Mi az a keresztezési frekvencia? Mit csinál egy crossover? Hasznos útmutató

A crossoverek fontosak a kiváló hangzású audiorendszerhez, akár otthonában, autójában vagy akár hajójában. De mi is pontosan az keresztezési frekvencia?

Ebben a részletes bejegyzésben mindenki számára érthető módon elmagyarázom, mik ezek, hogyan működnek, és még sok minden mást. Kezdjük!

Infographic – Audio crossover tények

Mi az a keresztezési frekvencia? Mit csinál egy crossover?

A keresztezési frekvencia és a keresztezés alapjai összefoglalva

• A keresztváltók elektromos vagy elektronikus áramkörök, amelyek egy vagy több kimenetre küldött bejövő zenei jel megváltoztatására vagy szétválasztására szolgálnak. Lehetőséget kínálnak arra, hogy a megfelelő hangtartományt küldje a hangsugárzónak, a hozzá leginkább illő frekvenciaátvitellel. (Például magas- és mélysugárzók kétutas hangszórórendszerben)
• A keresztező szűrő a passzív vagy elektronikus szűrők elvén működik, hogy blokkolja az audiojel hangtartományát.
• Egy keresztezési frekvencia az a hangfrekvencia, amely a keresztező szűrők vágási pontjaként működik. Ez az a frekvenciapont, amelyen túl a jelek 3 decibellel csökkennek (-3 dB), és ettől a ponttól távolabb.
• A keresztváltó kimenetei az átengedhető jeltartományok, például a felső áteresztő (az alacsonyabb frekvenciák blokkolva) és az aluláteresztők (a magasabb frekvenciák blokkolva)
• Két típusú keresztváltó létezik:aktív (elektronikus) és passzív (hangszóró) típusú. Mindkét típus nagyon gyakran megtalálható otthoni, autóhifi- és professzionális hangtechnikában.

A jó hanghűség kritikus részét képezik. Valójában szinte soha nem fogsz találni olyan jól hangzó hangszórórendszert, amely ne használna 1 vagy több típusú crossovert.

Kétféle keresztváltót használhat otthoni vagy autós audiorendszerében:

• Aktív crossover (elektronikus)
• Passzív keresztezés (hangszóró keresztezés)

A keresztezési frekvenciák magyarázata

Mivel a magassugárzók nem képesek alacsony frekvenciájú hangot produkálni, torzítanak, és még az erős mélyhangok is károsíthatják őket. Ennek megakadályozására blokkolhatjuk a nem kívánt hangokat. (A képen egy tipikus, 3500 Hz-en [3,5 kilohertz] használt frekvencia látható).

A keresztfrekvencia az a hangfrekvenciás pont, amelynél a hangok ezt követően jelentősen csökkennek, hatékonyan blokkolva azokat . Referenciapontként használjuk, ahol a hangszóró kimenete (vagy aktív keresztváltó használata esetén az erősítő bemenete) 3 decibellel (-3 dB) csökken.

Néha sarokfrekvenciának nevezik vagy vágási frekvenciát , ez a hangtervezés matematikai számításainak kiindulópontja.

Mit jelent a hang „frekvenciája”?

A zenei jel frekvenciáját az írja le, hogy másodpercenként hányszor fejeződik be egy alternatív hullám.

Amikor „frekvenciáról” beszélünk, az emberi fül által hallható hangtartományra gondolunk. Megállapodás szerint 20-20 000 Hertz (20-20 KiloHertz vagy 20 ezer Hertz) tartományt használnak ennek ábrázolására.

A valóságban az emberi fül csak körülbelül 30 Hz-ig és közel 16 kilohertzig hall, bár ez az ember hallóképességétől függ.

A Hertz-et a frekvencia egységeinek ciklus/másodpercben való megjelenítésére használják. Ennek az az oka, hogy a hanghullámok (és az elektronikus hangjelek is) váltakozó hullámokból állnak, amelyek másodpercenként sokszor előfordulnak.

A „Hz”, „KiloHertz”, „kHz” rövidebb írási módok (kilo =ezer).

Íme néhány a leggyakoribb hangtartományok közül, amelyekben a crossoverek segítenek:

• Basszus: 20-100 Hz vagy hasonló
• Középkategória: (ének, hangszerek és egyebek) ~100Hz-től kb. 3Khz
ig
• Magas hang: (magas frekvenciájú hangok) Körülbelül 3 kHz és 20 khz között

Hogyan működik a crossover? Mi az a hangszóró crossover?

1. Aktív crossover (elektronikus crossover) alapjai

Tipikus példa egy külön elektronikus aktív crossoverre. A kimeneti csatlakozók egyik készlete egy felüláteresztő szűrő kimenetet biztosít az erősítőnek a magassugárzók vagy a fő hangsugárzópár meghajtásához. A 2. pár gyakran egy mélysugárzó keresztfrekvenciás kimenete.

Az autós erősítő belső keresztirányú szakasza alapvető elektronikus alkatrészekből áll:változó ellenállások, műveleti erősítő chipek, kondenzátorok és fix értékű ellenállások. Ezek lényegében az erősítőbe épített elektronikus keresztváltók, így nem kell külön használni.

Az elektronikus keresztváltókat néha „aktív” keresztváltóknak is nevezik, mivel a hangszóró-crossoverekkel ellentétben működésükhöz áramforrásra van szükségük. Míg a passzív keresztváltók közvetlenül az erősítő nagyobb teljesítményű kimeneti csatlakozóihoz csatlakoznak, az elektronikus keresztváltók csak alacsony feszültségű jelekkel működnek.

Például vonalszintű RCA-aljzatokhoz vagy autóhifihoz, autós erősítőhöz vagy otthoni AV-vevőhöz csatlakoznak.

Az elektronikus crossoverek működése

Bal:Egy tipikus műveleti erősítő (Op amp) integrált áramkör (IC), a Texas Instruments TL072. Jobbra:Példa egy aluláteresztő áramkörre, amely műveleti erősítőt használ a magas frekvenciájú hangok kiszűrésére.

Az elektronikus crossoverek nagyon bonyolultnak tűnhetnek (és legalábbis bizonyos szempontból azok is), de valójában meglehetősen alapelveken alapulnak.

Különféle elektronikus szűrőáramköröket használnak, amelyek egy nagyon elterjedt elektronikus komponensen alapulnak:a műveleti erősítőn („op amp”). Az op-erősítők apró, többcélú erősítők, amelyek számos módon hasznosak a bemeneti jel erősítésére vagy megváltoztatására.

Ezek az ellenállásokkal és kondenzátorokkal együtt a zenei jel vezérlésére használhatók.

Egy tipikus elektronikus keresztváltó vázlata. Ebben az esetben egy Alpine autóerősítő beépített crossover áramkörének bal oldali sztereó csatornája látható.

Úgy tervezhetők, hogy egy kapcsolóval módot váltsanak. Gyakran használnak állítható ellenállású tárcsákat, amelyek lehetővé teszik a vágási frekvencia megváltoztatását.

A bemeneti jel alkalmazása után a következő kimeneteket kapja a típustól függően:

• Túláteresztő szűrő:blokkolja a mélysugárzók mélyhangfrekvenciáit a magassugárzókból vagy a fő hangszórókból. Ez nagyobb hangerőt tesz lehetővé torzítás nélkül, mivel a kis hangszórók nem bírják jól az erős basszust.
• Aluláteresztő szűrő:blokkolja az énekhangot és más magas frekvenciájú hangokat, amelyeket a mély- vagy mélysugárzó nem képes jól visszaadni. LFE csatornának is nevezik az otthoni vevő mélynyomó kimenetéhez.
• Sáváteresztő szűrő:A sávszűrő a másik kombinációja is – csak a középső frekvenciákra korlátozza a kimenetet (középsávú illesztőprogram-készlettel való használatra).

2. Hangszóró (passzív) keresztezések

Felső: Kétutas komponens keresztváltók autóalkatrész hangszórókhoz. Alul: Olyan otthoni sztereó hangszóró-keresztezés, mint amilyen a könyvespolc hangszórókészletben található. Mindkettő kondenzátorokat és induktorokat használ a magas-, közép- vagy mélysugárzóba küldött hang szűrésére és vezérlésére.

A hangszóró keresztezőket néha „passzív” keresztváltóknak is nevezik, mivel nincs szükségük külső tápcsatlakozásra. Passzív komponensek felhasználásával működnek:kondenzátorok és induktorok.

A hangszóró keresztező olyan elektromos áramkör, amely induktorokat és kondenzátorokat használ a hangsugárzójelek szűrésére és 1 vagy több kimenetre való felosztására. A kimenetek a használt hangszórók frekvenciamenetétől függenek.

Az elektronikus keresztváltókkal ellentétben általában az erősítő kimenetéhez, majd a hangsugárzó vezetékkel a hangsugárzó-meghajtó készlethez csatlakoznak, mindegyik hangsugárzócsatornához egyet.

Itt egy másodrendű, kétutas hangsugárzó-crossover látható. Az induktorok „L”, a kondenzátorok „C” szimbólumot használnak. A „másodrendű” típusnak van egy második szakasza is, amely hatékonyabban szűri ki a hangokat, mint az elsőrendű kialakítás.

A kondenzátorok és induktorok érdekes tulajdonságokkal rendelkeznek a rájuk alkalmazott jel frekvenciájától függően:

• A kondenzátorok nagyobb „ellenállással” (úgynevezett impedanciával) rendelkeznek az alacsony frekvenciájú jelekkel szemben, mint a magasabbak. Minél alacsonyabb a frekvencia, annál kevesebb jelet engednek át.
• Az induktorok huzaltekercsek, amelyek nagyobb ellenállást mutatnak a nagyfrekvenciás jelekkel szemben, mint az alacsonyabbak. Ezért kiszűrik a magasabb hangfrekvenciákat.

Ha egy kondenzátorra vagy induktorra olyan jel kerül, amely meghaladja a keresztezési frekvenciát, az ellenállás megnő, ami csökkenti a hangszóró kimeneti feszültségét, mivel az elveszik a kondenzátoron vagy az induktoron.

Ez azt jelenti, hogy a hangszóró egyre kevesebbet fog kapni abból a hangszórójelből, amelyet blokkolni szeretnénk, minél távolabb van a hangfrekvencia a keresztezési ponton. Az alkatrészértékeket a hangsugárzó impedanciája (Ohm) alapján választják ki, amellyel használni kell őket, mivel ez befolyásolja a viselkedésüket.

Megjegyzés: A hangsugárzó keresztezőket csak az általuk tervezett hangsugárzó-impedanciával lehet használni, különben nem fognak ugyanolyan hangzásúak.

Például egy 8 ohmos otthoni hangszórókeresztezés 4 ohmos autós hangszóróval nem működik megfelelően. Ennek az az oka, hogy az alkatrészértékeket csak egy impedanciához választották. Ha ezt megváltoztatja, az drámaian megváltoztatja a keresztezési frekvenciát!

A hangsugárzó keresztezőket sokféleképpen tervezték, de mindegyiknek ugyanaz az alapvető felépítése – csak a részletek változnak.

Gyakran olyan nevekkel is jelölik őket, mint „1. rend”, -6 dB/oktáv, „2. rend”, -12 dB/oktáv stb. A 2., 3. sorrend stb. minták ugyanazokat az elveket használják, de több fokozattal vagy „megrendeléssel” vannak hozzáadva, hogy még hatékonyabbá tegyék a blokkhangzást.

Mi a decibel, és miért használjuk őket hanghoz?

A kereszteződések (és sok más audioelektronika és berendezés) mérése decibelekkel történik. A decibel ("dB") kényelmes matematikai módszer a 10 hatványaiként előforduló számok kezelésére, ellentétben a lineáris számokkal, amelyek egyenes vonalban fordulnak elő. Az ábrán egy példa látható a keresztezési kimenet csökkentésének dB-ben való kiszámítására.

A való világban sok mérés foglalkozik olyan dolgokkal, amelyek nem egyenes vonalban növekednek vagy csökkennek ("lineáris"), hanem görbén ("nem lineáris" vagy logaritmus).

Nem untatlak itt nehéz matekkal, de az audio világában a decibeleket használjuk matematikai módszerként a zenei elektromos jelek mérésére. Ennek az az oka, hogy sok minden nem egyenes vonalban, hanem ívben történik.

A hangvilág nagy része 10-es hatványokkal működik (logaritmus, amelyre emlékezhet az algebra osztályból). Ezért szükség van egy módra, hogy megbirkózzon ezekkel – itt jön jól a dB ábrázolás.

És nem csak a crossoverek működnek decibelekkel, hanem még a saját füled is logaritmikus. Ez azt jelenti, ahogy a fülünk érzékeli a hangerőt, logaritmikus skálán működik.

Mi az a keresztezési lejtő?

A diagram a lejtést vagy a levágási meredekséget mutatja a leggyakoribb típusoknál. A crossovereknek vannak „rendjei” – vagyis 2., 3. vagy több fokozat, amely növeli a nem kívánt hangfrekvenciák kiszűrésének képességét.

A lejtő a crossover szűrőképességének meredeksége. Más szóval, mennyire hatékony a keresztezési frekvenciaponton túl.

A lejtők, csakúgy, mint a keresztezési frekvencia, decibel (dB) oktávonként szerint vannak kategorizálva. A negatív szimbólum azt mutatja, hogy a jel csillapítását vagy csökkentését jelenti.

Az audio világban általában egy oktáv segítségével mérjük a hangfrekvenciák tartományát két pont között. Az oktáv egy frekvenciaszám megkétszerezése vagy felezése. (100 Hz, 200 Hz, 400 Hz stb.)

Amikor egy oktávonként -6 dB-es vágási határértékkel rendelkező keresztváltóra utalunk, akkor az a kimenet további 6 dB-lel csökkenni fog az előző frekvencia minden duplájára.

Példa:-6dB @ 1KHz, -12dB @ 2KHz, -18dB @ 4KHz, -24dB @ 8KHz, -32dB @ 16KHz, legfeljebb 20KHz.

Melyek a leggyakoribb és legjobb crossover lejtők?

A crossovereket általában úgy tervezték, hogy jó kompromisszumot adjanak a bonyolultság, az ár és a hangminőség között. Bár azt gondolhatná, hogy „minél magasabb rendű, annál jobb” mindig igazad van, a dolgok bonyolultabbá válnak, ha túllépsz a 2. vagy 3. sorrendű terveken.

Általánosságban elmondható, hogy a -12 dB-es keresztezési lejtő gyakran a legjobb választás, és a legtöbb hangsugárzórendszerhez jól működik. A mélynyomó általában nagyon jól szól 12 dB vagy 18 dB meredekséggel.

Ennek egyik oka az, hogy viszonylag megfizethető és egyszerű kialakítású, de még mindig jó vágási képességet biztosít. Ez kiválóan működik egy- vagy kétutas hangszórók esetén.

Általában a leggyakrabban használt lejtők a következők:

• -6 dB
• -12 dB
• -18 dB

Az elektronikus és a 2-utas hangszóró keresztezők jellemzően -12 dB.

Mi az a kétutas hangszóró?

Gyakori kétutas hangsugárzók, amelyek az autós vagy otthoni hangsugárzórendszerekben találhatók. Nagyon hasonlóak, kivéve, hogy az otthoni sztereó hangszórókat általában hangszóródobozban helyezik el, míg az autó hangszóróit külön is felszerelheti.

Mik azok a kétutas hangszórók?

Mik azok a kétutas hangszórók?

• A kétutas hangsugárzórendszerek két meghajtót használnak a teljes hangtartomány jobb minőségű előállításához. A sztereó erősítőből származó hangot egy 2-utas hangszóró keresztező osztja fel a hangszórók között.
• A kétutas hangszórók a legelterjedtebb típusok a világon, és sokuk alacsony költséggel és nagyszerű hangzással rendelkezik.
• A magassugárzó magas frekvenciákat, a mélysugárzó pedig a zene közép- és mélyhangjait állítja elő.
• Míg a crossover típusa modellenként eltérő, rendkívül gyakori a másodrendű crossover, amelynek meredeksége oktávonként -12 dB. Ezzel elkerülhető a fáziseltolás nevű probléma is ami más kialakítással is megtörténhet.

Minden hangsugárzónak csak olyan hangtartománya van, amelyet jól tud produkálni:

• A magassugárzók csak magas frekvenciákat kapnak – jellemzően 3 kHz körüli és afeletti.
• A mélysugárzók csak alacsonyabb frekvenciákat fogadnak – jellemzően 3 kHz körüli és az alatti frekvenciákat.

A használt keresztezési frekvencia a tervezési igényektől függően változik, így nincs olyan, amely minden esetben működik. Ezenkívül a megfelelő impedanciával (Ohm-értékkel) kell használni azokat a hangszórókhoz, amelyekhez tervezték.

A koaxiális hangszórók is kétutas hangszórók. Valójában az itt bemutatott példában a hangszóró hátulján keresztváltókat láthat. Csakúgy, mint a különálló keresztváltók, az alacsonyabb frekvenciák a nagy mélysugárzóhoz, a magasak pedig a magassugárzóhoz kerülnek.

Az eredmény egy teljes hangtartomány torzítás vagy gyenge teljesítmény nélkül, amelyet akkor kap, ha ugyanazt a tartományt csak 1 hangszóróban próbálja lejátszani. Más szóval, a kétutas hangszóró tiszta, részletgazdag hangzást biztosít, amelyet egyébként nem kapna meg.

Sok esetben nem feltétlenül lesz szükség drága alkatrészekre vagy hangszórókra a kiváló hangzás érdekében. Még a pénztárcabarát 2-utas hangszórók is nagyon szépen szólnak!

Mi a jó keresztezési frekvencia?

Az igazság az, hogy nincs olyan tökéletes keresztezési frekvenciakészlet, amely minden hangsugárzónál működne. Sok mindentől függ. Íme azonban néhány a leggyakoribb frekvenciák közül, amelyek sok esetben jól működnek.

Ennek alapja a legtöbb otthoni vagy autós audiorendszer igénye, valamint a saját hangszórótervezési és telepítési tapasztalataim.

Milyen keresztezési frekvenciát használjak?

Ajánlott keresztezési frekvencia táblázat

Hangszóró/rendszertípus	Crossover Freq. &Típus
Mélynyomók	70-80 Hz (aluláteresztő) – A legjobb a tiszta, tiszta basszushangzáshoz, amely „üti”.
Az autó fő hangszórói (teljes tartomány)	56–60 Hz (nagy áteresztő) – blokkolja az alacsony kategóriájú mélyhangokat, amelyek torzítást okoznak, vagy a hangszórók „alul” vannak.
Magassugárzók vagy kétutas hangszórók	3-3,5 KHz (magas áteresztő vagy magas/aluláteresztő) – A legtöbb kétutas vagy egyirányú (magassugárzós) keresztezés ehhez közeli frekvenciát használ
Középhang/mélysugárzó	1K-3,5KHz (alááteresztő) – A mélysugárzók és sok középkategóriás hangsugárzó nem teljesít túl jóval ennél az általános tartománynál.
3-utas rendszer	500 Hz és 3,5 KHz (mélysugárzó/magassugárzó keresztezési pontok) – A kétutas rendszerekhez hasonlóan a felső frekvencia ugyanaz lenne.

Miért fontos a crossover a jó mélyhangsugárzóhoz

A passzív mélysugárzó-crossover teljesítménye nem felel meg az elektronikusnak, ha kiváló basszust szeretne.

Gondolkoztál már azon, hogy egyesek hogyan rendelkeznek tiszta, ütős basszussal az autójukban, vagy miért szól olyan jól a házimozi mélynyomója? Ez a mai elektronikus crossoverek miatt van. A teljes tartományú hangsugárzókkal ellentétben a mélysugárzó különösen érzékeny a gyenge hangzásra, ha megengedik, hogy a középfrekvenciák is játsszanak rajta. A hallott tiszta basszushanghoz jó átmenet szükséges.

Egy igazi mélynyomó meglehetősen korlátozott frekvenciaátvitellel rendelkezik (általában körülbelül 20-100 Hz), ezért fontos, hogy a legtöbbet hozzuk ki belőlük.

Bár lehet elég tisztességes basszushangzást elérni egy nagy, terjedelmes és néha nehezen megtalálható induktoros aluláteresztő kártyával, ezek gyakran közel sem hangzanak olyan jól, mint egy elektronikus crossover jobb levágással, amely képes blokkolni a hangokat. az ének és a magas hangok.

Egyesek tartalmaznak basszuskiemelés funkciót is, amely extra ütést ad, ha nagyobb ütésre vágyik – ez passzívnál egyszerűen nem lehetséges. A nagy teljesítményszinteket sem tudják kezelni hatalmas és drága induktortekercs nélkül.

Hogyan használjunk keresztváltót a hátsó feltöltéshez

Az egyik probléma a hátsó hangszórókat használó sztereó hangrendszerrel az, hogy a hátsó csatornák „húzhatják” a sztereó képet maga mögé, és elsárosíthatják a hangot. Ennek az az oka, hogy a magasabb hangokat jelzésként használják agyunk számára, hogy tudja, honnan jönnek. Ez az egyik oka annak, hogy hajlamosak inkább elöl, mint hátra fordítani a fader vezérlőt.

Amikor a fülünk hallja, hogy elölről és érkezik hátul, gyakran nem hangzik egészen jól. A térhatású hangot játszó térhatású hangrendszerekben ez nem jelent problémát, mivel már kifejezetten a kiváló hangzás érdekében van keverve. A sztereó hanggal rendelkező műholdas hangszórókészlet használata azonban gyorsan megmutatja a problémát.

A saját autója vagy otthoni rendszerének jobb hátsó feltöltése érdekében egy egyszerű trükk az aluláteresztő szűrő használata, amely blokkolja a közép- és magas értékeket. Próbáljon ki valami 1KHz-es vagy 500Hz-es aluláteresztőt, és nézze meg, mit gondol!

Ajánlott olvasmány

Nagyon ajánlom a híres Hangszóró tervezési szakácskönyvet. Ez egy kiváló információforrás, beleértve a képleteket, amelyek segítségével saját profi szintű autós vagy otthoni audioprojektjeit készítheti el. Tapasztalatból beszélek!

Néhány nagyszerű barkácsprojektért és áramkörért tekintse meg az Elliot Sound Products oldalát.

További nagyszerű cikkek

• További információ a hangszóró keresztezési frekvenciájának meghatározásáról.
• Itt található egy útmutató az autós hangsugárzó-keresztezések telepítéséhez és bekötéséhez.
• További részleteket szeretne? Mi az FC keresztfrekvencia, és miért számít?
• Mi a jó keresztfrekvencia a gondozáshoz vagy az otthoni hanghoz?
• Ismerje meg, hogyan állíthatja be az autós audiorendszer keresztezési frekvenciáit.