Passzív és aktív keresztező hálózatok
A hangszóró teljesítményének optimalizálása érdekében a hangszórónak azon a frekvenciatartományon belül kell működnie, amelyre tervezték. A mély- vagy mélysugárzó nem képes pontosan reprodukálni a magas frekvenciákat. A magassugárzó önmagát megsemmisíti, ha arra kéri, hogy próbálja meg lejátszani a basszusfrekvenciákat. Emiatt a legtöbb járműben három- és négyutas hangszórórendszert használunk. Ez crossover hálózatok használatát jelenti.
A crossover célja a rajta áthaladó frekvenciák felosztása. Derékig elmélyülünk az autós audiorendszer-komponens hangszórókészletekben általánosan használt crossoverek előnyeiben és hátrányaiban.
A passzív keresztező hálózat működése
A passzív keresztező hálózat egy alkatrész vagy komponensek csoportja, amelyet az erősítő és a hangszóró közötti hangszóróvezetékekre szerelnek fel. Ezeknek az alkatrészeknek a viselkedése csillapítja a hangszóróhoz jutó jel egy részét. A passzív hálózatokban általában négy komponenst használnak:kondenzátorokat, induktorokat, ellenállásokat és védelmi eszközöket.
Ezen komponensek kombinációja és konfigurációja aluláteresztő, felüláteresztő vagy sáváteresztő szűrőhálózat létrehozására szolgál. Az ellenállásokat az eszközök kimenetének csillapítására használják, vagy néha a Zobel hálózatnak nevezett frekvenciafüggő impedancia korrekciós áramkör részeként. Egyes gyártók izzókat, diódákat vagy valamilyen pozitív hőmérsékletű ellenállást alkalmaznak, hogy korlátozzák a magassugárzó által kapott feszültséget. Teljesen passzív aktív hálózatok állnak rendelkezésre (de ez hosszú volt idővel ezelőtt).
Hogyan működik az aktív crossover
Az aktív keresztváltó olyan eszköz, amely az erősítő előtt módosítja az audiojelet. Csak vonalszintű vagy előerősítő jeleken működik. Az aktív keresztezők egyesítik az op-erősítőket, ellenállásokat és kondenzátorokat, hogy megváltoztassák a jel különböző frekvenciatartományait. Ellentétben a passzív hálózatokkal, az aktív keresztezőket úgy lehet megtervezni, hogy növeljék a jelszintet, de csak tápellátású szűrők esetén. Az aktív hálózatok gyakran más funkciókat is tartalmaznak, például távvezérlőket és basszuskiemelő áramköröket.
A passzív crossoverek előnyei
Érdemes megjegyezni, hogy minden passzív hálózatot úgy terveztek, hogy egy adott hangszóró meghatározott frekvenciáján működjön. Ha módosítja a hangszórót, a szűrő nem reagál ugyanúgy. Bizonyos esetekben, ha a hangszóró impedanciája jelentősen eltér attól, amelyre a hálózatot tervezték, a hangszóró megsérülhet, vagy a hálózat egyes részei megsérülhetnek.
A passzív hálózatok használata egyszerű. Vezessen egy vezetéket az erősítőtől a hálózat bemenetéhez, majd csatlakoztassa az egyes hangszórókat a kimenethez. Azon kívül, hogy a hálózatot száraz, rázkódástól mentes helyre szereli fel, nagyjából ennyit kell figyelembe vennie.
Egyes passzív hálózatok tartalmaznak valamilyen kimeneti szintű csillapítást. A legtöbb két- vagy háromállású kapcsolót használ. Vannak, akik jumpert használnak. Egy rendkívül csúcskategóriás hálózat tartalmazhat változtatható L-padot vagy potenciométert az extrém finomhangolási lehetőségekhez.
A passzív crossoverek lehetővé teszik egyetlen erősítőcsatorna teljesítményének megosztását két különböző hangszóró meghajtásához. Kevesebb erősítőcsatorna drasztikusan csökkentheti a rendszer költségét, mivel csak egy pár erősítőcsatorna szükséges a teljes hangszórókészlet működtetéséhez.
A passzív keresztezések korlátai
Mivel a passzív keresztező hálózatot egy meghatározott frekvenciára tervezték, az alkatrészek kiválasztása és összeszerelése után nincs mód a frekvencia megváltoztatására új vagy további alkatrészek bevezetése nélkül.
A passzív crossover tervezése meglehetősen bonyolult lehet. A legegyszerűbb hálózatok néhány alapvető feltevésre támaszkodnak az egyes hangszórók impedanciájával kapcsolatban a keresztezési frekvencián. Nehéz olyan hálózatot tervezni, amely kompenzálja a hangsugárzók mozgása során keletkező összetett reaktív terhelést. Ehhez számítógépes modellezőszoftverre van szükség, valamint egy módszert a hangszóró impedanciájának és frekvenciaválaszának mérésére a különböző meghajtószinteken.
A kiváló minőségű passzív crossovereket a mélysugárzó és a magassugárzó közötti meghatározott távolságra és szögre tervezték. Ha a hálózatot úgy tervezték, hogy a hangszórók távol legyenek egymástól, a hangszórók egymáshoz közeli mozgatása a jelek hibás összegzését eredményezi. Még a hangszóró szögének megváltoztatása is drámai hatással lehet a frekvenciamenetre a keresztezési ponton.
A passzív crossover hálózatoknak korlátozottak a kezelhető teljesítményük. Az induktorban létrehozott mágneses mezőknek van határa. A kondenzátorra adott feszültségnek is van határa. A crossover hálózatok túlmelegedhetnek és meghibásodhatnak, ha túl sok áramot küldenek rájuk.
A passzív crossover hálózatok energiát fogyasztanak. A passzív hálózattal rendelkező hangszórórendszer használata nem olyan hatékony, mint az aktív szűrőhálózat használata. A keresztező hálózat általános hatékonysága annak összetettségétől és a hálózatban használt komponensek minőségétől függ.
A passzív crossover hálózatok némileg érzékenyek a zajra. Ha egy váltóáramú jellel ellátott vezetéket az induktor mellett vezet el egy passzív hálózatban, a hálózat könnyen felveheti ezt a jelet, és hozzáadhatja az audiojelhez. Fontos, hogy biztonságos helyet válasszunk a passzív keresztező hálózatok felszereléséhez.
Az aktív keresztváltók előnyei
A legtöbb aktív crossover hálózat állítható. Ez azt jelenti, hogy egy gomb elforgatásával vagy egy kapcsoló mozgatásával megváltoztathatja a keresztezési frekvenciát. Ez a rugalmasság teszi az aktív crossovereket alkalmassá szinte bármilyen hangszórórendszerrel való használatra. A legtöbb aktív crossover szintszabályzót is tartalmaz, így könnyen finomhangolhatja a közép- és magassugárzó szintjét, hogy kompenzálja a különböző rögzítési helyeket.
Az aktív keresztezőket nem érdekli, hogy milyen erősek az erősítők, mert feldolgozzák a jelet, mielőtt az bejutna az erősítőbe. Az aktív crossoverek szintén nem túl érzékenyek a hőmérséklet-ingadozásokra, így mindig nagyon pontosak lehetnek. Ha egy aktív keresztező rendszerben az erősítő csatornáinak egyike megszakad, a torzítás csak arra az egyetlen csatornára lesz hatással.
Az aktív crossoverek kihívásai
Mivel az aktív keresztváltók univerzális kialakításúak, a keresztezési frekvenciák pontos beállítása kihívást jelenthet. A potenciométereken lévő címkék köztudottan pontatlanok. A legtöbb aktív crossover fix csillapítási meredekséggel rendelkezik. Ezeket a meredekségeket nem módosíthatja a válaszjellemzők vagy az elhelyezési eltérések kompenzálására. Hacsak a hangsugárzó gyártója nem biztosítja, vagy ha nagy tapasztalattal rendelkezik a hangsugárzókészlet elektromechanikus és akusztikus válaszának mérésében, nehéz lehet tudni, hogy milyen frekvencián kell keresztezni a hangszórókat. Túl alacsony, és megsérülhet a magassugárzó. Túl magas, és torzítást kap a középtartományból. Sok hangsugárzó-kombináció megköveteli a keresztezési frekvenciák túl- vagy alullapolását is, hogy egyenletes hangot adjon.
Az aktív keresztezéshez minden hangsugárzóhoz külön erősítőcsatorna szükséges. Ezek az extra csatornakövetelmények növelhetik a rendszer tervezésének költségeit.
A tökéletes megoldás
Ha a költségvetésnek nincs korlátja, az ideális crossover megoldás egy hangsugárzókészlethez egy aktív crossover digitális hangszóróval A szűrést végző hangprocesszor. A DSP állítható keresztezési frekvenciákat kínál, a legtöbb pedig állítható keresztezési lejtőket és igazításokat.
Nem számít, mit választ, érdemes eltölteni egy kis időt a nagy felbontású RTA-val, hogy megbizonyosodjon arról, hogy rendszere a lehető legsimább, leglaposabb válaszre van beállítva a keresztezési frekvencián.