Скажу сразу, я не спец в построении АС или проектировании кроссоверов под них.
Но тема цифровой фильтрации мне немного знакома по своему опыту работы с ними. Пару лет назад, я собрал себе трёх полосную цифроактивную АС на основе дсп адау1452. По мере сведения этой АС я получил некий опыт и некие поверхностные знания, и у меня есть несколько картинок которые я хочу показать в этой теме.
Начну наверно с далека с базовых вещей которые многим и так известны и банальны, но они важны.
Почему прибегают к разделению канала на две и более полосы?
К разделению каланов на частотные полосы прибегают по причине того, что одним динамиком весьма сложно создать звуковое давление с приемлемой точностью т.е. с приемлемой мощностью, АФЧХ и искажениями в диапазоне 20Гц-20кГц.
Какова конечная цель при разделение канала на полосы?
Цели могут быть разные, но обычно стремятся получить как можно более ровную АЧХ звукового давления в необходимом диапазоне частот. Т.е. выбирают динамики которые очень хорошо себя показывают в нужном диапазоне частот т.е. имеют ровную АЧХ. Далее ставя два или более динамика которые хорошо себя показывают в своём диапазоне частот так, что бы суммарно их АЧХ перекрывала необходимый диапазон частот тем самым добиваясь как можно более ровной АЧХ АС в целом.
Какие проблемы возникают при делении канал на полосы?
Одна из проблем это отсутствие идеальных фильтров, фильтров которые позволили бы чётко выделить необходимы диапазон частот, а все остальные частоты отбросить и не пропускать их на свой выход. Т.е. в реальной жизни на частоте раздела есть участок в котором два динамика работают одновременно, так званая зона совместной работы динамиков, очевидно то, что чем шире зона совместной работы двух динамиков, тем сложнее найти два динамика которые в этой зоне будут помогать друг другу, а не мешать, очевидно и обратное, чем уже зона совместной работы динамиков тем легче подобрать пару которая споётся. Казалось бы, в чём проблема сделать фильтр с крутизной среза которая уменьшить зону совместной работы динамиков в многополске? Касательно пассивных фильтров проблема в свойствах самого фильтра, чем круче срез у фильтра, тем круче он крутит фазу сигнала, на частоте среза, что в свою очередь сильно искажает суммарную АФЧХ АС что приводит так званому эффекту разделения полос т.е. человек начинает слышать каждую полосу АС отдельно, а не слитно. Причин тому несколько, но корень причины как раз в свойстве пассивного фильтра крутить фазу тем круче, чем круче спад сигнала на частоте среза фильтра, что приводит к увеличению ГВЗ сигнала, и как следствию линейным искажениям такого уровня, при котором мозг уже не способен склеить всё в единую картину.
Влияние кручения фазы на сигнал хорошо видно на степреспонзе.
Ниже картинка степ рсепонза сигнала который прошёл через трёхполосный кроссовер LR48.
На степе отчётливо видно что ступенька размазана во времени на 4мсек т.е. частотные составляющие сигнала приходят на выход фильтра с разным временем или же с разной фазой.
Грубо говоря ВЧ частоты пришли раньше чем НЧ частоты, это если грубо описать то, что натворил кросовер высокого порядка. Считается что подобный вид линейных искажений которые на степе проявляются как искажения фронта до 5мсек мозг способен компенсировать т.е. не замечать, но так же, есть люди которые без особых проблем слышат подобные искажения величиной хоть в 1мсек т.е. они вообще многоплоски не могут воспринимать как единый источник звука они всегда слышат расслоение полос даже на фильтрах первых порядков.
Кстати, вот так LR48 коверкает один период синусоидального сигнала частотой 300Гц.
С верху эталонный сигнал который пропускается через трёхполсоный кросовер LR48, ниже сигнал который получен как сумма трёх полос полученных с помощью кросовера LR48.
В общем, грубо говоря на пассивных фильтрах нет возможности реализовать высокий порядок без ощутимых линейных искажений сигнала.
Получается как не крути, а нужно применять кросоверы не очень высоких порядков и подбирать динамики в пары, что бы они пели в унисон на частоте совместной работы. Так же современные САПРы умеют рассчитывать пассивные фильтра в кросоверах с учётом АФЧХ динамиков, что значительно улучшает конечный результат но не устраняет один из критериев который отвечает за фазолинейность АС в целом т.е. фаза сигнала как крутилась пассивными фильтрами так и крутится т.е. в сигнале как были так и остаются линейные искажения вносимые пассивными фильтрами.
Теперь пожалуй пора перейти к КИХ фильтрации, подобный вид фильтрации реализуем только математическим путём, и он позволяет отвязать амплитуду от фазы, тем самым сделать фильтр с относительно крутым срезом без пагубного влияния на фазу сигнала. Это в свою очередь позволяет снизить зону совместной работы динамиков ,тем самым как бы уменьшить требования к унисонности работы динамиков в зоне совместной работы.
К примеру если использовать библиотечный КИХ фильтр в сигма студио на 512 тапов и на его основе реализовать кросовер, то мы получим такие картинки.
Как видно из картинок КИХ фильтр не вносит линейных искажений в сигнал. Это в свою очередь сильно облегчает сведение полос.
Если учесть то, что когда динамическая головка находится в зоне поршневого излучения, то она не крутит фазу сигнала. Если выбрать полосы раздела работы динамиков в зоне их поршневой работы, для сшивки полос АС, нет нужды контролировать фазу излучения, так как она и так понятна изначально, и о ней нет нужды беспокоится.
Это я затронул только одну иалую часть проблематики многополсоности, нельзя все проблемы описать одним постом.... Пост и так длинный вышел.
