Аудиокроссовер

Аудиокроссоверы — это тип электронного фильтра, которые разделяют аудиосигнал на две или более частотные полосы, так что сигналы могут быть посланы на громкоговорители, разработанные для работы в различных частотных диапазонах. Фильтры кроссовера могут быть либо пассивными, либо автивными^[1]. Их часто описывают как двухполосные или трёхполосные, что показывает разделение сигнала на две или три частотные полосы соответственно^[2]. Кроссоверы применяются в акустических системах, усилителях мощности в бытовой электронике (hi-fi, домашний кинотеатр и автомобильное радио), а также в профессионалном аудиооборудовании и усилителях для музыкальных инструментов. В последних двух случаях кроссоверы используются в усилителях низких частот, усилителях для клавишных, акустических системах для баса и клавишных, а также в оборудовании для звукоусиления (активные колонки, сценические мониторы, системы сабвуферов и т.д.).

Кроссоверы применяются потому, что большинство отдельных электродинамических головок не способны перекрыть весь спектр звуковых частот от низких до высоких с приемлемой относительной громкостью и отсутствием искажений. Большинство акустических hi-fi систем и кабинетов динамиков использует комбинацию нескольких аудиоголовок, каждый из которых производит свою полосу частот. Типичный простой пример — это корпуса акустических систем Hi-Fi и концертных систем, в которых есть вуфер для низких и средних частот и твитер для высоких частот. Поскольку источник звукового сигнала, будь то записанная музыка с проигрывателя компакт-дисков, или микс живой группы с микшерного пульта, содержит все низкие, средние и высокие частоты вместе, используется кроссоверная схема для разделения аудиосигнала на раздельные полосы частот, которые могут быть потом направлены на динамики, твитеры или рупоры, оптимизированные для этих полос частот.

Пассивные кроссоверы^[3], возможно, являются наиболее распространённым типом аудиокроссоверов. Они используют пассивные электрические компоненты (такие как конденсаторы, индукционные катушки и сопротивления) для разделения усиленного сигнала, поступающего от усилителя мощности, чтобы его можно было направить на две или более головок (например, на вуфер и сабвуфер с очень низкой частотой, или вуфер и твитер, или комбинации вуфер-среднечастотная головка-твитер).

Активные кроссоверы отличаются от пассивных кроссоверов тем, что они разделяют аудиосигнал до этапа усиления мощности, так что он может быть послан на два или более усилителя мощности, каждый из которых соединён с отдельным динамиком^[4][2] Аудиосистема объёмного звука 5.1 домашнего кинотеатра использует кроссовер, который отделяет сигнал очень низкой частоты, так что он может быть послан на сабвуфер, а затем посылает оставшиеся низко-, средне- и высокочастотные сигналы на пять динамиков, которые расположены вокруг слушателя. В типичном приложении сигналы, посланные в кабинеты объёмного звука далее разделяются с помощью пассивных кроссоверов на низко-/среднечастотный вуфер и высокочастотный твитер. Активные кроссоверы бывают как цифровыми, так и аналоговыми.

Цифровые активные кроссоверы часто включают дополнительную обработку сигнала, такую как лимитинг^[a], задержка и эквализация (частотная коррекция). Кроссоверы позволяют разделять аудиосигнал на полосы, которые обрабатываются отдельно, прежде чем снова смешиваются. Примерами могут служить многополосный компрессор, лимитинг, устранение сопутствующего шума, многополосные искажения, усиление басов, эксайтеры высоких частот^[b] и шумоподавление, например, шумоподавление Dolby A.

Определение идеального аудиокроссовера зависит от конкретной задачи и области применения. Если предполагается последующее сведение разделённых полос частот (например, в многополосной обработке), то идеальный кроссовер должен разделять входящий аудиосигнал на отдельные полосы без взаимного наложения или влияния друг на друга. В результате такого разделения выходной сигнал должен оставаться неизменным по частотной характеристике, относительным уровням и фазовой характеристике. Достичь такого идеального результата возможно лишь приблизительно. Как реализовать лучшую аппроксимацию является предметом активных дискуссий. С другой стороны, если аудиокроссовер разделяет аудио полосы между головками, нет необходимости в математически идеальных характеристиках для самого кроссовера, поскольку сами динамика и их крепления оказывают гораздо большее влияние на итоговую частотную и фазовую характеристики системы. Главной целью является удовлетворительное звучание всей системы, состоящей из аудиокроссовера и динамиков в их корпусах. Часто эта цель достигается с помощью неидеальных, асимметричных характеристик фильтров кроссовера^[6].

В аудиотехнике используется много различных типов кроссоверов, но они, в основном, принадлежат следующим классам.

Громкоговорители часто классифицируются как «N-полосные», где N — число динамиков в системе. Например, аудиосистема с вуфером и твитером является двухполосный аудиосистемой. N-полосная аудиосистема обычно имеет N-полосный кроссовер для деления сигнала на аудиоголовки. Двухполосный кроссовер состоит из фильтра нижних частот и фильтра верхних частот. Трёхполосный кроссовер строится как комбинация фильтров нижних частот (ФНЧ), средних частот (ФСЧ) и верхних частот (ФВЧ). Полосовой фильтр ФСЧ, в свою очередь, является комбинацией секций ФНЧ и ФВЧ. Кроссоверы с четырьмя и более полосами не очень распространены в акустических системах, в основном из-за сложности их реализации, которая, как правило, не оправдывается улучшением акустических характеристик.

В кроссовере акустической системы «N-полосного» типа может присутствовать дополнительная секция фильтра верхних частот для защиты низкочастотной головки от сверхнизких частот, которые он не способен безопасно воспроизводить. Такой кроссовер будет иметь полосовой фильтр для динамика с наименьшей полосой частот. Аналогично, для высокочастотного динамика может быть предусмотрена защитная секция фильтра нижних частот для предотвращения повреждения высокочастотным сигналом, хотя это встречается гораздо реже.

В последнее время некоторые производители начали применять так называемые кроссоверные схемы «N.5-полосного» типа для стереофонических акустических систем. Обычно это означает добавление второго вуфера, который воспроизводит тот же диапазон басов, что и основной вуфер, но отключается значительно раньше основного вуфера.

Замечание: Упомянутые здесь секции фильтров не следует путать с отдельными секциями двухполюсных фильтров, из которых состоит фильтр более высокого порядка.

Кроссоверы можно также классифицировать на основе используемых компонентов.

Пассивный кроссовер разделяет аудиосигнал после его усиления одним усилителем мощности, так что усиленный сигнал может быть направлен на два и более типа динамиков, каждый из которых воспроизводит свой диапазон часто. Такие кроссоверы полностью сделаны из пассивных компонентов и схем. Термин «пассивный» означает, что для работы не требуется дополнительный источник питания. Пассивный кроссовер просто подключается к сигналу усилителя мощности с помощью проводов. Пассивные кроссоверы обычно строятся по топологии Кауэра для достижения эффекта фильтра Баттерворта^[7]. Пассивные фильтры используют сопротивления в сочетании с реактивными элементами, такими как конденсаторы и катушки индуктивности. Высокопроизводительные пассивные кроссоверы, как правило, дороже активных, поскольку компоненты, способные эффективно работать при высоких токах и напряжениях, используемых в акустических системах трудно изготовить.

Недорогие продукты бытовой электроники, такие как бюджетные комплекты домашнего кинотеатра и недорогие бумбоксы, могут использовать пассивные кроссоверы более низкого качества, часто с фильтрами низкого порядка, содержащими меньше компонентов. Дорогие hi-fi акустические системы и ресиверы могут оснащаться пассивными кроссоверами более высокого качества для достижения улучшенного звучания и снижения искажений. Такой же подход, основанный на соотношении цены и качества, часто применяется к оборудованию для звукоусиления, а также к усилителям и и акустическим системам для музыкальных инструментов. Недорогие сценические мониторы, трансляционные громкоговорители или или кабинеты басовых усилителей обычно используют пассивные кроссоверы более низкого качества и стоимости, тогда как в дорогих высококачественных кабинетах применяются кроссоверы лучшего качества. Пассивные кроссоверы могут использоваться полипропиленовые, металлизированные полиэфирные плёночные или электролитические конденсаторы. Катушки индуктивности могут иметь воздушный сердечник, сердечник из порошкового маталла, ферритовый сердечник или сердечник из слоистой кремниевой стали, и большинство из них намотаны эмалированным медным проводом.

Некоторые пассивные схемы включают устройства, такие как предохранители, полимерные самовосстанавливающиеся предохранители, лампы или автоматические выключатели для защиты динамиков от случайного превышения мощности (например, от внезапных скачков напряжения). Современные пассивные кроссоверы все чаще включают в себя цепи эквализации (например, цепи Зобеля), которые компенсируют изменения импеданса в зависимости от частоты, присущие практически всем акустическим системам. Эта проблема сложна, поскольку часть изменений импеданса обусловлена изменениями акустической нагрузки в полосе пропускания динамика.

Два недостатка пассивных сетей в том, что они могут быть громоздки и вызывать потери мощности. Они не только зависят от частоты, но и от импеданса (то есть их отклик меняется в зависимости от подключённой электрической нагрузки). Это препятствует их взаимозаменяемости с акустическими системами разного импеданса. Идеальные кроссоверные фильтры, включая схемы компенсации импеданса и эквализации, могут быть очень сложны в разработке, поскольку компоненты взаимодействуют друг с другом сложным образом. Эксперт по проектированию кроссоверов Зигфрид Линквиц сказал о них: «Единственное оправдание пассивных кроссоверов — их низкая стоимость. Их поведение меняется в зависимости от динамики головок, зависящей от уровня сигнала. Они мешают усилителю полностью контролировать движение звуковой катушки. Они пустая трата времени, если целью является точность воспроизведения»^[8]. В качестве альтернативы, пассивные компоненты могут быть использованы для создания фильтрующих цепей перед усилителем. Такая реализация называется пассивным кроссовером линейного уровня.

Активный кроссовер включает в свои фильтры активные компоненты, такие как транзисторы и операционные усилители^[1][2][9], В последние годы наиболее часто используемым активным устройством стал операционный усилитель. В отличие от пассивных кроссоверов, которые работают после выходного каскада усилителя мощности при большом токе и в некоторых случаях при высоком напряжении, активные кроссоверы функционируют на уровнях, подходящих для входов усилителей мощности. С другой стороны, все схемы с коэффициентом усиления вносят шум, и такой шум оказывает негативное влияние, когда он появляется до усиления сигнала оконечным усилителем.

Активные кроссоверы всегда требуют использование усилителей мощности для каждой выходной полосы. Так, двухполосный активный кроссовер требует двух усилителей — один для вуфер и один для твитера. Это означает, что система громкоговорителей, основанная на активных кроссоверах будет часто стоить больше, чем основанная на пассивном кроссовере. Несмотря на недостатки, связанные со стоимостью и сложностью, активные кроссоверы предоставляют следующие преимущества перед пассивными:

• частотная характеристика независима от динамических изменений электрических изменений головки (например, от нагрева звуковой катушки).
• как правило, возможность легко изменять или точно настроить каждую полосу частот под конкретные используемые динамики. Примерами могут служить крутизна среза кроссовера, тип фильтра (например, Бесселя, Баттерворта, Линквица — Райли и т.д.), относительные уровни и т. п.
• лучшая изоляция каждой головки от сигналов, обрабатываемых другими динамиками, что снижает интермодуляционные искажения и перегрузку
• усилители мощности напрямую подключены к динамикам, что обеспечивает максимальный контроль демпфирования звуковой катушки головки усилителем. Это снижает влияние динамических изменений электрических характеристик динамика, что, в свою очередь, улучшает переходные процессы системы
• снижается потребляемая мощность усилителя. Поскольку энергия не теряется в пассивных компонентах, требования к усилителю значительно уменьшаются (в некоторых случаях до половины), что снижает затраты и потенциально повышает качество.

Активные кроссоверы могут быть реализованы в цифровом виде с помощью цифрового сигнального процессора или другого микропроцессора^[10]. Они либо используют цифровые аппроксимации традиционных аналоговых цепей, известных как БИХ-фильтры (Бесселя, Баттерворта, Линквица — Райли и т.д.), либо применяют КИХ-фильтры (англ. Finite Impulse Response, FIR)^[11][12]. БИХ фильтры имеют много общего с аналоговыми и относительно нетребовательны к ресурсам процессора. КИХ фильтры, напротив, обычно имеют более высокий порядок и, следовательно, требует больше ресурсов для достижения схожих характеристик. Их можно спроектировать и построить таким образом, чтобы они обладали линейной фазовой характеристикой, что многие специалисты по воспроизведению звука считают желательным. Однако есть и недостатки — для достижения линейной фазовой характеристики требуется более длительная задержка, чем у БИХ или КИХ-фильтров с минимальной фазой. БИХ фильтры, которые по своей природе являются рекурсивными, имеют недостаток: при неосторожном проектировании они могут входить в предельные циклы, что приводит к нелинейным искажениям.

Этот тип кроссоверов является механическим и использует свойства материалов диффузора громкоговорителя для получения необходимой фильтрации^[13]. Такие кроссоверы часто встречаются в широколосных динамиках, предназначенных для воспроизведения максимально широкого диапазона звуковых частот. Один из таких кроссоверов реализован путём соединения диффузора динамика с каркасом звуковой катушки через гибкий элемент и прямого крепления небольшого лёгкого дополнительного диффузора (whizzer cone) к каркасу. Этот гибкий элемент действует как податливый фильтр, предотвращая вибрацию основного диффузора на высоких частотах. Дополнительный диффузор реагирует на все частоты, но из-за своего меньшего размера он эффективно воспроизводит только высокие частоты, тем самым выполняя функцию механического кроссовера. Тщательный подбор материалов для основного диффузора, дополнительного диффузора и элементов подвеса определяет частоту среза и эффективность кроссовера. Такие механические кроссоверы сложны в разработке, особенно если требуется высокая точность воспроизведения звука. Компьютерное проектирование в значительной степени заменило трудоёмкий метод проб и ошибок, который использовался исторически. Со временем, в течение нескольких лет, податливость материалов может измениться, что негативно скажется на частотной характеристике головки.

Более распространённый подход заключается в использовании пылезащитного колпачка в качестве излучателя высоких частот. Пылезащитный колпачок излучает низкие частоты, двигаясь как часть основной сборки, но благодаря малой массе и сниженному демпфированию он излучает больше энергии на более высоких частотах. Как и в случае с конусами-виззерами, требуется тщательный подбор материала, формы и положения для обеспечения плавного и расширенного воспроизведения звука. Дисперсия высоких частот при таком подходе несколько отличается от дисперсии конусов-виззеров. Схожий подход заключается в придании основному диффузору такой формы и использовании таких материалов, чтобы область у основания оставалась более жесткой и излучала все частоты, в то время как внешние области диффузора избирательно отсоединяются, излучая только более низкие частоты. Профили диффузоров и материалы могут быть смоделированы с помощью программного обеспечения для анализа методом конечных элементов, и результаты прогнозируются с отличной точностью.

Громкоговорители, использующие эти механические кроссоверы, имеют некоторое преимущество в качестве звука, несмотря на сложности их разработки и производства, а также неизбежные ограничения по выходной мощности. Широкополосные динамики имеют единый акустический центр и могут демонстрировать относительно незначительные фазовые сдвиги во всём спектре звуковых частот. Для достижения наилучших низкочастотных характеристик этим динамикам требуется тщательная конструкция корпуса. Их небольшой размер (обычно от 165 до 200 мм) требует значительного хода диффузора для эффективного воспроизведения басов. Однако короткие звуковые катушки, необходимые для приемлемого воспроизведения высоких частот, могут перемещаться лишь в ограниченном диапазоне. Тем не менее, в рамках этих ограничений снижаются затраты и сложность, так как никакого кроссовера не требуется.

Как и фильтры, кроссоверы имеют разные порядки, которые зависят от крутизны спада, реализуемой фильтром. Итоговая акустическая крутизна может полностью определяться электрическим фильтром или достигаться путём сочетания крутизны электрического фильтра с естественными характеристиками динамика. В первом случае, единственным требованием является плоская частотная характеристика каждого динамика как минимум до точки, где его сигнал ослаблен примерно на −10 дБ от полосы пропускания. Во втором случае итоговая акустическая крутизна обычно круче, чем у используемых электрических фильтров. Акустический кроссовер третьего или четвертого порядка часто имеет лишь электрический фильтр второго порядка. Это требует, чтобы динамики вели себя предсказуемо на значительном удалении от номинальной частоты кроссовера, а также чтобы высокочастотный динамик мог выдерживать значительную входную мощность в диапазоне частот ниже точки его среза. На практике этого добиться сложно. В дальнейшем обсуждении будут рассмотрены характеристики порядка электрического фильтра, а затем кроссоверы с соответствующей акустической крутизной и их преимущества или недостатки.

Большинство аудиокроссоверов используют электрические фильтры от первого до четвёртого порядка. Более высокие порядки обычно не применяются в пассивных кроссоверах для громкоговорителей, но иногда встречаются в электронном оборудовании в тех случаях, когда их значительная стоимость и сложность могут быть оправданы.

Фильтры первого порядка имеют спад 20 дБ/декаду (или 6 дБ/октаву). Все фильтры первого порядка обладают характеристиками фильтра Баттерворта. Многие аудиофилы считают фильтры первого порядка идеальными для кроссоверов. Это связано с тем, что данный тип фильтра является «идеальным по переходным процессам», что означает, что сумма выходных сигналов низкочастотного и высокочастотного фильтров проходит без изменений как по амплитуде, так и по фазе в интересующем диапазоне^[14]. Кроме того, он требует наименьшего количества компонентов и имеет наименьшие вносимые потери (если он пассивный). Кроссовер первого порядка пропускает больше нежелательных частот в секциях НЧ и ВЧ фильтров, чем конфигурации более высоких порядков. В то время как вуферы легко справляются с этим (кроме генерации искажений на частотах выше тех, которые они могут корректно воспроизвести), небольшие высокочастотные динамики (особенно твитеры) с большей вероятностью могут быть повреждены, поскольку они не способны обрабатывать большие входные мощности на частотах ниже их номинальной частоты среза.

На практике акустические системы с настоящими акустическими спадами первого порядка сложно спроектировать. Это связано с тем, что они требуют широкой полосы пропускания для динамиков, а пологие спады приводят к тому, что несовпадающие излучатели интерферируют в широком диапазоне частот и вызывают значительные изменения АЧХ вне оси.

Фильтры второго порядка имеют спад 40 дБ/декаду (или 12 дБ/октаву). Фильтры второго порядка могут иметь характеристики Бесселя, Линквица — Райли или Баттерворта в зависимомти от конструктивных решений и используемых компонентов. Этот порядок часто применяется в пассивных кроссоверах, поскольку он обеспечивает разумный баланс между сложностью, характеристиками и защитой высокочастотных головок. При проектировании с учётом выравнивания по времени, такие кроссоверы имеют симметричную полярную характеристику, как и все кроссоверы с чётным порядком.

Принято считать, что между выходами фильтра нижних частот (второго порядка) и фильтра верхних частот с одинаковой частотой среза всегда существует фазовый сдвиг в 180°. Поэтому в двухполосных системах, выход высокочастотного фильтра обычно подключается к высокочастотному динамику 'инвертированным', чтобы устранить эту проблему с фазой. В пассивных системах твитер подключается с противоположной полярностью к вуферу, а в активных кроссоверах выход фильтров верхних частот инвертируется. В трёхполосных системах среднечастотная головка или фильтр инвертируется. Однако это, как правило, верно только тогда, когда у динамиков имеется широкий диапазон перекрытия частот, а акустические центры физически выровнены.

Фильтры третьего порядка имеют спад 60 дБ/декаду (или 18 дБ/октаву). Эти кроссоверы обычно имеют характеристику фильтра Баттерворта. Фазо-частотная характеристика очень хорошая, сумма уровней плоская и находится в квадратуре^[c], подобно кроссоверу первого порядка. Полярная характеристика асимметрична. В оригинальной MTM схеме д’Апполито используется симметричное расположение головок для создания симметричной внеосевой характеристики кроссоверов третьего порядка. Акустические кроссоверы третьего порядка часто строятся на основе схем фильтров первого или второго порядка.

Фильтры четвертого порядка имеют спад 80 дБ/декаду (или 24 дБ/октаву). Такие фильтры относительно сложны в пассивной реализации из-за взаимодействия компонентов, однако современные программы для автоматизированного проектирования кроссоверов позволяют создавать точные схемы^[15][16][17]. Пассивные схемы с крутым спадом менее терпимы к отклонениям номиналов компонентов и более чувствительны к неправильному согласованию с реактивными нагрузками головок (хотя это проблема и для кроссоверов более низкого порядка). Кроссовер четвертого порядка с точкой среза -6 дБ и плоским суммированием также известен как кроссовер Линквица — Райли (назван в честь его изобретателей^[9]), и может быть реализован в активной форме путём каскадирования двух секций фильтра Баттерворта второго порядка. Низкочастотный и высокочастотный выходные сигналы кроссовера Линквица-Райли находятся в фазе, что позволяет избежать частичной инверсии фазы при электрическом суммировании полосовых фильтров, как это происходит в выходном каскаде многополосного компрессора. Кроссоверы, используемые в акустическом дизайне, не требуют, чтобы секции фильтра были в фазе. Плавные выходные характеристики часто достигаются с помощью неидеальных, асимметричных характеристик фильтра кроссовера^[6]. Среди возможных топологий кроссоверов — Бессель, Баттерворт и Чебышев.

Такие фильтры с крутым спадом имеют большие проблемы с перерегулированием и звоном^[18], но обладают рядом ключевых преимуществ даже в пассивном исполнении. К ним относятся возможность снижения частоты раздела, увеличение мощности, подаваемой на твитеры, и уменьшение перекрытия между динамиками. Это значительно снижает смещение основной диаграммы направленности многополосной акустической системы в зависимости от частоты ^[9], а также другие нежелательные эффекты вне оси. При меньшем перекрытии частот между соседними динамиками их взаимное геометрическое расположение становится менее критичным, что даёт больше свободы в плане внешнего вида акустической системы или (в автомобильном аудио) практических ограничений при установке.

Пассивные кроссоверы, дающие спад больший, чем у фильтров четвёртого порядка, редки ввиду их большой стоимости и сложности. Фильтры со спадом до 96 дБ на октаву доступны в активных кроссоверах и системах управления динамиками.

Кроссоверы могут также быть построены с фильтрами смешанного порядка. Например, низкочастотный фильтр второго порядка может быть скомбинирован с высокочастотным фильтром третьего порядка. Они, как правило, являются пассивными и используются по некоторым причинам, часто когда значения компонентов определяются оптимизацией с помощью компьютера. Кроссовер твитера более высокого порядка может иногда помочь компенсировать временной сдвиг между вуфером и твитером, вызванный несовпадением акустических центров.

Имеется класс кроссоверных фильтров, которые создают нулевые отклики на выходах высоких и низких частот вблизи частоты среза. В своих соответствующих полосах подавления выходы имеют высокую начальную скорость затухания, в то время как сумма их выходов имеет плоскую характеристику полного пропускания. Их два выхода поддерживают постоянную нулевую фазовую разницу на всем переходе, тем самым улучшая их характеристики направленности при использовании несовпадающих головок^[19].

Параллельные кроссоверы наиболее распространены. Электрически фильтры расположены параллельно, поэтому различные секции фильтра не взаимодействуют друг с другом. Это упрощает разработку двухполосных кроссоверов, поскольку в терминах электрического импеданса секции можно рассматривать как отдельные, а отклонения в допусках компонентов будут изолированы. Однако, как и в случае всех кроссоверов, окончательная конструкция зависит от того, насколько головки акустически дополняют друг друга, что, в свою очередь, требует тщательного согласования амплитуды и фазы базового кроссовера. Параллельные кроссоверы имеют также преимущество в возможности подключения головок по схеме bi-wiring, польза от которой является предметом жарких споров.

В данной топологии отдельные фильтры соединены последовательно, а головка или комбинация головок подключены параллельно каждому фильтру. Чтобы понять путь сигнала в таком кроссовере, обратитесь к схеме «Последовательный кроссовер», и представьте высокочастотный сигнал, который в определённый момент имеет положительное напряжение на верхней входной клемме по отношению к нижней. Фильтр нижних частот представляет собой высокое сопротивление для сигнала, а твитер – низкое, поэтому сигнал проходит через твитер. Сигнал продолжает движение к точке соединения между вуфером и фильтром верхних частот. Там ФВЧ представляет собой низкое сопротивление для сигнала, поэтому сигнал проходит через ФВЧ и появляется на нижней входной клемме. Низкочастотный сигнал с аналогичной мгновенной характеристикой напряжения сначала проходит через ФНЧ, затем через вуфер и появляется на нижней входной клемме.

К производным кроссоверам относятся активные кроссоверы, в которых один из выходов кроссовера получается из другого с помощью дифференциального усилителя^[20][21]. Например, разница между входным сигналов м выходным сигналом высокочастотной секции представляет собой низкочастотный выход. Таким образом, когда дифференциальный усилитель используется для выделения этой разницы, его выход формирует секцию фильтра нижних частот. Основным преимуществом производных фильтров является отсутствие фазовой разницы между высокочастотной и низкочастотной секциями на любой частоте^[22]. Недостатки заключаются в следующем:

1. секции фильтров высоких и низких частот часто имеют разные уровни ослабления в своих полосах подавления, то есть их наклоны асимметричны^[22]
2. отклик одной или обеих секций достигает пика вблизи частоты среза^[21][23].

В первом случае, как правило, производная полоса низких частот ослабевает гораздо медленнее, чем полоса высоких частот. Это вынуждает динамик, к которому направлен сигнал, продолжать реагировать на сигналы глубоко в полосе затухания, где его физические свойства могут быть неоптимальными. Во втором случае оба динамика должны работать на более высоких уровнях громкости по мере приближения сигнала к точкам кроссовера. Это требует большей мощности усилителя и может привести к нелинейной работе диффузоров головок.

Специалисты и любители теперь имеют доступ к множеству компьютерных инструментов, которых раньше не существовало. Эти компьютерные инструменты для измерений и моделирования позволяют создавать виртуальные модели и проектировать различные компоненты акустической системы, что значительно ускоряет процесс разработки и повышает качество звучания. Диапазон таких инструментов широк: от платных до бесплатных. Их функционал также различается. Некоторые могут быть сосредоточены на проектировании динамиков и корпусов, включая вопросы объёма корпуса и портов (при их наличии), тогда как другие могут заниматься разработкой кроссоверов и анализом частотной характеристики. Существуют и более узкоспециализированные инструменты, например, предназначенные только для моделирования реакции на дифракцию от передней панели.

До того, как компьютерное моделирование сделало симуляцию комбинированных эффектов динамиков, кроссоверов и корпусов доступной и быстрой, разработчики акустических систем могли упустить ряд проблем. Например, упрощённые трёхполосные кроссоверы проектировались как пара двухполосных кроссоверов: одна секция для твитера/среднечастотного динамика, а другая – для среднечастотного/вуфера. Это могло привести к избыточному усилению и 'пикообразной' АЧХ в среднечастотном диапазоне, а также к более низкому, чем ожидалось, входному импедансу. Другие проблемы, такие как некорректное согласование фаз или неполное моделирование кривых импеданса динамиков, также могли остаться незамеченными. Эти проблемы не были неразрешимыми, но требовали больше итераций, времени и усилий, чем сегодня.

• Управление низкочастотными сигналами
• Электрические характеристики динамических громкоговорителей
• Полнодиапазонный динамик
• Акустическая система
• Среднечастотный динамик
• Активный динамик
• Сабвуфер
• Супертвитер
• Твитер
• Вуфер