Кроссоверы

«Никогда бы не мог подумать, что смена кроссовера так сильно повлияет на звук!» - это слова владельца одной известной студии. Хотя новый кроссовер имел «продвинутую» конструкцию, но старый кроссовер, который был заменен, оказался первоклассным прибором.
Удивительно, сколько людей все еще выбирают кроссовер для системы просто исходя из имеющихся в наличии без малейшей мысли о той критической роли, которую эти приборы играют в строении любой мониторной системы. Имея дело с обычными кроссоверами, будь то активными или пассивными, на выходе с кроссовера вы всегда получаете не то, что подаете на вход. Выходные сигналы просто не будут суммироваться в одно целое так, чтобы воссоздать исходный сигнал. Единственное исключение в этом случае – кроссовер с фильтрами Butterworth первого порядка, со спадом амплитудно-частотной характеристики в 6 дБ на октаву. К сожалению, такой спад является слишком медленным, поэтому он просто не проходит по стандартным требованиям к студийному мониторингу.
Конструкция и технология кроссовера являются довольно сложными, и эффект, который кроссовер дает на слышимых особенностях мониторной системы, зачастую недооценивается. Действительно, проблема может быть настолько замысловатой, что многие, как кажется, пытаются использовать первый попавшийся прибор в надежде, что кто-то сделал всю домашнюю работу за них. К сожалению, чтобы получить хорошие результаты, необходимо воспринимать комбинацию усилителя/акустической системы/кроссовера/помещения как одно целое. Эта философия подтверждается тем фактом, что большинство специалистов - производителей мониторов теперь используют узко ориентированные, специфические кроссоверы для своих систем в противовес использованию «залежалых на полке» приборов от специалистов по производству кроссоверов, а те, в свою очередь, теперь в значительной мере нацеливают свои «универсальные» продукты на рынок звукоусиления. Физическое распределение многих систем звукоусиления изменяется от постановки к постановке, а это наряду с большим физическим расстоянием между соседними громкоговорителями делает точное пересечение полос невозможным в условиях сегодняшних знаний и технологии; таким образом, кроссоверы для звукоусиления и кроссоверы для студийных мониторов сегодня тяготеют к различной иерархии приоритетов.

1. Варианты

В конструкции любого кроссовера заложен очень большой набор различных параметров: активный или пассивный; высокого уровня или низкого уровня; крутизна спада 6, 12, 18, 24 дБ на октаву и другие; крутизна фронта в начальном переходе; максимальная мощность (для кроссоверов высокого уровня) или выходное напряжение (для активных кроссоверов)… Все эти параметры являются переменными кроссовера. Различные люди, придерживающиеся различных взглядов по-разному оценивают роль этого устройства, и если рассмотреть только мою точку зрения на этот вопрос, мы можем более детально рассмотреть многие возникающие дилеммы.

2. Опережения и отставания по фазе

Забавно, что усилители обычно проверяются и оцениваются на статичной резистивной нагрузке. Что касается чисто резистивных акустических систем, то я таких никогда не видел! Всякий раз, когда в акустической системе присутствует индуктивность и/или емкость, в ней неотвратимо присутствует реактивный элемент, из-за которого напряжение и ток не синфазны друг с другом, что дает классическую «бесполезную мощность», до боли знакомую инженерам тяжелых электрических машин. Фабрики, использующие тяжелые машины с индуктивными электрическими свойствами, обязаны устанавливать в силовой сети «конденсаторы коррекции фактора мощности», которые восстанавливают фазовые соотношения между током и напряжением, иначе счетчик компании - поставщика электроэнергии не сможет насчитать все потребленное электричество, и соответствующие цифры в платежных счетах будут меньше, чем должны быть. Фактор мощности был бы равен единице (ток и напряжение синфазны) на резистивной нагрузке, но как только в сети появляется реактивный элемент, а понижение фактора мощности опускается хотя бы до 0,7, то в квитанциях на оплату электроэнергии будет указано лишь 70% от фактически произведенной потребляемой мощности, если, конечно, этот фактор мощности не  был откорректирован. Люди, занимающиеся производством электричества, не очень заинтересованы в таком положении вещей, отсюда и их настойчивость в установке корректирующих конденсаторов.

В обоих случаях увеличение напряжения тока/давления насоса увеличивает яркость лампочки/скорость турбины, то они всегда будут оставаться в пропорции: увеличение при увеличении, уменьшение при уменьшении. Это замкнутые системы с синфазными напряжением/током, яркостью/скоростью и преимущественно резистивно нагружены

Почему это происходит? Вероятно, это легче объяснить, прибегнув к аналогии с каждодневным трудом сантехников - WC! Электротехника и сантехника, оказывается, похожи в своих основных чертах. Трубы соответствуют проводам, вода – электричеству, давление воды в трубопроводах - напряжению, а расход воды в галлонах в минуту – силе тока в амперах и т.д. Сравнивая трубы и провода, видим, что при прочих равных условиях при уменьшении их диаметра увеличивается их сопротивление потоку воды или электричества. Конденсаторы имеют «вместимость» (очень похоже на «емкость»); туалетные сливные баки имеют вместимость обычно около двух галлонов (10 литров). В электрике RC-цепочка имеет «постоянную времени» - отрезок времени, который требуется конденсатору, чтобы полностью зарядиться через сопротивление. Постоянная времени определяется умножением сопротивления в омах на емкость в фарадах. Для конденсатора в 10000 мкФ (0,01 Ф), питаемого через резистор на 100 Ом для «полного» заряда потребуется 1 секунда - то есть 100 Ом умножить на 0,01 Ф;         100 х 0,01 = 1 секунда. Туалетный бачок вместимостью в два галлона, который заполняется через трубопровод с пропускной способностью 1 галлон в минуту, наполнится до отказа через 2 минуты. Таким образом, постоянная времени туалетного бачка была бы 2 минуты.
Иллюстрации 1 и 2 могут помочь развить аналогию опережения по фазе, отставания по фазе и постоянных времени, показывая, что в реактивных системах давление и поток практически никогда не изменяются синхронно.
Когда конденсатор заряжается через резистор, первоначально сила тока максимальна, поскольку напряжение между пластинами минимально, и из-за отсутствия заряда в конденсаторе он фактически замыкает цепь накоротко. Напряжение между пластинами в конечном счете растет, достигая пикового значения, и ток прекращает течь. Сначала течет ток, потом появляется напряжение. Таким образом, полагают,  что ток имеет опережение по фазе по отношению к напряжению. В случае с катушкой индуктивности между выводами должно быть напряжение для того, чтобы ток создал магнитное поле в пределах катушки индуктивности прежде, чем сможет течь по цепи. Следовательно, ток в этом случае, как говорят, имеет отставание по фазе по сравнению с напряжением. Возвращаясь к резистору, мы видим, что ток и напряжение находятся всегда в прямой пропорции, ведь увеличение напряжения всегда незамедлительно увеличивает силу тока, и, как принято говорить, они находятся в фазе. В соответствии с этими явлениями, можно увидеть подобные электрические аналогии в подвижных системах громкоговорителей.

Заметьте: В любой момент времени напряжение и ток на резисторе либо минимальны, либо падают, либо максимальны одновременно, следовательно, совпадают по фазе. Напряжение и сила тока на конденсаторе всегда «не в ногу». Напряжение растет по мере протекания тока, и говорят, что сила тока имеет опережение по фазе. Напряжение имеет соответствующее отставание по фазе.Совпадающий по фазе электроток и напряжение в резисторе умножаются вместе, производя ватты мощности, поэтому резистор нагревается, а мощность рассеивается. Сдвинутые по фазе сила тока и напряжение в конденсаторе умножаются, чтобы производя Вольт-Амперы или бесполезную мощность, конденсатор не нагревается, никакая мощность не рассеивается. Аналогия емкости в сантехнике: Поток (I) и давление (V) всегда «не в ногу» в вентиле"> Рис. 2. Реактивная нагрузка Заметьте: В любой момент времени напряжение и ток на резисторе либо минимальны, либо падают, либо максимальны одновременно, следовательно, совпадают по фазе. Напряжение и сила тока на конденсаторе всегда «не в ногу». Напряжение растет по мере протекания тока, и говорят, что сила тока имеет опережение по фазе. Напряжение имеет соответствующее отставание по фазе.Совпадающий по фазе электроток и напряжение в резисторе умножаются вместе, производя ватты мощности, поэтому резистор нагревается, а мощность рассеивается. Сдвинутые по фазе сила тока и напряжение в конденсаторе умножаются, чтобы производя Вольт-Амперы или бесполезную мощность, конденсатор не нагревается, никакая мощность не рассеивается. Аналогия емкости в сантехнике: Поток (I) и давление (V) всегда «не в ногу» в вентиле

В следующих статьях мы будем говорить о том, что неэффективность прямых излучателей вызвана их плохой нагрузкой, что обусловлено их слабым согласованием с окружающим воздухом. Нагрузка является реактивной, а следовательно, «фактор мощности» низок. Таким образом, имеет место неэффективное превращение энергии из электрического состояния в акустическое. Мощность измеряется в ваттах, которые вычисляют, умножая вольты на амперы. Следовательно, лампочка на 220 В, потребляющая 1 А, выдаст 220 х1 = 220 Вт тепла. С другой стороны, если нагрузка является реактивной, а не резистивной (то есть если есть опережение или отставание напряжения или тока по фазе), то многие ватты тепла просто не появятся в действительности. 220 В, поставляющие 1 А через конденсатор, не произведут ни одного ватта (если он совершенный, конечно), так что произведение Вольт и Ампер произведет 220 ВА или «вольт-ампер». Вольт-амперы не несут никакой полезной мощности, а напряжение и ток по-прежнему нужно обеспечивать. Дело в том, что в реактивной электросхеме максимальное напряжение и максимальная сила тока возникают в разные моменты времени. Фактически если реактивная электросхема показала максимальное напряжение во время минимальной силы тока, то в этот момент никакие ватты не производятся, несмотря на все еще потребляемые 220 ВА. В резистивной электросхеме в любой момент времени максимальное напряжение создает максимальную силу тока и, следовательно, максимальные ватты.

3. Важность фазовой частотной характеристики

Мое глубокое убеждение, что точность импульсной характеристики является самым важным критерием звучания любой системы. Чтобы выдержать точную импульсную или переходную характеристику, фазовая частотная характеристика или фазовый наклон системы должны быть настолько когерентны, насколько возможно. Только это вместе с гладкой амплитудной частотной характеристикой может воссоздать точный импульс на выходе системы. Учитывая невероятную сложность взаимодействия между реактивными элементами драйверов акустической системы и высокоуровневыми пассивными компонентами кроссовера (катушками индуктивности и конденсаторами), я не могу серьезно рассматривать такие кроссоверы как кандидатуры в поиске акустических систем высокой фазовой точности. Я признаю, что иногда допустима пассивная компенсация, когда нужно обеспечить относительно постоянную зависимость импеданса частоты на выводах усилителя, но при этом в системе кроссовер/драйвер странные вещи могут все еще продолжаться. В целом в случае работы акустических систем с пассивными кроссоверами усилители вынуждены порой испытывать некоторые очень странные нагрузки. «Бесполезная мощность» опережения и отставания по фазе может потребовать огромных всплесков тока от усилителя. Такие всплески невозможно найти простым вычислением мощности, когда сопротивление умножают на квадрат силы тока. И все же снова и снова мне приходится слышать людей, которые говорят, что «100 Вт на 8 Ом – это приблизительно 3,5 А, поэтому я использую пятиамперный кабель».
Правда состоит в том, что с реактивной нагрузкой 100 Вт на номинальные 8 Ом может потребоваться 20 А при определенном способе нагрузки и определенных условиях усиления, что, очевидно, сказывается на требуемых показателях пропускной способности по току и насыщения любых катушек индуктивности, используемых в пассивном кроссовере высокого уровня. Тем самым повышенные требования возлагаются также на способность усилителя управлять некоторыми из этих абсурдных нагрузок. Крайний случай уже обсуждался в разделе 4 урока 6, когда через нагрузку 0,8 Ом вполне можно пропускать переходной ток силой до 60-100 А.

4. Соображения об усилителях

В течение многих лет «отборными» усилителями для моих мониторных систем были Crown, поскольку они хорошо работали с системами, на которых я их использовал. Я часто слышу от людей, что такой-то усилитель лучше чем другой, потому что они провели ряд дотошных прослушиваний и решили, что это так. Такие тесты-прослушивания обычно проводятся под «тщательным контролем» в одном помещении с одним и тем же звуковым материалом и через один набор акустических систем в качестве эталона. Составляется таблица, в которой усилители выставлены в порядке предпочтения, и объявляется всему миру, что усилитель «F» определенно самый лучший. Однако может оказаться, что усилитель «F» всего лишь наиболее соответствует сложной специфической нагрузке, оказываемой данной акустической системой. Если бы тест повторялся десять раз с использованием десяти различных акустических систем и тем же самым рядом усилителей и если бы при этом усилитель «F» всегда оставался первым в списке, то, возможно, тогда можно было приблизиться к некоему более-менее рациональному обобщению. Но даже в этом случае весьма возможно, что в совокупности с некоторым сложным импедансом еще одной акустической системы усилитель «F» столкнется с трудностями, а усилитель «D» окажется на высоте. Поспешные обобщения, что, мол, один уси-
литель, один драйвер акустической системы или один кроссовер являются универсально «лучшими», как правило, ошибочны.
Комбинации усилителя/кроссовера/акустической системы, как единого целого становились все более коммерчески доступными приблизительно с 1980 года. Иногда такой подход позволял использование конструкций, которые в иной ситуации могли бы быть проблематичны. Я помню, как фирма UREI отказывалась давать гарантии на свои акустические системы в случае использования их с определенной маркой усилителя, довольно распространенного в США.
Этот весьма популярный усилитель был склонен к неустойчивости на высоких частотах, когда его подключали к кроссоверу UREI типа “Time Align”. В классических 813-й и других моделях мониторов этой серии разработчики UREI остановились на пассивном кроссовере высокого уровня, выполненном по так назы-
ваемой «длинной» (Long) схеме. Они обошли многие из возникающих импульсных/фазовых проблем, но все еще оставались лицом к лицу с очевидной проблемой таких кроссоверов – присутствием компонентов в схеме между
усилителем и низкочастотными громкоговорителями. Если последовательно подключенные катушки индуктивности в фильтрах кроссовера, питающих низкочастотные громкоговорители, имеют некое сопротивление (а они его имеют), то демпфирующая способность усилителя ухудшается. Сопротивление на 1 Ом, которое включается последовательно с драйвером на 8 Ом, ограничит любой возможный демпинг-фактор приблизительно до 8:1. Дело обстоит именно так независимо от того, имеет ли сам по себе усилитель демпинг-фактор 10, 100, или даже 1000. Воспроизводимый громкоговорителем басовый сигнал не будет «пробивным» до тех пор, пока усилитель мощности не получит полный и уверенный контроль над подвижной системой громкоговорителя. Чтобы выполнить это условие на низких частотах, нужно выполнить два главных требования: демпинг-фактор усилителя должен быть более 40, а сопротивление кабеля или кроссовера между усилителем и низкочастотными громкоговорителями должно быть минимальным.
В UREI использовалась дополнительная контролирующая цепь, выход которой приходил на отдельный разъем на задней стенке корпуса акустической системы. Задача ее состояла в том, чтобы отбирать сигнал с кроссовера и возвращать его на специальный контрольный вход специально спроектированного усилителя. Вышеупомянутая система помогла преодолеть проблемы, свойственные кроссоверам высокого уровня, так как для усилителя брался сигнал обратной связи непосредственно со входа кроссовера, и тем самым эффективно решалась проблема кабельного импеданса. По крайней мере в этом случае решалась проблема, ранее препятствовавшая хорошему демпфированию. Вы наверное догадались, что в Великобритании я редко видел эти усилители в действии, так как слишком многие люди продолжали считать, что усилитель – это усилитель, только усилитель, просто усилитель - и точка! Они не хотели платить за дорогой, специфический усилитель UREI. Должно было пройти еще несколько лет, прежде чем начали получать широкую популярность полностью интегрированные системы, а люди начали привыкать к мысли, что покупать мониторную систему нужно именно как систему.
Попутно остановимся на усилителях с полевыми транзисторами. Здесь я вижу две заметных проблемы. Во-первых, полевые транзисторы неотъемлемо имеют более высокое внутреннее сопротивление, чем сопоставимые с ними биполярные транзисторы. Следовательно, поскольку некоторым системам порой требуются смехотворно непропорциональные электротоки, полевые транзисторы не всегда будут способны «держать марку». Разве что усилитель на полевых транзисторах будет существенно мощнее, чем сопоставимый усилитель биполярной конструкции. Некоторые другие ограничения, связанные с ухудшением переходной  характеристики, следуют из полевых схем, в которых пытались «увеличить выходную мощность» простым увеличением размера блока питания и числа выходных транзисторов. Запараллеливание большого количества выходных транзисторов приводит к более высокой входной емкости выходного каскада, а это, в свою очередь, накладывает более высокие требования на предыдущие каскады. Создается впечатление, что этот факт пренебрегался во множестве конструкций, где предварительный выходной каскад не был способен адекватно питать увеличившееся число выходных транзисторов, появившихся после «увеличения мощности».
Очевидно, что наиболее заметно это на низких частотах и высоких мощностях. Но вдобавок к вышесказанному полевые транзисторы производят несопоставимо более высокие уровни искажений, нежели их биполярные братья. И хотя на устойчивых сигналах эффект этот будет компенсироваться усиленной отрицательной обратной связью, переходные процессы при определенных условиях нагрузки могут пройти через систему прежде, чем ответит схема обратной связи. Реакция цепи обратной связи может запаздывать во времени из-за свойств реактивных компонентов - конденсаторов и катушек индуктивности, которые входят в эти цепи и стали причиной таких явлений, как опережения и отставания по фазе, как уже обсуждалось, а также возникновением групповой задержки, о которой пойдет речь в разделах 6 и 7. Обычно чем выше коэффициент обратной связи, тем больше потенциальная проблема. В результате этого переходные процессы могут иногда заставить усилитель на мгновение взбеситься, стать временно неустойчивым и вызвать появление переходных интермодуляционных искажений. Я полагаю, что в этом и был корень проблемы с вышеупомянутым усилителем на полевых транзисторах, который так не любил, когда его используют с акустическими системами UREI.
Некоторые производители выбирают конструкции, в которых используются исключительно отдельные тран-
зисторы, а не операционные усилители, а также локальная обратная связь внутри отдельных каскадов, чем искажения основной схемы минимизируются и, следовательно, требуется гораздо меньший общий уровень отрицательной обратной связи. Я полностью согласен с этим принципом.
Я долгое время отдавал предпочтение устройствам с согласованием по постоянному току. В них отсутствуют согласующие конденсаторы, и они работают, как серво-усилители. За исключением нескольких микросекунд групповой задержки, обратная связь реагирует фактически мгновенно, без какого-либо существенного опережения по фазе или задержки во всем диапазоне, начиная с постоянного тока и до 100 кГц. С точки зрения моей собственной конструкторской философии, широкополосные усилители обеспечивают наилучшие общие характеристики, отсюда мое продолжительное использование Crown и их выбор среди прочих усилителей, хотя они и являются типичными представителями для целого класса усилителей. Они обеспечивают мне характеристики, которых я ожидаю в рамках определенной философии построения мониторных систем.

5. Активные и пассивные кроссоверы

Несмотря на отважные усилия конструкторов UREI при работе над конструкцией пассивного кроссовера высокого уровня, я все же считаю, что активные кроссоверы низкого уровня с использованием нескольких усилителей являются единственным действительно жизнеспособным подходом к высококачественному мониторингу, способному обеспечивать высокие мощности. Для этого есть много причин. Некоторые из них обсуждены в последующих статьях, но четыре причины в подробностях обсудим здесь. Это разброс параметров компонентов и их старение, потери мощности и «врожденные» дефекты компонентов при использовании их на высоких мощностях в пассивных схемах, а также возможность корректировки спада АЧХ-фильтров, особенно в фильтрах более высоких порядков, свобода выбора компонентов усилителя по совместимости на слух, отсутствие ограничений, обусловленных несогласованностью импедансов или несоответствием чувствительности в активных схемах.
В первом пункте, касающемся разброса параметров компонентов и их старения, электролитические конденсаторы - основные преступники. Возможность использования неэлектролитических конденсаторов не всегда есть, особенно
когда требуется работать с низкими частотами, низким импедансом и высокой максимальной мощностью. Здесь требуются большие емкости и высокие рабочие напряжения. Неэлектролитические конденсаторы могут оказаться физически настолько большими, что их собственная  индуктивность станет помехой в схеме. Эта индуктивность может выступать достаточно нежелательным элементом  и вызвать много скрытых проблем. Нельзя забывать, что звуковые катушки самих громкоговорителей – такие же электромеханические компоненты кроссовера и что громкоговорители стареют. Если в активной системе усиления - с несколькими усилителями - с этим иметь дело достаточно легко, то в пассивном кроссовере высокого уровня тонкая и сложная взаимосвязь между компонентами может вызвать дрейфы характеристик, которые весьма затруднительно будет исправить.
Второй пункт - потери мощности и «врожденные» дефекты компонентов при использовании их на высоких мощностях.  Увеличение числа компонентов в пассивной схеме приводит к существенным потерям мощности, и особенно это касается кроссоверов с более высоким порядком фильтров - 18 дБ на октаву и 24 дБ на октаву. На высоких уровнях эти потери вызывают заметное нагревание компонентов, которое в состоянии изменить их номиналы, и, следовательно, подобранные с такой тщательностью параметры оказываются непостоянными и зависимыми от уровня сигнала. Нагревание в звуковых катушках изменяет также и импеданс громкоговорителя, и мы уходим от наших изначально рассчитанных и подобранных критериев конструкции еще дальше. Мы уже обсудили проблему подбора подходящих конденсаторов высокой емкости, рассчитанных на высокие напряжения, но катушки индуктивности могут подбросить не меньшие проблемы. Сложные фазовые соотношения силы тока и напряжения могут приводить к появлению необычайно больших кратковременных всплесков тока на высоких мощностях. Проектирование катушек индуктивности, которые бы не приходили в состояние насыщения на таких высоких мгновенных уровнях, может быть весьма трудным занятием, особенно с учетом стремления сохранить достаточно малые размеры во избежание неучтенной индуктивной утечки. Это в очередной раз расстраивает намеченный выбор номиналов компонентов. Кроме того, когда катушки индуктивности являются большими, становится все более и более трудно разместить их так, чтоб их магнитные поля не взаимодействовали друг с другом, вызывая дальнейшие сложности в и без того очень сложной системе.
Третье ограничение состоит в формах АЧХ-фильтров. Эта проблема присуща пассивным кроссоверам вообще, будь они высокого уровня или низкого. Конечно же, можно использовать пассивные кроссоверы перед усилителями точно так же, как это делается с активными кроссоверами, но таким образом они используются нечасто. Важное преимущество активных кроссоверов, использующих усилительный каскад, простой или составной, в том, что они обеспечивают точный контроль над формой фильтров. Благодаря усилению, присутствующему в усилительном каскаде, обратная связь используется для получения желаемых контуров амплитудно-частотной характеристики, которых невозможно было бы достигнуть в пределах обычной схемы из пассивных компонентов.
Четвертый недостаток пассивного, высокоуровневого подхода, кроется в выборе излучателей. Допустим, на основании субъективно слышимых особенностей принимается решение, что среднечастотный громкоговоритель «А» с чувствительностью 92 дБ на 1 Вт на 1 м хорошо акустически подходит для низкочастотного громкоговорителя «В» с чувствительностью 97 дБ, но здесь возникает проблема. Принимая во внимание нежелательность присутствия компонентов между низкочастотным динамиком и усилителем мощности и особенно учитывая далекий от постоянного импеданс звуковой катушки, установка точного делителя на 5 дБ в схему низкочастотного громкоговорителя не желательна. Единственным выбором мог бы стать трансформатор на среднечастотном громкоговорителе с подъемом на 5 дБ. Но здесь опять-таки, если речь идет о высоких уровнях мощности, такой трансформатор, помимо веса, размера и дороговизны, может привнести даже более серьезные фазовые сдвиги и погрешности в систему. Это нежелательно и трудно осуществимо.
Использованием индивидуальных усилителей мощности на каждую полосу обеспечивается почти идеальный низкий импеданс, ведь усилители выступают как источники сигнала стабильного напряжения, которые заглушают резонансы, являются терпимыми к меняющейся в широких пределах неравномерности импеданса и обеспечивают устойчивую
двигательную силу, которая при необходимости с легкостью корректируется и направляется. Таким способом легко приспособить к использованию сильно
различные по чувствительности громкоговорители – компенсация выполняется простой регулировкой аттенюатора усиления. И еще раз вернемся к UREI. Они преодолели ограничения, возникающие на высоких уровнях мощности (пункт второй), использованием громкоговорителей очень высокой чувствительности, но это ограничивает выбор в четвертом пункте, то есть в подборе громкоговорителей просто по звучанию. Я был в студиях, в которых оригинальные низкочастотные громкоговорители Eminence заменили на Gauss и JBL, блаженно не осознавая последствия потери чувствительности по крайней мере на 3 или 4 дБ или даже до 7 дБ на более низких частотах. Действительно, без достаточного опыта и знания прикасаться к UREI не следует.
Пассивные системы высокого уровня, по моему мнению, не подходят для воспроизведения того более широкого
диапазона частот, более широкого динамического диапазона, тех более быстрых переходных процессов и той более точной фазовой/импульсной характеристики, которые присущи современной цифровой звукозаписи, особенно когда речь идет о сигналах, генерированных компьютером.
Как с очень многими другими вещами, закон уменьшения доходов при-
меняется и к усовершенствованию мониторных систем. Больше усилителей – значит дороже, но я полагаю, что это цена, которую нужно заплатить за более точный мониторный контроль. В конце 1970-х годов я отказался от пассивных схем высокого уровня и, стараясь не отставать от событий в технологии, все еще не вижу никакой вероятности моего отказа от активных кроссоверов низкого уровня. Еще одно преимущество исполь-
зования активных фильтров низкого уровня - простота обеспечения адекватного кратковременного запаса до перегрузки. Достичь превышения напряжения на 20 дБ по сравнению с линейным уровнем в 1,23 В относительно просто. В терминах мощности усиление на 20 дБ представляет собой стократное увеличение. Если бы возникла задача разработать пассивный кроссовер с запасом по мощности на 20 дБ для системы с номинальной непрерывной мощностью в 100 Вт, то соответствующие реактивные компоненты должны были бы быть настолько хороши, чтобы приходить в состояние насыщения при эквивалентной силе тока и номинальном напряжении не ниже 100 x 100 - 10000 Вт! До тех пор, пока не станут доступными усилители огромной мощности, достижение лучших переходных характеристик на высоких уровнях все-таки диктует выбор в пользу активного низкоуровневого режима деления мониторной системы.

6. Наклоны и формы

Рис. 3. Суммирование импульса на выходах кроссовера 6 дБ на октаву (переходная функция)

Следующий вопрос, который ставится, крутизна наклона амплитудно-частотной характеристики, а заодно и форма этой кривой вблизи частоты среза. Обычно используемые нормы наклонов АЧХ-фильтров - 6, 12, 18 и 24 дБ на октаву. Это не какой-то произвольный набор чисел - обычные фильтры, будь они электрические, механические или электромеханические, имеют тенденцию производить наклоны в целое число шагов по 6 дБ на октаву каждый. Каскадируя два простых фильтра на 6 дБ на октаву, получают фильтр на 12 дБ на октаву, три - 18 дБ на октаву и т.д. К сожалению, за исключением фильтра 6 дБ на октаву или, как его еще называют, фильтра первого порядка, они не только создают наклоны амплитудной частотной характеристики, но также способствуют разрушению фазовой частотной характеристики. Единственный обычный кроссоверный фильтр, чьи выходные сигналы можно повторно объединить, в точности воссоздавая поданный на вход прямоугольный сигнал, – это фильтр первого порядка. Выходы высокочастотной и низкочастотной секции можно соединить электрически, и вы получите точную копию входного сигнала (рис. 3), поскольку подъем на 3 дБ в точке деления точно компенсируется потерей на 3 дБ из-за +45° фазовых сдвигов.
К сожалению, наклон 6 дБ на октаву в большинстве случаев слишком слаб для мониторинга, и не только с точки зрения предотвращения попадания низких частот в высокочастотные громкоговорители. Индивидуальные излучатели в этом случае должны были бы иметь превосходные характеристики на частотах двумя или тремя октавами выше и ниже частоты деления, поскольку их выходной сигнал будет всего лишь приблизительно на 15 дБ слабее на расстоянии в две октавы от точки среза; при этом подразумевается, что у каждого блока фильтров и так присутствует ослабление в 3 дБ на частоте среза. Любые неравномерности в индивидуальных характеристиках в пределах двух октав от частоты среза будут ясно слышны. Кроме того, такой широкий диапазон слышимого наложения - две октавы верх и вниз от частоты деления, то есть четыре октавы, - в котором работают два несходных, пространственно разделенных громкоговорителя, будет вносить свой существенный вклад в слышимый выходной сигнал системы, и последняя надежда на получение точечного источника будет утеряна. Это неизбежно приведет к тому, что характеристика направленности будет изрезана лепестками, а импульсная характеристика будет размыта во времени. Во всяком случае, когда речь шла о конструировании мониторных систем для высоких мощностей, громкоговорители, дающие пристойный отклик тремя октавами ниже желаемой точки деления, найти было бы трудно. Я действительно иногда использую фильтры на 6 дБ на октаву на твиттерах на высоких частотах, скажем, 5 или 6 кГц, но это обычно только для компенсации механически обусловленного наклона амплитудно-частотной характеристики 6 дБ на октаву выше этих частот. Такая же особенность встречается и у некоторых среднечастотных громкоговорителей. Но в общем и целом я не считаю их практически пригодными.

Рис. 4. Типичные импульсные (переходные) характеристики 12 дБ на октаву. Заметьте, что совпадающее по фазе, как и противоположное по фазе микширование выходных сигналов не воссоздает истинный сигнал на входе

Фильтры второго порядка - 12 дБ на октаву - очень широко используются в коммерческих кроссоверах; соответствующий наклон достаточно крутой, этим уменьшаются проблемы наложения частотных диапазонов громкоговорителей.
Стоимость и потеря мощности высокоуровневых, пассивных версий остается еще весьма приемлемой. Однако, к сожалению, (это мы обсудим в последующих статьях), электрически они не будут суммироваться (рис. 4). Если соединить выходные сигналы высокочастотной и низкочастотной секций синфазно, мы увидим провал на графике амплитудно-частотной характеристики около точки раздела. По мере приближения частоты к точке деления кроссовера фазовые сдвиги в блоках фильтров заставляют один выходной сигнал развивать опережение по фазе в 90°, в то время как другая секция развивает отставание по фазе на 90°. Разница между +90° и -90° равна 180°, что является противофазой, которая становится причиной провала на частоте деления. Стандартная мера в этом случае состоит в инверсии полярности одного из громкоговорителей, чем достигается совпадение по фазе, суммирование выходных сигналов на частоте деления, устраняется провал и выравнивается амплитудно-частотная характеристика. На продолжительных сигналах это действует превосходно, поскольку вдалеке от точки деления (где динамики находятся не в фазе) из-за крутизны наклонов фильтра только один из них
будет вносить свой вклад в полный выходной сигнал. Поскольку один драйвер не может быть в противофазе с самим собой, то это, как обычно считают, является приемлемым.
Однако музыка редко бывает похожа на продолжительный и устойчивый сигнал – она наполнена резкими звуками, ударами и другими переходными процессами с острыми фронтами. Цельный положительный импульс (и помним, что импульс содержит все частоты одновременно), приложенный ко входу, заставит низкочастотный громкоговоритель двигаться вперед, а твиттер перемещаться назад одновременно. Определенно это нельзя рассматривать как точную реконструкцию входного сигнала. Выбор ясен - либо имеем когерентные и «честные» во времени переходные процессы с провалом в частотной характеристике, либо «равномерную» частотную характеристику с фазовым искажением переходных процессов! По сути, выбор без выбора: это хрестоматийный выбор в безвыходном положении – ни то, ни другое нежелательно, оба подхода неверны. Этот момент
сегодня приобретает все большую актуальность ввиду появления записанного в цифровой форме материала, имеющего фазовые характеристики высокого качества,  свободные от врожденных фазовых искажений, присущих аналоговым звукозаписывающим методам.

Рис. 5. Типичный кроссовер на 12 дБ на октаву с дополнительным «блоком фильтров» громкоговорителя заполнения. Все выходы фильтров будут связаны в фазе

Здесь многие могут вспомнить словосочетание «громкоговорители заполнения». Да, есть такая техника преодоления этих проблем. Система подсоединяется синфазно, а провал АЧХ «заполняется» дополнительным «заполняющим громкоговорителем», внося недостающий выходной сигнал на частоте деления (рис. 5). Драйвер заполнения должен, безусловно, питаться от подходящего полосового фильтра, и его слышимые особенности должны быть тщательно подобраны, чтобы он соответствовал другим громкоговорителям в системе. На оси такой системы отклик обычно весьма точен, но пространственное смещение излучателей создает проблемы вне этой оси. Четырехполосная система, использующая эту технику, становится семиполосной, с семью секциями кроссовера: четыре основных выхода плюс три «заполнителя» в точках деления. Другими словами, гиперсложность! Во всяком случае, фильтры 12 дБ на октаву как крайняя мера допустимы в высокомощных системах и в терминах защиты драйверов вне их эффективного диапазона частот, и в терминах потребности гладких характеристик излучателей вверх и вниз от точки деления кроссовера. Но лично я отклоняю кроссоверы на 12 дБ на октаву в качестве практического решения и редко, если когда-либо вообще, слышал от них естественное звучание.
Что касается фильтров третьего порядка 18 дБ на октаву, - то их наклон в целом адекватен и в смысле защиты громкоговорителей, и в смысле наложения рабочих частотных диапазонов. Фильтр Баттерворта, или фильтр максимально прямой амплитудно-частотной характеристики в полосе пропускания, часто используемый в виде фильтра третьего порядка, производит наклоны, которые начинаются с падения на 3 дБ на частоте деления. Напряжения выходных сигналов находятся во взаимном сдвиге по фазе на 90° на всех частотах; фактически они имеют разность фазы на 270°, поскольку каждое плечо вносит сдвиг на 135° в своем направлении, но с точки зрения продолжительных сигналов +90° или -270°, по сути, одно и то же. Поскольку наклоны фильтров становятся более крутыми, то области наложения становятся намного более узкими. Таким образом, фазовые несоответствия в точке деления имеют меньшую общую важность, присутствуя на довольно ограниченном диапазоне частот. Как мы видели ранее в случае с индуктивными (реактивными) компонентами, фактор мощности вносит свои фазовые коррективы, в результате чего суммирование напряжений не всегда означает суммирование мощностей. Идеальное суммирование напряжений на электрических выходах кроссовера само по себе еще не означает полного суммирования акустических мощностей громкоговорителей.
Другая проблема суммирования, присущая фильтрам высоких порядков - групповая задержка. Для прохождения по фильтру сигналу требуется конечное время, которое зависит от наклона фильтра и верхнего предела диапазона пропускаемых частот. Из-за этой особенности мы получаем фазовые изменения на импульсных сигналах, которые не возникают с продолжительными сигналами. Синфазное или противофазное суммирование выходов кроссовера с фильтрами третьего порядка дает едва ли заметные различия на продолжительных сигналах: +90° или -270°. Однако на переходных сигналах обычно предпочитается противофазное включение, поскольку взаимная групповая задержка между выходными сигналами фильтров в этом случае намного меньше в точке деления, чем разностная групповая задержка при синфазном включении. Кроссоверы на 18 дБ на октаву популярны и эффективны. Они дают превосходные звуковые характеристики, а формы наклона Баттерворта, вероятнее всего, наиболее оптимальны для ровной передачи звука от одного драйвера к другому. Однако все еще имеется проблема выходных сигналов, находящихся в разности фазы на 90° - с сопутствующими этому последствиями - искажением импульсной/фазовой/переходной характеристик.
Кроссоверы с фильтрами четвертого порядка, имеющие наклон 24 дБ на октаву, совершают полный цикл фазового сдвига - 360°. Безусловно, для продолжительных сигналов 360° = 0° = в фазе! Во многом они кажутся идеальными,
но я первоначально не любил их при определенных обстоятельствах на том основании, что передача от одного громкоговорителя к другому бывала слишком резкой, весьма ясно слышимой на определенных критичных сигналах типа струнных, повышающихся вдоль точки деления кроссовера от бумажного конуса к металлический диафрагме ВЧ-драйвера. Однако даже максимально плоские фильтры Баттерворта на
24 дБ на октаву тоже не суммируются в первоначальный сигнал на выходах кроссовера. Хотя каждый выходной сигнал фильтров находится в фазе со входом, групповые задержки, возникающие в каждом индивидуальном блоке фильтров, немного не совпадают вблизи частоты деления кроссовера. Фильтр четвертого порядка Linkwitz-Riley получается из двух фильтров Баттерворта второго порядка и тоже находится в фазе на всех полосах частот. Наклон этого фильтра имеет подавление на 6 дБ в точке деления, так что в амплитудно-частотной характеристике присутствует соответствующий провал на  3 дБ. И хотя поэтому они не суммируются на выходе, как бы нам того хотелось, провалы в общей частотной характеристике
оказываются столь узкими, что на нормальной музыкальной программе они фактически не слышны. Как для меня, они и есть лучшее практическое рабочее решение для большинства моих конструкций.

7. Групповая задержка

Рис. 6. Сравнение форм начальных участков наклона и окончательных наклонов фильтров 18 дБ на октаву: Butterworth (a), стандартный Linkwitz-Riley 24 дБ на октаву (b) и гибрид Клэйрка 24 дБ на октаву (c)

Как упомянуто в предыдущей главе, групповая задержка – это следствие того факта, что сигналу для прохождения через любые фильтры требуется некоторое время. Есть два способа решения этой проблемы. Один состоит в использовании цифровых задержек на выходах кроссовера для задерживания более «быстрых» выходных полос, чтобы они прибывали к слушателю одновременно с более медленными, более «поздними» выходными полосами. Второй путь состоит в том, чтобы физически выдвинуть или задвинуть излучатели относительно передней панели корпуса. Во втором подходе есть два недостатка. Во-первых, выдвижение или утопление громкоговорителей относительно передней панели может вызвать дифрагирующие неравномерности, которые портят простую, единообразную с акустической точки зрения плоскость передней панели; из-за таких неровных поверхностей могут появляться аномалии осевой амплитудно-частотной характеристики. Во-вторых, из-за того, что материалы диффузоров громкоговорителей имеют конечную скорость передачи звука вдобавок к задержкам распространения, возникающим из-за реактивного сопряжения с воздухом, а также из-за фазовой дисперсии, существующей в рупорах, какой-либо определенной точки, которая может быть расценена как независимый от частоты акустический центр, просто не существует. Фантомный акустический центр может двигаться назад и вперед с изменением частоты. Одно из преимуществ подхода с использованием цифровой задержки - он оптимален для компенсации громкоговорителей, не находящихся на одной плоскости (mis-aligned), при этом не  нужно изменять их положение относительно передней панели, и, таким образом, удается избежать дифракционных проблем. Задержки можно выбрать компромиссные, выбрав средние, лучшие значения в целом, обеспечивая компенсацию взаимной групповой задержки и одновременный приход волнового фронта от обеих полос акустической системы. Хотя такой подход никогда не будет абсолютно точным, особенно из-за смазывания импульсной характеристики в пределах  непосредственно самих громкоговорителей, это, кажется, и есть лучший путь преодоления проблемы с использованием относительно доступной технологии.

Рис. 7. Влияние расположения динамиков на одной вертикальной оси на время прибытия импульса. Заметьте: Никакая система не сохраняет точное время прихода импульса при вертикальном движении точки прослушивания. Только двойные-концентрические приборы могут сохранять нетронутыми характеристики в обеих плоскостях.

Есть, однако, другое соображение об использовании цифровых кроссоверов и/или задержек. Я лично не считаю диапазон частот до 20 кГц достаточным, особенно вследствие того, что ближайшее будущее, вероятно, принесет новые носители цифровой записи с диапазоном частот в 40, 50 или 100 кГц. Поскольку современные аналоговые магнитофоны способны работать с шириной полосы в 30 кГц, я бы настоятельно выдвинул требование, чтобы любое цифровое устройство в мониторной цепи имело самый широкий технически и материально выполнимый диапазон частот. Brick wall-фильтры с частотой среза на 20 кГц не имеют никакого будущего в мониторных системах.
Принимать во внимание задержки, вносимые громкоговорителями, очень важно. Звук не излучается ими мгновенно после приложения входного сигнала. В любой механической системе существуют собственные конечные времена задержки распространения волн, т.е. определенное количество упругости и эластичности. Даже молекулы не полностью заполнены – и в них присутствует «маневровый эффект», похожий на грохот железнодорожных вагонов в момент, когда поезд начинает движение и «подбирает» нагрузку. В молекулах и атомах есть много свободного пространства. Если представить себе, что внешняя электронная орбита атома размером со стадион «Уэмбли», то вся «твердая» материя в этом атоме будет размером с мяч. Во всем этом пространстве существует определенный запас сжимаемости, вот почему нейтронные звезды могут иметь плотность в тысячи тонн на кубический дюйм. Они очень, очень плотны. Гравитация огромной силы сжала львиную долю пространства, делая  его «твердым» в гораздо более истинном смысле этого слова. Именно эти пространства используются рентгеновскими лучами при прохождении через тело. Ничто на этой Земле не абсолютно твердо, и ничто не случается мгновенно!

8. Выбор оптимальных форм АЧХ-фильтра в области частоты среза

Возвращаясь к проблеме гладкого и постепенного пересечения полос от одного громкоговорителя к другому, я рассмотрел фильтры многих форм. Фильтры Бесселя являются очень резкими, дают небольшой максимум прежде, чем покатиться круто вниз. Они могут заметно подчеркнуть проблему звуковой передачи от драйвера к драйверу. Фильтры Баттерворта и Linkwitz-Riley в этом смысле лучше, но все еще производят определенные слышимые аномалии. Решением моей проблемы резкого перехода от драйвера к драйверу я обязан Колину Клэйрку из Acoustic Services Ltd. Используя фильтр по технологии State Variable (SVR), он изменил конструкцию фильтра Linkwitz-Riley, дающую слишком медленный спад в начале наклона, скопировав начальную форму фильтра Butterworth с наклоном 18 дБ на октаву. Амплитудно-частотная характеристика такой схемы постепенно принимает наклон 24 дБ на октаву, но первоначально очень напоминает Butterworth третьего порядка (рис. 6).
Преимущество фильтров по технологии SVR состоит в том, что, произведя только один наклон, затем его просто зеркально отображают для получения смежного с ним фильтра кроссовера. Обычные фильтры требуют очень высокой точности и долговечной стабильности компонентов, поскольку любой дрейф или ошибка в номинале могут вывести накладывающиеся блоки фильтров из состояния одновременности (align), вызывая падения или пики в суммарном отклике. Поскольку пересекающиеся блоки фильтров получены из фильтров по технологии SVR одного и того же самого наклона, любой дрейф в одной секции будет автоматически прослеживаться смежной секцией, таким образом поддерживая однородный суммарный отклик с превосходной долговременной стабильностью.
Существуют коммерческие доступные кроссоверы, в которых в попытке компенсировать минимумы в точке деления включены дополнительные регуляторы уровня. Другие приборы используют регулируемую аналоговую задержку,
хотя и не в смысле широкополосных цифровых задержек. Обе из этих систем предназначены для того, чтобы компенсировать разнесение громкоговорителей разных полос. Особенно это распространено в области звукоусиления, где размещение сильно разнесенных динамиков никогда не сложится в идеальный фазовый или импульсный отклик. Использование любых подобных систем регулирования должно быть тщательно прослушано в каждом определенном случае, прежде чем назвать их полезными или наоборот.

9. Электромеханические замечания

Другой аспект построения мониторной системы, который, строго говоря, находится в плоскости проблем кроссовера, это физическое, трехмерное размещение индивидуальных излучателей в системе. По сути, есть два варианта: коаксиальные системы или дискретные излучатели. Сами по себе громкоговорители – это механические компоненты кроссоверов как в терминах своих относительных положений, так и в смысле своих собственных электроакустических наклонов амплитудно-частотных характеристик. Если кроссовер с наклоном 12 дБ на октаву на частоте, скажем, 500 Гц, связан с низкочастотным громкоговорителем, естественный наклон амплитудно-частотной характеристики 6 дБ на октаву которого начинается выше 500 Гц, тогда бесполезно «пересекать» его со среднечастотным громкоговорителем, который начинает работать выше 500 Гц с наклоном 3 дБ на октаву.
В результате получаем наклон 18 дБ (12 + 6) на октаву на одной полосе кроссовера и 9 дБ (12 - 3) на октаву на другой полосе кроссовера. Если не считать особых случаев, то это еще одна причина, по которой необходимо поддер-
живать прямую, относительно единообразную амплитудно-частотную характеристику громкоговорителей намного дальше желаемой частоты деления. Более того, беспорядочные, узкие пики и провалы могут не только разрушить стройность наклонов фильтров кроссовера, но также привести к проявлению в частотных характеристиках неминимально-фазовых свойств, затрагивая тем самым точность переходной характеристики.
Такой отклик, как говорят, является неминимально-фазовым. При попытке его восстановления посредством соответствующей эквализации если и возможно выровнять амплитудную характеристику, то фазовые соотношения, имевшиеся в исходном сигнале,  восстановить уже невозможно. Повторяю, это представляет небольшой интерес с точки зрения реакции на продолжительные сигналы, но зато разрушительно влияет на переходные процессы. Такие неминимально-фазовые эффекты могут появиться в отклике акустической системы вне ее оси в связи с физически широким расположением излучателей. Здесь коаксиальные конструкции действительно имеют преимущество, ведь их можно заставить работать как превосходные трехмерные точечные источники звука. В горизонтальной и вертикальной плоскостях коаксиальные громкоговорители имеют общие оси. Разумным использованием задержки их можно синхронизировать, создавая впечатление наличия у них общей точки на прямой, проходящей от их фронта к тылу, т.е. «оси времени». Хорошая горизонтальная и вертикальная харак-
теристики направленности обеспечивают в таких системах более высокую фазовую точность, чем при дискретно расположенных излучателях, которые могут сохранять такую точность  только в пределах относительно узкого угла. Однако в тех случаях, где требуется обеспечить достаточно высокую мощность, почти неизбежно коаксиальные излучатели приходится дополнять отдельными низкочастотными громкоговорителями. Причин для этого две. Во-первых, было бы трудно создать единственный, скажем, 15” громкоговоритель, который имел бы желаемые характеристики и по части ясной низкой середины, и в отношении глубокого баса на высоких уровнях; и, во-вторых, слишком большие смещения басового диффузора на больших мощностях, когда диффузор низкочастотного громкоговорителя используется как рупор среднечастотного (как в конструкциях Dual Concentric от Tannoy) имели бы склонность модулировать более высокие частоты, производя интермодуляционные искажения. Если частота кроссовера находится ниже 200 Гц или около того, где длины волн приблизительно 1,5 м, точечность источника не будет заметно разрушена физическим разнесением басового громкоговорителя и главной коаксиальной сборки излучателей.
Такая система используется в UREI.
А вот другое главное ограничение, вызванное коаксиальным подходом, состоит в ограниченном выборе излучателей, доступных для системного проектировщика. Здесь не получится выбрать первые попавшиеся модели и соединить их в надежде, что их характеристики подойдут друг к другу, хотя именно так и хотелось бы поступить с системами высокой мощности – ведь ни один производитель не производит полный перечень желаемых системным проектировщиком громкоговорителей. Возвратимся к разнесению громкоговорителей на частоте 200 Гц и ниже. Я не готов с головой броситься в лагерь тех, кто уверяет, что «бас всенаправлен ниже 300 Гц». Сейчас уже имеются серьезные свидетельства того, что хоть это может быть и верно для продолжительных сигналов, на переходных процессах низкие частоты могут быть и направленными, и критичными по отношению к времени прибытия. Так что можно ставить большой вопросительный знак под философией «общего субвуфера», особенно когда этот субвуфер расположен где-то в стороне. Я полагаю, что если субвуферы используются, то они должны быть расположены как можно ближе к сателлитам и подключены в стерео. Когда субвуфер расположен где-то далеко и работает в моно – это может звучать даже хорошо, но я сомневаюсь, что это будет звучать точно!
Кроме того, многие из так называемых акустических систем с «линейной фазой» проиграли из-за чрезмерного внимания к предотвращению проблем стационарной направленности вместо того, чтоб акустически воссоздать импульсный отклик в точке прослушивания. Сам по себе термин «линейная фаза» употребляется неверно. То, что фактически имеется в виду – это минимальная фаза, «линейная фаза» фактически означает задержку во времени. Когда вы передвигаетесь, скажем, на шаг ближе к источнику звука или еще дальше от него, вы получаете «линейный фазовый сдвиг».
Системы, использующие дискретные, физически не совмещенные излучатели, могут действительно достигать такой точности импульса только в более ограниченной области направленности, чем, возможно, коаксиальные системы, тем более что длины волн сокращаются с повышением частоты. Учитывая, что высота пола в помещении относительно постоянна, основное изменение положения ушей слушателей происходит в одной горизонтальной плоскости. Расположение индивидуальных громко-
говорителей, то есть пар, на общей вертикальной оси минимизирует эти проблемы, хотя лепестки характеристики направленности и неминимально-фазовые искажения будут более очевидны, чем в концентрической конструкции (рис. 7). На самом деле не нужно устанавливать голову в зажим для того, чтоб точно проконтролировать из не совмещенных излучателей, но в этой области концентрические/коаксиальные системы действительно имеют преимущество. Дискретная расстановка громкоговорителей имеет то преимущество, что системный проектировщик в состоянии сделать очень определенный выбор громкоговорителей в терминах слышимого соответствия характеристик, максимальной мощности, чувствительности и имеет возможность разбивать систему на такое количество полос, какое посчитает необходимым. Это также предполагает потенциально более мощный общий акустический выходной сигнал. Дальнейшие аспекты установки громкоговорителей будут обсуждаться в последующих уроках.

10. Активный контроль

Средство решения всех этих проблем все ближе. Оно сложное, но действительно дает огромную надежду на ближайшее будущее. Хотя индивидуальные блоки фильтров практически осуществимого кроссовера могут быть минимально-фазовыми сами по себе, они не будут суммироваться в минимально-фазовой манере. В значительной степени потому, что групповые задержки в каждой секции увеличиваются в пропорции к крутизне наклона фильтра и в обратной пропорции к частоте, и потому неодинаковы. В центре полосы пропускания групповая задержка более или менее постоянна, но по мере приближения к точке изгиба амплитудно-частотной характеристики она меняется. Любая попытка использовать, скажем, линии цифровой задержки, чтобы привести полосы на одну общую линию, удается в целом, определенно внося улучшение, но компенсацию изменяющейся задержки около точек деления это давать не будет.
Соответствующие коррекции не могут быть сделаны обычными средствами, поскольку там, где было внесено «опережение по фазе», коррекция должна быть применена прежде, чем сигнал появился на свет. Поскольку ни одно явление не может появиться прежде причины, совершенно ясно, что это вне решения всеми обычными средствами. Ответ находится в «Некаузальной Адаптивной Цифровой обработке сигналов и Воссоздании Импульса», использующих систему «Многоточечной спектральной, фазовой и переходной эквализации». Эта технология действительно предлагает перспективу получения совершенного звукового воспроизведения на достаточно большой площади в помещении, о чем мы расскажем подробнее в следующих статьях. Однако, как упомянуто ранее в отношении цифровой электроники в кроссоверах, я не думаю, что цифровой диапазон частот до 20 кГц достаточен для воспроизведения высочайшей верности. Возможно, в ближайшем будущем эта проблема будет решена.
Хотелось бы надеяться, что некоторые из моментов, обсуждаемых на этом уроке, подготовят вас к более внимательному обсуждению проблем мониторинга в следующих статьях.
Редакция журнала благодарит автора за любезно предоставленные материалы