Crossover 3 Way-activa dos sistemas de altifalantes
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Obter o melhor de seu sistema de colunas de 3 vias com este projeto fácil de construir alto desempenho.
Design by Mick Gergos
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O tiro dentro da caixa revela a simplicidade de construção. Tudo, exceto o transformador é um Conselho de um PC! O que é um crossover ativo e por que você quer um? Mais entusiastas hifi estão cientes de que sistemas de altifalantes de 2 vias e 3 vias conter redes passivas para dividir o espectro de áudio em duas bandas de frequência, no caso de sistemas de 2 vias e três bandas no caso de 3 vias sistemas. Redes crossover passivo utilizar indutores, capacitores e resistores para dividir o áudio em diversas bandas e definir os níveis de sinal para os vários altifalantes. Por exemplo, o woofer é muitas vezes menos sensível do que o condutor midrange e tweeter e assim os sinais para os controladores últimos têm de ser reduzido de modo que a produção total das três condutores é igual. Características
1 unidade rack Placa única
15V +15 V 20VA transformador toroidal Módulo Stereo Entrada em buffer e estágios de saída Individualmente saídas variável (trimpots) On-board fonte de alimentação On-board conectores RCA Feita a partir de componentes padronizados
Nos alto-falantes de alta performance, as redes de crossover são frequentemente muito complexas e podem ser muito difíceis de projetar e otimizar. E porque eles costumam fazer atenuar os médios e os sinais de alta, isso significa que eles fazem potência do amplificador de resíduos. Eles também interpor uma rede complexa entre as colunas eo amplificador o que significa uma perda de fator de amortecimento, particularmente para as freqüências mais baixas, onde é mais necessária, se você for para alcançar baixo, apertado limpo e reprodução de médio porte.
Fig.1: o diagrama de blocos mostra o layout geral do sistema. Ele substitui o crossover atualmente na caixa de som. OK, então essa é a abordagem passiva. Trata-se de apenas um amplificador estéreo para conduzir as duas caixas acústicas em um sistema estéreo. Em um sistema de "ativo", eliminamos as redes de crossover passivo e eletronicamente dividir cada um dos sinais dos canais esquerdo e direito em três faixas de freqüência: de médio porte, baixa e alta. Este é o trabalho do "crossover ativo". Sinais de saída são alimentados a seis (sim, seis) amplificadores separados para dirigir as unidades de médio porte woofer e tweeter em cada recinto de alto-falante. A disposição geral do sistema é mostrado no diagrama de blocos da Fig. 1. Então você acaba com amplificadores muito mais do que em um sistema convencional, mas que lhe dá muito mais flexibilidade. E, finalmente, você pode acabar com um sistema com desempenho superior, incluindo os níveis de energia muito mais elevadas. A abordagem crossover ativo também significa que você pode misturar os drivers 4Ω e 8Ω no mesmo sistema e igualar os níveis de facilidade, sem despe rdício de energia.
Crossover ativo
Fig.2: apenas 12 amplificadores operacionais e alguns componentes de outros compõem cada canal do crossover ativo. As seis saídas (três somente mostrado aqui, mais três no canal direito) cada unidade amplificadores de potência separados para os altifalantes de médios tweeter, e baixo em seus alto-falantes. O crossover ativo aqui apresentado está inserido em um rack de 1 unidade de altura com apenas o interruptor no painel frontal. Não há controles de usuário para o cruzamento; não muda para alterar as freqüências de crossover nem controles de nível externo para os sinais de saída. Para alterar a unidade para os alto-falantes, você precisará ajustar os controles de volume dos amplificadores driver. No painel traseiro existem quatro pares de RCA sockets, um par para os sinais de entrada estéreo, enquanto os outros três são para o baixo estéreo (woofer), médios e elevados (tweeter) sinais. Também no painel traseiro é o IEC tomada de corrente eléctrica e um porta-fusíveis para o circuito primário do transformador de potência. Dentro da caixa, todos os circuitos é em uma placa medindo 219 x 99mm e isso inclui a entrada RCA dupla e tomadas de saída. A fiação externa apenas para o conselho são as conexões secundárias para o poder transformador toroidal. Descrição do circuito
Agora vamos ter um olhar para o circuito da Fig.2. Uma vez que ambos os canais são idênticos, isso mostra apenas o canal esquerdo. Embora o fornecimento de energia também está na placa do PC, é mostrado na Figura 3.
Fig.3: o fornecimento de energia é inteiramente convencional, utilizando-se positivos e negativos reguladores 15V para dar ± 15V rails. Tudo, desde a ponte sobre é montado na placa do PC. Os sete capacitores 100nF são ignora distribuídos em torno da placa PC. No total, o canal esquerdo usa 12 amplificadores operacionais, em três TL074 quadentrada FET pacotes amp op. Quatro amplificadores operacionais e IC1a e IC1b, IC5a & IC5b, agem como entrada ou buffers de saída, enquanto os restantes oito amplificadores operacionais são LinkwitzRiley ativos estágios de filtro com 12dB/octave encostas de filtro. Em cada caso, dois filtros em cascata 12dB/octave são para dar uma inclinação global filtro de 24dB/oitava. Isto é muito mais acentuada do que é normalmente usado em redes de cruzamento passivo. O ganho de tensão de todas estas fases de filtro na banda de passagem é a unidade. Passa-baixa, passa alta
Antes de irmos adiante, devemos explicar alguns termos que muitas vezes confundem os iniciantes: passa-baixa, passa alta e passa-banda. Um filtro passa-baixa é aquela que permite freqüências baixas para passar e ele bloqueia as frequências mais altas. Assim, um circuito para dirigir um subwoofer seria chamado de filtro passa-baixa, uma vez que só oferece freqüências abaixo de 200Hz ou menos.
Fig.4: o regime de base para a passagem baixa e os filtros passa-alto. Da mesma forma, um filtro passa-alto é uma que permite que as altas frequências para passar através e bloqueia frequências baixas. Assim, a parte de uma rede que alimenta um cruzamento tweeter é dito ser um filtro passa-alto, mesmo que ele pode ser constituído por apenas um condensador. Se cascata (isto é, ligar em série) um filtro passa alto por um filtro passa-baixo, a combinação irá passar uma banda de frequências e que, em seguida, referem-se a ele como um filtro passa-banda. Usamos um filtro passa-banda para a saída de midrange neste circuito cruzado activo. Os outros pontos que você precisa saber sobre filtros passa altos e baixos são a chamada freqüência de corte e da inclinação do filtro. Os filtros usados neste circuito têm uma atenuação de 12dB/octave, esta é a inclinação do filtro e aplica-se para frequências após a frequência de corte. A frequência de corte é onde o sinal de saída é-3dB para baixo sobre o nível normal. Por exemplo, em um filtro passa baixo que pode ter uma frequência de corte de 1 kHz (ie,-3dB ponto) ea partir daí a inclinação do filtro pode ser 12dB/octave. Em teoria, isto significa que a resposta a 2 kHz (isto é, uma oitava acima de 1 kHz) será-15dB embora na prática não pode ser bastante que boa. Os filtros usados no nosso circuito são da configuração Linkwitz-Riley e usamos oito destes filtros, quatro passa-alto e passa-baixo quatro, em cada canal. Cada filtro consiste de um amplificador operacional ligado como um seguidor de tensão, precedido por duas redes RC.
Fig. 5: Este gráfico mostra as três curvas de resposta do filtro, que foram desenhados separadamente. A curva de resposta global no topo (vermelho) foi traçada usando o circuito misturador na Fig.8. A curva de resposta global é extremamente suave. Como já observado, para cada passagem elevada e filtro passa-baixa que estamos usando dois filtros 12dB/octave em cascata, para fazer o rolo total fora 24dB/oitava (4 ª ordem) por estágio do filtro. As configurações básicas de filtro são mostrados na Fig. 4, juntamente com a fórmula para calcular a frequência de transição. Neste caso particular, o divisor de frequências está no 6dB de ponto ea razão para isto é que estamos em cascata de dois filtros para cada secção (2 x = 3 dB 6dB). Note-se que os condensadores no filtro passa baixo são mostrados com valores de C e 2C, enquanto no filtro de alta temos resistores com valores de R e 2R. No circuito principal de Fig.2 irá notar dois condensadores de valores iguais têm sido utilizados para o componente 2C, uma vez que é difícil a obtenção de valores de capacitores exactamente o dobro do outro. Por outro lado, as resistências são muito mais fácil e de modo que têm valores de 10kΩ para R e 20kΩ para 2R.
Agora, depois que o desvio pouco, vamos voltar ao circuito da Fig.2. A entrada para o canal esquerdo é alimentado através de um filtro RC, a rolar para fora frequências acima de 100kHz, e depois para op amp IC1a que está ligado como um tampão de ganho unitário (ou seguidor de tensão). Dirige duas fases filtro de alta freqüência associados IC1d & IC1c, e dois filtros passa baixos associados IC3a & IC3d. Ambos passam estes baixo e filtros de alta passagem têm freqüências de corte estabelecidos para 5.1kHz. A saída do filtro passa alto segundo, IC1c, é alimentado para a configuração de nível trimpot VR1 e, em seguida, para op IC1b ampères que está ligado como um amplificador não-inversora com um ganho de dois. Ele comanda a saída esquerda de agudos (tweeter). Daí o tweeter só fica freqüências acima de 5kHz. Midrange passa-banda
Fig.6: a sobreposição de componentes, como visto de cima da placa. Observe a polaridade dos capacitores eletrolíticos e ICs quando solda-los! A saída do filtro passa-baixo IC3d alimenta filtros de passagem elevados, com base em IC3c & iC3b, ambos com freqüências de corte de 239Hz. A saída do filtro passa-alto, iC3b, é alimentado para trimpot VR2 e depois para op amp IC5a que tem um ganho de dois. Isso leva a saída de médios esquerdo, que recebe a faixa de freqüências entre 239Hz e 5.1kHz. Bem como a condução passa alta filtros IC3c & iC3b, op amp IC3d também impulsiona as cascata filtros passa-baixa com base em IC5d & IC5c, novamente com uma freqüência de corte de 239Hz. IC5c impulsiona trimpot VR3 e, em seguida IC5b amplificador operacional, que tem uma ganho de dois. Ele comanda a saída de graves esquerda, que apenas recebe sinais abaixo 239Hz. Todas as saídas de cada fase estão em fase nos pontos de cruzamento. Ganho de tensão na freqüência de cruzamento para cada seção é-6dB (ou seja, metade do nível de referência). Assim, quando as curvas de resposta de todas as três secções são adicionados em conjunto, o resultado é uma resposta de frequência extremamente plana, com um ganho geral da unidade. Apenas como isso funciona bem é mostrado nas curvas de resposta de Fig.5. Nós traçado das três respostas de filtro e, em seguida, a curva resultante é traçada ao longo do topo. O circuito somador foi utilizado para fazer isso é mostrado (por interesse apenas) no final deste artigo na Fig.8. Fonte de alimentação
O circuito de fornecimento de energia é mostrado na Fig.3. Ele usa um transformador de potência 20VA toroidal com dois secundários 15V de condução uma ponte retificadora (diodos D1 - D4) e dois 1000μF 25V capacitores para deri var fontes DC não regulados de cerca de +-22V DC. Estes são alimentados a 3 terminais-reguladores e reg1 REG2 para produzir material de ± 15V DC. Estes são cada contornado por um capacitor 100UF 25V e sete 100nF multi-camada de capacitores de cerâmica distribuídos em torno da placa PC. Construção
Fig.7: siga o esquema de ligações e você não deverá ter problemas com a montagem final. Tenha muito cuidado com a fiação da rede - anotar o HEATSHRINK abrangendo todas as "bitey" bits! Como já mencionado, todos os circuitos é em uma placa única, de 219 x 99mm, assim que a construção é muito simples. A única complicação vai ocorrer se você quiser definir as suas próprias freqüências de crossover. Se assim for, você vai precisar selecionar valores da Tabela 1. Por exemplo, se você decidir que quer uma frequência de crossover tweeter de cerca de 3 kHz, ir a Tabela 1, passar o dedo para baixo na coluna do lado direito até chegar a 3100 e os valores de R e C estão em colunas 1 e 2. Na prática, os condensadores 2.2nF nos filtros passa-alto e passa baixo associado com IC1 e IC3 agora têm de ser alterado para 3.3nF, enquanto que o aumento resistores 10kΩ para 11kΩ e os valores de 20kΩ ir para 22kΩ.
Note-se que é essencial que ambos os filtros de alta passagem (CID & IC1c) para o tweeter e os filtros de baixa passagem (IC3a & IC3d) para os médios têm de ter exactamente as mesmas freqüências de corte caso contrário você não terá uma frequência global plana resposta.
Da mesma forma, se você quiser mudar o baixo freqüência de corte em torno de 350Hz (digamos), correr para baixo da coluna do lado direito da Tabela 1 a 347Hz. O R valoriza, em seguida, tornar-se 11kΩ e 22kΩ, enquanto os valores de C tornar -se 27nF. Alternativamente, se você quiser fazer os cálculos você mesmo, visite www. sherlab.com / filtro / filter.htm para uma calculadora de filtro. Muito mais informações sobre Linkwitz-Riley crossovers podem ser encontradas em www.rane.com/note107 .
Fig.8: aqui é o circuito somador foi utilizado para produzir o diagrama mostrado na Fig.5. Você não tem que fazer um desses a menos que você está interessado em medir o seu próprio circuito. Aqui eles discutem erros lobing, alinhamento de condutor e fase de correção, de mudança de fase vs freqüência etc Tendo decidido em suas frequências de crossover, você pode começar a montagem da placa do PC por perto para verificar se calções entre as faixas, etc circuitos abertos, contra o oposto padrão. Em seguida, instalar todas as resistências, seguidos pelos capacitores e multi-voltas trimpots. Certifique-se que os capacitores eletrolíticos são instalados da maneira certa ao redor. O bipolar electro-lytics não são polarizadas e pode ir de qualquer maneira. Idealmente, os condensadores de 1% deve ser utilizado em todos os circuitos de filtro. Como alternativa, comprar um saco de 100 capacitores do valor desejado e escolher os
20 que são o mais próximo do valor uns aos outros, usando um medidor de capacitância ou DMM com intervalos de capacitância. Em seguida, instale os dois reguladores que são deitadas na placa do PC. Tenha cuidado para não trocá-los de outra forma o circuito definitivamente não vai funcionar e você pode ter que substituir um bom número de semicondutores algumas danificadas. Finalmente, você pode instalar os amplificadores operacionais e as tomadas RCA. Você precisará, então, conectar o transformador de potência, usando o diagrama da Fig.7. Temporariamente instalar a placa no chassi e está pronto para algumas verificações de tensão. Verificação de Tensão
Ligue o equipamento e verificar os trilhos de comercialização regulada com o multímetro digital. Eles devem estar perto de ± 15V DC. Em seguida, verificar que 15 V está presente no pino 4 de cada TL074 e que-15V está presente no pino 11 de cada IC. Toque levemente cada IC para garantir que nenhum deles está ficando quente - todos eles deverão ser legal.
Esta foto de uma placa protótipo cedo PC mostra o layout geral de componentes. Deve notar-se que houve alterações substanciais uma vez que esta fotografia foi tirada, particularmente ao longo do fundo (posterior) da placa. A sobreposição de componentes (Fig. 6) mostra a versão final. O próximo passo é a alinhar todo o circuito usando os trimpots. Esta é uma simples questão de criação de cada saída para ganho de unidade na sua faixa de passagem. Isto pode ser feito em três frequências, digamos 100Hz para o baixo, 1kHz para o midrange e 12kHz para os agudos. Você vai precisar de um oscilador de áudio e um multímetro digital com uma resposta de freqüência AC a 20kHz ou melhor. Ligue o oscilador de áudio à entrada RCA conector em um canal. Ajuste a freqüência de 100Hz, 1kHz ou 12kHz, dependendo de qual seção você deseja alinhar. Defina o nível do oscilador de 1V RMS. Em seguida, meça o nível de sinal na saída do palco que você está se ajustando. Para a saída de agudos, use 10kHz e ajustar trimpot VR1 (canal esquerdo) ou VR4 (canal direito) para obter 1V RMS no soquete de saída. Da mesma forma, para o midrange, use 1kHz e ajustar VR2 (canal esquerdo) ou VR5 (canal direito) para obter 1V RMS nas tomadas de saída.
Finalmente, para o baixo, usar 100Hz e ajustar VR3 (canal esquerdo) ou VR6 (canal direito) para obter 1V RMS na saída. Feito isso, agora é uma questão de finalmente completar a fiação dentro do gabinete e verificar antes de ligar o aparelho a seus amplificadores. Seus amplificadores
Mencionamos antes que seis amplificadores são necessários, uma para cada um dos oradores de médio porte baixo, e agudos, duas vezes (em estéreo). Mas o que você deve usar amplificadores? Tipicamente, o amplificador woofer precisa de ser cerca de duas vezes a potência dos amplificadores midrange e tweeter, para ter em conta o menor sensibilidade dos woofers.
O projeto concluído mostrando o painel traseiro arranjo, a cablagem de alimentação e colocação de placa de PC. Use este em conjunto com Fig.7 (acima) durante a montagem final. Então, se você tiver sido executando uma de 100W por canal amplificador estéreo em seu sistema de colunas de 3 vias, você ainda vai precisar de dois amplificadores de 100W para os woofers (por exemplo, o seu amplificador exisiting!), Mas você pode começar afastado com dois amplificadores de 50W para cada um o midrange e tweeters (ou seja, quatro no total). Você pode ser capaz de colocar de volta ao serviço de um amplificador que você aposentada como "fraca potência". Ou, se você quer ir o porco inteiro e construir novos amplificadores para ir com o seu novo crossover ativo, você poderia fazer muito pior do que o módulo amplificador novo SC480 destaque nesta edição para a mid-range e agudos. O LD Ultra (novembro, dezembro 2001, janeiro 2002) ou mesmo o módulo de alimentação de plástico (Abril de 1996) faria um amplificador de baixo excelente. Conexão
Não há parafusos que prendem a placa no lugar. Em vez disso, senta-se em autoadesivas titulares (como o usado em muitos computadores) e os terminais RCA do painel traseiro são, eles próprios, realizada em por meio de parafusos. É simplesmente uma questão de ligar as saídas estéreo do Active 3-Way Cross-over para o apropriado baixo, mid-range e agudos entradas do amplificador estéreo, em seguida, ligar os amplificadores de saídas directas para os drivers apropriados em cada uma das caixas altifalantes . Escusado será dizer que a rede crossover existente nas caixas alto-falante é desligado completamente - e você terá que colocar um extra de dois conjuntos de terminais na parte traseira de seus gabinetes com cada um dos três conectada diretamente a um driver (e rotulados). Os controles de tom deve ser idealmente plana sobre todos os amplificadores (embora isso pode ser uma questão de gosto individual -, mas o controle de agudos não vai fazer muito sobre o amplificador de baixo, nem o controle de graves do amplificador de agudos!). Controles de volume pode ser ajustado individualmente para obter o melhor equilíbrio entre os falantes de médio porte baixo, e agudos. Especificações Ganho de Tensão: Resposta de freqüência Inclinação de atenuação do filtro Distorção harmônica total Relação sinal-ruído
Unidade Dentro de ± 1dB de 10Hz a 20kHz (ver Fig. 5) 24dB/oitava Tipicamente 0,003% a 1V RMS -94dB não ponderada (22Hz a 22kHz) em relação a 1V RMS Tipicamente melhor que-100dB de 10Hz a 20kHz
Separação entre canais Impedância de entrada 47kΩ Impedância de saída menos de 200Ω Lista de Peças Crossover 3 Way-Active
1 caso 1RU de montagem em rack, Altronics H-5011 ou equivalente 1 placa de PC, o código 01101031, 219 x 99mm 1 IEC soquete de energia
1 porta-fusível de segurança chassi de montagem (3AG ou M205 tipo) 1 fusível 0.5A (3AG ou M205 tipo de acordo com porta-fusível) 1 interruptor DPST com neon embutido (S1) 1 transformador toroidal 20VA com 2 secundários 15V 1 3 vias bloco de terminais isolados 4 duplos banhados a ouro RCA PC-montagem soquetes, Altronics P-0212 ou equivalente 6 multi-voltas 100kΩ trimpots (VR1 -VR6) e Altronics R-2382A ou equivalente Semiconductors
6 TL074 quad-FET de entrada amplificadores operacionais (IC-IC6) 1 7815 regulador 3-terminal positivo Um regulador de 7915 3-terminal negativo 4 1N4004 diodos de silício (D1-D4) Capacitores 2 1000μF 25V PC eletrolítico
2 100UF 25V PC eletrolítico 2 1μF 50V eletrolítico bipolar 14 100nF (0.1μ) multi -camada de cerâmica (código de 100n ou 104) 20 47nF (0,047 μ) de poliéster metalizado (47N ou código 473)
20 2.2nF (0,0022 uF) de poliéster metalizado (código 2n2 ou 222) 2 cerâmico 220pF Resistores de filme metálico (1%) 2 47kΩW (amarelo, violeta laranja marrom ou
amarelo, violeta preto vermelho
castanho) 8 20kΩ (vermelho, preto laranja marrom ou preto vermelho preto vermelho castanho) 38 10kΩ (marrom preto laranja marrom ou preto marrom preto vermelho castanho) 4 100Ω (marrom marrom marrom marrom ou preto preto preto marrom)
Tabela 1: Valores para R & C R
C
2R
Crossover Freqüência
(KW) 15 15 12 11 15 10 12 11 15 12
(NF) 47 39 47 47 33 47 39 39 27 33
(KW) 30 30 24 22 30 20 24 22 30 24
(Hz) 160 192 200 218 227 239 240 262 278 284
10 11 7,5 15 10 12 11 7,5 10 12 7,5 11 10 7,5 7,5 15 15 12 11 15 10 12 11 15 12 10 11 7,5 15 10 12 11 7,5 10 12 7,5 11 10 7,5 7,5
39 33 47 22 33 27 27 39 27 22 33 22 22 27 22 4,7 3,9 4,7 4,7 3,3 4,7 3,9 3,9 2,7 3,3 3,9 3,3 4,7 2,2 3,3 2,7 2,7 3,9 2,7 2,2 3,3 2,2 2,2 2,7 2,2
20 22 15 30 20 24 22 15 20 24 15 22 20 15 15 30 30 24 22 30 20 24 22 30 24 20 22 15 30 20 24 22 15 20 24 15 22 20 15 15
289 310 319 341 341 347 379 385 417 426 455 465 512 556 682 1596 1924 1995 2177 2274 2394 2405 2623 2779 2842 2886 3100 3193 3410 3410 3473 3789 3848 4168 4263 4547 4650 5115 5558 6821
