Kako določiti frekvenco križanja zvočnikov

Crossoverji so vsekakor lahko nekoliko zmedeni, ko poskušate doseči najboljši možni zvok. Zagotovo ne pomaga, da nekateri proizvajalci zvočnikov ne dajejo jasnih ali koristnih informacij!

V tem lahko razumljivem članku bom razložil:

• Pomembne osnove kretnic zvočnikov
• Kako določiti frekvenco križanja zvočnikov, ki jo potrebujete
• Kako ugotoviti frekvenco za številne vrste kretnic zvočnikov, ki jih želite uporabiti
• Priročne tabele križnih frekvenc, ki jih lahko uporabite takoj

Preberite, če želite izvedeti, kaj morate vedeti za boljši zvok.

Kaj počne kretnica zvočnikov? Zakaj so v pomoč?

Pretvorniki zvočnikov imajo več funkcij, katerih glavni cilj je izboljšanje kakovosti zvoka:

• Blokirajte neželene zvočne frekvence, ki jih zvočniki ne morejo dobro proizvesti (in povzročajo popačenje ali jih lahko poškodujejo).
• Razdelite glasbeni signal, da pošljete določene dele zvoka zvočniku, ki je za to najbolj primeren.

Na primer, visokotonci so občutljivi na nizke tone in ne morejo proizvajati srednjih frekvenc, zato jih ne želimo poganjati z nizkotonskimi zvočniki še posebej z visoko močjo. Crossover zvočnikov omogoča blokiranje tega škodljivega (in popačenega) basa.

Podobno druge vrste zvočnikov, kot so nizkotonci ali nizkotonci, zvenijo popolnoma grozno ko jih poganjaš z višjimi frekvencami, ki so najbolj primerne za visokotonec. Podobno lahko uporabimo nizkoprepustno kretnico za filtriranje (dejansko blokiranje) tega neželenega obsega zvoka za čist, prijeten zvok.

To je še posebej pomembno za nizkotonske zvočnike, saj so zasnovani in najbolje delujejo samo s čistimi basi. V tem primeru se uporabi nizkoprepustna kretnica in nastavi na nižjo mejno frekvenco, da dobite odličen zvok, ki ga imate radi.

Preklopi zvočnikov so zelo, zelo pogosti v mnogih domačih ali avtomobilskih sistemih zvočnikov, zlasti v omaricah z 2-steznimi zvočniki ali kompletih komponentnih zvočnikov.

Kako delujejo kretnice zvočnikov?

Zvočniške kretnice delujejo na zanimiv način, ki ga najdemo pri kondenzatorjih in induktorjih:

• Kondenzatorji lažje prepuščajo višje frekvence (z nižjo frekvenco se poveča njihovo nasprotovanje pretoku električne energije). To je posledica načela, imenovanega kapacitivna reaktanca.
• Induktorji lažje prepuščajo nižje frekvence (z večanjem frekvence se povečuje njihovo nasprotovanje pretoku električne energije). To je zaradi induktivne reaktanse.

Kondenzatorje in induktorje je mogoče uporabiti skupaj za ustvarjanje učinkovitejših filtrov ter razdelitev zvoka na obseg zvoka, ki ga proizvaja zvočnik. To je zelo pogosto pri dvosmernih sistemih zvočnikov za dom ali avtomobil.

S pomočjo matematičnih formul lahko oblikovalci kretnic izberejo prave vrednosti delov, ki so potrebne za določeno kretnico zvočnikov, ki je najbolj primerna za zvočnike, ki se bodo uporabljali.

Na primer, ko gredo nižje glasbene frekvence (nizki toni) skozi visokofrekvenčni filter, je skupni upor zelo visok, kar pomeni, da ima zvočnik zelo malo izhoda. Ko so prisotne višje frekvence, je upor veliko manjši in ti signali brez težav preidejo do zvočnika.

Zvočniki imajo različne razpone zvoka, za katere so najprimernejši, znani tudi kot frekvenčni odziv . Ta omejitev se uporablja pri oblikovanju križanj.

Kaj je točka križanja zvočnikov?

Točka križanja zvočnikov se običajno imenuje frekvenca križanja , pogosto zapisano kot »Fc .” Točka križanja zvočnikov je mejna frekvenca, nad katero zvočne frekvence ne morejo doseči zvočnikov.

V tehničnem smislu se frekvenca križanja določi z uporabo točke -3 decibelov (dB) iz izhoda križnega vezja. V smislu električne moči je točka zmanjšanja glasnosti 3 dB frekvenca, pri kateri se moč zvočnika zmanjša za 1/2.

Čez mejno frekvenco (točka -3dB) se bo izhod vedno bolj zmanjševal, bolj ko je zvočna frekvenca oddaljena od mejne vrednosti. Na primer za visokoprepustno kretnico -6 dB na oktavo, če je mejna frekvenca 1 kHz:

• Zvočnik bo imel izhod -3dB pri 1kHz.
• Na eni oktavi stran (500 Hz) bo izhod -6 dB.
• Pri frekvencah, ki so še bolj oddaljene, bo izhod skoraj 0 decibelov.

Crossoverji glede delovanja niso popolni

V popolnem svetu bi kretnice blokirale 100 % zvoka, za katerega ne želite, da doseže zvočnike čez to točko. Vendar križanci niso popolni. Oslabijo ali zmanjšajte izhod zvoka nad frekvenco križanja. Zaradi tega imajo rahlo ukrivljen naklon, ki si ga lahko ogledate na grafu.

Nagibi prehodov so opisani glede na njihovo strmino, ki opisuje, kako učinkoviti so pri blokiranju zvočnih frekvenc. Navedeni so v dB na oktavo in so vedno večkratniki 6 dB. To je zato, ker kretnice uporabljajo stopnje ali odseke, od katerih vsaka uporablja en sam kondenzator ali induktor z zmanjšanjem za 6 dB za vsak odsek.

Opomba: Oktava je način opisovanja določene točke ali obsega zvočnih frekvenc. Oktava je polovica ali dvojnik frekvence in so običajno označene s standardnimi frekvencami.

Primer:60Hz, 120Hz…1KHz, 2KHz itd.

Kaj so križanja 1., 2. in 3. reda?

Križnice višjega reda skupaj uporabljajo dodatne kondenzatorske in induktorske odseke, ki so "zloženi" za bolj učinkovito prekinitev. Križanje višjega reda uporablja nekoliko drugačno matematiko, vendar je osnovna operacija popolnoma enaka.

• Križnice -12 dB/oktave so nekatere najpogostejše in so dober kompromis med blokiranjem zvočnih frekvenc in ceno delov. Številni avtomobilski ali domači ojačevalniki z vgrajeno elektronsko kretnico ponujajo naklon 12 dB.
• Križnice -6dB/oktavo so minimalne za uporabo in niso tako učinkovite kot druge.
• Križnice -18 dB in višjih stopenj so veliko bolj strme v mejni vrednosti, vendar v mnogih primerih niso potrebne.

Ko gre za točko križanja samih zvočnikov, je to odvisno od več različnih stvari, kot boste videli spodaj.

Kako določiti križno frekvenco za zvočnike

Obstaja nekaj načinov, kako ugotoviti, katere kretniške frekvence morate uporabiti pri zvočnikih:

• Frekvenčni odziv zvočnika je naveden v specifikacijah, če je na voljo.
• Vrsta in velikost zvočnikov, ki jih imate (visokotonci ali nizkotonci, zvočniki z majhnim stožcem ali velikimi zvočniki itd.).
• Priporočila proizvajalca.

V mnogih primerih boste na koncu uporabili 2 ali več zgoraj navedenih stvari, da boste dosegli najboljše rezultate. Za lažje organiziranje bom spodnje informacije razdelil na 2 vrsti, odvisno od vrste uporabljene kretnice zvočnikov.

1. Iskanje kretniške frekvence za (inline) kretnice prvega reda

Blokatorji nizkih tonov, kot se imenujejo, so vrsta vgrajenih kretnic prvega reda (enostopenjskih), ki se uporabljajo z visokotonci ali manjšimi zvočniki za blokiranje nizkih tonov. Če ne poznate frekvence križanja, jo lahko izračunate sami z uporabo le malo matematike.

Križnice prvega reda uporabljajo en inline kondenzator ali induktor. Nekatere najpogostejše uporabe so:

• Uporaba vgrajenega kondenzatorja za visokotonce ali velikega kondenzatorja za blokiranje nizkih tonov za majhne zvočnike.
• Uporaba vgrajenega induktorja za filtriranje visokih tonov do srednjetonskega zvočnika.

Če želite ugotoviti, katero frekvenco potrebujete (ob predpostavki, da še ne veste, kakšna je), lahko začnete s preverjanjem frekvenčnega odziva zvočnika v specifikacijah. Težava je v tem, da proizvajalci zvočnikov včasih navedejo frekvence, ki jih zvočnik tehnično zmore proizvajajo, ne dejanskega razpona zvoka, ki ga lahko proizvedejo dobro.

Uporaba grafa frekvenčnega odziva

Ko imate na voljo graf frekvenčnega odziva, si lahko ogledate obseg zvoka, ki ga zvočnik lahko in ne more dobro proizvesti (na primer veliko nižjo glasnost zvoka na dnu prikazanega grafa). Izberite križno frekvenco stran od tega slabega razpona odziva.

Če imate srečo, da imate graf frekvenčnega odziva z zvočniki, ki jih želite uporabiti, si lahko ogledate območja, kjer imajo slab izhod. To so področja, ki se jim želite izogniti. Če želite to narediti, izberite frekvenco križanja stran od tega območja.

Iz zgornjega primera lahko vidimo, da ima prikazani visokotonec dober izhod nekje pod 2 kiloherca (2 kHz). Vemo, da bomo želeli izbrati frekvenco križanja, ki je vsaj 2 kHz ali več.

Uporaba priporočenih križnih frekvenc

Nekateri proizvajalci vključujejo priporočeno frekvenčno območje za uporabo. V tem primeru je to enostavno uporabiti kot vodilo. Za primer na zgornji sliki bi izbrali frekvenco prehoda vsaj 3,5 kHz, kar je zelo pogosto.

Na kaj morate biti pozorni

Na žalost mnogi proizvajalci navajajo frekvenčni odziv (razpon) zvočnikov glede na obseg zvoka, ki ga lahko proizvedejo, vendar ga ne proizvajajo dobro. Na primer:

• Majhni zvočniki polnega ali srednjega tona so lahko navedeni kot zmogljivi do 35 Hz (območje nizkih tonov). Vendar majhni zvočniki skoraj nikoli ne morejo dobro proizvesti nizkih nizkih tonov.
• Srednjetonski zvočniki ali nizkotonci za splošno uporabo so lahko navedeni kot podporni frekvenci visoko v območju visokih tonov (visokotoncev). Na primer 4 kHz ali celo višje. Vendar nizkotonski ali srednji bas zvočniki skoraj nikoli ne delujejo dobro pri visokih frekvencah.

V obeh primerih prezrite te nenavadne višje ocene frekvenčnega odziva in preverite graf odziva, če je na voljo.

Ker so nekatere frekvence križanja tako pogoste, sem naredil tabelo (navedeno spodaj, naslednji razdelek), ki vam olajša delo. V večini primerov jih lahko uporabite kot vodilo.

2. Iskanje frekvence kretnic za kretnice 2. reda ali višje (dvostezni ali večji sistemi zvočnikov)

V primeru 2- ali 3-steznih zvočniških sistemov je malo bolj zapleteno, vendar ne veliko. V tem primeru gre za kompromis med pravo kretnico za nizkotonca in visokotonec.

Pri 2- ali 3-steznih sistemih zvočnikov je prava križna frekvenca srednja točka, ki omogoča, da oba delujeta skupaj brez vrzeli v proizvedenem zvoku. Z drugimi besedami, želeli boste izbrati križno frekvenco, ki bo obema omogočila delovanje v optimalnem obsegu.

Primer kretnice dvosteznega zvočnika

Na zgornji sliki primera si lahko ogledate nekaj tipičnih zvočnikov skupaj z njihovim priporočenim obsegom uporabe. Za določitev križanca zvočnikov, ki ga potrebujemo, lahko izberemo enega, ki je kombinacija:

• Pod največjo priporočeno frekvenco za nizkotonec.
• Nad najmanjšo priporočeno ali določeno frekvenco za visokotonec.

V tem primeru, kot se pogosto zgodi, bi bila to sredina okoli 3000 Hertzov ali 3500 Hertzov. Uporabimo lahko enega ali drugega, saj so že pripravljeni deli križancev verjetno na voljo za nakup, kar olajša sestavljanje lastnega sistema zvočnikov.

3-stezni sistemi zvočnikov

3-stezni zvočniški sistemi so podobni 2-steznim z razliko, da je srednji (srednjetonski) crossover pasovnega tipa. Podobno kot pri kompletu 2-steznih zvočnikov bomo izbrali vmesno frekvenco kretnice v delovnem območju srednjetonca v primerjavi z visokotoncem in srednjetonca v primerjavi z nizkotoncem. (Glejte moja priporočila spodaj)

Kaj je dobra kretnica za zvočnike? Smernice in tabela

Dobra novica, da večina časa boste v redu z uporabo najpogostejših mejnih frekvenc, ki so navedene spodaj glede na velikost ali vrsto zvočnika. To je zato, ker se zvočniki in sistemi zvočnikov tako pogosto uporabljajo na enak način, da običajno veljajo najpogostejše mejne frekvence.

S spodnjimi tabelami lahko določite križne frekvence za svoje zvočnike, tako avtomobilske kot domače.

Frekvenčna tabela kretnic za domače stereo zvočnike

Vrsta/sistem zvočnikov	Križna frekvenca
Niskotonec	80Hz nizko prej. (Tudi priporočilo za zvok THX)
Sprednji zvočniki glavnega/stolpnega tipa (majhni)	60 do 80Hz visokoprepustni. Najbolje deluje z nizkotoncem kot dopolnitvijo.
Sprednji zvočniki tipa glavni/stolp (veliki)	40 – 60Hz visokoprepustni.
Osrednji ali prostorski zvok (majhen)	100-120Hz visokoprepustni. Te vrste zvočnikov so zelo slabe za bas.
Osrednji ali prostorski zvok (srednje/veliko)	Visokoprepustnost 50-60Hz.
Stenski ali mini satelitski zvočniki	Visokoprepustnost 100-120Hz.
Sistemi dvosmernih zvočnikov	3kHz do 3,5KHz. Zelo pogosta križna frekvenca
3-stezni sistemi zvočnikov	3,5 kHz (srednji/visoki) in 500 Hz (srednji/nizkotonski)

Razpredelnica kretnic avtomobilskih stereo zvočnikov

Vrsta/sistem zvočnikov	Križna frekvenca
Nizkotonski zvočniki	Nizkoprepustnost 70-80Hz
Sprednji/zadaj poln obseg ali komponente	~56–60Hz visokoprepustni za blokiranje nizkih tonov
Tweeters	Visokoprepustnost 3–3,5kHz
Srednjetonski ali nizkotonski zvočniki (glavni)	1kHz-3,5kHz za blokiranje zvokov visokotonskega zvočnika
Sistemi dvosmernih zvočnikov	3kHz do 3,5KHz. Zelo pogosta križna frekvenca
3-stezni sistemi zvočnikov	3,5 kHz (srednji/visoki) in 500 Hz (srednji/nizkotonski)

Nekatere splošne smernice so:

• Za majhne domače ali avtomobilske zvočnike (4″, 5 1/4″, 6 1/2″ itd.) uporabite visokofrekvenčno kretnico okoli ~56–60Hz ali tako, da blokirate nizke tone. To bo pomagalo preprečiti popačenje in zvočnike lahko poganjate z večjo močjo in glasnostjo z odlično jasnostjo zvoka.
• Nizkotonski zvočniki potrebujejo čist nizkotonski signal kar lahko dosežete z uporabo nizkopasovne kretnice okoli 70 do 80 Hz.
• Visokotonci so na splošno dobri za približno 3 kHz ali več, zato so mejne frekvence 3 kHz ali 3,5 kHz običajno odlična izbira.

Kako najti frekvenco kretnice iz kretnice zvočnika

Kaj pa, če že imate kretnico za zvočnike, vendar ne veste, kakšna je frekvenca kretnice? Dobra novica je, da lahko v mnogih primerih ugotovite, kakšna je na podlagi delne vrednosti in impedance zvočnika.

Če želite to narediti, morate vedeti:

• Vrednost kondenzatorja (v Faradih) ali induktorske tuljave (v Henriesih) za posamezen (»1. reda«) inline crossover.
• Za 2-stezne ali druge zvočniške kretnice je zelo podobno, vendar zahteva malo več preiskave.

Kako določiti kretniško frekvenco zvočnika

1. Kondenzatorske ali induktorske kretnice enega reda (inline)

Z uporabo zgornjih formul lahko izračunate kretniško frekvenco za določen zvočnik.

Za visokoprepustne ali nizkoprepustne inline kretnice lahko izračunamo frekvenco, če poznamo ohme zvočnika in kapacitivnost ali induktivnost. V obeh primerih je postopek enak.

Primer #1

Upor zvočnika =8Ω, kondenzator =47 mikrofaradov.

Fc =1/(2 x 3,14159 x 8 x .000047) =423Hz (približno 400Hz). Primer #2

Upor zvočnika =4Ω, induktor =4 milihenrijev (.004H).

Fc =4/(2 x 3,14159 x ,004) =159Hz (približno 150Hz).

2. 2- ali 3-smerne kretnice

2- in 3-smerne kretnice so nekoliko drugačne iz več razlogov. Ker obstajajo različne vrste in ker imajo včasih proizvajalci različne oblike ali funkcije, so lahko na žalost zelo včasih težko ugotoviti. Z drugimi besedami, ni odličnega način, kako ugotoviti mejno frekvenco za 2- ali 3-smerno kretnico.

Vendar pa je pogosto nekaj stvari, ki jih lahko storite, da ugotovite približno frekvenco križanja in jo dobite znotraj »približne vrednosti«. Kot primer bom uporabil 2-smerne, ker so zelo pogosti in ker so 3-smerni zelo podobni, vendar z dodatnim križnim delom.

Uporaba preskusne opreme za določitev kretniške frekvence zvočnika

Če imate srečo, da imate pri roki preskusno opremo, kot sta osciloskop in generator signala, lahko uporabite vhodni signal na vhodni strani s pritrjenimi zvočniki ali upori z isto vrednostjo ohmov. Postopoma spremenite frekvenco generatorja signala in zabeležite točko, na kateri začne izhodni signal upadati.

Ko se izhodna napetost zmanjša za 1/2, je to točka 3dB in našli ste frekvenco križanja. Na žalost večina ljudi nima dostopa do opreme za testiranje, zato potrebujejo drugačen pristop.

Uporaba kalkulatorja kretnic zvočnikov in »izobraženih ugibanj«

Porabil sem veliko časa, ko sem poskušal ugotoviti različne zvočniške kretnice, ki sem jih imel, in na žalost, ker se lahko tako zelo razlikujejo, je lahko zelo težko ugotoviti njihovo križno frekvenco. Razlogov je več:

• Nekatere kretnice zmanjšajo glasnost na visokotonskem zvočniku z dodajanjem vgrajenega upora. To vpliva na vrednost uporabljenih delov, ker impedanca zvočnika spremeni delovanje kretnice.
• Deli, nameščeni v križancu, nimajo vedno natisnjenih vrednosti.
• Različne zasnove križanj (Linkwitz-Riley, Butterworth, Bessel itd.) uporabljajo različne vrednosti.
• Težko je ugotoviti zasnovo križanca samo s pogledom.
• Nekatere 2- ali 3-stezne kretnice mešajo visokotonske kretnice 2. reda in nizkotonske kretnice 1. reda v isti zasnovi.

Moj nasvet je, da poskusite izbrati najboljšo ugibanje frekvence križanja med tistimi, ki sem jih dal prej, in vnesite ohmske vrednosti zvočnika, nato pa nadaljujte od tam.

Dober (in preprost, enostaven za sledenje) križanec zvočnikov za uporabo je tale:https://www.erseaudio.com/Second-Order-2-Way

Kako uporabljati križni kalkulator

Na primer, začnite s celim številom, kot je 3000 Hz za dvosmerno kretnico za »najboljšo ugibanje« začetno frekvenco. Kliknite gumb, potreben za izračun vrednosti križanja zvočnikov za različne frekvence križanja.

Preverite eno od vrednosti kondenzatorja (običajno so tiste na vrhu tiskanega vezja za visokotonec) in spremenite frekvenco križanja za nekaj sto hercev, če je prvotno nasprotno izklop za nastalo vrednost kondenzatorja, prikazano v izračunanih vrednostih.

Ko to storite, poskusite spremeniti kretnico 3000 Hz na 2500 Hz ali 3500 Hz, če je prikazana vrednost kondenzatorja zelo drugačna. Ko ni zelo daleč, ga začnite spreminjati natančneje (na primer, spremenite ga za 250 Hz naenkrat ali celo za 100 Hz).

Ko ga dobite relativno blizu, bi morali imeti boljšo predstavo o tem, kakšna je približna frekvenca križanja. Upoštevajte, da če uporabljajo upor v seriji z izhodom visokotonca, morate to dodati v polje za vnos impedance zvočnika (Ohmi), ker je razlika dvakrat večja.

(Opomba: zaradi različnih modelov, ki so na voljo, boste morda morali izbrati Linkwitz-Riley, Butterworth, Bessel ali Chebechev in preizkusiti tudi te, če so na voljo)

Več odličnih člankov, ki jih ne smete zamuditi

Ne odhajajte – toliko več je brati in uživati! Ne spreglejte mojih drugih odličnih člankov:

• Tukaj izveste, kako pravilno namestiti in ožičiti kretnice avtomobilskih zvočnikov.
• Želite odličen zvočni sistem? Tukaj je opisano, kako nastavite križne frekvence avtomobilskega zvoka.
• Ne pokvarite svojega zvoka! Evo, kaj se zgodi, če s križanjem uporabite različne impedance.
• Naučite se povezati EQ in kretnico za avtoavdio – z ODLIČNIMI diagrami!