Što je frekvencija skretnice? Što radi crossover? Koristan vodič

Skretnice su važne za odličan zvuk audio sustava bilo u vašem domu, automobilu ili čak brodu. Ali što točno je frekvencija skretnice?

U ovom detaljnom postu objasnit ću što su, kako rade i još mnogo, mnogo više na način koji svatko može razumjeti. Započnimo!

Infografika – činjenice o audio crossoveru

Što je frekvencija skretnice? Što crossover radi?

Frekvencija skretnice i osnove skretnice sažeti

• Skretnice su električni ili elektronički sklopovi koji se koriste za promjenu ili odvajanje dolaznog glazbenog signala koji se šalje jednom ili više izlaza. Oni nude način slanja ispravnog raspona zvuka u zvučnik s frekvencijskim odzivom koji mu najviše odgovara. (Na primjer, visokotonci i niskotonci u 2-staznom sustavu zvučnika)
• Unakrsni filtar radi na principu pasivnih ili elektroničkih filtara za blokiranje niza zvukova u audio signalu.
• Frekvencija križanja je zvučna frekvencija koja djeluje kao granična točka za skretničke filtre. To je frekvencijska točka iza koje se signali smanjuju za 3 decibela (predstavljeno kao -3dB) i više dalje od te točke.
• Izlazi skretnice su rasponi signala koji mogu proći, kao što su visoki prolaz (niže frekvencije su blokirane) i niski prolaz (više frekvencije su blokirane)
• Postoje dvije vrste skretnica:aktivne (elektroničke) i pasivne (zvučničke) vrste. Obje se vrste vrlo često nalaze u kućnim, automobilskim i profesionalnim audio uređajima.

Oni su ključni dio dobre vjernosti zvuka. Zapravo, gotovo nikad nećete pronaći sustav zvučnika koji dobro zvuči i koji ne koristi jednu ili više vrsta skretnica.

Postoje 2 vrste skretnica koje ćete koristiti s kućnim ili automobilskim audiosustavom:

• Aktivna skretnica (elektronička)
• Pasivna skretnica (skretnica zvučnika)

Objašnjene frekvencije skretnice

Budući da visokotonci ne mogu proizvesti zvuk niske frekvencije, oni se izobličuju i čak se mogu oštetiti jakim basom. Kako bismo to spriječili, možemo blokirati neželjene zvukove. (Prikazana je tipična frekvencija koja se koristi na 3500 Hz [3,5 kiloherca]).

Frekvencija skretnice je frekvencijska točka zvuka na kojoj će zvukovi nakon toga biti znatno smanjeni, učinkovito ih blokirajući . Koristimo ga kao referentnu točku na kojoj se izlaz za zvučnik (ili ulaz za pojačalo, kada se koriste aktivne skretnice) smanjuje za 3 decibela (-3dB).

Ponekad se naziva kutna frekvencija ili granična frekvencija , koristi se kao početna točka u matematičkim izračunima za audio dizajn.

Što znači "frekvencija" zvuka?

Frekvencija glazbenog signala opisuje se brojem dovršenih alternativnih vala u sekundi.

Kada govorimo o "frekvenciji", mislimo na raspon zvukova koje ljudsko uho može čuti. Prema konvenciji, raspon od 20 do 20 000 herca (20 do 20 kiloherca ili 20 tisuća herca) koristi se za predstavljanje ovoga.

U stvarnosti, ljudsko uho može čuti samo do oko 30 Hz i blizu 16 kiloherca, iako to ovisi o sposobnosti sluha osobe.

Hertz se koristi za predstavljanje jedinica frekvencije u ciklusima u sekundi. To je zato što su zvučni valovi (kao i elektronički audio signali) sastavljeni od izmjeničnih valova koji se javljaju mnogo puta u sekundi.

“Hz”, “KiloHertz”, “kHz” su kraći načini pisanja (Kilo =tisuću).

Evo nekih od najčešćih raspona zvuka kod kojih skretnice pomažu:

• Bas: 20-100Hz ili tako nešto
• Srednjetonsko: (vokali, instrumenti i više) ~100Hz do oko 3Khz
• Visoki: (visokofrekventni zvukovi) Oko 3 KHz do 20 KHz

Kako funkcionira crossover? Što je skretnica zvučnika?

1. Osnove aktivne skretnice (elektroničke skretnice)

Tipičan primjer zasebne elektronske aktivne skretnice. Jedan set izlaznih priključaka daje izlaz visokopropusnog filtra za pojačalo za pogon visokotonaca ili para glavnih zvučnika. Drugi par je često izlaz skretnice subwoofera.

Unutarnja skretnica auto pojačala sastoji se od osnovnih elektroničkih komponenti:promjenjivih otpornika, čipova operacijskog pojačala, kondenzatora i otpornika fiksne vrijednosti. Oni su u suštini elektronički skretnice ugrađene u pojačalo, što štedi potrebu za zasebnom upotrebom.

Elektroničke skretnice se ponekad nazivaju i "aktivnim" skretnicama jer za razliku od skretnica za zvučnike trebaju izvor napajanja za rad. Dok se pasivne skretnice spajaju izravno na izlazne terminale veće snage pojačala, elektroničke skretnice rade samo s niskonaponskim signalima.

Spajaju se na linijske RCA utičnice ili, na primjer, stereo u automobilu, pojačalo za automobil ili kućni AV prijemnik.

Kako rade elektroničke skretnice

Lijevo:Tipično integrirani krug operacijskog pojačala (Op amp) (IC), Texas Instruments TL072. Desno:primjer niskopropusnog sklopa skretnice koji koristi operacijsko pojačalo za filtriranje visokofrekventnih zvukova.

Elektroničke skretnice mogu zvučati vrlo komplicirano (i jesu, barem na neki način), ali zapravo se temelje na prilično osnovnim načelima.

Oni rade pomoću različitih krugova elektroničkih filtara temeljenih na vrlo uobičajenoj elektroničkoj komponenti:operacijskom pojačalu ("operacijsko pojačalo"). Op-pojačala su sićušna višenamjenska pojačala koja su korisna za pojačavanje ili promjenu ulaznog signala na mnogo načina.

Oni se, zajedno s otpornicima i kondenzatorima, mogu koristiti za kontrolu glazbenog signala.

Shema tipične elektronske skretnice. U ovom slučaju, prikazan je lijevi stereo kanal ugrađenog sklopa skretnice Alpine auto pojačala.

Mogu se dizajnirati za promjenu načina rada s prekidačem. Često koriste podesive kotačiće otpornika kako bi omogućili promjenu granične frekvencije.

Nakon što se ulazni signal primijeni, dobit ćete sljedeće izlaze ovisno o vrsti:

• Visokopropusni filtar:Blokira niske frekvencije subwoofera iz visokotonaca ili iz glavnih zvučnika. To omogućuje veću glasnoću bez izobličenja jer mali zvučnici ne mogu dobro podnijeti jake basove.
• Niskopropusni filtar:blokira vokale i druge visokofrekventne zvukove koje niskotonac ili subwoofer ne mogu dobro reproducirati. Naziva se i LFE kanal za izlaz subwoofera kućnog prijemnika.
• Pojasni filtar:Pojasni filtar također je kombinacija drugoga – ograničava izlaz samo na srednje frekvencije (za upotrebu sa srednjotonskim drajverom).

2. Zvučničke (pasivne) skretnice

Gornje: 2-stazne komponentne skretnice za zvučnike automobilskih komponenti. Dolje: Kućna skretnica stereo zvučnika kakvu možete pronaći u kompletu zvučnika za police. Oba koriste kondenzatore i induktore za filtriranje i kontrolu zvuka koji se šalje u visokotonac, srednjetonac ili niskotonac.

Skretnice za zvučnike se ponekad nazivaju "pasivnim" skretnicama jer ne trebaju vanjski priključak za napajanje. Rade pomoću pasivnih komponenti:kondenzatora i induktora.

Skretnica zvučnika je električni krug koji koristi induktore i kondenzatore za filtriranje signala zvučnika i njegovu podjelu na 1 ili više izlaza. Izlazi ovise o frekvencijskom odzivu korištenih zvučnika.

Za razliku od elektroničkih skretnica, obično se spajaju na izlaze pojačala, a zatim žicom zvučnika na vaš set drajvera zvučnika, jedan za svaki kanal zvučnika.

Ovdje je prikazana skretnica 2-staznog zvučnika drugog reda. Induktori koriste simbol "L", a kondenzatori koriste "C". Tip "drugog reda" ima drugu fazu dijelova za učinkovitije filtriranje zvukova od dizajna prvog reda.

Kondenzatori i induktori imaju neka zanimljiva svojstva ovisno o frekvenciji signala koji se na njih primjenjuje:

• Kondenzatori imaju veći "otpor" (koji se naziva impedancija) na signal niske frekvencije od signala više. Što je frekvencija niža, to manje signala može proći.
• Induktori su zavojnice žice koje imaju veći otpor prema visokofrekventnom signalu od nižeg. Stoga filtriraju više zvučne frekvencije.

Kada se na kondenzator ili induktor primijeni signal koji prelazi frekvenciju skretnice, otpor se povećava, smanjujući izlazni napon zvučnika budući da se gubi preko kondenzatora ili induktora.

To znači da će zvučnik primati sve manje i manje signala zvučnika koji želimo blokirati što je frekvencija zvuka dalje od točke križanja. Vrijednosti dijelova biraju se prema impedanciji zvučnika (Ohmi) s kojom će se koristiti jer to utječe na njihovo ponašanje.

Napomena: Skretnice zvučnika mogu se koristiti samo s impedancijom zvučnika za koju su dizajnirane ili neće zvučati isto.

Na primjer, korištenje skretnice kućnog zvučnika od 8 Ohma s automobilskim zvučnikom od 4 Ohma neće raditi ispravno. To je zato što su vrijednosti dijela odabrane samo za jednu impedanciju. Kada to promijenite, to dramatično mijenja frekvenciju skretnice!

Skretnice zvučnika dizajnirane su na mnogo načina, ali sve imaju istu osnovnu strukturu dizajna – mijenjaju se samo detalji.

Također su često označeni nazivima kao što su "1. red", -6dB/oktavi, "2. red", -12dB/oktavi, i tako dalje. Dizajni 2. reda, 3. reda itd. koriste iste principe, ali s više stupnjeva ili "redova" dodanih kako bi bili još učinkovitiji u blok zvuku.

Što su decibeli i zašto ih koristimo za zvuk?

Skretnice (i puno druge audio elektronike i opreme) mjere se pomoću decibela. Decibeli ("dB") su prikladan matematički način rada s brojevima koji se pojavljuju kao potencije broja 10, za razliku od linearnih brojeva koji se pojavljuju u ravnoj liniji. Prikazan je primjer određivanja smanjenja izlaza skretnice u dB.

U stvarnom svijetu, mnoga mjerenja bave se stvarima koje se ne povećavaju ili smanjuju ravnomjerno ("linearno"), već krivulje ("nelinearno" ili logaritmi).

Ovdje vas neću zamarati teškom matematikom, ali mi koristimo decibele u svijetu zvuka kao matematički način za mjerenje glazbenih električnih signala. To je zato što se mnogo toga ne događa u ravnoj liniji, već u krivuljama.

Velik dio audiosvijeta radi s potencijama od 10 (logaritmi, kojih se možda sjećate na satu algebre). Stoga postoji potreba za načinom rješavanja toga - tu dobro dolazi dB reprezentacija.

I nisu samo skretnice one koje rade s decibelima, nego su čak i vaše vlastite uši logaritamske. To znači da način na koji naše uši percipiraju glasnoću radi na logaritamskoj ljestvici.

Što je križni nagib?

Dijagram koji prikazuje nagib ili strminu granice za najčešće tipove. Crossoveri imaju "naredbe" - to jest, 2., 3. ili više stupnjeva koji povećavaju njihovu sposobnost filtriranja neželjenih zvučnih frekvencija.

Nagib je strmina sposobnosti filtriranja crossovera. Drugim riječima, to je koliko je učinkovit nakon točke skretnice.

Nagibi, baš kao i frekvencija skretnice, kategorizirani su u smislu decibela (dB) po oktavi. Negativan simbol se koristi da pokaže da oni predstavljaju prigušenje ili smanjenje signala.

U audio svijetu obično mjerimo raspon zvučnih frekvencija između dvije točke pomoću oktave. Oktava je udvostručenje ili prepolovljenje frekvencijskog broja. (100Hz, 200Hz, 400Hz, itd.)

Kada govorimo o skretnici koja ima granicu od -6dB po oktavi, mislimo da će nastaviti smanjivati ​​izlaz za dodatnih 6dB za svako udvostručenje prethodne frekvencije.

Primjer:-6dB na 1KHz, -12dB na 2KHz, -18dB na 4KHz, -24dB na 8KHz, -32dB na 16KHz, do 20KHz.

Koje su najčešće i najbolje prijelazne staze?

Skretnice su obično dizajnirane da budu dobar kompromis između složenosti, cijene i kvalitete zvuka. Iako možda mislite da bi "što višeg reda, to bolje" uvijek budite u pravu, stvari postaju kompliciranije kada prođete dizajn drugog ili trećeg reda.

Općenito govoreći, nagib skretnice od -12dB često je najbolji izbor i dobro funkcionira za većinu sustava zvučnika. Subwoofer obično zvuči vrlo dobro s nagibom od 12 dB ili 18 dB.

Jedan od razloga je taj što ima relativno pristupačan i nekompliciran dizajn, ali još uvijek daje dobru sposobnost rezanja. Ovo odlično funkcionira i za pojedinačne zvučnike i za dvosistemske zvučnike.

Općenito, najčešće korišteni nagibi su:

• -6 dB
• -12 dB
• -18 dB

Skretnice elektroničkih i 2-staznih zvučnika obično su -12 dB.

Što je dvosmjerni zvučnik?

Uobičajeni dvosistemski zvučnici koje ćete pronaći u automobilskim ili kućnim sustavima zvučnika. Vrlo su slični osim što se kućni stereozvučnici obično stavljaju u kutiju zvučnika dok se zvučnici za automobile mogu instalirati zasebno.

Što su dvosmjerni zvučnici?

Što su dvosistemski zvučnici?

• Sustavi 2-staznih zvučnika koriste dva drajvera za proizvodnju cijelog raspona zvuka bolje kvalitete. Zvuk iz stereo pojačala dijeli se između zvučnika dvosistemskom skretnicom zvučnika.
• Dvosistemski zvučnici najčešći su tip na svijetu, a mnogi nude niske cijene uz odličan zvuk.
• Tweeter proizvodi visoke frekvencije, a woofer zvučnik proizvodi srednje i niske dijelove glazbe.
• Iako se tip skretnice razlikuje od modela do modela, skretnica drugog reda s nagibom od -12 dB po oktavi vrlo je česta. Također izbjegava problem zvan fazni pomak što se može dogoditi s drugim dizajnom.

Svaki zvučnik ima samo onaj raspon zvuka koji može dobro proizvesti:

• Visokotonci primaju samo visoke frekvencije – obično oko 3 KHz i više
• Vuferi primaju samo niže frekvencije – obično oko 3 KHz i niže

Frekvencija skretnice koja se koristi varira ovisno o potrebama dizajna, tako da ne postoji ona koja radi u svim slučajevima. Osim toga, moraju se koristiti s ispravnom impedancijom (Ohmi) za zvučnike za koje su dizajnirani.

Koaksijalni zvučnici također su dvosistemski zvučnici. Zapravo, u ovdje prikazanom primjeru možete vidjeti skretnice na stražnjoj strani zvučnika. Baš poput zasebnih skretnica, niže frekvencije usmjeravaju se na veliki niskotonac, a visoke se šalju na visokotonac.

Rezultat je cijeli raspon zvuka bez izobličenja ili loših performansi koje biste dobili kada pokušavate reproducirati isti raspon u samo 1 zvučniku. Drugim riječima, dvosistemski zvučnik nudi čist, detaljan zvuk kakav inače ne biste dobili.

U mnogim slučajevima nećete nužno trebati skupe komponente ili zvučnike da biste dobili odličan zvuk. Čak i jeftini dvosistemski zvučnici mogu zvučati vrlo lijepo!

Što je dobra skretnica?

Istina je da ne postoji savršen skup frekvencija skretnice koji funkcionira za svaki zvučnik. Ovisi o puno stvari. Međutim, ovdje su neke od najčešćih frekvencija koje dobro funkcioniraju u mnogim slučajevima.

Ovo se temelji na potrebama većine kućnih audio sustava ili audio sustava u automobilu, zajedno s mojim vlastitim iskustvom u dizajnu i postavljanju zvučnika.

Koju frekvenciju skretnice trebam koristiti?

Tablica preporučene frekvencije skretnice

Vrsta zvučnika/sustava	Frekvencija skretnice &Tip
Subwooferi	70-80 Hz (niskopropusni) – najbolje za čist, jasan bas zvuk koji "pogađa".
Glavni zvučnici automobila (puni raspon)	56-60Hz (visoki prolaz) – Blokira niske tonove koji uzrokuju izobličenje ili "izbacivanje zvučnika".
Visokotonci ili dvosistemski zvučnici	3-3.5KHz (visokopropusni ili visoki/niskopropusni) – većina 2-sistemskih ili 1-smjernih (visokotonci) skretnica koristi frekvenciju blizu ove
Srednjotonac/woofer	1K-3,5KHz (niskopropusni) – Wooferi i mnogi srednjotonski zvučnici ne rade dobro iznad ovog općeg raspona.
3-smjerni sustav	500Hz &3,5KHz (točke križanja Woofer/Tweeter) – Slično 2-staznim sustavima gornja frekv. bilo bi isto.

Zašto je skretnica važna za dobar bas subwoofera

Pasivna skretnica subwoofera ne može parirati performansama elektroničke ako želite odličan bas.

Jeste li se ikada zapitali kako neki ljudi imaju čist, jak bas u svom automobilu ili zašto vaš subwoofer kućnog kina zvuči tako dobro? To je zbog današnjih elektroničkih skretnica. Za razliku od zvučnika punog raspona, subwoofer je posebno osjetljiv na loš zvuk ako se kroz njega dopuštaju srednje frekvencije. Čisti bas zvuk koji ste čuli zahtijeva dobru skretnicu.

Pravi subwoofer ima prilično ograničen frekvencijski odziv (obično oko 20 do 100 Hz) pa je važno izvući maksimum iz njih.

Iako je moguće dobiti prilično pristojan zvuk basa korištenjem velike, glomazne i ponekad teško dostupne induktorske niskopropusne ploče, oni često ne zvuče ni približno tako dobro kao elektronička skretnica s boljim rezom koji može blokirati vokali i visoki tonovi.

Također, neki uključuju značajku pojačanja basa za dodavanje dodatne snage kada želite više buke - to jednostavno nije moguće s pasivnim. Oni također ne mogu podnijeti visoke razine snage bez ogromne i skupe induktorske zavojnice.

Kako koristiti skretnicu za punjenje straga

Jedan problem sa stereo zvučnim sustavom koji koristi stražnje zvučnike je taj što stražnji kanali mogu "povući" stereo sliku iza vas i zamutiti zvuk. To je zato što se viši zvukovi koriste kao signali našem mozgu da zna odakle dolaze. To je jedan od razloga zašto okrećete kontrolu za prigušivanje više prema naprijed nego prema natrag.

Kada naše uši čuju kako dolazi sprijeda i leđa, često ne zvuči baš kako treba. U sustavima surround zvuka koji reproduciraju surround zvuk, to nije problem budući da je već posebno miksan kako bi zvučao izvrsno. Međutim, korištenje satelitskog zvučnika sa stereo zvukom brzo će vam pokazati problem.

Kako biste dobili bolje stražnje punjenje u vlastitom automobilu ili kućnom sustavu, jednostavan je trik korištenje niskopropusnog filtera za blokiranje srednjih i visokih tonova. Isprobajte nešto poput niskog prolaza od 1KHz ili 500Hz i vidite što mislite!

Preporučena literatura

Toplo preporučujem poznatu Kuharicu za dizajn zvučnika. To je izvrsno izvor informacija uključujući formule koje možete koristiti za izradu vlastitog profesionalnog automobila ili kućnog audio projekta. Govorim iz iskustva!

Za neke izvrsne DIY projekte i sklopove, pogledajte stranicu Elliot Sound Products.

Još sjajnih članaka

• Naučite kako odrediti frekvenciju skretnice zvučnika.
• Ovdje je vodič za instaliranje i ožičenje skretnica automobilskih zvučnika.
• Želite više detalja? Što je frekvencija crossovera FC i zašto je važna?
• Koja je dobra skretnica za kućni audio?
• Saznajte kako postaviti frekvencije skretnice audio sustava automobila.