Биампинг - очень хорошая штука, и наконец настала пора его внедрения в мою аппаратуру (в ресивер). Прошли все предварительные тесты и пробы. Ну и наконец появился новый вариант кроссовера. Это дальнейшее улучшение первой модели. Разница в том, что я разработал его под качественные пленочные конденсаторы типа К73-17, К73-44, К78-16, EPCOS и др. (поэтому в плате много "лишних" отверстий для конденсаторов разных габаритов). Кроме того, чтобы уменьшить габариты платы, я использовал SMD резисторы размера 1206 - более мелкие погоды на сделают (конденсаторы-то все равно большие и именно они определяют размеры платы), а паять их несложно. По этой же причине я использовал микросхемы в DIP корпусах - паять просто. SMD конденсаторы использовать нельзя - они керамические, и могут испорить качество звучания.
Схема практически не изменилась (это один канал стереоварианта) - фильтры Баттерворта 3-го порядка ВЧ и НЧ:
Входной конденсатор С0 "отрезает" постоянку на входе. И одновременно (совместно с резистором R0, который должен лежать в пределах 33...68 кОм) является сабсоник-фильтром - снижает уровень низких частот, ниже частоты среза, его можно расчитать так:
С0 [мкФ] = (4...5) / Fmin [Гц]
Это для значения 47 кОм, если R0 имеет другое значение, то во сколько раз R0 больше, чем 47 кОм, во столько же раз С0 должен быть меньше, чем по формуле; и наоборот.
Резистор R7 регулирует уровень верхних частот - обычно отдача ВЧ динамика выше, и сигнал для него приходится ослаблять. Это важно в биампинге - иначе возможен частотный дисбаланс. Здесь использован многооборотный подстроечный резистор - и герметичный (пыль не попадает и не изменяет сопротивления), и позволяет точно отрегулировать уровень сигнала. Резисторы R8, R9, R10 позволяют "отвязать" блок от источника питания и возможных земляных петель (чтобы кроссовер можно было бы без проблем встроить в уже существующую аппаратуру). Конденсаторы С7...С10 - фильтры питания. Они должны быть одинаковыми для "+" и "-" питания.
Номиналы некоторых деталей не указаны - они зависят от частоты среза фильтра. Сам фильтр можно рассчитать по этой программе. Только нужно, чтобы сопротивления резисторов лежали в пределах 10 кОм...1МОм (тогда будет меньше помех и влияния кроссовера на другие блоки).
Для себя я сделал фильтр с частотой раздела около 2,5 кГц. Вот его АЧХ - идеал!
Я измерял АЧХ по старинке, при помощи генератора (с низкими искажениями), частотометра и электронного вольтметра. Точки, в который производились измерения показаны на линиях (черным и голубым цветом). Суммарная электрическая АЧХ - практически идеальная прямая с неравномерностью не более +-0,05 дБ!!!
Конденсаторы желательно по возможности подобрать по емкости, но я, например, сильно не усердствовал, более-менее близкие, и все тут. Резисторы я вообще не подбирал, и вот что получилось при рассматривании через микроскоп:
Очень хорошо!!! Неравномерность АЧХ фильтра НЧ в диапазоне от 20 Гц не более 0,3 дБ! Ниже частоты 50 Гц влияет входной конденсатор С0, а выше частоты 1000 Гц - это уже начинается нормальный спад фильтра НЧ.
Измерения искажений показали, что они (искажения) находятся на уровне предела измерений - менее 0,002%. Это при использовании микросхемы ОРА2134РА. Более "крутые" ОУ использовать не рекомендуется - разницы не услышите, а проблем с устойчивостью и ВЧ помехами огребете. Более "простые" ОУ будут работать весьма неплохо - глубина ООС большая и искажения хорошо компенсируются.
Сама плата в стереовариенте получилась чуть больше спичечного коробка. Я считаю, что стремиться сделать кроссовер еще более миниатюрным нет смысла: качественные конденсаторы все равно большие, а если элементы "притулить" слишком тесно, то получатся лишние паразитные емкостные связи, да и "соплю" между дорожками легче заполучить.
Микросхемы и конденсаторы находятся с верхней стороны платы, резисторы - с нижней.
Очень важный момент: плата двухсторонняя и отверстия имеют сквозную металлизацию!!! В любительских условиях ее сделать практически невозможно, а без металлизации может быть непропай и неконтакт.
Вот АЧХ динамиков в ближнем поле, каждый из которых подключен к своему собственному усилителю, а усилители включены через этот кроссовер. При измерении работали оба динамика, поэтому сигнал ВЧ присутствовал при снятии НЧ характеристики и наоборот, создавая некоторые помехи. Но эти помехи весьма малы. Суммарная АЧХ (вычисленная) - ровная-преровная! Видно, что у НЧ динамика на частоте 5...7 кГц резкий выброс, связанный с переходом диффузора в зонный режим работы. И где он, этот выброс после фильтра 3-го порядка? (на самом деле выброс еще меньше, это еще из ВЧ динамика сигнал попадает). Попробуйте так настроить пассивный фильтр! И учитывайте, что подавить выброс 2-м, а тем более 1-м порядком не выйдет!
Тестовые прослушивания были очень успешными: заслушивался! Вот сравнение АЧХ одной и той же колонки (колонка на своем штатном месте, микрофон в точке прослушивания) со встроенным пассивным кроссовером, и при биампинге. Это другая колонка с другими динамиками. Волнистость АЧХ - влияние помещения (надо сказать вполне неплохое), а спад ниже 800 Гц - особенности измерения.
Конечно, мне могут сказать, что кривоватая АЧХ с пассивным кроссовером (провал в области 2...6 кГц) - следствие недостаточно тщательной настройки пассивных фильтров. Я не отказываюсь! Еще пара недель настройки - глядшь, и лучше было бы! На самом деле, настройке пассивного кросовера сильно мешала зависимость сопротивления и индуктивности динамиков от частоты (а они еще и от амплитуды зависят!). Активный кроссовер параметры динамика вообще не чувствует, поэтому АЧХ получается наилучшей. Кроме того, если вспомнить, сколько для пассивного фильтра пришлось доматывать-отматывать катушек и параллелить конденсаторов! Жуть! А тут сразу раз, и заработало! Нужно было только выбрать частоту раздела, и подкрутить подстроечник, чтобы установить уровень на ВЧ.
PS. У меня осталось несколько плат промышленного изготовления, если нужно - пишите. Только сразу предупреждаю - я зарабатываю себе на жизнь совсем другим делом, поэтому широкомасштабных поставок от меня не ждите! Разве, что кто-то сразу закажет крупную партию... :-)