クロスオーバーと価格。オーディオの芸術

クロスオーバーと価格

オーディオの芸術

350ウェイシステムにおける低音域と中音域のクロスオーバー周波数のわずかな変化が、サウンドに顕著な影響を与える可能性があることは長い間知られていました。人間の耳は、可聴周波数の範囲のさまざまな部分で、さまざまな方法を使用して音源の方向を判断します。私たちにとって関心のある中周波数範囲では、音源と耳の間の距離の違いに基づく知覚の位相メカニズムが支配的です。この範囲 (1700 ～ XNUMX Hz) の境界は、人間の頭のサイズ (むしろ、耳介間の距離) によって決まります。しかし、現時点では、XNUMX バンドシステムの LF バンドと MF バンドのセクションの周波数とその「近傍」の両方がこの臨界範囲内に収まることが重要です。

クロスオーバーは帯域を完全に分離できないため、両方のスピーカーが同時に鳴る共同作用のゾーンが存在します。それらによって再生される信号間の位相のずれは、シーンの形成に大きな影響を与えます。この範囲で発生する信号の合計により、ステレオ画像の焦点が改善されるか、シーンがぼやける可能性があります。高品質システムの位相歪みは最小限である必要がありますが、これは問題の側面にすぎず、さまざまなタイプのフィルターの音楽性について推論するための材料となります。フィルターによって導入される絶対的な位相シフトだけが重要ではなく、フィルターの出力における周波数帯域間の相対的なシフトの方がはるかに重要です。しかし、それについては後で詳しく説明します。

フィルターの通過帯域外の周波数応答 (AFC) の位相シフトとロールオフスロープは次数によって決まり、次数あたり 90 度、6 dB/オクターブになります。つまり、6 次フィルタは 90 度の全位相シフトで 180 dB/オクターブの減衰を提供し、12 次フィルタは 3 度で 45 dB/オクターブの減衰を提供する、というようになります。カットオフ周波数では、フィルターの減衰は 1 dB で、位相シフトは最大値の半分です (つまり、90 次フィルターでは XNUMX 度、XNUMX 次フィルターでは XNUMX 度)。カットオフ周波数の領域における周波数応答の曲がりの滑らかさ、およびシステムの全体の周波数応答、および位相特性のみがフィルターのタイプに依存します。

アクティブクロスオーバーの工業設計では、リピーター上に構築されたバターワース、ベッセル、およびサレンキーフィルターが最も広く使用されています。原則として、3 次フィルターが使用されます。これらのタイプにはそれぞれ独自の長所と短所があります。ベッセルフィルターは (単一 RC 回路のような) 最も滑らかな位相応答を持ちますが、全体の周波数応答はクロスオーバー周波数で XNUMX dB のディップを持ちます。バターワースフィルターは全体的に平坦な周波数応答を提供しますが、位相応答はより急峻になります。最後に、Sallen-Key フィルター (等成分フィルター) は、(その名前が示すように) 同じ定格の部品と大きな許容誤差を持つ部品を必要とするため、大量生産に非常に便利です。これは、高精度を必要とするバターワースフィルターやベッセルフィルターには当てはまりません。部品。

ただし、等成分フィルタは位相特性と周波数特性が最悪であるため、低予算モデルでのみ使用されます。

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最も興味深いのは（約束どおり）周波数や位相特性ではなく、HPF と LPF の出力間の信号の相対位相シフトです。 180 次フィルターの場合、周波数帯域全体にわたって 400 度に近くなりますが、バターワースフィルターの場合のみ一定のままです。 Bessel フィルターと Sallen-Key フィルターの場合、位相シフトはクロスオーバー周波数付近で減少します。クロスオーバー周波数 2 Hz の「理想的な」XNUMX 次フィルターのシミュレーション結果を図 XNUMX に示します。

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結果として生じる位相特性上の「こぶ」は、クロスオーバー周波数の領域での位相差が非常に急激に変化し、それに応じて見かけの音源の定位も変化する可能性があることを示しています。フィルタの XNUMX つのカットオフ周波数を変更すると、同じ状況が観察されます。これは、システムの全体の周波数応答を調整するときに使用されることがあります。ダイナミックヘッドから発せられる信号の位相は、それに印加される電圧の位相とほとんど共通点がありません (ヘッドの種類ごとに異なります) が、クロスオーバーにおけるこの種の歪みを最小限に抑えることが望ましいです。

すべてのフィルター (アクティブとパッシブの両方) はリアクタンス要素 (キャパシタンスとインダクタンス) を使用するため、信号に位相と時間の歪みが生じます。 LF フィルター (ローパス) は信号に遅延と位相遅れをもたらしますが、これは位相シフターによってある程度補正できます。このような位相イコライザーと組み合わせて XNUMX 次ベッセルフィルターを使用すると、完全に線形な位相応答を持つフィルターが得られます。 HPF（ハイパス）に関しては位相進みを形成するため、既存のLPFとのマッチングは原理的に不可能です。

ただし、この場合、追加機能フィルター (AFF) を使用して高帯域信号を形成することが可能です。このようなフィルターの出力信号は、入力信号からローパスフィルターを通過した部分を減算することによって得られます。明らかに、この場合、位相歪みは補償され、LPF と FDF の出力における信号の位相差は周波数帯域全体にわたって一定に保たれます。ただし、追加機能のフィルターには重大な欠点があります。周波数応答の減衰の急峻さはわずか 6 dB/オクターブであり、これでは不十分な場合があります。ちなみに、この方式では、隣接する帯域のクロスオーバー周波数を同期して調整しながらクロスオーバーを行う。ローパスカットオフ周波数のみを調整し、補助機能フィルターを使用して高域帯域を同期して変化させます。

アクティブフィルターのカットオフ周波数を調整するには、周波数設定リンクの値を同期して変更する必要があります。ポテンショメータはカットオフ周波数をスムーズに調整するために使用されます。 XNUMX 次フィルタを調整するには XNUMX セクションのポテンショメータ (XNUMX チャンネル用) が必要であることを計算するのは簡単です。近年、コストを削減するために、低価格の増幅器モデルでは、XNUMX つのリンクのみが周波数同調される簡素化された XNUMX 次フィルターを使用することが増えています。「イデオロギー的に一貫した」フィルターは、レギュレーターの極端な位置の XNUMX つでのみ得られるため、このようなフィルターは特定のタイプに帰することはできません。

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最後に、一部のアンプの内蔵クロスオーバーの低音セクションでは、可変 Q ハイパスフィルターが使用されており、カットオフ周波数の領域で最大 10 dB までの周波数応答を向上させることができます。このソリューションでは、別個の低音ブースターステージが不要になりますが、同時に重大な位相歪みが発生します。この場合、30 ... 40 Hz の周波数では位相シフトが耳に知覚されないため、これはまったく許容可能です。

ただし、信号源定位の位相メカニズムが機能する中周波数範囲では、正面シーンをより適切に構築するために位相線形フィルターを使用することが望ましいです。これにより、シーンの「ぼやけ」がなくなり、特に空間的に分離された低音域と中音域のエミッターの場合、見かけの信号源の位置特定の精度が向上します。

出版物: www.bluesmobil.com/shikhman

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