ऑडियो क्रॉसओवर
ऑडियो क्रॉसओवर एक प्रकार का इलेक्ट्रॉनिक फिल्टर परिपथ है जो एक ऑडियो संकेत को दो या अधिक आवृति सीमा में विभाजित करता है ताकि संकेत ध्वनि-विस्तारक यंत्र ड्राइवरों को भेजे जा सकें जिन्हें विभिन्न आवृति सीमा के भीतर संचालित करने के लिए बनाया गया है। क्रॉसओवर फिल्टर या तो संकेत सहनशीलता (इंजीनियरिंग) हो सकते हैं।[1]उन्हें अक्सर दो-तरफ़ा या तीन-तरफ़ा के रूप में वर्णित किया जाता है जो क्रमशः संकेत देते हैं कि क्रॉसओवर दिए गए संकेत को दो आवृति सीमा या तीन आवृति सीमा में विभाजित करता है।[2] ध्वनि-विस्तारक यंत्र कैबिनेट उपभोक्ता इलेक्ट्रॉनिक्स में शक्ति प्रवर्धकों में क्रॉसओवर का उपयोग किया जाता है (हाई-फाई, गृह सिनेमा ध्वनि और कार ऑडियो) और प्रोऑडियो और संगीत वाद्ययंत्र प्रवर्धक उत्पादों में क्रॉसओवर का उपयोग किया जाता है। बाद के दो बाजारों के लिए बास प्रवर्धक, कीबोर्ड प्रवर्धक, बास और कीबोर्ड स्पीकर बाड़ों और ध्वनि सुदृढीकरण प्रणाली उपकरण (पीए स्पीकर, मॉनिटर स्पीकर, सबवूफर प्रणाली आदि) में क्रॉसओवर का उपयोग किया जाता है।
अधिकांश व्यक्तिगत ध्वनि-विस्तारक यंत्र चालक स्वीकार्य सापेक्ष मात्रा और विरूपण की अनुपस्थिति के साथ कम आवृत्तियों से उच्च आवृत्तियों तक पूरे ऑडियो स्पेक्ट्रम को कवर करने में असमर्थ होते हैं। अधिकांश हाई-फाई स्पीकर प्रणाली और ध्वनि सुदृढीकरण प्रणाली स्पीकर कैबिनेट कई ध्वनि-विस्तारक यंत्र ड्राइवरों के संयोजन का उपयोग करते है और प्रत्येक एक अलग आवृत्ति बैंड को पूरा करता है। एक मानक सरल उदाहरण हाई-फाई और पीए प्रणाली कैबिनेट में है जिसमें निम्न और मध्य आवृत्तियों के लिए एक वूफर और उच्च आवृत्तियों के लिए एक ट्वीटर होता है। एक ध्वनि संकेत स्रोत के बाद चाहे वह सीडी प्लेयर से रिकॉर्ड किया गया संगीत हो या ऑडियो कंसोल से लाइव बैंड का मिश्रण। इसमें सभी निम्न, मध्य और उच्च आवृत्तियों का संयोजन होता है। ऑडियो संकेत को अलग-अलग आवृत्ति बैंड में विभाजित करने के लिए एक क्रॉसओवर परिपथ का उपयोग किया जाता है। जिसे अलग से ध्वनि-विस्तारक यंत्र, ट्वीटर या आवृत्ति बैंड के लिए अनुकूलित हॉर्न पर भेजा जा सकता है।
निष्क्रिय क्रॉसओवर[3]ऑडियो क्रॉसओवर का सबसे आम प्रकार है। वे एक शक्ति प्रवर्धक से आने वाले प्रवर्धित संकेत को विभाजित करने के लिए निष्क्रिय विद्युत घटकों (जैसे, कैपेसिटर, इंडक्टर्स और रेसिस्टर्स) के एक नेटवर्क का उपयोग करते हैं ताकि इसे दो या अधिक ध्वनि-विस्तारक यंत्र ड्राइवरों (जैसे, एक वूफर और एक बहुत कम आवृत्ति) को भेजा जा सके।
सक्रिय क्रॉसओवर को निष्क्रिय क्रॉसओवर से अलग किया जाता है जिसमें वे शक्ति प्रवर्धन चरण से पहले एक ऑडियो संकेत को विभाजित करते हैं ताकि इसे दो या दो से अधिक शक्ति प्रवर्धकों में भेजा जा सके जिनमें से प्रत्येक एक अलग ध्वनि-विस्तारक यंत्र ड्राइवर से जुड़ा हो।[4][2]होम सिनेमा 5.1 चारो ओर ध्वनि ऑडियो प्रणाली एक क्रॉसओवर का उपयोग करता है जो बहुत कम आवृत्ति के संकेत को अलग करता है ताकि इसे एक सबवूफर को भेजा जा सके और फिर शेष निम्न, मध्य और उच्च-श्रेणी की आवृत्तियों को पाँच स्पीकरों को भेजा जा सके जो श्रोता के चारों ओर रखा गया है। एक विशिष्ट अनुप्रयोग में चारों ओर स्पीकर कैबिनेट को भेजे गए संकेतों को एक निष्क्रिय क्रॉसओवर का उपयोग करके एक निम्न, मध्य-श्रेणी के वूफर और एक उच्च-श्रेणी के ट्वीटर में विभाजित किया जाता है। सक्रिय क्रॉसओवर डिजिटल और एनालॉग दोनों किस्मों में आते हैं।
डिजिटल सक्रिय क्रॉसओवर में अक्सर अतिरिक्त संकेत प्रसंस्करण सम्मिलित होती है। जैसे कि सीमित करना, देरी करना और बराबर करना। संकेत क्रॉसओवर ऑडियो संकेत को बैंड में विभाजित करने की अनुमति देते हैं जिन्हें फिर से एक साथ मिश्रित करने से पहले अलग से संसोधित किया जाता है। कुछ उदाहरण जैसे मल्टीबैंड संपीड़न, ऑडियो स्तर संपीड़न सीमित, मल्टीबैंड विरूपण, बास वृद्धि, उच्च आवृत्ति उत्तेजक और ऑडियो शोर में कमी जैसे डॉल्बी शोर में कमी प्रणाली हैं।
सिंहावलोकन
एक आदर्श ऑडियो क्रॉसओवर की परिभाषा कार्य और ऑडियो एप्लिकेशन के सापेक्ष बदलती है। यदि अलग-अलग बैंड को फिर से एक साथ मिलाया जाना है (मल्टीबैंड प्रसंस्करण के रूप में), तो आदर्श ऑडियो क्रॉसओवर आने वाले ऑडियो संकेत को अलग-अलग बैंड में विभाजित करेगा जो ओवरलैप या इंटरैक्ट नहीं करते हैं और जिसके परिणामस्वरूप आवृत्ति प्रतिक्रिया में उत्पादन संकेत अपरिवर्तित रहता है। इस आदर्श प्रदर्शन का केवल अनुमान लगाया जा सकता है। सर्वोत्तम सन्निकटन को कैसे लागू किया जाए यह जीवंत बहस का विषय है। दूसरी ओर यदि ऑडियो क्रॉसओवर ध्वनि-विस्तारक यंत्र में ऑडियो बैंड को अलग करता है तो क्रॉसओवर के भीतर ही गणितीय रूप से आदर्श विशेषताओं की कोई आवश्यकता नहीं है क्योंकि ध्वनि-विस्तारक यंत्र चालकों की उनके माउंटिंग के भीतर आवृत्ति और चरण प्रतिक्रिया परिणामों को ग्रहण कर लेगी। ऑडियो क्रॉसओवर और ध्वनि-विस्तारक यंत्र ड्राइवरों को उनके बाड़े में सम्मिलित करने वाली पूरी प्रणाली का संतोषजनक उत्पादन करना लक्ष्य है। ऐसा लक्ष्य अक्सर गैर-आदर्श, असममित क्रॉसओवर फ़िल्टर विशेषताओं का उपयोग करके प्राप्त किया जाता है।[5]
ऑडियो में कई अलग-अलग क्रॉसओवर प्रकारों का उपयोग किया जाता है लेकिन वे प्राय: निम्न वर्गों में से एक होते हैं।
वर्गीकरण
फ़िल्टर अनुभागों की संख्या के आधार पर वर्गीकरण
ध्वनि-विस्तारक यंत्रों को अक्सर एन-वे के रूप में वर्गीकृत किया जाता है, जहां एन प्रणाली में ड्राइवरों की संख्या है। उदाहरण के लिए वूफर वाला ध्वनि-विस्तारक यंत्र और ट्वीटर एक 2-वे ध्वनि-विस्तारक यंत्र प्रणाली है। एन-वे ध्वनि-विस्तारक यंत्र में प्राय: ड्राइवरों के बीच संकेत को विभाजित करने के लिए एन-वे क्रॉसओवर होता है। 2-वे क्रॉसओवर में कम उत्तीर्ण और हाई-पास फिल्टर होते हैं। 3-वे क्रॉसओवर को लो-पास, बैंड पास और हाई-पास फिल्टर (एलपीएफ, बीपीएफ और एचपीएफ क्रमशः) के संयोजन के रूप में बनाया गया है। BPF अनुभाग बदले में HPF और LPF अनुभागों का संयोजन है। 4 (या अधिक) तरीके के क्रॉसओवर स्पीकर डिज़ाइन में बहुत आम नहीं हैं, मुख्य रूप से इसमें सम्मिलित जटिलता के कारण जो प्राय: बेहतर ध्वनिक प्रदर्शन द्वारा उचित नहीं है।
एक अतिरिक्त एचपीएफ अनुभाग एक एन-वे ध्वनि-विस्तारक यंत्र क्रॉसओवर में स्थित हो सकता है ताकि निम्नतम-आवृत्ति ड्राइवर को सुरक्षित रूप से संभाल सकने से कम आवृत्तियों से बचाया जा सके। इस तरह के एक क्रॉसओवर में सबसे कम आवृत्ति चालक के लिए बंदपास छननी होगा। इसी तरह उच्चतम-आवृत्ति चालक के पास उच्च-आवृत्ति क्षति को रोकने के लिए एक सुरक्षात्मक एलपीएफ अनुभाग हो सकता है हालांकि यह बहुत कम है।
हाल ही में कई निर्माताओं ने कठोर ध्वनि-विस्तारक यंत्र क्रॉसओवर के लिए अक्सर N.5-वे क्रॉसओवर तकनीक का उपयोग करना शुरू कर दिया है। यह प्राय: एक दूसरे वूफर को जोड़ने का संकेत देता है जो मुख्य वूफर के समान बास श्रेणी बजाता है लेकिन मुख्य वूफर के बहुत पहले रोल करता है।
टिप्पणी: यहां उल्लिखित फ़िल्टर अनुभागों को अलग-अलग 2-पोल फ़िल्टर अनुभागों के साथ भ्रमित नहीं होना चाहिए जिसमें एक उच्च-क्रम फ़िल्टर सम्मिलित है।
घटकों के आधार पर वर्गीकरण
क्रॉसओवर को इस्तेमाल किए गए घटकों के प्रकार के आधार पर भी वर्गीकृत किया जा सकता है।
निष्क्रिय
एक निष्क्रिय क्रॉसओवर एक एकल शक्ति प्रवर्धक द्वारा प्रवर्धित किए जाने के बाद एक ऑडियो संकेत को विभाजित करता है ताकि प्रवर्धित संकेत को दो या दो से अधिक ड्राइवर प्रकारों में भेजा जा सके। जिनमें से प्रत्येक अलग-अलग आवृत्ति श्रेणी को कवर करता है। ये क्रॉसओवर पूरी तरह से निष्क्रिय घटकों और परिपथ से बने होते हैं। निष्क्रिय शब्द का अर्थ है कि परिपथ के लिए किसी अतिरिक्त शक्ति स्रोत की आवश्यकता नहीं है। एक निष्क्रिय क्रॉसओवर को बस वायरिंग द्वारा शक्ति प्रवर्धक संकेत से जोड़ा जाना चाहिए। बटरवर्थ फिल्टर प्रभाव को प्राप्त करने के लिए निष्क्रिय क्रॉसओवर को प्राय: कायर टोपोलॉजी में व्यवस्थित किया जाता है। निष्क्रिय फिल्टर संधारित्र कैपेसिटर और इंडक्टर्स जैसे प्रतिक्रियाशील घटकों के साथ संयुक्त प्रतिरोधकों का उपयोग करते हैं। बहुत उच्च-प्रदर्शन वाले निष्क्रिय क्रॉसओवर सक्रिय क्रॉसओवर की तुलना में अधिक महंगे होने की संभावना है क्योंकि उच्च धाराओं और वोल्टेज पर अच्छा प्रदर्शन करने में सक्षम व्यक्तिगत घटक जिन पीए वक्ता प्रणाली संचालित होते हैं उनको बनाना कठिन होता है।
सस्ते उपभोक्ता इलेक्ट्रॉनिक्स उत्पाद जैसे बॉक्स पैकेज में बजट-कीमत वाले होम थिएटर और कम लागत वाले बूम बॉक्स, कम गुणवत्ता वाले निष्क्रिय क्रॉसओवर का उपयोग करते हैं। अक्सर कम घटकों वाले कम-ऑर्डर फ़िल्टर नेटवर्क का उपयोग करते हैं। महंगे हाई-फाई स्पीकर प्रणाली और रिसीवर बेहतर ध्वनि गुणवत्ता और कम विरूपण प्राप्त करने के लिए उच्च गुणवत्ता वाले निष्क्रिय क्रॉसओवर का उपयोग करते हैं। ध्वनि सुदृढीकरण प्रणाली उपकरण और संगीत वाद्ययंत्र प्रवर्धकों और स्पीकर कैबिनेट के साथ समान मूल्य / गुणवत्ता दृष्टिकोण का उपयोग किया जाता है। एक कम कीमत वाला स्टेज मॉनिटर, पीए स्पीकर या बास प्रवर्धक स्पीकर कैबिनेट प्राय: कम गुणवत्ता वाले निष्क्रिय क्रॉसओवर का उपयोग करेगा जबकि उच्च गुणवत्ता वाले कैबिनेट बेहतर गुणवत्ता वाले क्रॉसओवर का उपयोग करेंगे। निष्क्रिय क्रॉसओवर पॉलीप्रोपाइलीन, धातुयुक्त पॉलिएस्टर पन्नी, कागज और इलेक्ट्रोलाइट कैपेसिटर तकनीक से बने कैपेसिटर का उपयोग कर सकते हैं। इंडक्टर्स में वायु कोर, पाउडर धातु कोर, फेरेट कोर या टुकड़े टुकड़े में सिलिकॉन स्टील कोर हो सकते हैं और अधिकांश एनामेल्ड तांबे के तार से घाव होते हैं।
कुछ निष्क्रिय नेटवर्क में ध्वनि-विस्तारक यंत्र चालकों को आकस्मिक अत्यधिक शक्ति (जैसे, अचानक उछाल या स्पाइक्स) से बचाने के लिए फ्यूज (विद्युत), पीटीसी उपकरण, बल्ब या परिपथ वियोजक जैसे उपकरण सम्मिलित हैं। आधुनिक निष्क्रिय क्रॉसओवर तेजी से समकारी नेटवर्क (जैसे ज़ोबेल नेटवर्क) को सम्मिलित करते हैं जो लगभग सभी ध्वनि-विस्तारक यंत्रों में निहित आवृत्ति के साथ प्रतिबाधा में परिवर्तन की भरपाई करते हैं। समस्या जटिल है क्योंकि प्रतिबाधा में परिवर्तन का एक हिस्सा ड्राइवर के पासबैंड में ध्वनिक लोडिंग परिवर्तनों के कारण होता है।
निष्क्रिय नेटवर्क के दो नुकसान यह हैं कि वे भारी हो सकते हैं और बिजली हानि का कारण बन सकते हैं। वे न केवल आवृत्ति विशिष्ट हैं, बल्कि विद्युत प्रतिबाधा विशिष्ट भी हैं (अर्थात उनकी प्रतिक्रिया उस विद्युत भार के साथ भिन्न होती है जिससे वे जुड़े हुए हैं)। यह विभिन्न प्रतिबाधाओं के स्पीकर प्रणाली के साथ उनकी विनिमेयता को रोकता है। प्रतिबाधा मुआवजा और समकारी नेटवर्क सहित आदर्श क्रॉसओवर फिल्टर को डिजाइन करना बहुत मुश्किल हो सकता है क्योंकि घटक जटिल तरीके से बातचीत करते हैं। क्रॉसओवर डिज़ाइन विशेषज्ञ सिगफ्राइड लिंकविट्ज़ ने उनके बारे में कहा कि निष्क्रिय क्रॉसओवर का एकमात्र बहाना उनकी कम लागत है। उनका व्यवहार ड्राइवरों के संकेत स्तर पर निर्भर गतिशीलता के साथ बदलता है। वे शक्ति प्रवर्धक को वॉयस कॉइल मोशन पर अधिकतम नियंत्रण लेने से रोकते हैं। यदि प्रजनन की सटीकता लक्ष्य है तो वे समय की बर्बादी हैं।[6]वैकल्पिक रूप से प्रवर्धक से पहले फिल्टर परिपथ बनाने के लिए निष्क्रिय घटकों का उपयोग किया जा सकता है। इस कार्यान्वयन को निष्क्रिय रेखा-स्तरीय क्रॉसओवर कहा जाता है।
सक्रिय
एक सक्रिय क्रॉसओवर में इसके फिल्टर में सक्रिय घटक होते हैं, जैसे ट्रांजिस्टर और कार्यरत प्रवर्धक।[1][2][7]हाल के वर्षों में सबसे अधिक इस्तेमाल किया जाने वाला सक्रिय उपकरण एक कार्यरत प्रवर्धक है। निष्क्रिय क्रॉसओवर के विपरीत जो उच्च विद्युत प्रवाह और कुछ स्थितियों में उच्च वोल्टेज पर शक्ति प्रवर्धक के उत्पादन के बाद संचालित होते हैं और सक्रिय क्रॉसओवर उन स्तरों पर संचालित होते हैं जो शक्ति प्रवर्धक इनपुट के अनुकूल होते हैं। दूसरी ओर गेन (इलेक्ट्रॉनिक्स) वाले सभी परिपथ शोर का परिचय देते हैं और इस तरह के शोर का हानिकारक प्रभाव होता है जब शक्ति प्रवर्धकों द्वारा संकेत को बढ़ाये जाने से पहले प्रस्तुत किया जाता है।
सक्रिय क्रॉसओवर को हमेशा प्रत्येक उत्पादन बैंड के लिए शक्ति प्रवर्धकों के उपयोग की आवश्यकता होती है। इस प्रकार एक 2-वे सक्रिय क्रॉसओवर को दो प्रवर्धकों की आवश्यकता होती है- एक वूफर के लिए और एक ट्वीटर के लिए। इसका मतलब यह है कि एक ध्वनि-विस्तारक यंत्र प्रणाली जो सक्रिय क्रॉसओवर पर आधारित है अक्सर एक निष्क्रिय-क्रॉसओवर-आधारित प्रणाली से अधिक खर्च होगी। लागत और जटिलता के नुकसान के बावजूद सक्रिय क्रॉसओवर निष्क्रिय लोगों पर निम्नलिखित लाभ प्रदान करते हैं:
चालक की विद्युत विशेषताओं में गतिशील परिवर्तनों से स्वतंत्र एक आवृत्ति प्रतिक्रिया (उदाहरण के लिए आवाज कॉइल के ताप से)
- प्राय: उपयोग किए गए विशिष्ट ड्राइवरों के लिए प्रत्येक आवृत्ति बैंड को बदलने या ठीक करने के आसान तरीके की संभावना। उदाहरण क्रॉसओवर ढलान, फिल्टर प्रकार (जैसे, बेसेल फिल्टर, बटरवर्थ, लिंकविट्ज़-रिले आदि) सापेक्ष स्तर आदि होंगे।
- अन्य चालकों द्वारा नियंत्रित किए जा रहे संकेतों से प्रत्येक ड्राइवर का बेहतर अलगाव, इस प्रकार इंटरमॉड्यूलेशन विरूपण और ओवरड्राइविंग को कम करता है।
- शक्ति प्रवर्धक सीधे स्पीकर ड्राइवरों से जुड़े होते हैं जिससे स्पीकर वॉयस कॉइल के प्रवर्धक डंपिंग नियंत्रण को अधिकतम किया जा सकता है ड्राइवर विद्युत विशेषताओं में गतिशील परिवर्तनों के परिणामों को कम किया जा सकता है जिनमें से सभी प्रणाली की क्षणिक प्रतिक्रिया में सुधार की संभावना है।
- शक्ति प्रवर्धक उत्पादन आवश्यकता में कमी। निष्क्रिय घटकों में कोई ऊर्जा नष्ट नहीं होने से प्रवर्धक की आवश्यकताएं काफी कम हो जाती हैं (कुछ स्थितियों में 1/2 तक), लागत कम हो जाती है और संभावित रूप से गुणवत्ता बढ़ जाती है।
डिजिटल
डिजिटल संकेत प्रोसेसर या अन्य माइक्रोप्रोसेसर का उपयोग करके सक्रिय क्रॉसओवर को डिजिटल रूप से लागू किया जा सकता है।[8]वे या तो पारंपरिक एनालॉग इलेक्ट्रॉनिक्स परिपथ के लिए डिजिटल डेटा सन्निकटन का उपयोग करते हैं, जिन्हें IIR फ़िल्टर (बेसल फिल्टर, बटरवर्थ, लिंकविट्ज़-रिले आदि) के रूप में जाना जाता है या वे परिमित आवेग प्रतिक्रिया (FIR) फ़िल्टर का उपयोग करते हैं।[9][10]IIR फ़िल्टर में एनालॉग फ़िल्टर के साथ कई समानताएँ हैं और अपेक्षाकृत CPU संसाधनों की मांग नहीं कर रहे हैं दूसरी ओर एफआईआर फिल्टर में प्राय: उच्च क्रम होता है और इसलिए समान विशेषताओं के लिए अधिक संसाधनों की आवश्यकता होती है। उन्हें डिज़ाइन और निर्मित किया जा सकता है ताकि उनके पास एक रैखिक चरण प्रतिक्रिया हो जो कि ध्वनि प्रजनन में सम्मिलित कई लोगों द्वारा वांछनीय माना जाता है। हालांकि इसमें कमियां हैं- रैखिक चरण प्रतिक्रिया प्राप्त करने के लिए आईआईआर या न्यूनतम चरण एफआईआर फिल्टर के साथ आवश्यक होने की तुलना में अधिक देरी का समय लगता है। आईआईआर फिल्टर जो स्वभाव से पुनरावर्ती हैं उसमे यह दोष है कि अगर सावधानी से डिजाइन नहीं किया जाता है तो वे सीमा चक्र में प्रवेश कर सकते हैं जिसके परिणामस्वरूप गैर-रैखिक विरूपण होता है।
यांत्रिक
यह क्रॉसओवर प्रकार यांत्रिक है और आवश्यक फ़िल्टरिंग प्राप्त करने के लिए ड्राइवर डायाफ्राम में सामग्रियों के गुणों का उपयोग करता है।[11]इस तरह के क्रॉसओवर प्राय: पूर्ण-श्रेणी के स्पीकर में पाए जाते हैं जो कि जितना संभव हो उतना ऑडियो बैंड को कवर करने के लिए डिज़ाइन किया गया है। ऐसा एक स्पीकर के कोन को आज्ञाकारी खंड के माध्यम से वॉइस कॉइल बॉबिन से जोड़कर बनाया गया है और सीधे बॉबिन से एक छोटा हल्का व्हिज़र कोन जोड़कर बनाया गया है। यह आज्ञाकारी खंड एक अनुरूप फिल्टर के रूप में कार्य करता है इसलिए मुख्य शंकु उच्च आवृत्तियों पर कंपन नहीं करता है। व्हिज़र कोन सभी आवृत्तियों पर प्रतिक्रिया करता है लेकिन इसके छोटे आकार के कारण यह केवल उच्च आवृत्तियों पर एक उपयोगी उत्पादन देता है, जिससे एक यांत्रिक क्रॉसओवर फ़ंक्शन लागू होता है। शंकु, व्हिज़र और निलंबन तत्वों के लिए उपयोग की जाने वाली सामग्रियों का सावधानीपूर्वक चयन क्रॉसओवर आवृत्ति और क्रॉसओवर की प्रभावशीलता निर्धारित करता है। इस तरह के यांत्रिक क्रॉसओवर डिजाइन करने के लिए जटिल हैं खासकर अगर उच्च निष्ठा वांछित है। कंप्यूटर सहायता प्राप्त डिज़ाइन ने काफी हद तक श्रमसाध्य परीक्षण और त्रुटि दृष्टिकोण को बदल दिया है जो ऐतिहासिक रूप से उपयोग किया गया था। कई वर्षों में सामग्रियों का अनुपालन बदल सकता है जो स्पीकर की आवृत्ति प्रतिक्रिया को नकारात्मक रूप से प्रभावित करता है।
धूल टोपी को उच्च आवृत्ति रेडिएटर के रूप में नियोजित करना एक अधिक सामान्य दृष्टिकोण है। धूल टोपी कम आवृत्तियों को विकीर्ण करता है और मुख्य असेंबली के हिस्से के रूप में चलता है लेकिन कम द्रव्यमान और कम नमी के कारण उच्च आवृत्तियों पर बढ़ी हुई ऊर्जा को विकीर्ण करता है। जैसा कि व्हिज़र कोन के साथ होता है। विस्तारित उत्पादन प्रदान करने के लिए सामग्री, आकार और स्थिति के सावधानीपूर्वक चयन की आवश्यकता होती है। व्हिज़र कोन की तुलना में इस दृष्टिकोण के लिए उच्च आवृत्ति ध्वनिक फैलाव कुछ अलग है। एक संबंधित दृष्टिकोण मुख्य शंकु को इस तरह के प्रोफ़ाइल के साथ आकार देना है और ऐसी सामग्री कि गर्दन क्षेत्र अधिक कठोर रहता है और सभी आवृत्तियों को विकीर्ण करता है जबकि शंकु के बाहरी क्षेत्रों को चुनिंदा रूप से अलग किया जाता है जो केवल कम आवृत्तियों पर विकीर्ण होता है। शंकु प्रोफाइल और सामग्री को सीमित तत्व विधि सॉफ़्टवेयर का उपयोग करके तैयार किया जा सकता है और परिणाम उत्कृष्ट सहनशीलता की भविष्यवाणी की जाती है।
स्पीकर जो इन मैकेनिकल क्रॉसओवर का उपयोग करते हैं उनके डिजाइन और निर्माण की कठिनाइयों और अपरिहार्य उत्पादन सीमाओं के बावजूद ध्वनि की गुणवत्ता में कुछ फायदे हैं। पूर्ण-श्रेणी के ड्राइवरों के पास एक एकल ध्वनिक केंद्र होता है और ऑडियो स्पेक्ट्रम में अपेक्षाकृत मामूली चरण परिवर्तन हो सकता है। कम आवृत्तियों पर सर्वश्रेष्ठ प्रदर्शन के लिए इन चालकों को सावधान संलग्नक डिजाइन की आवश्यकता होती है। उनके छोटे आकार (प्राय: 165 से 200 मिमी) को बास को प्रभावी ढंग से पुन: प्रस्तुत करने के लिए काफी शंकु भ्रमण की आवश्यकता होती है लेकिन उचित उच्च-आवृत्ति प्रदर्शन के लिए आवश्यक छोटी आवाज कॉइल केवल एक सीमित सीमा में ही चल सकती हैं। फिर भी इन बाधाओं के भीतर, लागत और जटिलताएं कम हो जाती हैं क्योंकि किसी क्रॉसओवर की आवश्यकता नहीं होती है।
फ़िल्टर क्रम या ढलान के आधार पर वर्गीकरण
जिस तरह फिल्टर के अलग-अलग ऑर्डर होते हैं उसी तरह क्रॉसओवर करते हैं जो उनके द्वारा लागू फिल्टर ढलान पर निर्भर करता है। अंतिम ध्वनिक ढलान विद्युत फ़िल्टर द्वारा पूरी तरह से निर्धारित किया जा सकता है या ड्राइवर की प्राकृतिक विशेषताओं के साथ विद्युत फ़िल्टर की ढलान को जोड़कर प्राप्त किया जा सकता है। पूर्व स्थिति में केवल आवश्यकता यह है कि प्रत्येक चालक के पास कम से कम उस बिंदु तक एक सपाट प्रतिक्रिया हो जहां उसका संकेत पासबैंड से लगभग -10dB नीचे हो। बाद की स्थिति में अंतिम ध्वनिक ढलान प्राय: उपयोग किए जाने वाले विद्युत फिल्टर की तुलना में तेज होता है। तीसरे या चौथे क्रम के ध्वनिक क्रॉसओवर में अक्सर केवल दूसरे क्रम का विद्युत फ़िल्टर होता है। इसके लिए आवश्यक है कि स्पीकर ड्राइवरों को नाममात्र क्रॉसओवर आवृत्ति से काफी हद तक अच्छी तरह से व्यवहार किया जाए और आगे यह कि उच्च आवृत्ति चालक अपने क्रॉसओवर बिंदु के नीचे आवृत्ति श्रेणी में काफी इनपुट जीवित रहने में सक्षम हो। वास्तविक व्यवहार में इसे प्राप्त करना कठिन है। नीचे दी गई चर्चा में विद्युत फ़िल्टर क्रम की विशेषताओं पर चर्चा की जाती है। इसके बाद ध्वनिक ढलान वाले क्रॉसओवर और उनके फायदे या नुकसान की चर्चा होती है।
अधिकांश ऑडियो क्रॉसओवर पहले से चौथे क्रम के विद्युत फिल्टर का उपयोग करते हैं। प्राय: ध्वनि-विस्तारक यंत्रों के लिए निष्क्रिय क्रॉसओवर में उच्च आदेश लागू नहीं होते हैं लेकिन कभी-कभी इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों में उन परिस्थितियों में पाए जाते हैं जिनके लिए उनकी काफी लागत और जटिलता को उचित ठहराया जा सकता है।
पहला आदेश
पहले क्रम के फिल्टर में 20 dB/ दशक (या 6 dB/ सप्तक ) ढलान होता है। सभी प्रथम-क्रम फ़िल्टर में बटरवर्थ फ़िल्टर विशेषता होती है। प्रथम क्रम के फिल्टर को कई ऑडियोफाइल द्वारा क्रॉसओवर के लिए आदर्श माना जाता है। ऐसा इसलिए है क्योंकि यह फ़िल्टर प्रकार 'क्षणिक परिपूर्ण' है, जिसका अर्थ है कि निम्न-पास और उच्च-पास उत्पादन का योग ब्याज की सीमा में अपरिवर्तित आयाम और चरण दोनों से गुजरता है।[12]यह सबसे कम भागों का भी उपयोग करता है और इसमें सबसे कम सम्मिलन हानि होती है (यदि निष्क्रिय हो)। एक प्रथम-क्रम क्रॉसओवर उच्च-क्रम विन्यास की तुलना में एलपीएफ और एचपीएफ अनुभागों में अवांछित आवृत्तियों से युक्त अधिक संकेत सामग्री की अनुमति देता है। जबकि वूफर आसानी से इसे संभाल सकते हैं (उन आवृत्तियों से ऊपर की आवृत्तियों पर विरूपण पैदा करने के अलावा जिन्हें वे ठीक से पुन: उत्पन्न कर सकते हैं), छोटे उच्च-आवृत्ति चालकों (विशेष रूप से ट्वीटर) के क्षतिग्रस्त होने की अधिक संभावना है क्योंकि वे आवृत्तियों पर बड़े बिजली इनपुट को संभालने में सक्षम नहीं हैं।
व्यवहार में वास्तविक प्रथम-क्रम ध्वनिक ढलान वाले स्पीकर प्रणाली को डिजाइन करना मुश्किल होता है क्योंकि उन्हें बड़े ओवरलैपिंग ड्राइवर बैंडविड्थ की आवश्यकता होती है और उथले ढलानों का मतलब है कि गैर-संयोग चालक एक विस्तृत आवृत्ति श्रेणी में हस्तक्षेप करते हैं और बड़ी प्रतिक्रिया को अक्ष से दूर ले जाते हैं।
दूसरा आदेश
दूसरे क्रम के फिल्टर में 40 डीबी/दशक (या 12 डीबी/ऑक्टेव) ढलान होता है। दूसरे क्रम के फिल्टर में बेसेल फिल्टर, लिंकविट्ज़-रिले फ़िल्टर | लिंकविट्ज़-रिले या बटरवर्थ विशेषता हो सकती है जो डिज़ाइन विकल्पों और उपयोग किए जाने वाले घटकों पर निर्भर करता है। यह आदेश प्राय: निष्क्रिय क्रॉसओवर में उपयोग किया जाता है क्योंकि यह जटिलता, प्रतिक्रिया और उच्च-आवृत्ति चालक सुरक्षा के बीच एक उचित संतुलन प्रदान करता है। समय-संरेखित भौतिक प्लेसमेंट के साथ डिज़ाइन किए जाने पर इन क्रॉसओवर में एक सममित विक्षनरी: ध्रुवीयता प्रतिक्रिया होती है जैसा कि सभी सम-क्रम क्रॉसओवर करते हैं।
प्राय: यह सोचा जाता है कि (द्वितीय क्रम) निम्न-पास फ़िल्टर और समान क्रॉसओवर आवृत्ति वाले उच्च-पास फ़िल्टर के उत्पादन के बीच हमेशा 180 डिग्री का एक चरण (लहर) अंतर होगा। और इसलिए इस चरण की समस्या को ठीक करने के लिए 2-वे प्रणाली में, हाई-पास सेक्शन का उत्पादन प्राय: हाई-फ़्रीक्वेंसी ड्राइवर 'इनवर्टेड' से जुड़ा होता है। निष्क्रिय प्रणालियों के लिए, ट्वीटर को वूफर के विपरीत ध्रुवता के साथ तारित किया जाता है। सक्रिय क्रॉसओवर के लिए हाई-पास फिल्टर का उत्पादन इनवर्टेड होता है। 3-वे प्रणाली में मिड-श्रेणी ड्राइवर या फिल्टर उलटा होता है। हालांकि यह प्राय: केवल तभी सच होता है जब वक्ताओं के पास व्यापक प्रतिक्रिया ओवरलैप होती है और ध्वनिक केंद्र भौतिक रूप से सम्मिलन होते हैं।
तीसरा क्रम
तीसरे क्रम के फिल्टर में 60 डीबी/दशक (या 18 डीबी/ऑक्टेव) ढलान होता है। इन क्रॉसओवर में प्राय: बटरवर्थ फ़िल्टर विशेषताएँ होती हैं। चरण प्रतिक्रिया बहुत अच्छी है और स्तर का योग समतल है और चरण चतुर्भुज चरण में पहले क्रम के क्रॉसओवर के समान है। ध्रुवीय प्रतिक्रिया असममित है। मूल डी'अपोलिटो एमटीएम व्यवस्था में तीसरे क्रम के क्रॉसओवर का उपयोग करते समय एक सममित ऑफ-अक्ष प्रतिक्रिया बनाने के लिए ड्राइवरों की एक सममित व्यवस्था का उपयोग किया जाता है। तीसरे क्रम के ध्वनिक क्रॉसओवर अक्सर पहले या दूसरे क्रम के फ़िल्टर परिपथ से बनाए जाते हैं।
चौथा क्रम
चौथे क्रम के फिल्टर में 80 डीबी/दशक (या 24 डीबी/ऑक्टेव) ढलान होता है। ये फिल्टर निष्क्रिय रूप में डिजाइन करने के लिए अपेक्षाकृत जटिल हैं क्योंकि घटक एक दूसरे के साथ बातचीत करते हैं, लेकिन आधुनिक कंप्यूटर-एडेड क्रॉसओवर अनुकूलन डिज़ाइन सॉफ़्टवेयर सटीक डिज़ाइन तैयार कर सकते हैं।[13][14][15]खड़ी-ढलान निष्क्रिय नेटवर्क भागों के मूल्य विचलन या सहनशीलता के प्रति कम सहिष्णु हैं और प्रतिक्रियाशील चालक भार के साथ गलत-समाप्ति के प्रति अधिक संवेदनशील हैं (हालांकि यह निचले क्रम के क्रॉसओवर के साथ भी एक समस्या है)। -6 dB क्रॉसओवर पॉइंट और फ्लैट योग के साथ एक 4-ऑर्डर क्रॉसओवर को लिंकविट्ज़-रिले फ़िल्टर के रूप में भी जाना जाता है। लिंकविट्ज़-रिले क्रॉसओवर (इसके आविष्कारकों के नाम पर रखा गया)[7]और दो दूसरे क्रम के बटरवर्थ फ़िल्टर अनुभागों को व्यापक करके सक्रिय रूप में बनाया जा सकता है। लिंकविट्ज़-रिले क्रॉसओवर प्रकार के निम्न-आवृत्ति और उच्च-आवृत्ति उत्पादन संकेत चरण में हैं। इस प्रकार क्रॉसओवर बैंड-पास विद्युत रूप से सम्मिलित होने पर आंशिक चरण व्युत्क्रम से बचते हैं, क्योंकि वे एक गतिशील श्रेणी संपीड़न के उत्पादन चरण के भीतर होंगे। ध्वनि-विस्तारक यंत्र डिज़ाइन में उपयोग किए जाने वाले क्रॉसओवर को फ़िल्टर अनुभागों को चरण में होने की आवश्यकता नहीं होती है। चिकनी उत्पादन विशेषताओं को अक्सर गैर-आदर्श असममित क्रॉसओवर फ़िल्टर विशेषताओं का उपयोग करके प्राप्त किया जाता है।[5]बेसेल, बटरवर्थ और चेबिशेव संभावित क्रॉसओवर टोपोलॉजी में से हैं।
इस तरह के खड़ी-ढलान वाले फिल्टर में ओवरशूट और रिंगिंग की अधिक समस्या होती है[16]लेकिन उनके निष्क्रिय रूप में भी कई प्रमुख फायदे हैं, जैसे कि कम क्रॉसओवर पॉइंट की संभावना और ट्वीटर के लिए सत्ता चलाना में वृद्धि, साथ में ड्राइवरों के बीच कम ओवरलैप के साथ मल्टी-वे ध्वनि-विस्तारक यंत्र के मुख्य लोब की शिफ्टिंग को नाटकीय रूप से कम करना आवृत्ति के साथ प्रणाली का विकिरण पैटर्न[7]या अन्य अवांछित ऑफ-एक्सिस प्रभाव। आसन्न ड्राइवरों के बीच कम आवृत्ति ओवरलैप के साथ एक दूसरे के सापेक्ष उनका ज्यामितीय स्थान कम महत्वपूर्ण हो जाता है और स्पीकर प्रणाली कॉस्मेटिक्स या (इन-कार ऑडियो) व्यावहारिक स्थापना बाधाओं में अधिक अक्षांश की अनुमति देता है।
उच्च क्रम
लागत और जटिलता के कारण चौथे क्रम से अधिक ध्वनिक ढलान देने वाले निष्क्रिय क्रॉसओवर आम नहीं हैं। सक्रिय क्रॉसओवर और ध्वनि-विस्तारक यंत्र प्रबंधन प्रणालियों में 96 डीबी प्रति सप्तक तक के ढलान वाले फिल्टर उपलब्ध हैं।
मिश्रित क्रम
क्रॉसओवर का निर्माण मिश्रित क्रम के फिल्टर के साथ भी किया जा सकता है। उदाहरण के लिए एक दूसरे क्रम के लो-पास फ़िल्टर को तीसरे क्रम के उच्च-पास फ़िल्टर के साथ जोड़ा जा सकता है। ये प्राय: निष्क्रिय होते हैं और कई कारणों से उपयोग किए जाते हैं, अक्सर जब कंप्यूटर प्रोग्राम अनुकूलन द्वारा घटक मान पाए जाते हैं। एक उच्च-क्रम वाला ट्वीटर क्रॉसओवर कभी-कभी गैर-संरेखित ध्वनिक केंद्रों के कारण वूफर और ट्वीटर के बीच समय ऑफसेट की भरपाई करने में मदद कर सकता है।
परिपथ टोपोलॉजी पर आधारित वर्गीकरण
समानांतर
समानांतर क्रॉसओवर अब तक सबसे आम हैं। विद्युत रूप से फ़िल्टर समानांतर में हैं और इस प्रकार विभिन्न फ़िल्टर अनुभाग परस्पर क्रिया नहीं करते हैं। यह दो-तरफा क्रॉसओवर को डिजाइन करना आसान बनाता है क्योंकि विद्युत प्रतिबाधा के संदर्भ में वर्गों को अलग माना जा सकता है और क्योंकि घटक सहिष्णुता भिन्नताएं अलग हो जाएंगी लेकिन सभी क्रॉसओवर की तरह अंतिम डिजाइन ड्राइवरों के उत्पादन पर निर्भर करता है जो ध्वनिक रूप से पूरक होते हैं और इसके बदले में अंतर्निहित क्रॉसओवर के आयाम और चरण में सावधानीपूर्वक मिलान की आवश्यकता होती है। समानांतर क्रॉसओवर में स्पीकर ड्राइवरों को द्वि-वायर्ड होने की अनुमति देने का भी लाभ होता है और एक ऐसी सुविधा जिसके लाभ अत्यधिक विवादित हैं।
श्रृंखला
इस टोपोलॉजी में अलग-अलग फ़िल्टर श्रृंखला में जुड़े होते हैं और प्रत्येक फ़िल्टर के समानांतर एक ड्राइवर या ड्राइवर संयोजन जुड़ा होता है। इस प्रकार के क्रॉसओवर में संकेत पथ को समझने के लिए श्रृंखला क्रॉसओवर आंकड़ा देखें और एक उच्च-आवृत्ति संकेत पर विचार करें जो एक निश्चित क्षण के दौरान निचले इनपुट टर्मिनल की तुलना में ऊपरी इनपुट टर्मिनल पर एक सकारात्मक वोल्टेज है। लो-पास फिल्टर संकेत के लिए एक उच्च प्रतिबाधा प्रस्तुत करता है और ट्वीटर एक कम प्रतिबाधा प्रस्तुत करता है इसलिए संकेत ट्वीटर से होकर गुजरता है। संकेत वूफर और हाई-पास फिल्टर के बीच कनेक्शन बिंदु तक जारी रहता है। वहां एचपीएफ संकेत को कम प्रतिबाधा प्रस्तुत करता है इसलिए संकेत एचपीएफ से होकर गुजरता है और निचले इनपुट टर्मिनल पर दिखाई देता है। एक समान तात्कालिक वोल्टेज विशेषता वाला एक कम आवृत्ति संकेत पहले एलपीएफ फिर वूफर से होकर गुजरता है और निचले इनपुट टर्मिनल पर दिखाई देता है।
व्युत्पन्न
व्युत्पन्न क्रॉसओवर में सक्रिय क्रॉसओवर सम्मिलित होते हैं जिसमें अंतर प्रवर्धक के उपयोग के माध्यम से क्रॉसओवर प्रतिक्रियाओं में से एक दूसरे से प्राप्त होता है।[17][18]उदाहरण के लिए इनपुट संकेत और हाई-पास सेक्शन के उत्पादन के बीच का अंतर कम-पास प्रतिक्रिया है। इस प्रकार जब इस अंतर को निकालने के लिए एक विभेदक प्रवर्धक का उपयोग किया जाता है, तो इसका उत्पादन निम्न-पास फ़िल्टर अनुभाग का गठन करता है। व्युत्पन्न फ़िल्टर का मुख्य लाभ यह है कि वे किसी भी आवृत्ति पर उच्च-पास और निम्न-पास अनुभागों के बीच कोई चरण अंतर उत्पन्न नहीं करते हैं।[19]
- हाई-पास और लो-पास सेक्शन में अक्सर उनके स्टॉपबैंड में अलग-अलग स्तर के क्षीणन होते हैं, यानी उनकी ढलान असममित होती है,[19]या
- एक या दोनों वर्गों की प्रतिक्रिया क्रॉसओवर फ्रीक्वेंसी के करीब पहुंचती है,[18][20]अथवा दोनों।
ऊपर (1) के स्थिति में सामान्य स्थिति यह है कि व्युत्पन्न कम-पास प्रतिक्रिया निश्चित प्रतिक्रिया की तुलना में बहुत धीमी गति से घटती है। इसके लिए स्पीकर की आवश्यकता होती है जिसे स्टॉपबैंड में गहरे संकेतों का जवाब देना जारी रखने के लिए निर्देशित किया जाता है जहां इसकी भौतिक विशेषताएं आदर्श नहीं हो सकती हैं। उपरोक्त (2) के स्थिति में दोनों स्पीकरों को क्रॉसओवर बिंदुओं के निकट संकेत के रूप में उच्च मात्रा के स्तर पर काम करने की आवश्यकता होती है। यह अधिक प्रवर्धक शक्ति का उपयोग करता है और स्पीकर शंकु को अरैखिकता में चला सकता है।
मॉडल और सिमुलेशन
पेशेवरों और शौकियों के पास कंप्यूटर उपकरणों की एक श्रृंखला तक पहुंच है जो पहले उपलब्ध नहीं थी। ये कंप्यूटर-आधारित माप और सिमुलेशन उपकरण एक स्पीकर प्रणाली के विभिन्न भागों के मॉडलिंग और वर्चुअल डिज़ाइन की अनुमति देते हैं जो डिज़ाइन प्रक्रिया को बहुत तेज करते हैं और स्पीकर की गुणवत्ता में सुधार करते हैं। ये उपकरण वाणिज्यिक से लेकर मुफ्त प्रसाद तक हैं। इनका दायरा भी अलग-अलग होता है। कुछ वूफर/कैबिनेट डिजाइन और कैबिनेट वॉल्यूम और बंदरगाहों (यदि कोई हो) से संबंधित मुद्दों पर ध्यान केंद्रित कर सकते हैं जबकि अन्य क्रॉसओवर और आवृत्ति प्रतिक्रिया पर ध्यान केंद्रित कर सकते हैं। कुछ उपकरण उदाहरण के लिए केवल चकरा देने वाले चरण प्रतिक्रिया का अनुकरण करते हैं।
कंप्यूटर प्रतिरूपण से पहले ड्राइवरों, क्रॉसओवर और कैबिनेट के संयुक्त प्रभावों को अनुकरण करने के लिए इसे सस्ती और त्वरित बनाने से पहले स्पीकर डिजाइनर द्वारा कई मुद्दों पर ध्यान नहीं दिया जा सकता था। उदाहरण के लिए सरलीकृत तीन-तरफ़ा क्रॉसओवर को दो-तरफ़ा क्रॉसओवर की एक जोड़ी के रूप में डिज़ाइन किया गया था। ट्वीटर/मिड-श्रेणी और अन्य मिड-श्रेणी/वूफर सेक्शन। यह प्रत्याशित इनपुट प्रतिबाधा से कम के साथ-साथ मध्य-श्रेणी के उत्पादन में अतिरिक्त लाभ और 'हैस्टैक' प्रतिक्रिया पैदा कर सकता है। अन्य मुद्दे जैसे अनुचित चरण मिलान या चालक प्रतिबाधा वक्रों के अपूर्ण प्रतिरूपण पर भी ध्यान नहीं दिया जा सकता है। इन समस्याओं को हल करना असंभव नहीं था लेकिन आज की तुलना में अधिक पुनरावृत्तियों, समय और प्रयास की आवश्यकता थी।
यह भी देखें
- बास प्रबंधन
- एक गतिशील ध्वनि-विस्तारक यंत्र की विद्युत विशेषताएं
- फुल-श्रेणी स्पीकर
- ध्वनि-विस्तारक यंत्र संलग्नक
- मिडश्रेणी स्पीकर
- संचालित वक्ता
- सबवूफर
- सुपर ट्वीटर
- ट्वीटर
- वूफर
संदर्भ
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