Современная акустическая система — тонкая и многогранная структура, для которой требуется совместная работа множества внутренних компонентов. Основную роль играют динамики, но для того, чтобы они могли качественно выполнять свою задачу, существует кроссовер. Именно он отвечает за то, что и как попадает на спикеры из усилителя.
Как устроен кроссовер, из чего он сделан и какие виды можно встретить у разных производителей — рассмотрим в этой статье.
Зачем нужен кроссовер
Как и множество других изобретений, заложивших основы Hi-Fi, динамики берут свое начало в области, связанной с телефонией. Первые электрические спикеры появились еще в 1861 году — сначала они могли воспроизводить только чистую тональную информацию, но затем их научили передавать человеческую речь.
Изначально динамики брали на себя весь звуковой спектр, но это приводило к потере четкости, неестественному звучанию и другим проблемам. Уже в двадцатом веке инженеры стали экспериментировать с разделением частот, и в 1930-х начали появляться первые многополосные аудиосистемы. В них использовались два или три драйвера, каждый из которых брал на себя только часть общего звука — верх, середину или низ. Эта схема стала стандартом для того, к чему мы привыкли в дальнейшем.
В ходе экспериментов изменилась и природа самих динамиков. Если раньше это были однородные компоненты, работавшие сразу со всем диапазоном, то теперь появились различные виды — твитеры, вуферы, среднеполосники. Каждый из них сделан из своих материалов, обладает конкретной жесткостью, подвижностью и диаметром. ВЧ-динамик заточен выполнять только свою функцию, и присутствие басов не только испортит звук, но и повредит его деликатную структуру. То же самое можно сказать и про остальные виды драйверов — присутствие лишних частей спектра мешает корректной работе и, в лучшем случае, сильно замыливает выдачу.
Для этого и существует кроссовер. Он располагается перед драйверами, принимая на себя полный сигнал от усилителя, который затем разделяет на нужные отрезки и направляет на соответствующие динамики. Как правило, каждый производитель подходит к выбору частот среза по-своему, а кто-то и вовсе передает это в руки слушателя — но общие принципы работы кроссовера одинаковы и мало изменились с момента их первого применения.
Как устроен кроссовер
С технической точки зрения, кроссовер — это набор электрических конденсаторов и катушек, разные комбинации которых по-своему влияют на проходящий через них ток, содержащий звуковой сигнал. Каждая такая конфигурация может обладать своими характеристиками, ключевыми из которых являются частота и крутизна отсечки нужных частот. Узнать про используемые типы фильтров и их параметры можно в описаниях моделей и обзорах на них.
Частота среза
Конденсаторы пропускают высокие частоты, отсекая низы — их на себя берут катушки индуктивности. Из таких компонентов получаются фильтры, позволяющие кроссоверу выполнять свою функцию. Фильтры высоких (high pass) и низких (low pass) частот расположены на концах спектра, а за отрезки между ними отвечают полосовые фильтры (band pass).
Точка, в которой заканчивается область одного фильтра и начинается зона ответственности другого, называется частотой среза. Например, НЧ-фильтр может взять на себя все, что находится ниже 600 Гц, ВЧ-фильтр — выше 3 500 Гц, а полосовому фильтру останется все, что между этими двумя значениями.
Чем больше полос, тем больше фильтров можно найти в кроссовере. В двухполосных спикерах применяется всего одна отсечка, которая делит звук на верхний и нижний спектр. В трехполосных таких частоты две, в четырехполосниках — три, и так далее.
Крутизна спада
Звуковой спектр — не колбаса, взять нож и сделать ровный вертикальный надрез тут не получится. Если в качестве частоты среза указаны 400 Гц, это не значит, что за ними сразу наступает тишина. Фильтры работают по принципу аттенюатора — звук, выходящий за пределы рабочей частоты фильтра, не отсекается сразу, а плавно угасает.
Это не столько признак несовершенства технологии, сколько неотъемлемая ее часть. Хотя инженеры стремятся к как можно более чистому разделению, слишком резкий срез сделает взаимодействие между динамиками гораздо сложнее — есть риск и вовсе лишить акустику музыкальности и ввести фазовые искажения. «Остаточные явления» от фильтров как раз и нужны для того, чтобы качественно смешивать звук разных драйверов в цельную картину, делая разделение незаметным.
Значение крутизны спада выражается в порядке фильтра — его поведение в этом плане зависит от технического исполнения. В акустике принято использовать фильтры от первого (спад 6 дБ на октаву) до четвертого (24 дБ на октаву) порядка. Более «крутые» варианты обычно гораздо дороже и сложнее в производстве, ведь нужно не только с точностью настроить компоненты, но и постараться избежать возможных проблем с драйверами.
Типы кроссоверов
Кроссоверы делятся на два основных типа — пассивные и активные. Последние могут быть как аналоговыми, так и цифровыми, но объединяет их требование внешнего источника питания и более тонкое управление функциями своих компонентов.
Пассивные кроссоверы
Основной тип кроссоверов, который можно встретить в широком спектре акустики — от самых бюджетных колонок до передовых моделей ведущих брендов. Здесь всё зависит от качества компонентов и мастерства исполнения. Кроссовер — одна из самых важных деталей в акустике, буквально выполняющая половину работы, поэтому конечная цена будет включать в себя в том числе и стоимость этого компонента.
Преимущество пассивного кроссовера — в простоте использования. Вы полностью доверяетесь инженерам, создавшим вашу акустическую систему, и просто подводите провода от усилителя к нужным клеммам. Многие колонки, занимающие вершины пьедесталов, зачастую используют именно пассивные фильтры, настроенные на фиксированной частоте на фабрике. За каждым таким решением стоят годы опыта, экспериментов и исследований, поэтому в абсолютном большинстве случаев им можно доверять — как минимум, если перед вами проверенный и давно знакомый бренд.
Другой плюс этого типа кроссоверов, как и всей пассивной электроники — они не требуют дополнительного питания и спрятаны внутри колонок. Рядовой слушатель вообще может не подозревать о существовании кроссовера как такового и ничего не знать о принципах его работы, год за годом просто наслаждаясь звучанием своей акустики. Не смутит его и цена, ведь пассивные компоненты, за исключением самых продвинутых, не отличаются дороговизной и вряд ли значительно повлияют на стоимость системы.
Но для кого-то любой пассивный контур становится невыносимым ограничением — и тут на выручку приходит активная электроника.
Активные кроссоверы
На активный кроссовер нужно тратить дополнительные деньги, выделять место в сетапе, подключать питание, акустические кабели и долго разбираться в настройках. В обмен на это он даст вам тотальный контроль над тем, что именно попадает в ваши динамики — вплоть до мельчайших деталей.
Активные варианты кроссоверов — очень гибкая техника, которая открывает целый мир возможностей, о которых вы могли даже не подозревать. Самая очевидная их функция — полная настройка фильтров для каждого динамика, начиная от частоты среза и заканчивая его крутизной, уровнем смешения и раздельным уровнем громкости для каждой полосы. Разработчики устанавливают подходящие настройки на фабрике и оставляют рекомендации по использованию, но после покупки устройство в ваших руках — значит, всё можно настроить под свой персональный вкус.
Другое важное преимущество активной электроники заключается в принципах работы самих компонентов. В пассивных модулях велики потери энергии, которая уходит на «раскачку» компонентов. Активные системы питают свои контуры внешним током, поэтому они ведут себя более равномерно и предсказуемо — вам потребуются менее мощные усилители, а потенциальное качество звука может быть значительно выше. Кроме этого, разделение сигналов улучшает изоляцию драйверов и минимизирует взаимную модуляцию и другие негативные эффекты, встречающиеся в акустических системах.
Наконец, активные кроссоверы позволяют использовать технику мультиампинга. У пользователя появляется возможность пропускать разные полосы по собственному пути — в каком-то смысле выход каждого фильтра становится отдельным новым источником сигнала. Это значит, что для каждой отдельной полосы можно использовать собственный усилитель, расположенный между кроссовером и акустикой.
Этот прием называется биампингом или триампингом (в зависимости от количества усилителей) и часто используется в профессиональных системах живого звука и продвинутых сетапах. С его помощью можно контролировать все нюансы звучания каждого отдельного драйвера по отдельности, полностью раскрывая потенциал системы.
Кроссоверы у ведущих производителей
Взглянем на то, как к техническому вопросу подходят создатели всемирно известной акустики, для которых звучание своих произведений становится предметом гордости — и не в последнюю очередь благодаря кроссоверам.
Franco Serblin не распространяется о точных деталях кроссоверов в шедеврах итальянского мастера. Тем не менее одна деталь известна точно — в своих легендарных дизайнах Серблин использовал фильтры низких порядков, не стремясь «ужать» частоты ценой потери естественного звучания. Во многом поэтому его колонки обладают ни с чем не сравнимым ощущением живого музыкального театра, находящегося с вами в одной комнате.
А вот Magico, наоборот, не упускают ни единой возможности показать свою гордость своими разработками. Для топовых моделей своего каталога, например четырехполосной M7, они используют авторскую разработку ESXO, основанную на принципе эллиптической симметрии — этот алгоритм фильтрации сложен в исполнении, но обеспечивает очень эффективное разделение частот благодаря резкому спаду громкости за точкой среза. Для кроссоверов ESXO используются детали от Mundorf и Duelund Coherent Audio, а на внутренних платах стоит личная подпись основателя Magico Алона Вулфа.
Германские умельцы из MBL имеют дело с нетипичной ситуацией — их колонки совмещают привычные нам спикеры с уникальным радиальным излучателем, вынесенным за пределы традиционного корпуса. Каждая модель предлагает свою конфигурацию, в которой расстояния между драйверами могут радикально отличаться, а значит, и кроссовер нужно создавать под конкретную ситуацию. Но и здесь можно найти общие принципы — MBL склоняется к использованию фильтров высокого порядка, чтобы как можно полнее разделить спектр между динамиками разных видов. В интервью представители бренда отмечают, что целевым для них является срез на 3500 Гц для их фирменного твиттера, и разработка часто отталкивается от этого.
Еще один интересный пример — «башни звука» от McIntosh. Это одни из самых необычных систем последних лет, предлагающие сразу десятки драйверов в одном корпусе. Конечно, они разделены на комплекты, соответствующие одной из трех или четырех полос, но исполнение всё равно выглядит внушительно. Чтобы всё это обилие динамиков можно было раскачать без лишних проблем, такие модели, как XRT1.1K (см. фото выше), предполагается использовать по методу триампинга, полагаясь на внешний кроссовер и раздельные усилители. Но и встроенный вариант не ударяет в грязь лицом, предлагая низкие потери сигнала и отсечки на 150, 400 и 2000 Гц.
Узнайте больше про кроссоверы в Галерее «Назаров»
Кроссоверы — глубокая тема, требующая погружения в технические нюансы и познаний в электронике. В то же время это один из ключевых факторов, от которых зависит потенциал вашей системы. Доверьтесь опыту и знаниям экспертов нашего салона, которые подберут акустику с лучшими фильтрами и самым живым и объемным звучанием!
Записаться на прослушивание
ЧИТАТЬ ДРУГИЕ СТАТЬИ
