő magasabb frekvenciák áthaladását teszi lehetővé, egy aluláteresztő szűrő (LPF) keresztezése blokkolja a magas frekvenciájú hangokat fent a vágási frekvenciát.

Ezeket gyakran használják mély- és mélysugárzókhoz, de használhatók kétutas hangsugárzó kialakításának részeként is. A tervezés magassugárzó részéhez HPF szűrőt használnának.

Mi az a sávszűrő?

A sávszűrő egy aluláteresztő szűrőből és egy aluláteresztő szűrőből is áll, sorba kapcsolva. Ez áthalad a hangfrekvenciák középső tartományán (áteresztősávon).

Néha 3-utas hangszórórendszerek részeként használják őket, hogy a középkategóriás hangszóró-meghajtók hangtartományát biztosítsák.

A három típusú magas áteresztő keresztezés

A felüláteresztő szűrők három típusa létezik. Mindegyiknek megvan a maga sajátos felhasználása, előnyei és hátrányai, valamint alkalmazásai.

1. Hangszóró keresztezők (passzív szűrők)

Hangszóró keresztváltó (más néven passzív szűrő) passzív elektronikai alkatrészeket használ az áramforrást igénylő elektronika helyett. A passzív összetevők a kondenzátorok, az induktorok és az ellenállások.

A magas áteresztő hangsugárzók keresztezése nagyon gyakori a magassugárzókon, ahol blokkolja a közép- és mélyfrekvenciák elérését. A legegyszerűbb típus egy elektrolit kondenzátor, amely magára a hangszóróra van felszerelve.

Példa egy soron belüli felüláteresztő szűrőként használt kondenzátorra

Mások kondenzátort és induktort használnak a meredekebb levágás érdekében, hogy hatékonyabban blokkolják a nemkívánatos hangok hangszóróit. A legtöbb vezetékes, és minimális, ha egyáltalán állítható beállításokkal rendelkezik, mivel a kialakítást a rögzített alkatrészértékek határozzák meg.

2. Elektronikus keresztváltók (aktív szűrők)

Elektronikus felüláteresztő szűrő, más néven aktív szűrő , egyfajta crossover, amely kis elektronikai alkatrészeket használ, és áramforrást igényel. A passzív szűrőkkel ellentétben ezek gyakran rugalmasak, és további beállításokat kínálhatnak, például:

• Állítható felüláteresztő vágási frekvencia
• Választható keresztezési lejtő
• Erősítés szabályozása (állítható bemeneti és/vagy kimeneti szintek)
• Fázisvezérlés

A legtöbb elektronikus felüláteresztő szűrőt műveleti erősítők (műveleti erősítők) köré tervezték, amelyek egy integrált áramkörbe (IC) beépített apró tranzisztoros erősítők. Nagyon hatékonyak az energiafelhasználás, a méret és a funkciók tekintetében.

Aktív szűrőterveket találhat otthoni hifi készülékekben, autós erősítőkben, előerősítő egységekben, sztereó keverőlapokban és sok más audioelektronikai termékben.

3. Digitális (szoftver alapú) crossoverek

A digitális felüláteresztő szűrő a szoftver matematikai függvényei segítségével digitális értékké konvertált audiojeleken működik, mielőtt visszaalakítja őket analóg jellé.

A digitális crossover több platformon is megtalálható:

• Számítógépes audioszoftver (keverés, szerkesztés stb.)
• Digitális jelfeldolgozó (DSP) chipek vagy audiotermékek
• Okostelefonos audioalkalmazások

Minden esetben a felüláteresztő szűrős audio keresztezést matematikai függvények (z transzformációk) segítségével valósítják meg, amelyeket szoftveres rutinokban kódolnak. Zenei jel alkalmazásakor a kód feldolgozza a digitális reprezentációt (bináris numerikus értéket), ami egy olyan kimeneti jelet eredményez, amely jelentősen lecsökken a keresztezési frekvencia alá.

Az alábbi képen egy Denon otthoni sztereó vevőkészülékbe épített digitális aluláteresztő szűrő látható. A digitális keresztváltók szoftverprogram kódja segítségével matematikailag magas áteresztő funkciót biztosítanak.

A digitális crossovereket grafikus vagy parametrikus EQ-val együtt használják az autós audio fejegységekben, az otthoni sztereó vevőegységekben, valamint a hangfeldolgozó és -rögzítő szoftverekben.

Hasznos felüláteresztő szűrőalkalmazások

Mikrofon és stúdióhasználat

A felüláteresztő szűrők több szempontból is hasznosak a stúdióban:

• Az énekes vagy az énekes lélegzetvételéből származó robbanóanyagok (pattanások) eltávolítása
• A berendezés megérintése és beállítása miatti kezelési vagy dübörgő hangok rögzítésének megakadályozása
• A hangforrások elkülönítése a különböző hangszerektől felvétel közben
• A hangtartományok tonalitásának alakítása keverés közben
• A háttérzaj blokkolása a felvételi műsorszámokból

A felüláteresztő szűrős autóaudio előnyei

Az autós audiorendszerekben a felüláteresztő szűrés általában néhány elemben található:autóerősítőkbe, passzív hangsugárzók keresztezőibe, telepítési kiegészítőkbe, valamint autóhifiba, hangszínszabályozókba (EQ-k) vagy jelprocesszorokba beépítve.

Általában számos módon segítik a jobb hangzást:

• A magassugárzók mélyhangok miatti torzításának vagy esetleges károsodásának megelőzése
• Tisztább hangzás és nagyobb teljesítmény a magassugárzókkal és a kis hangszórókkal egyaránt
• Kétutas hangszórórendszer részeként (például:komponens hangszórók)
• A mélyhangok mélyhangjának blokkolása a fő hangszórókból, és a mélysugárzókra bízza a jobb hangtisztaság érdekében.

Manapság egyes fejegységek beépített digitális felüláteresztő szűrőkkel és választható lejtőkkel rendelkeznek. Sok autós erősítő választható magas vagy aluláteresztő keresztezési funkcióval rendelkezik, néhányban pedig állítható vágási frekvencia. Másoknál rögzített vágási pont van, amely nem módosítható.

A magassugárzók és más kis hangszórók egyszerűen nem képesek kezelni az alacsony basszusfrekvenciák által keltett nagyobb hanghullámokat. Még egy pénztárcabarát rendszer is nagyszerűen szólhat, ha egy megfelelő minőségű erősítőt hajtanak végre, magas áteresztővel, amely megakadályozza, hogy a hangszórókba kerüljenek.

Ezután párosíthatja őket egy mélynyomóval és egy aluláteresztő szűrővel, hogy nagyszerű, teljes tartományú hangzást kapjon, amelyet élvezni fog.

Házi sztereó felüláteresztő szűrők

Az otthoni sztereó készülékek gyakran tartalmaznak felüláteresztő szűrőt, aminek számos oka lehet:

• Mélysugárzó használata:ha egy házimozirendszer vagy sztereó vevőegység rendelkezik mélynyomó kimenettel, a mélyhangok blokkolása a fő hangsugárzókban segíthet megelőzni a „sárosodást” vagy a túl sok basszust.
• Egyes sztereó rendszerek korlátozott minőségű hangszórókat tartalmaznak, ami azt jelenti, hogy a basszus torzítja őket, és rossz a hangzásuk. A felüláteresztő funkció használata ezekben az esetekben segít megelőzni ezt.
• Beépített térhatású házimozi hangcsatorna-feldolgozásba.
• A középső csatorna hangszórójára küldött hang korlátozása a filmekben a tiszta ének érdekében.

Az autóhifi rendszerekhez hasonlóan az otthoni sztereó felüláteresztő szűrők gyakran nincsenek alapértelmezés szerint bekapcsolva – sok esetben ellenőriznie kell a menübeállításokat, és engedélyeznie kell őket.

A szubszonikus szűrők magyarázata

A szubszonikus szűrő A egy nagyon alacsony keresztezési frekvenciájú (gyakran például 30 vagy 20 Hz körüli) felüláteresztő szűrő, amely megakadályozza, hogy az általunk nem hallható alacsony frekvenciájú jelek a mélynyomóba kerüljenek, és megakadályozzák az ok nélküli energiapazarlást.

A szubszonikus szűrő nem kötelező, és nincs rá gyakran szükség, de bizonyos helyzetekben hasznos lehet. Gyakoribbak a régi audio- és lemezlejátszókban, bár néha megtalálhatóak az autós hangszínszabályzókban vagy a mélynyomó basszus elemeiben.

Az emberi hallás frekvenciatartománya a legtöbb ember számára körülbelül 30 Hz-ig esik. A 20 Hz-es hanghullámokat érezni lehet, de nem hallani, így értelmetlen sok erősítő teljesítményt felvenni valamire, amit nem is hall. Lemezjátszók esetén előfordulhat némi dübörgés, és egy szubszonikus szűrő megakadályozhatja ennek felerősítését.

A legtöbb zenét a legélvezetesebb basszussal keverik, amely körülbelül 40-50 Hz-es „dübörgés”. Ugyanez vonatkozik a filmek dübörgő vagy akcióhangjaira is, vagyis nincs szükség 20-30 Hz-re.

A vágási frekvencia csillapítása (lejtők) magyarázata

A szűrő lejtése a szűrési képességének meredeksége. Más szóval, mennyire hatékonyan csökkenti a hangfrekvenciákat a keresztezési vágási frekvencián túl.

A lejtők decibel (dB) oktávonkénti kategóriák szerint vannak besorolva. A negatív előjel (-) a bemeneti jel csillapítását vagy csökkentését jelzi.

A két pont közötti hangfrekvenciákat gyakran oktáv segítségével mérik . Az oktáv egy frekvenciaszám megkétszerezése vagy felezése. (100 Hz, 200 Hz, 400 Hz stb.)

Amikor egy oktávonként -6 dB vágási határértékkel rendelkező keresztváltóra utalunk, ez azt jelenti, hogy továbbra is további 6 dB-lel csökkenti a kimenetet az előző frekvencia minden kétszeresére.

Minél nagyobb a szűrő meredeksége, annál jobban csökkenti a vágási frekvencián túli alacsonyabb frekvenciákat, mert a magasabb rendű szűrő hatékonyabb.

A keresztirányú szűrő meredeksége általában oktávonként 6 dB, oktávonként 12 dB, 18 dB oktávonként és így tovább.

A felüláteresztő szűrő használata

Általánosságban elmondható, hogy a felüláteresztő szűrő használata egyszerű:a használt hangszóróknak leginkább megfelelő vágási frekvenciára kell beállítania. A kétutas hangszórórendszerek esetében az aluláteresztő vágási frekvenciához is be kell állítani, hogy elkerülje a hangréseket.

Hangszórószűrő frekvenciák

Ha hangszórókról és hangsugárzórendszerekről van szó, a gyártók gyakran olyan specifikációkat adnak meg, amelyek segítik a használandó vágási frekvencia meghatározását.

Néha egyértelműen az ajánlott felüláteresztő szűrő frekvenciájaként szerepel, míg máskor a hangszóró frekvenciaválasz információira kell alapoznia. Például a hangszóró specifikációinak fenti képén a hangsugárzó használható frekvenciatartománya 3,5 kiloHertz (kHz) vagy ennél nagyobb.

Ha ezek közül egyik sem áll rendelkezésére, tekintse meg az alábbi táblázatokat. A jó hír az, hogy általában van néhány információ, amely megmondja a hangszóró frekvenciaválasz-tartományát, hogy segítsen beállítani a felső áteresztő vágási frekvenciát.

Melyek a jó HPF-beállítások?

Otthoni audio felső áteresztő keresztezési frekvencia táblázat

Hangsugárzó típusa/rendszere	Keresztezési gyakoriság
Fő/torony típusú első hangsugárzók (kicsi)	60–80 Hz-es felüláteresztő. Legjobban egy mélynyomóval működik, amely kiegészíti őket.
Fő/torony típusú első hangsugárzók (nagy)	60–80 Hz-es felüláteresztő.
Középső vagy térhatású hang (kicsi)	100–120 Hz-es felüláteresztő. Az ilyen típusú hangszórók nagyon rosszak a mélyhangokban, és könnyen torzíthatnak.
Középső vagy térhatású hang (közepes/nagy)	60-80 Hz-es felüláteresztő. A legtöbb középső hangsugárzót nem mélyhangok előállítására tervezték.
Falra szerelt vagy mini műholdas hangszórók	100-120 Hz-es felüláteresztő. Ez segít elkerülni a rossz torzítást, mivel nem tudják kezelni a mély basszust.
Kétutas hangszórórendszerek	3 kHz és 3,5 kHz között. Nagyon gyakori keresztezési frekvencia
3-utas hangszórórendszerek	3,5 kHz-es felüláteresztő (magassugárzó) és 250-500 Hz magaspassz (középtartomány)

Autóaudio felső áteresztő keresztezési frekvenciatáblázata

nál

Hangsugárzó típusa/rendszere	Keresztezési gyakoriság
Első vagy hátsó teljes körű koaxiális vagy komponens hangszórók	56, 60 és 80 Hz közötti felüláteresztő . Blokkolja az alacsony mélyhangokat, amelyek torzítást okoznak.
Magassugárzók	3-3,5 kHz felüláteresztő
Közép- vagy mélyhangsugárzók	250–500 Hz-es felüláteresztő
Kétutas hangszórórendszerek	3 kHz-től 3,5 KHz-ig a magassugárzókig. Ugyanez a középkategóriás/mélysugárzó
3-utas hangszórórendszerek	3,5 kHz (közepes/magas) és 500 Hz (közepes/hangsugárzó)

További nagyszerű cikkek

Remélem, sokat tanult a felüláteresztő szűrő hangkoncepcióiról. Szeretne többet megtudni? Tekintse meg kapcsolódó cikkeimet:

• Mire állítsam a felüláteresztő szűrőmet?
• Tudja meg, mire kell beállítani az aluláteresztő szűrőt.
• Íme, mit csinálnak a kondenzátorok és az induktorok a hangszóró keresztváltóban.
• További információ arról, hogy mit csinál a keresztezés, és mi az a keresztezési frekvencia.
• Nézze meg az útmutatómat a hangszóró keresztezési frekvenciájának meghatározásáról.