Поставил процессор, открыл вкладку кроссовера и завис: Баттерворт, Линквиц, 12 или 24 дБ/окт, где резать? Давай по-простому. Представь регулировщика на перекрёстке: низкие частоты он отправляет налево, к мидбасу, высокие направо, к твитеру. Ни один динамик не играет весь диапазон одинаково хорошо, поэтому кто-то должен раздавать полосы. Этот регулировщик и есть кроссовер, а то, насколько резко он «перекрывает дорогу», называется наклоном фильтра.
Кроссовер - это набор фильтров (HPF и LPF), который делит сигнал на полосы для разных динамиков. Бывает пассивным (катушки и конденсаторы после усилителя) и активным (в процессоре до усилителя).
Что значит «дБ на октаву»?
Наклон (крутизна) фильтра - это скорость ослабления сигнала за пределами полосы пропускания. Её меряют в децибелах на октаву (дБ/окт): на сколько дБ падает уровень, когда частота уходит от точки среза вдвое. Октава - это удвоение (или деление пополам) частоты: 1 → 2 кГц, 3 → 1,5 кГц.
В нашей аналогии это плавность шлагбаума. Пологий наклон: шлагбаум опускается медленно, и часть «чужих» частот ещё долго проезжает. Крутой перекрывает почти сразу.
| Порядок | Крутизна | Фазовый сдвиг |
|---|---|---|
| 1-й | 6 дБ/окт | 90° |
| 2-й | 12 дБ/окт | 180° |
| 3-й | 18 дБ/окт | 270° |
| 4-й | 24 дБ/окт | 360° |
Каждый порядок добавляет 6 дБ/окт крутизны и 90° фазового сдвига. Бывают наклоны и круче, но за них платят фазой.
Пример на твитере
Возьмём ESB 9.1T-28 с Fs 900 Гц и отрежем его HPF на 3 кГц. От 3 кГц до 900 Гц примерно 1,74 октавы. Грубая оценка по асимптоте, насколько сигнал на резонансе будет ослаблен относительно полосы:
| Наклон | Ослабление на 900 Гц (≈) |
|---|---|
| 6 дБ/окт | ≈ 10 дБ |
| 12 дБ/окт | ≈ 21 дБ |
| 18 дБ/окт | ≈ 31 дБ |
| 24 дБ/окт | ≈ 42 дБ |
Отсюда понятно, почему с пологим наклоном твитер приходится резать выше: резонанс «пролезает» через фильтр. Реальная кривая у точки среза идёт мягче асимптоты, так что это прикидка, а не расчёт.
У меня в Mark X эти же ESB 9.1T-28 режутся около 2,5 кГц, и там стоят фильтры 4–6 порядка. По замеру они играют без искажений примерно от 1,5 кГц, так что запас до раздела есть. С пологим 6 дБ/окт на такой частоте я бы их не оставил.
Какой тип фильтра выбрать: Баттерворт, Линквиц-Райли или Бессель?
Одного наклона мало: важно, как две полосы складываются на частоте раздела. Регулировщику нужно, чтобы на стыке не было ни пробки (горба), ни пустой дороги (провала).
| Тип | Особенность |
|---|---|
| Баттерворт | Самый ровный в полосе; на разделе −3 дБ, сумма часто даёт горб |
| Линквиц-Райли | На разделе −6 дБ, полосы складываются ровно; LR4 считается стандартом автозвука |
| Бессель | Самая плавная фаза и групповая задержка, мягкий перегиб |
На какой частоте делать раздел?
- Внутри ровного участка АЧХ обоих динамиков.
- С запасом выше Fs верхнего динамика и ниже излома нижнего.
- С учётом направленности: на разделе динамики должны рассеивать похоже.
- С учётом места установки: у далеко разнесённых динамиков раздел лучше ниже.
Где чаще всего ломают стык
- Ставить на твитер пологий наклон и низкий раздел. Резонанс проходит через фильтр.
- Гнаться за наклонами 36–48 дБ/окт «для чистоты» и получить проблемы с фазой на стыке.
- Доверять расчёту и не проверять сумму измерением. Для SQ используй активный кроссовер, начни с LR4, а задержку и полярность подстрой так, чтобы на разделе не было провала.
Другое мнение
S. Linkwitz: «Crossover filters of higher order than LR4 are probably not useful, because of an increasing peak in group delay around f0», то есть «фильтры кроссовера выше LR4, вероятно, бесполезны из-за растущего пика групповой задержки около частоты раздела».
Мы называем LR4 стандартом и допускаем более крутые наклоны. Линквиц считает, что круче LR4 идти обычно незачем. Он же напоминает: электрический фильтр даёт расчётную акустическую характеристику, «только если динамики ровные и имеют широкое перекрытие. Так бывает редко». Поэтому итоговую сумму нужно проверять измерением, а не расчётом.
Источник: Linkwitz Lab: Active filters.
Перед первой настройкой раздела люди обычно уточняют ещё четыре вещи.
Активный кроссовер делит полосы в процессоре до усилителя, и каждый динамик получает свой канал усиления. Пассивный стоит после усилителя и собран из катушек и конденсаторов. В активном частоту, наклон и тип фильтра меняют мышкой и добавляют задержки, а пассивный жёстко рассчитан под конкретные динамики. Для SQ почти всегда выбирают активный, через звуковой процессор.
Частота среза фильтра - точка, от которой отсчитывают его работу, и уровень на ней зависит от типа. У Баттерворта на частоте среза −3 дБ, у Линквица-Райли −6 дБ, у Бесселя положение точки зависит от реализации в процессоре. Поэтому одинаковые 2,5 кГц у фильтров разного типа дают разный уровень на стыке.
У фильтров второго порядка, 12 дБ/окт, ветви ФНЧ и ФВЧ на частоте раздела сдвинуты по фазе на 180°. При одинаковой полярности они вычитаются, и на стыке появляется провал. Поэтому при LR2 один из динамиков, обычно твитер, переворачивают по полярности, и сумма становится ровной. У LR4 сдвиг 360°, и полярность обычно оставляют одинаковой.
Асимметричный кроссовер с разными наклонами на ФНЧ и ФВЧ встречается часто и вполне рабочий. Твитер режут круче, чтобы защитить резонанс, а нижний динамик положе, если у него ровная АЧХ выше раздела. Расчётной ровной суммы у такой пары нет, поэтому стык подбирают задержкой и уровнем по замеру, проверяя, что на разделе нет провала.
Кривой стык полос на соревнованиях слышен как «дыра» или выпирающая область в тональном балансе. А ещё как инструмент, который «разъезжается» по сцене, когда его играют два динамика с разной фазой. Разобраться с фильтрами на практике поможет шаг «Настройка системы», базу даст «Изучаем теорию».
Не можешь выбрать между 12 и 24 дБ/окт для своего твитера? Покажи замер в Telegram-чате, посмотрим на стык вместе.
Источники
- S. Linkwitz, «Active Crossover Networks for Noncoincident Drivers», JAES, 1976
- S. P. Lipshitz, M. Pocock, J. Vanderkooy, «On the Audibility of Midrange Phase Distortion in Audio Systems», JAES, 1982
- А. П. Ефимов, А. В. Никонов, М. А. Сапожков, В. И. Шоров, «Акустика. Справочник», 1989
См. также: Linkwitz-Riley, Butterworth, HPF.