Как выбрать частоты среза для ВЧ, СЧ, НЧ динамиков

Физические законы остались прежними. А вот использование технологий шагнуло далеко вперёд и акустические системы представлены широчайшим ассортиментом, а значит, могут удовлетворить даже самые высокие требования меломанов.

Вкратце о терминах, которые далее будут сокращены для лаконичности. ВЧ-динамик (твиттер) – наименьший в автомобиле, обычно устанавливается в стойках дверей (около 5 см). СЧ-динамик – среднечастотный динамик. Соответственно, НЧ – это низкочастотный динамик (бидбас).

Как правильно настроить динамики

Первый этап – определение оптимального распределения частот между излучающими головками. Существует два подхода к этой задаче.
 

1. Перестройка или полная модернизация стандартного пассивного кроссовера. Требует знаний в области электроакустики и электротехники. Этот метод предназначен для профессионалов или опытных радиоэлектронщиков.
    
2. Подключение динамиков к усилителю с режимом многополосного усиления. Есть два варианта: Bi-amp (двухполосное усиление) или Tri-amp (трехполосное усиление). Этот способ подходит менее опытным автолюбителям.

​Важно отметить, что большинство мощных усилителей уже оборудованы встроенным активным кроссовером, что позволяет достичь высокого качества звучания при использовании акустических систем с множеством динамиков. Даже в случае отсутствия встроенного кроссовера, опытные энтузиасты могут выбрать подходящий внешний кроссовер из обширного ассортимента.

К сожалению, точное руководство по действиям предоставить невозможно, учитывая, что акустика представляет собой обширную область экспериментов и креатива. В ней есть много возможностей для творчества и исследований для поклонников аудиотехники. Особые трудности возникают при подключении ВЧ и/или СЧ-компонентов.

Проблема не только в максимальной нагрузке, которую они могут выдерживать, формируя стереоэффект и звуковую сцену. Гармонические и интермодуляционные искажения четко слышны при неправильной установке частоты разделения, и от этого напрямую зависит надежность работы динамиков. Таким образом, наши рекомендации могут оказаться крайне полезными.

По теме: как выбрать стереосистему для машины?
 

Подключение и настройка ВЧ-динамика

Выбор нижней граничной частоты диапазона сигналов, поступающих на ВЧ-головку, зависит от количества полос в акустической системе. В случае использования двухполосной акустической системы, особенно при размещении НЧ/СЧ-головки в дверях, для улучшения звуковой сцены рекомендуем выбирать граничную частоту как можно ниже.

Современные высококачественные ВЧ-динамики с низкой резонансной частотой FS (800-1500 Гц) могут воспроизводить сигналы, начиная с частоты 2000 Гц. Но ВЧ-головки часто имеют резонансную частоту в пределах 2000-3000 Гц. Помните, что чем ближе частота разделения к резонансной частоте, тем больше нагрузка на ВЧ-динамик.

При использовании фильтра с характеристикой затухания 12 дБ/окт, идеальное расстояние между частотой разделения и резонансной частотой должно быть больше одной октавы. Например, если резонансная частота головки составляет 2000 Гц, то частота разделения должна быть установлена на 4000 Гц. При желании выбрать частоту разделения 3000 Гц, необходимо увеличить крутизну характеристики затухания фильтра – до 18 дБ/окт или предпочтительно 24 дБ/окт.

Необходимо также согласовать компоненты по уровню и фазе после согласования по воспроизводимому диапазону частот. Учтите, что фильтр первого порядка вызывает сдвиг фазы на 90°, второго – 180° (противофаза) и так далее. Проведите прослушивание динамиков с разной полярностью подключения.

Человеческое ухо особенно чувствительно к частотам в диапазоне 1500-3000 Гц, поэтому при передаче этого участка сигнала будьте особенно внимательны. Хотя можно изменить (разделить) звуковой диапазон на этом участке, обдумайте, как грамотно устранить возможные негативные последствия. Использование трехполосной акустической системы – более правильный и безопасный вариант, так как СЧ-динамик эффективно воспроизводит диапазон от 200 до 7000 Гц и решает проблемы формирования звуковой сцены.

В трехполосных акустических системах ВЧ-динамик включается на более высоких частотах – 3500-6000 Гц, что значительно превышает критическую полосу частот и позволяет снизить (но не полностью исключить) требования к фазовому согласованию.

Подключение и настройка СЧ-динамика

Многие предпочитают устройства с купольной диафрагмой из-за их более широкой диаграммы направленности по сравнению с конусными. Кроме того, они более просты в установке, так как не требуют дополнительного акустического оформления.

Основной недостаток заключается в высокой резонансной частоте, которая находится в пределах 450-800 Гц. Чем ниже нижняя граничная частота полосы сигналов, поступающих на СЧ-динамик, тем важнее расстояние между СЧ- и НЧ-головками, а также то, где точно размещен "низкочастотник". Купольные "среднечастотники" можно успешно интегрировать с частотой разделения 500-600 Гц.

Этот диапазон критичен для большинства устройств, поэтому, если вы решите использовать такое разделение, порядок разделительного фильтра должен быть достаточно высоким, например, 4-й.

Конечно, можно купить купольные динамики с резонансной частотой 300-350 Гц. Их можно применять, начиная с частоты 400 Гц, но стоимость этих устройств остаётся довольно высокой.

Резонансная частота СЧ-динамиков с конусным диффузором лежит в пределах 100-300 Гц, что позволяет использовать их, начиная с частоты 200 Гц (хотя на практике чаще используется 300-400 Гц) и с фильтром невысокого порядка. При этом НЧ/СЧ-динамик освобождается от необходимости работать в СЧ-диапазоне. Воспроизведение без разделения между динамиками сигналов с частотами от 300-400 Гц до 5000-6000 Гц позволяет достичь приятного и качественного звучания.

Подключение и настройка НЧ-динамика

Устройства такого типа функционируют в диапазоне частот от 40 до 5000 Гц. Верхний предел рабочего диапазона определяется начальной частотой работы "высокочастотника" (в двухполосных акустических системах) или СЧ-динамика (в трехполосных).

Возникает вопрос: имеет ли смысл ограничивать нижний предел диапазона частот? Резонансная частота современных НЧ/СЧ-динамиков диаметром 16 см находится в пределах 50-80 Гц, и благодаря высокой подвижности звуковой катушки эти динамики относительно нечувствительны к работе на частотах ниже резонансной. Тем не менее, воспроизведение частот ниже резонансной частоты требует дополнительных усилий, что приводит к снижению отдачи в диапазоне 90-200 Гц и, в двухполосных системах, ухудшению передачи СЧ-диапазона.

Поскольку основная энергия ударов бас-бочки приходится на диапазон частот от 100 до 150 Гц, первым утрачивается четкий выраженный "панч" (punch – удар). Ограничение снизу с использованием фильтра нижних частот для воспроизведения сигналов от НЧ-головки в диапазоне 60-80 Гц позволяет ей работать более чисто и дает более мощное звучание. Таким образом, обеспечивается более высокая отдача.

Подключение к динамику сабвуфера

Рекомендуем передать воспроизведение сигналов с частотами ниже 60-80 Гц на отдельный динамик. В автомобиле звуковой диапазон ниже 60 Гц не может быть точно локализован, поэтому выбор места для установки сабвуфера становится менее критичным. Если соблюдено это условие, но звук сабвуфера всё равно локализуется, рекомендуем увеличить порядок фильтра нижних частот. Также стоит уделить внимание использованию фильтра для подавления инфразвуковых частот.

Каждый сабвуфер имеет свою резонансную частоту, и отсечение частот ниже этой точки позволяет достичь комфортного звучания и стабильной работы устройства.

Важно отметить, что стремление к получению глубоких басов существенно повышает стоимость сабвуфера. Если ваша звуковая система уже обеспечивает высокое качество воспроизведения в диапазоне от 50 до 16 000 Гц, этого вполне достаточно для полноценного наслаждения музыкой в автомобиле.

Возможно вас заинтересует: как выбрать автомагнитолу?
 

Варианты сопряжения головок

Даёт ли что-то одинаковый порядок фильтров НЧ и ВЧ? Нет. Если у вас установлена двухполосная фронтальная акустическая система с широким разнесением динамиков для компенсации провалов в характеристиках передачи на частоте разделения, то фильтр для НЧ/СЧ-головки будет иметь меньший порядок. В целом, не обязательно, чтобы частоты срезов фильтров низких и высоких частот совпадали.

Механизм компенсации избыточной яркости в точке разделения между НЧ/СЧ-головкой может быть эффективен до 2000 Гц, тогда как для "высокочастотника" это начинается с 3000 Гц. Важно помнить, что при использовании фильтра первого порядка разница между частотами среза фильтра низких и высоких частот не должна превышать одну октаву, а эта разница должна уменьшаться с повышением порядка фильтра. Этот же метод применяется при согласовании сабвуфера и мидвуфера для уменьшения стоячих волн и басового "бубнения".

Таким образом, при установке частоты среза фильтра низких частот сабвуфера на уровне 50-60 Гц, а фильтра высоких частот НЧ/СЧ-головки на 90-100 Гц, успешно устраняются нежелательные звуковые отклики, вызванные естественным подъемом амплитудно-частотной характеристики из-за акустических свойств салона.