Mi az a hangszóró keresztváltás?

A normál hallással rendelkező emberek akár 10 oktáv frekvenciát is képesek érzékelni, 20 Hz-től 20 kHz-ig, és a szélessávú hangszórókat úgy tervezik, hogy a szóban forgó tartomány lehető legnagyobb részét reprodukálják. Reálisan a legtöbb hangszóró nyolc vagy kilenc oktávot tartalmazhat, 20 kHz-es vagy még magasabb szintű, felülről lefelé, akár 40–80 Hz-ig, bár néhányuk alacsonyabb is lehet.

Ez valamivel kevesebb, mint az emberi hallás teljes mértéke, ám ez még mindig nagyon széles tartomány, és a legtöbb hangszóró-meghajtó nem képes önmagában lefedni az egészet. Tehát a legtöbb hangsugárzó-kabinet egynél több meghajtóval van szerelve.

Például egy úgynevezett két-utas hangsugárzó két kisebb tartományra osztja a teljes frekvenciatartományt, és mindegyik tartományt más-más meghajtó reprodukálja: A magas-sugárzó magas frekvenciákat kezel, a mélysugárzó pedig az alacsonyabb frekvenciákat kezeli. A háromutas hangsugárzók a teljes tartományt három kisebb tartományra osztják szét: egy magas-sugárzó, egy mélysugárzó és egy közép-meghajtó, amely reprodukálja a közép-frekvenciákat a magas- és a mélysugárzó között. Néhány hangsugárzónak, különösen az álló tornyoknak egynél több mélysugárzója van, mivel az alacsonyabb frekvenciákhoz több energiára van szükség a csúcspont kiegyenlítéséhez.

Frekvenciák felosztása és a pontos hangzás
Hogyan lehet a teljes tartományt kisebb tartományokra osztani és a megfelelő meghajtókra irányítani? Ez a hangszóró keresztváltó áramkörének a feladata, amely két vagy több szűrőből áll. Ez az áramkör teljes spektrumú jelet fogad a nagy teljesítményű erősítőtől vagy az AVR-től, és a magas frekvenciákat egy felül-áteresztő szűrővel továbbítja a magassugárzóra, az alsó frekvenciákat a mélysugárzó(k)ra alul-áteresztő szűrővel, és – egy háromutas hangsugárzóban – a közép frekvenciatartományt a közép-meghajtóhoz pedig egy Bandpass sávszűrővel

Lényegében, a passzív keresztváltó áramkör egyszerű. Három alapvető elektronikus alkatrészből áll: induktorok, kondenzátorok és ellenállások. De az ördög a részletekben-, és az áramkör sajátos kialakításában rejlik – pontosan mely komponenseket használják és hogyan vannak elrendezve -, a hangszóró-tervező művészetének fontos része.

Az SVS mérnökei sok időt töltenek a keresztváltó áramkörön, mert ez óriási hatással van a hangszóró végső hangjára. Ha egy gyártó olcsó alkatrészek és egyszerűsített kialakítás felhasználásával próbál költségeken spórolni, akkor a hangszóró torzan és erőltetetten szólhat nagy hangerőn, a sztereó színpad és térképzés romolhat, a frekvenciaválasz pontatlan és egyenetlen lehet. Ezen és más, az alacsonyabb szintű keresztváltókra jellemző problémák elkerülése érdekében az SVS prémium komponenseket, kifinomult áramkör-tervezést, részletes számítógépes modellezést, valamint kiterjedt valós és anechoic (visszahangmentes) teszteket alkalmaz (amelyeket egy kicsit később megvitatunk), hogy hangszóróik kompromisszumok nélküli teljesítményét érjék el.

Ennek a folyamatnak az egyik része annak eldöntése, hogy pontosan hol osztja a teljes frekvenciatartományt kisebb tartományokra; az elválasztó pontokat keresztező frekvenciáknak nevezzük. Ez a meghajtók képességeitől függ. Ideális esetben minden meghajtót fel kell kérni, hogy csak azokat a frekvenciákat reprodukálja, amelyekkel a legkényelmesebb – vagyis más szóval, lineáris a működési tartománya. Ha egy meghajtó megkísérel olyan frekvenciákat reprodukálni, ami a lineáris működési tartományán kívül esik, akkor gyengének tűnhet, vagy torzulhat.

Keresztezési frekvencia meredekség
Ugyanolyan fontos, hogy a crossover átváltás hogyan változik az egyik tartományból a másikba. Egy hirtelen átmenet mindenféle hangproblémát okoz, ezért az átmenetnek fokozatosabb lejtést kell követnie; ezt keresztezési lejtőnek / meredekségnek (crossover slope) hívják. Ahogy a frekvencia növekszik, az egyik szűrő kimenete lefelé csökken, amikor a következő szűrő kimenete felfelé emelkedik. Valójában a szűrők frekvenciatartományai átfedik egymást, és mindkét meghajtó reprodukálja a frekvenciákat az átmeneti zónában.

Tegyük fel például, hogy egy két-utas hangsugárzóban a magas- és a mélysugárzó közötti keresztezési frekvencia 2 kHz. Ebben az esetben a 2 kHz alatti frekvenciák a mélysugárzóra, a 2 kHz feletti frekvenciák pedig a magas-sugárzóra továbbítódnak. Mivel azonban az alacsonyabb frekvenciák megközelítik a 2 kHz-t, az alul-áteresztő szűrő csökkenti a mélysugárzó felé továbbított jelszintet. Ugyanezen a ponton a felül-áteresztő szűrő növeli a magassugárzónak küldött szintet, amíg az el nem éri a teljes szintet valahol 2 kHz felett.

Az a ráta, amellyel a szint csökken a mélysugárzóig és növekszik a magassugárzóig, a keresztezési lejtő maga (más néven rolloff-nak hívják). A legtöbb SVS hangsugárzóban ez a meredekség 12 dB / oktáv. A két lejtő (slope) keresztezi a keresztezési frekvenciát (ebben a példában 2 kHz), ahol mindkettő 6 dB-el a névleges szint alatt van. Mivel azonban a magassugárzó és a mélysugárzó is előállítja ezt a frekvenciát, egyesülnek, hogy ugyanazt a szintet érjék el a magasabb és az alsó frekvenciákon, és a hangsugárzó teljes frekvenciaválasza teljes tartományában sima, egyenletes.

Egy három-utas keresztváltó ugyanúgy működik, kiegészítve egy bandpass sávszűrő hozzáadásával az alul- és a felül-áteresztő szűrők közé (lásd 2. ábra). Ebben az esetben két keresztezési frekvencia létezik.

A keresztváltók tervezése
Az aktív keresztváltók ugyanazt a munkát végzik, mint a passzív tervezésűek, csak a jel-lánc másik pontján, és azok elektronikusan jóval kifinomultabbak. Az aktív keresztváltás leggyakoribb típusa a digitális – ami, teljes tartományú digitális audio jelet fogad, és a DSP (digitális jelfeldolgozó) segítségével kisebb tartományokra osztja. Egy passzív keresztváltáshoz hasonlóan a tartományok átfedésben vannak az átmeneti zónában, és a keresztezés meredeksége általában 12dB / oktáv. Az osztott jeleket ezután analóggá konvertálják, és azokat különálló erősítőkhöz továbbítják, így tápláva meg mindegyik meghajtót.

Az aktív keresztváltókat gyakran használják a saját tápellátású (más néven aktív) hangsugárzókban, azaz a beépített teljesítményerősítővel rendelkező hangsugárzókban. Az egyik ilyen hangszóró a
két-utas SVS Prime Wireless vezeték nélküli hangszórórendszer, amely magában foglal egy digitális aktív keresztváltót és 200 wattos (50 watt x 4) teljesítményerősítőt. Számos digitális bemenetet (Bluetooth, WiFi, Ethernet, TosLink optikai), valamint analóg bemeneteket kínál. Az analóg jeleket digitálissá alakítja, mielőtt a keresztváltó két frekvenciatartományra szétosztja azokat.

Az SVS mélynyomók is digitális aktív keresztváltót használnak, ha teljes tartományú jelet kapnak. Ebben az esetben a keresztváltó alul-áteresztő szűrőként működik, amely megakadályozza, hogy a mélysugárzó működési tartománya feletti frekvenciák elérjék a meghajtót.

A digitális aktív keresztváltók szépsége az, hogy pontosabbak, sokkal szigorúbb tűréshatárokkal dolgoznak, mint a passzív áramkörök, valamint egy egyszerű firmware frissítéssel javíthatók/módosíthatók. És természetesen az SVS ugyanazon iteratív (ismétlő) mérési- és (le)hallgatási folyamaton megy keresztül, az aktív keresztváltók finom-hangolása érdekében, és a mérnökök a DSP használatával finomíthatják a hangszóró teljesítményét a passzív keresztváltó képességein túl. Ami nyilvánvaló, hogy a keresztváltók kritikus részét képezik az összes több-utas hangsugárzónak. Az intelligens tervezéssel és kivitelezéssel az SVS hangszórók eltűnnek, és csak a magával ragadó hang dicsőséges élményét hagyják maguk után…