Geçiş nedir ve neden gereklidir?

Bu soruyu yanıtlamadan önce, hoparlörler teorisine kısa bir giriş yapmak ve sorunu genel hatlarıyla özetlemek gerekir. Bildiğiniz gibi, şu anda üretilen hoparlörlerin hemen hemen tümü, hareketli sisteminin rezonans frekansı ile aşağıdan ve difüzörün mekanik özellikleri (kütle, sertlik) ile yukarıdan sınırlanan yalnızca dar bir frekans bandını etkin bir şekilde yeniden üretebilir. Bu frekans bandının dışında, hoparlör tarafından üretilen ses basıncı önemli ölçüde azalır ve bozulma seviyesi artar. Bu durumda yüksek kaliteli sesten bahsetmek imkansız. Bu nedenle, tüm ses sinyali spektrumunu (20-20.000 Hz) iletmek için birkaç hoparlör kullanmak gerekir. Uzun zaman önce, akustikçiler bu ihtiyacı fark ettiler ve bugün, ister ev ister otomotiv sistemleri olsun, ses teknolojisinin tüm alanlarında, hoparlörlerin büyük çoğunluğu özel olarak çok sürücülü bir konfigürasyonda uygulanmaktadır.

Araba ses sistemleri ile ilgili olarak, az çok bilgili okuyucuların iyi bildiği, oldukça tipik iki yapım şeması ayırt edilebilir. İlk ve en yaygın olanı üç hoparlörden oluşur: yalnızca bası hedefleyen bir subwoofer (yaklaşık 20-100 Hz), üst bas ve orta frekans aralıkları için bir woofer / orta kademe hoparlör (100-3000 Hz) ve yüksek frekanstan sorumlu bir tweeter frekanslar (3000 Hz ve üzeri). Profesyoneller tarafından araba ses yarışmalarında kullanılanlar gibi daha karmaşık devrelerde, hoparlör sayısı artırılır. Burada, her frekans aralığı için: alt bas, orta / üst bas, orta ve üst, ayrı hoparlörler sorumludur. Ancak, bariz farklılıklara rağmen, her iki şema da tek bir gereksinime tabidir: hoparlör sistemine dahil edilen her hoparlör, yalnızca kendi frekans bandını yeniden üretmelidir ve komşuları etkilememelidir. Bu gereksinimi karşılamak için, ses yoluna, bazı frekans bantlarının seçiminde ve diğerlerinin bastırılmasında tam olarak devreye giren elektrik filtreleri dahil edilmiştir. Açıkçası, hoparlör sistemi birkaç hoparlör kullanıyorsa - bir subwoofer, bas / orta kademe, orta kademe ve tweeter, birkaç elektrik filtresi kullanmak gerekli hale gelir. Bu tür birkaç filtrenin kombinasyonuna çaprazlama denir.

Filtreler

İlk yaklaşımda, herhangi bir elektrik filtresi, belirli frekanslardaki sinyallerin seçici iletim özelliğine sahip birkaç elementin bir koleksiyonudur. Benzer özelliklere sahip en basit devreler, indüktörler ve kapasitörler kullanılarak oluşturulabilir. Bu devrelerin çalışma prensibi, kurucu elemanlarının direncinin frekansa bağımlılığına dayanır: indüktörler için, artan sinyal frekansı ile direnç artar, kapasitörler için ise aksine azalır. Bu nedenle, indüktörler düşük frekansları iyi geçirir ve kapasitörler yüksek frekansları geçer. Bu özellikler filtreler oluşturmak için kullanılır - düşük (LPF) ve yüksek frekanslar (HPF). Alçak geçiren ve yüksek geçiren filtrelere ek olarak, örneğin bant geçiren filtreler - başka bir deyişle bant geçiren filtreler gibi başka filtre türleri de vardır. Adından, bu tür filtrelerin yalnızca belirli bir frekans bandını iyi geçtiği ve bunun dışındaki her şeyi bant geçiren filtrenin (PF) bastırdığı açıktır. Bu tür filtrelerin olağan rolü, filtrelenmiş sinyalin orta kademe hoparlörüne sonraki beslenmesi için orta frekans aralığını izole etmektir. Gerçekleştirilen göreve göre, bir sonraki filtre türü - çentik (RF) - PF'nin tam tersidir. Çentik filtresi, PF'nin değişmeden geçtiği frekans bandını bastırarak, bu frekans aralığının dışındaki sinyallere serbest erişim sağlar. Yukarıdaki tüm filtre tiplerinden biraz ayrı olarak, kızıl ötesi frekansları (FINCH) bastırmak için filtreler vardır; aslında bunlar aynı yüksek geçiren filtrelerdir, ancak son derece düşük kesme frekansına (10-30 Hz) sahiptirler. Finch'in amacı, düşük frekanslı kafayı (subwoofer), subwoofer'ın aşırı yüklenmesine ve bazen de arızasına yol açabilecek kızıl ötesi frekans sinyallerinden korumaktır.

Her filtre birkaç parametre ile karakterize edilir. Bir filtrenin ilk parametresi sırasıdır. Filtrenin sırası, devredeki (indüktörler, kapasitörler) reaktif elemanların sayısına karşılık gelir. Birinci dereceden filtre, adından da anlaşılacağı gibi, yalnızca bir reaktif eleman içerir. İkinci dereceden filtre iki eleman içerir ve bu böyle devam eder.Başka bir filtre indeksi doğrudan sıraya bağlıdır - genlik-frekans karakteristiğinin bozulmasının dikliği. Bu parametre, filtrenin geçiş bandı dışındaki sinyali, yani filtre bariyerini geçmemesi ve hoparlöre ulaşmaması gereken frekansların sinyallerini ne kadar keskin bir şekilde azalttığını gösterir. Eğim, oktav başına desibel (dB/oct) cinsinden ölçülür. Oktav, üst kesim frekansının alt kesimin iki katı olduğu bir frekans bandıdır. Örneğin, bir oktav, 100 ila 200 Hz veya 200 ila 400 Hz arasındaki frekans aralıkları olarak kabul edilebilir. Tüm ses sinyali aralığının (20-20.000 Hz) yaklaşık on oktav içerdiğini hesaplamak kolaydır. İkinci ölçü birimi, adını telefonun mucidi A.G. Bell'den alan desibeldir; bu değerler arasındaki nispi farkı gösteren değerlerin oranının (bu durumda, oktavın kesme frekanslarında filtre kazançları) logaritmasıdır. 6 dB'lik bir fark, seviyelerin iki, 12 dB'nin dört, 20 dB'nin on, vb. filtre. Açıkçası, birinci dereceden filtrenin eğimi 6 dB / oct, ikinci - 12 dB / oct, üçüncü - 18 dB / oct vb.'dir ve ne kadar yüksekse, filtreler istenmeyenleri o kadar etkili bir şekilde bastırabilir. sinyaller. Bir filtre sırası seçerken, genlik-frekans karakteristiğinin şekli ile birlikte faz-frekans karakteristiği de dikkate alınmalıdır. İdeal bir geçiş, hoparlör sisteminin tüm kafaları tarafından oluşturulan titreşimlerden toplanan ses basıncı açısından tek tip bir genel frekans tepkisi sağlamalıdır. Toplarken, hem genlik hem de faz ilişkileri ve ayrıca kafaların dinleyiciye göre konumu ortaya çıkar. Optimal sonuç, iyi tanımlanmış bir sıradaki filtrelerin kullanılmasıyla sağlanır. İlgilenen okuyucular, bu konuyla ilgili daha ayrıntılı bilgiyi, örneğin, 1999 yılında Radyo ve İletişim yayınevi tarafından yayınlanan Yu. A. Kovalgin tarafından düzenlenen "Yayın ve Elektroakustik" kitabında bulabilirler.

Aynı zamanda, filtre işlevi yalnızca frekans tepkisi azalmasının sırası ve dikliği ile karakterize edilmez. Transfer fonksiyonunun belirlendiği yaklaşıklık yöntemiyle filtrenin doğası hakkında çok şey söylenebilir. Bugün bu tür birçok yöntem var ve hepsi yaratıcıların isimlerini taşıyor: Butterworth, Bessel, Linkwitz-Ralley ve diğerleri. Yöntemlerin çokluğunun, aynı sıradaki filtrelerin uygulanmasında bile birçok tasarım farklılığı anlamına geldiği, ancak bunun gibi bir şey olmadığı anlaşılıyor. Aynı sıradaki Butterworth, Bessel, Linkwitz-Ralley filtrelerinin elektrik devrelerinde görülebilen reaktif elemanlar aynıdır, ancak bu elemanların derecelendirmeleri önemli ölçüde farklılık gösterir, bu da genlik ve faz-frekans özelliklerinin farklı davranışı anlamına gelir. filtreler. Sonuç olarak, zaman özellikleri de farklıdır.

Genel olarak, tüm filtre türleri ayrıca oldukça kapsamlı iki sınıfa ayrılır - aktif ve pasif ve buna göre, bu filtreleri içeren geçişler pasif ve aktif olabilir.

Pasif geçişler yalnızca reaktif elemanlardan oluşur - indüktörler ve kapasitörler ve güç gerektirmez. Çok iddiasızdırlar ve belirli koşullar altında, güç amplifikatöründen önce ve sonra yolun herhangi bir bölümüne dahil edilebilirler. Ancak çoğu zaman, pasif geçişlere, güç amplifikatörü ve hoparlörler arasında kesin olarak tanımlanmış bir alan atanır. Bir geçiş yardımıyla, bitişik frekans bantlarında çalışan birkaç kafayı bir amplifikatöre bağlamak mümkündür. Ucuz ve neşeli! Ama karanlık taraflar da var. Güç amplifikatörü ve hoparlör arasındaki yolda bir geçişin varlığı, yararlı enerjinin yüzde ona kadarının reaktif elemanlarda ve sonlandırma dirençlerinde dağılmasına yol açar. Bununla birlikte, bu pasif geçitlerin tek dezavantajı değildir. Sesi ayarlamak için çok mütevazı olanaklara sahip olduklarını ve çoğu zaman bireysel frekans bantları için seviye kontrolleriyle sınırlı olduklarını unutmayın. Pasif filtrelerin özellikleri, önemli ölçüde, hoparlörün elektrik direnci olan yük direncine bağlıdır. Çalışma frekansı aralığında çok kararsızdır, bu nedenle optimum eşleşme koşulları sağlamak mümkün değildir ve filtrelerin frekans yanıtı hesaplanandan farklıdır. Bu aynı zamanda pasif geçitlerin avantajlarına da atfedilemez.

Araba güç amplifikatörlerinin hizmetinde aktif geçitler

Şu anda ses teknolojisinde kullanılan tüm filtre devreleri pasif elemanlara dayansaydı, o zaman büyük olasılıkla, bir süre sonra Dünya gezegenindeki bakır rezervleri risk altında olacaktı. Neden? Niye? Evet, çünkü bir indüktöre dayalı düşük kesme frekansına (100 Hz) sahip en basit birinci dereceden düşük geçişli filtrenin üretimi bile çok sayıda bakır tel gerektirir ve basit değil, en ciddi olanı: büyük çapraz bölüm, düşük kayıp ve yüksek kalite ile. Elektronik uzmanları, birkaç on yıl önce, hantal indüktörlerin ve kapasitörlerin elektronik elemanlarla değiştirildiği aktif filtreleri icat etmemiş olsaydı, bugün neyle karşı karşıya kalacağımız bilinmiyor - transistörler ve işlemsel yükselteçler, açıldığında, birlikte dirençler ve kapasitörler, LC devreleriyle aynı özelliklere sahiptir - akım ve voltaj arasında özdeş bir faz kayması ve iletim katsayısının frekansa bağımlılığı.

Ses teknolojisindeki herhangi bir yenilik gibi, temelde yeni filtre devrelerinin ortaya çıkışı, hemen birçok tartışmaya neden oldu. Ana eleştiri dalgası, güç kaynağı gerektiren aktif filtrelerin doğal, doğal sese ciddi bir engel olduğunu oybirliğiyle savunan gerçek odyofillerden kaynaklandı. Bunda kısmen haklıydılar, ancak yeni ortaya çıkan filtrelerin geniş bir avantaj listesi, onların lehine ağır bir argüman haline geldi. Ve yakında bu filtreler, araba amplifikatörlerinin yerleşik geçitlerinde aktif olarak kullanılmaya başlandı. Bu tür geçişler genellikle amplifikatör kasasının içinde bulunur ve sinyal yolundaki yerleri, giriş hassasiyeti kontrol devrelerinden hemen sonra, ön amplifikasyon devrelerinden önce giriştedir. Bugüne kadar pasif analoglar için bir ütopya olarak kalan bu dönüşümde, aktif filtreleri minimalist boyutlarda uygulama olasılığının önemli bir rol oynadığı söylenmelidir.

Bütçe amplifikatör modellerinde, yerleşik geçişler aynı filtre birimlerine dayanır. Bu filtre türü, Bessel filtresinin basitleştirilmiş bir çeşididir; üretimi çok kolaydır, çünkü Linkwitz-Ralley, Bessel ve Butterworth filtrelerinin aksine, aynı nominal değere sahip elemanlar üzerine inşa edilmiştir ve bazen yüzde onlarcaya ulaşabilen parametre sapma toleransları için özellikle kritik değildir. Açıkçası, bu tür filtrelerin genlik ve faz-frekans özellikleri, en hafif tabirle mükemmel olmaktan uzaktır - en kötüsüdür. Bütçe düzeyinde yerleşik geçitlerin performansında bulunabilecek bir sonraki tuzak, geçiş frekansı seçiminin organizasyonu ile ilişkilidir. Bir geçişin maliyetini azaltmak için birçok üretici, ayar elemanlarının sayısını kasıtlı olarak en aza indirir ve sonuç olarak, ikinci dereceden bir filtrede frekansta yalnızca bir bağlantı ayarlanır. Bu durumda, tüm ayar aralığında geçiş özelliklerinin kararlılığı hakkında konuşmanın oldukça zor olduğu açıktır.

Orta ve yüksek fiyat kategorilerinin amplifikatörlerinde, geçitler çoğunlukla Linkwitz-Ralley, Butterworth ve Bessel filtreleri temelinde uygulanır - ikinci, üçüncü, daha az sıklıkla dördüncü sıra. Her birinin kendi avantajları ve dezavantajları vardır, ancak diğer şeyler eşit olduğunda, genellikle Butterworth filtrelerinin minimum frekans tepkisi düzensizliğine ve Bessel filtrelerine - PFC'ye sahip olduğu kabul edilir. Bu amplifikatör sınıfında, birçok saygın üretici, doğru kesim frekansı ayarını sağlamak için sözde "tıklama" yöntemini benimsemiştir. Özü, yüksek geçişli filtrenin ve düşük geçişli filtrenin kesme frekansının, örneğin potansiyometrenin aşırı sol konumunun karşılık gelebileceği özel bir "tıklama frekansı" yazışma tablosuna göre ayarlanması gerçeğinde yatmaktadır. 20 Hz'lik bir kesme frekansı, sonraki - 22 Hz, vb. ve ikincisi - beş ve bazen on kilohertz. Bu ayarlama yöntemi, sonucun çok yüksek doğruluğu ile karakterize edilir, "PPI" ve "Orion" vb. amplifikatörlerde bulunur.

Kesme frekansını ayarlamak için biraz farklı bir yaklaşım, İtalyan firmaları "Steg", "Audiosystem" ve bir dizi başka şirket tarafından üretilen amplifikatörler tarafından gösterilmektedir. Burada, bir veya başka bir dirençli çip modülü takılarak istenen kesme frekansı seçilir. Bu yöntem yukarıda açıklanandan daha az evrenseldir, ancak iyi bir sonuç vaat eder. Bu yaklaşımın mantıksal devamı, kesme frekansının birkaç sabit değerle sınırlı olduğu çaprazlamalardır. Bu, genellikle yüksek kaliteli amplifikatörlerde bulunan oldukça yaygın bir çözümdür. McIntosh'un birçok üst düzey amplifikatörü buna iyi bir örnektir. Burada her iki filtrenin de kesme frekansı - HPF ve LPF - sabittir ve 80 ve 120 Hz olmak üzere iki değerle sınırlıdır. Bu arada, bu amplifikatörleri örnek olarak kullanarak, yerleşik geçitlerde çentik filtrelerinin kullanımı gösterilebilir. Onlarda, çentik filtresi, otomobilin iç kısmının (150 Hz) ortalama rezonans frekansına ayarlanmıştır ve bir dereceye kadar genlik-frekans karakteristiğindeki olası artışı düzeltmenize izin verir.

Yalnızca belirli bir filtrenin kesme frekansını değil, aynı zamanda genlik-frekans özelliğinin eğiminin eğimini de ayarlayabileceğiniz geçitlerden özel bir grup oluşur. Böyle geniş bir olasılık yelpazesi kendi içinde nadirdir, ancak "Forte" serisinden Japon amplifikatörleri "chDimension", zayıflama karakteristiğinin mümkün olan maksimum eğiminin 48 dB / oct'a ulaştığı bunlarla övünebilir.

Bazen yerleşik geçitlerin düşük frekanslı bölümünde, ayarlanabilir bir kalite faktörüne sahip yüksek geçişli bir filtre (FINCH) bulabilirsiniz; bu, kesme frekansına yakın frekans yanıtında 10 dB'ye kadar bir artış elde etmenizi sağlar ( Hawkins devresi). Böyle bir devre çözümü genellikle Soundstream amplifikatörlerinde bulunur, bas güçlendirme devresinin ayrı bir aşamasını ayar yolundan çıkarmanıza izin verir.

Yerleşik geçişlerde alçak geçiren filtrelerin uygulanması, aktif filtrelemenin faydalarını açıkça göstermektedir. Birçok amplifikatörün kartındaki böyle bir filtre önemsiz bir alanı kaplar, ancak aynı zamanda kesme frekansını 15 ila 50 Hz aralığında ve 18 ila 24 dB / zayıflama eğimi ile ayarlamanıza izin verir. ekim Doğru, bazı üreticiler bazen kendilerini birkaç sabit, tipik değerle sınırlayarak ayar seçeneklerini kasıtlı olarak azaltırlar. Uygulamanın gösterdiği gibi, bu fazlasıyla yeterli.

Çözüm

Bu incelemeyi okuduktan sonra, birçok okuyucu muhtemelen oldukça makul bir soru sormak isteyecektir, araba güç amplifikatörlerinde yerleşik bir geçit kullanımı haklı mı, yoksa "zor kazanılmış" fonları çekmenin başka bir yolu mu? Birçok yönden, bu sorunun cevabı amplifikatörün seviyesine bağlıdır. Cihaz bütçe veya giriş seviyesi sınıfına aitse, yerleşik geçişin sinyalde önemli değişiklikler yapmayacağını ummak kesinlikle saflık olur. Başka bir şey, amplifikatörün orta ve hatta elit sınıfa ait olmasıdır. Burada üreticiler farklı kurallara göre oynuyorlar. Şirketin güvenilirliği tehlikededir ve diğer unsurların yanı sıra zayıf ayırma filtrelerinin kullanılması prestijine zarar verebilir. Açıkçası, bu durumda, özellikle üst düzey amplifikatörlerle bir amplifikatör geçişi kullanmayı ciddi olarak düşünebilirsiniz, yetenekleri genellikle çok iyidir. Doğal olarak, böyle bir çözüm, en az dört amplifikatör kanalına ihtiyaç duyulacağından, hiçbir şekilde bütçe tasarrufuna katkıda bulunmayan çok bantlı amplifikasyon (bi-amping) ilkesine dayanan bir ses sisteminin inşasına yol açacaktır.