Разделительный фильтр (кроссовер) акустической системы представляет собой встроенную в ее корпус электронную схему, которая разделяет частотный спектр поступающего сигнала на различные диапазоны частот, и каждый диапазон подает на соответствующую головку: басы — на НЧ-головку, средние частоты — на СЧ-головку, высокие — на ВЧ-головку (в трехполосном громкоговорителе). Рис. 7-21 иллюстрирует процесс фильтрации сигнала.

Разделительный фильтр содержит в своем составе конденсаторы, катушки индуктивности и резисторы. Эти элементы фильтруют широкополосный сигнал, поступающий на громкоговоритель, обеспечивая необходимую частотную характеристику фильтра для каждой головки, используемой в громкоговорителе. Разделительный фильтр можно увидеть на рис. 7-18, приведенном ранее.

Основными параметрами разделительного фильтра являются частота среза и крутизна затухания. Частота среза — это частота, на которой происходит передача сигнала от одной головки на другую — например, от НЧ- на СЧ-головку. Крутизна затухания разделительного фильтра — это скорость, с которой происходит спад амплитудно-частотной характеристики фильтра при переходе из полосы пропускания в полосу задерживания. Крутизна показывает, насколько быстро происходит ослабление выходного сигнала — выше или ниже частоты среза. Например, разделительный фильтр
первого
порядка имеет крутизну 6 дБ/окт, это означает, что подаваемый на головку сигнал уменьшается вдвое (на 6 дБ), когда частота сигнала становится на одну октаву выше частоты среза. Если схема разделительного фильтра НЧ-головки имеет частоту среза 1 кГц, то спад сигнала (ослабление, снижение уровня), равный 6 дБ при повышении частоты на одну октаву, будет на частоте 2 кГц. Другими словами, НЧ-головка получит сигнал с частотой 2 кГц, но уровень этого сигнала будет уменьшен на 6 дБ. Фильтр первого порядка с крутизной 6 дБ/окт характеризуется самым медленными постепенным спадом сигнала.

Следующая разновидность фильтра — это фильтр
второго
порядка, имеющий крутизну спада 12 дБ/окт. Используем предыдущий пример: при частоте среза равной 1 кГц, сигнал с частотой 2 кГц все-таки попадет на НЧ-головку, но окажется ослабленным на 12 дБ (в четыре раза). Разделительный фильтр третьем порядкаимеет крутизну 18 дБ/окт, а фильтр четвертого порядка характеризуется очень большой крутизной, равной 24 дБ/окт. Возьмем все тот же пример: фильтр четвертого порядка с частотой среза 1 кГц пропустит сигнал с частотой 2 кГц на НЧ-головку, но амплитуда сигнала уменьшится на 24 дБ (т. е. в 16 раз).

Типичные значения частоты разделения кроссовера двухполосной акустической системы громкоговорителя лежат в диапазоне между 1 кГц и 2,5 кГц. У трехполосной акустической системы частоты разделения фильтра могут равняться 800 Гц и 3 кГц. НЧ-головка воспроизводит сигналы с частотами до 800 Гц,

СЧ-головка обеспечивает полосу частот между 800 Гц и 3 кГц, а ВЧ-головка воспроизводит частоты выше 3 кГц.

Учтите, что действительная акустическая крутизна характеристики разделительного фильтра, измеренная по выходному акустическому сигналу головок, может отличаться от электрической крутизны. Если на головку поступает сигнал с частотой, близкой к частоте среза ее собственной частотной характеристики, этот собственный спад добавляется к электрическому. Например, НЧ-головка, у которой собственный спад наблюдается выше частоты 1 кГц с крутизной 6 дБ/окт, будет воспроизводить акустический спад, равный 12 дБ/окт, после среза управляющего сигнала на частоте 1 кГц разделительным фильтром с крутизной 6 дБ/окт.

Крутизна разделительного фильтра — один из главных вопросов, который приходится решать при проектировании. Малая крутизна фильтра первого порядка дает меньшую фазовую погрешность в области раздела между двумя головками. Они работают синфазно как на частоте разделения, так и в стороне от нее. Поэтому звуки, воспроизводимые разными головками, совпадают по фазе. Фильтр четвертого порядка, наоборот, может создать большой фазовый сдвиг между головками; акустический сигнал отдельных головок возникает с небольшой разницей по времени. У акустических систем с разделительными фильтрами второго порядка обмотку ВЧ-головок обычно включают с противоположной полярностью, чтобы нейтрализовать задержку по фазе разделительного фильтра и обеспечить правильную полярность акустического сигнала.

У простых разделительных фильтров первого порядка традиционно лучшие временные характеристики, чем у более сложных фильтров повышенного порядка. Однако фильтры первого порядка создают значительное наложение сигналов смежных частотных полос. Существует относительно широкая полоса частот, в пределах которой как НЧ-, так и СЧ-головка создают соизмеримое звуковое давление и их сигналы накладываются друг на друга. Это может вызвать провалы в частотной характеристике, если расстояние от ушей слушателя до каждой из головок различны. Выходные акустические сигналы двух головок при наложении вызывают вредную интерференцию, увеличивающую неравномерность амплитудно-частотной характеристики. Слушатель должен сидеть подальше от акустической системы с фильтрами первого порядка, чтобы дать звукам отдельных головок больше времени на объединение.

Вдобавок, при использовании разделительных фильтров первого порядка ВЧ-головка может оказаться перегруженной сигналами средних частот, находящимися в спектре ниже номинальной частоты среза. Всякий раз при уменьшении частоты вдвое, амплитуда возвратно-поступательного движения ВЧ-головки возрастает в четыре раза, например, на частоте 1 кГц, по сравнению с частотой 2 кГц, головка при одинаковом уровне управляющего сигнала будет смещаться в четыре раза сильнее. На частоте 500 Гц ее движение возрастет еще в четыре раза, если оно не будет ослаблено собственным резонансом ВЧ-головки. Несмотря на то, что при крутизне разделительного фильтра, равной 6 дБ/окт, амплитуда управляющего сигнала уменьшается вдвое при двукратном уменьшении

частоты, этого недостаточно, чтобы компенсировать четырехкратное естественное увеличение амплитуды движения головки. Результатом может стать понижение максимальной мощности системы. ВЧ-головка, управляемая чрезмерной энергией сигнала средних частот, может создать искажения, которые сделают звучание жестким и металлическим. Защитники разделительных фильтров высокого порядка утверждают, что все фазовые преимущества фильтров первого порядка обесцениваются нежелательным наложением сигналов смежных частотных полос и сопутствующей этому потенциальной перегрузкой головки. Разделительный фильтр четвертого порядка обеспечивает более четкие границы между частотными диапазонами отдельных головок.

Одним из критериев выбора частоты среза разделительного фильтра является направленность излучения отдельных головок — пространственное распределение излучаемого ими звука в зависимости от частоты. При увеличении частоты воспроизводимого головкой сигнала, диаграмма направленности сужается. Другими словами, басы излучаются одинаково хорошо во всех направлениях, а высокие частоты концентрируются в узкий луч. Размер головки и частоты среза разделительного фильтра выбираются таким образом, чтобы не было скачкообразного изменения направленности при переходе сигнала от одной головки к

другой. Поэтому вы не увидите 25-сантиметровую НЧ-головку, сопряженную с

ВЧ-головкой диаметром 2,5 см, — в таком варианте происходило бы заметное на слух изменение направленности.

Некоторые акустические системы можно подключить к усилителю мощности двумя кабелями, такая технология называется двухкабельным подключением. Громкоговоритель с двухкабельным подводом сигнала имеет отдельные секции разделительного фильтра для полосы высоких частот (ВЧ-головки) и полосы низких частот (НЧ-головки), а также две пары входных клемм. Вам всегда следует использовать преимущество двухкабельного подключения громкоговорителя. Это может существенно улучшить звучание акустической системы (более подробно о двухкабельном подключении — в главе 11).

Разделительные фильтры разных производителей сильно отличаются по качеству используемых компонентов. В дешевых громкоговорителях чаще всего используются катушки индуктивности с ферромагнитным сердечником. Более предпочтительны типы катушек без сердечника, — они больше по габаритам и дороже, но свободны от явления, называемого насыщеним материала сердечника, которое порождает нелинейные искажения. В дешевых моделях громкоговорителей используются электролитические, а не более дорогие пленочные конденсаторы. Электролитические конденсаторы иногда шунтируются полипропиленовыми или аналогичными высококачественными конденсаторами меньшей емкости. Шунтирование — это подключение параллельно с конденсатором большей емкости высококачественного конденсатора меньшей емкости. При этом сохраняются некоторые музыкальные особенности высококачественных конденсаторов, подкрепленные преимуществом в цене и размере электролитического конденсатора. Наконец, у некоторых акустических систем внутренняя проводка выполнена кабелем High-end-класса, а не типовым кабелем.