کراس اوور چیست؟ چگونه می توان کراس اوور پسیو ساخت؟

کراس اوور چیست؟

در این مقاله سعی شده به طور خلاصه در مورد کراس اوورها خصوصاً کراس اوور پسیو و طریقه ساخت آن توضیح داده بشه.

همانطور که میدانید فرکانس ها و ولتاژهای خروجی از آمپلی فایرها پس از تقویت به اسپیکر منتقل میگردد.

هر اسپیکر بنا به وظیفه ای که دارد، دارای یک پاسخ فرکانسی میباشد.

مثلا ساب ووفرها دارای پاسخ فرکانسی بین 20 الی 400 هرتزهستند، در مقابل یک تیوتر باید بتواند فرکانسهای بین 5 الی 20 کیلو هرتز رو به گوش شنونده برساند.

برخی اسپیکرها دامنه فرکانسی گسترده تری دارن و میتوانند فرکانسهای بیشتری رو اجرا نمایند.

به این نوع اسپیکرها اصطلاحان فول رنج هم میگن.پاسخ فرکانسی این نوع درایورها حدودا بین 28 الی 26 کیلو هرتز هستش.

پر واضح است که نباید یک فرکانس پائین (مثلا50 هرتز)وارد تیوتر گردد و همچنین یک فرکانس بالا (مثلا 16 کیلو هرتز) نباید وارد ساب ووفر گردد و به قول معروف این گونه فرکانس ها باید ف ی ل ت ر گردند.

حالا چگونه میتوان این ف ی ل ت ر رو روی بخشی از دامنه فرکانسی صدا یا همون موزیک انجام داد؟

استفاده از یک کراس اوور و انتخاب یک فرکانس کات آف مناسب میتواند راه حل این مشکل باشد.

انواع کراس اوور

کراس اوور ها کلا به دو نوع Passive وActive تقسیم میشوند.

در کراس اوورهای Active که به کراس اوورهای الکترونیک نیز معروف هستند، از قطعات الکترونیکی در ساختشون استفاده میشود.

این نوع کراس اوورها قبل از تقویت شدن فرکانسها قرار میگیره و با آمپراژ و ولتاژ کم(در حد میلی ) کار میکنه.کراس اوور آمپلی فایرها و پخش ها از نوع اکتیو هستند.
در مقابل کراس اوورهای Passive قبل از اسپیکر قرار میگیره.

یعنی زمانی که فرکانس ها آمپلی فای شدن و ولتاژ و آمپر خیلی بالاست(تا 50 ولت) ازشون استفاده میشه.

کراس اوور کامپوننت ها کراس اوورهای پسیو هستن.

خب حالا یک کراس اوور چگونه باعث ضعیف شدن یک فرکانس میشه؟

Attenuation Slope یا شیب کاهش

به طور قطع میشه گفت ما کراس اووری نداریم که کاملا دقیق عمل کنه.

یعنی بتونه فرکانسهای بعد ازفرکانس کات آف(Cut off Frequency) رو کاملا حذف کنه،بلکه فقط قدرت این رو داره که فرکانسهای بالا یا پائین نقطه کات آف رو ضعیفشون کنه.

حالا هر مقدار از این نقطه فاصله بگیریم، کاهش بیشتر میشه.

به شیب خطی که کراس اوور این فرکانسها رو از نقطه کات آف تضعیف میکنه، Attenuation Slope میگن.

حالا هر مقدار این شیب بیشتر باشه، کراس اوور دارای قدرت ف ی ل ت ر ی ن گ بیشتری میباشد.

کراس اوور با شیب صفر به معنای فیلتر نشدن هیچ فرکانسی و با شیب بی نهایت به معنای فیلتر شدن کامل تمامی فرکانس هایی که بالا یا پایین تر از Cut off Frequency قرار دارند میباشد.

واحد اندازه گیری شیب کاهش،دسیبل بر اکتاو (dB/Octave) میباشد.

یعنی به ازای هر یک اکتاو که از فرکانس کات فاصله بگیریم،چند dB از قدرت فرکانس کم میشود.

هر اکتاو به معنای نصف شدن فرکانس میباشد.

مثلا فرکانس 400 هرتز یک اکتاو از فرکانس 200 هرتز بالاتره،و فرکانس 200 هرتز یک اکتاو از فرکانس 100بالاتره و …

درجات مختلف کراس اوور

کراس اوور ها از لحاظ قدرت ف ی ل ت ری ن گ درجات مختلفی دارند که در ذیل خدمتتون عرض میکنم:

درجه 1 یا Order1: به طور کلی کراس اوورهای ضعیفی هستند و شیب کاهش آنها 6dB/octave هست.

درجه 2 یا Order2: کراس اوورهائی در حد متوسط با شیب کاهش آنها12dB/octave هست که اغلب در کراس اوور کامپوننتها(نوع پسیو )و همینطور در آمپلیفایرها و پخشها(نوع اکتیو)،با این شیب مورد استفاده قرار میگیرند.

البته تو برخی پخشهای حرفه ای شیبهای بالاتر نیز طراحی و ساخته شده اند. به طور مثال در پخش P80 پایونیر کراس اوور Low Pass Filter که برای ساب ووفر استفاده میشه دارای شیب 18dB/octave میباشد.

همچنین اگر در حالت شبکه از این پخش استفاده گردد،شیب کاهش به 36dB/octave نیز میرسد.

درجه 4 یا Order4:این نوع کراس اوورها از قدرت ف ی ل ت ر ی ن گ بیشتری نسبت به دو نوع قبلی برخوردار هستند.شیب کاهش این نوع کراس اوورها24dB/octave میباشد.

خب ،حالا بیائیم با قطعات تشکیل دهنده یک کراس اوور پسیو آشنا شویم.

در ساخت این کراس اوورها به طور کلی از دو قطعه اصلی خازن های بیپلار (Bipolar pacitor) و سلف ها (inductors) استفاده میشود.

وظیفه خازن اینه که در مقابل عبور فرکانس های پائین از خودش مقاومت نشون میده و باعث میشه تا فرکانس های پائین از اون عبور نکنه.

در مقابل در برابر فرکانسهای بالا هیچ واکنشی نشون نمیده و اینگونه فرکانس ها به راحتی از خازن عبور میکنند.

پس خازن به عنوان یک ف ی ل ت ر بالا گذر HPF عمل میکنه.

وظیفه سلف دقیقا برعکس خازن هست.

یعنی در برابر عبور فرکانسهای پائین هیچ مقاومتی نمیکنه و باعث عبور این فرکانسها میشه، در مقابل باعث میشه تا فرکانسهای بالا بلوک گردند و نتوانند از اون عبور نمایند.

پس سلف به عنوان یک ف ی ل ت ر پائین گذر LPF عمل میکنه.

همانطور که در بالا گفته شد،پائین ترین درجه کراس اوورهای Passive 1order هست.

این کراس اوور که شیب تفکیک فرکانسی اون 6dB/Octaveمیباشد برای ووفرها از یک سلف که به صورت سری بسته میشه و در تیوترها از یک خازن به همون شکل استفاده میشه.

اما این کراس اوور برای سیستمهای با قدرت بالا کافی نیست.و ممکنه باعث آسیب دیدن مثلا تیوترها شود.

چگونه می توان کراس اوور پسیو ساخت؟

اکنون اگر موافق هستید بریم سراغ ساخت یک کراس اوور پسیو بالا گذریا همون High Pass Filter خودمون.

ما یک ساب ووفر فرضی داریم و میخواهیم براش یه کراس اوور پسیو HPF/Sub Sonic بسازیم تا مانع ورود فرکانسهای پائین مزاحم به کوئل سابمون بشن تا در مقابل صدمات احتمالی ازش محافظ کنه.

داده های ما:

امپدانس ساب ووفر 4 اهم
فرکانس کات آف 30Hz(طبق محاسبه نرم افزار)
جهت بدست آوردن مقادیر سلف و خارن ابتدا باید اعداد داده هامون در فرمولهای مربوطه قرار بگیرن.
فرمول محاسبه خازن مورد استفاده در کراس اوور پسیو:
XC=1/(2pi*F*C)
Ohms))مقاومت خازنیXC=
2pi=6.28
F= فرکانس Cut Off
مقدار ظرفیت خازنیC=
(C*30*6.28(/1=4
6.28*30)=C)/(4/1)
C=0.25/188.4
C=0.0013269 Farad
باتوجه به مقادیر وعرف بازار بر حسب میکرو فاراد بیان میکینیم: F*10^-6
C=1326.9µF
1326.9 میکرو فاراد

فرمول محاسبه سلف مورد استفاده در کراس اوور پسیو:

XI=2pi*F*L
Ohms))مقاومت سلفیXC=
2pi=6.28
F= فرکانس Cut- Off
مقدار ظرفیت سلفیL=
L*30*6.28=4
L=(30*6.28)/4
L=0.02123 Henry
که با توجه به مقادیر و عرف بازار بر حسب میلی هانری بیان میکینیم: H*10^-3
L=21.23mH
21.23 میلی هانری
خب پس مشخص شد ما باید خازنی به ظرفیت 1326.9 میکرو فاراد به همراه سلفی معادل 21.23 میلی هانری تهیه نمائیم.پس از اون باید به روش ذیل نسبت به نصب خازن و سلف عمل نمائیم.

ابتدا سلف(L1) را بصورت موازی با ساب ووفر متصل نموده و خازن (C1) را با این مجموعه سری می نمائیم.

اکنون ما یک کراس اوور پسیو بالا گذر(High Pass Filter)یا به نوعی یک ساب سونیک با شیب 12dB/Octaveو فرکانس Cut Off 30Hz ساختیم.به همین راحتی.

حل اگر بخواهیم با همان شرایط کراس اوور پایین گذر بسازیم چه؟

پاسخ ساده هستش.

جای سلف و خازن عوض میشن.

یعنی سلف رو به صورت سری و خازن رو به صورت موازی به ساب ووفر متصل مینمائیم.

امیدواریم که توضیحات فوق توانسته باشد گره ای از کار شما باز کرده باشد.