Эквалайзер
Несмотря на то, что аудиофилы давно отказались от эквалайзеров в своих сетапах, эти устройства широко применяются в звукозаписи, киноиндустрии, радиотрансляции и прочих отраслях звукопередачи. Разберем коротко основные термины, связанные с этим компонентом.
Встроенные эквалайзеры присутствуют в усилителях мощности (регуляторы высоких и низких частот), выравнивание типа RIAA встроено в фонокорректоры, существует несколько типов эквалайзеров в звукозаписи: Shelving, NAB и др.
Эквалайзер или EQ — это набор фильтров, который позволяет регулировать уровень громкости отдельных частот или диапазона частот аудио сигнала. Простыми словами, EQ позволяет поднять или прибрать верха и бас, благодаря чему вы получите нужный вам окрас звучания, например, в вашей аудиосистеме в автомобиле. В звукозаписи эквализация — это целое искусство, сложное и требующее большого практического опыта.
На рисунке вверху показан 10-полосный графический (с ползунками) эквалайзер, который имеет 10 ползунков для определенных (центральных) частот, которые можно усиливать или гасить. Диапазон, воспринимаемых слухом частот от 20Гц до 20кГц, делится на 10 октав (https://t.me/daxxcables/795). Центральная в каждой октаве частота регулируется ползунком.
Такой эквалайзер называется одно-октавным, так как расстояние между ползунками равно одной октаве. Если же расстояние между регулируемыми частотами равно 1/3 октавы, то мы имеем более точный эквалайзер, который называют «третьеоктавным»: он содержит 31 полосу, что дает возможность плавнее регулировать АЧХ (https://t.me/daxxcables/794).
Когда мы усиливаем определенную частоту, поднимая ползунок, то затрагиваем и рядом лежащие частоты. Добротность эквалайзера - «Q-фактор», определяет его точность, то есть его способность в меньшей степени «затрагивать» рядом лежащие частоты.
Но рисунке вверху представлен эквалайзер с постоянным Q-фактором (constant Q), который, регулируя центральную частоту, не так сильно захватывает окружающие частоты в пределах октавы (график в виде колокола, см. рис).
Менее качественным устройствам, гораздо сильнее влияющим на окружение, присваивается характеристика: эквалайзер с переменным Q-фактором.
Эквалайзеры бывают пассивными или активными, то есть требующими отдельного подвода питания.
Эквалайзеры, способные менять положение центральной частоты и ширину полосы, называются параметрическими.
На нашем рисунке представлен графический эквалайзер, у которого все полосы и центральные частоты жестко заданы и изменению не подлежат.
Кроссовер
Динамики в акустических системах сконструированные таким образом, чтобы работать в определенном частотном диапазоне.
Высокочастотные твиттеры должны получить от сигнала, идущего от усилителя только высокие частоты, а остальные частоты должны быть отсечены.
Низкочастотный динамик получает только низкие частоты, а среднечастотные динамики получают середину музыкального спектра.
Если на твиттер подать басы, то мы получим искаженную звуковую картину в лучшем случае, а в худшем варианте, высокочастотный динамик может просто перегреться и выйти из строя.
Низкочастотный динамик, тоже лучше оградить от неприемлемых для его конструкции высокочастотных колебаний, которые он просто не сможет воспроизвести, а вот испортить окрас басов у него получится точно.
Поэтому, каждому типу громкоговорителей, надо дать соответствующие частоты для воспроизведения и постараться не смешивать их с частотами из другого диапазона.
Устройства, которые разделяют аудио сигнал на оптимальные для динамиков диапазоны частот, называются кроссоверами.
Это наборы фильтров, состоящие из конденсаторов и катушек индуктивности, которые фильтруют частоты аудио сигнала перед тем, как подать их на динамик.
Low-pass фильтр попускает низкие частоты, а все что выше, - отсекает. High-pass фильтр пропускает только высокие частоты, а band-pass фильтр пропускает только среднечастотный диапазон сигнала.
Каждый фильтр имеет определенную частоту отсечения. Например, возьмем 1000Гц: low-pass фильтр с такой частотой отсечения пропустит все частоты ниже 1000Гц, а остальные будет отсекать, но сделать это резко ему не удастся. Он будет это делать постепенно, в зависимости от уровня своей чувствительности ("крутизны среза"/slope).
Всего существует четыре порядка чувствительности кроссоверов, которые зависят от схемы и математической модели, которую эта схема кроссоовера воспроизводит.
Кроссовер первого порядка – это пассивный (ему не нужно внешнее питание) кроссовер , который состоит их одного конденсатора и одной катушки индуктивности. Конденсатор работает как high-pass фильтр для твиттера, а катушка выполняет роль low-pass фильтра, отсекая высокие и средние частоты для басовика.
Чувствительность кроссовера первого порядка равна всего 6дБ на октаву, то есть его схема может уменьшать интенсивность срезанных частот всего на 6дБ на каждую октаву, отстоящую от частоты среза.
Возьмем для примера катушку индуктивности (low-pass filter), которая имеет частоту среза 1000Гц. Все что выше 1000Гц, она отсекает следующим образом: частоты, входящие в первую октаву выше 1000Гц, то есть из диапазона от 1000Гц до 2000Гц фильтр погасит на 6дБ, интенсивность частот из второй октавы (от 2000Гц до 4000Гц) фильтр уменьшит на 12дБ, частоты в третьей октаве (от 4000Гц до 8000Гц) ослабнут на 18дБ.
И так далее, фильтр будет гасить каждую октаву кратно 6дБ. Это и есть чувствительность первого порядка. Хоть это и не так «круто», зато этот фильтр не трогает фазу сигнала, она остается неизменной.
Более «крутой» фильтр, состоящий из двух катушек и двух конденсаторов, обладает чувствительностью (или «крутизной среза») в 12дБ. То есть каждая октава будет затухать кратно 12дБ от частоты среза. Математическая модель фильтрации изобретена Баттервортом. Недостатком такой схемы является сдвиг фазы в 180 градусов, которую надо устранять переменой полярности подключения проводов на динамике.
Чувствительность кроссоверов 3-го порядка равна 18дБ/октава.
Самыми хорошими кроссоверами являются наборы фильтров 4-го порядка, которые режут каждую октаву кратно 24дБ и не имеют фазового сдвига. Кроме того, эти кроссоверы позволяют применять временные задержки для динамиков, работающих в разных вертикальных плоскостях. Математическая модель изобретена Линквицем и Рилли. На данный момент времени эти активные кроссоверы дают лучшие акустические результаты.
Пассивные кроссоверы используют напряжение самого аудио сигнала и устанавливаются после усилителя перед динамиками, а активные, - требуют подвода питания извне.
Поэтому активные кроссоверы устанавливаются как отдельные компоненты до усилителей мощности, которые усиливают уже отфильтрованные сигналы и подают их на разные типы динамиков (применяется в автозвуке, см. фото активного кроссовера вверху).
По материалам: How to Design and Install High Performance Car Stereo, by Joe Pettitt. Cartech © USA
--------------------------------------------
*Вспомним, что такое децибел: если сказано, что сигнал (или отдельные частоты) уменьшили на 6дБ, значит его напряжение (амплитуду или звуковое давление) уменьшено в 2 раза. Если уменьшили (или увеличили) на 12дБ, то это в 4 раза, если на 18дБ, то в 8 раз, а если на 24дБ, то более чем в 10 раз.
