Chto-oznachaet-slovo-krossover-i-kakoe-otnoshenie-ono-imeet-k-avtomobilnoy-promyshlennosti

Zdá se, že po dlouhou dobu byla zvážena téměř všechna zařízení a vybavení, se kterými se setkáváme v praxi zvukového inženýrství a zvukové techniky. Celé skupině zařízení však nikdy nebyla věnována náležitá pozornost. Jde o poslední slaboproudá zařízení umístěná na konci zesilovací cesty zvuku, přímo před koncovými zesilovači – výhybkami a regulátory akustických systémů.

Není náhoda, že se zde píše „crossovery a kontroléry“ – protože i přes značnou podobnost v účelu a vykonávaných funkcích se ve skutečnosti jedná o dva zcela odlišné typy zařízení.

Rozdíl mezi nimi spočívá z hlediska teorie automatického řízení v principu realizace regulačního účinku. Křížové regulátory v jakékoli své podobě realizují řízení poruchou, tj. jsou to zařízení s „přímým řízením“, a skutečné regulátory – odchylkou, tj. s „reverzním řízením“.

Nebudeme vás však strašit těmito „strašidelnými slovy“, která jsou srozumitelná pouze inženýrům, ale budeme tyto dva typy zařízení zvažovat samostatně.

Výhybka (v anglické literatuře někdy označovaná jako x-over) je známé zařízení pro rozdělení celého zvukového spektra do několika frekvenčních pásem – takže nízkofrekvenční signály mohou být vysílány pouze do nízkofrekvenční sekce reproduktoru a například vysokofrekvenční signály – pouze do výškových reproduktorů. Tím se zajišťují podmínky pro kvalitnější přenos zvuku, zlepšují a usnadňují provozní podmínky reproduktorů a výkonových zesilovačů, snižuje se intermodulační zkreslení v reproduktorech a zesilovačích atd. atd. To vše už nepochybně dobře znáte, takže se tím zde nebudeme podrobně zabývat.

Moderní ozvučovací systémy, často pracující s desítkami nebo dokonce stovkami kilowattů výkonu, mají samozřejmě mnohem větší počet pásem pro oddělení zvukového signálu. Výhybky o 4-5 pásmech nebo i více pásmech dnes již nejsou neobvyklé.

Doby, kdy byl crossover jen crossoverem a ničím víc, se však zdají být dávno zapomněny. Téměř všechny z nich nyní obsahují množství dalších zařízení – fázové posunovače, limitery a mnoho dalšího. Co přesně je součástí takového moderního „monstrózního crossoveru“, někdy nazývaného (ne tak úplně správně) – kontrolér?

Hlavním prvkem každého výhybkového systému jsou samozřejmě samotné filtry, které rozdělují zvukový signál do samostatných frekvenčních pásem. U většiny univerzálních výhybek jsou tyto filtry zpravidla laditelné, tj. uživatel si může sám nastavit hranice jednotlivých pásem a jejich počet. Všechny filtry mají dva hlavní parametry – typ přenosové charakteristiky a strmost mezní frekvenční odezvy.

Typ přenosové charakteristiky filtru je určen jeho typem a určuje frekvenční charakteristiku děliče v propustném pásmu. Může se jednat o Besselův, Butterworthův, Čebyševův filtr atd. Každý z těchto filtrů má své výhody a nevýhody.

Besselův filtr má, za jinak stejných podmínek, nejlepší fázovou a impulzní odezvu, ale nejhorší selektivitu. Čebyševův filtr má nejlepší selektivitu, ale nejhorší přechodovou (impulzní) a fázovou odezvu a navíc jeho frekvenční odezva v propustném pásmu, čistě z principu, má vždy určitou vlnovou nerovnoměrnost. Butterworthův filtr má nejlepší z uvažovaných frekvenčních charakteristik a uspokojivou fázovou odezvu, ale jeho selektivní vlastnosti jsou poněkud horší než u Čebyševova filtru.

U seriózních výhybek výrobce zpravidla nabízí možnost volby několika frekvenčních charakteristik a je jen na vás, kterou z nich použijete. Kromě typu přenosové charakteristiky má většina zařízení také několik možností strmosti hranice frekvenční charakteristiky (mimo propustné pásmo). Nejčastěji používané hodnoty jsou 12, 18 a 24 decibelů na oktávu.

Strmost 12 dB znamená, že výkon signálu mimo pásmo dělicí propustnosti se sníží 16krát za každou oktávu odstraněnou z mezní frekvence a 24 dB – 256krát. Větší útlum by samozřejmě byl jen okázalostí a nedává moc smysl. Navíc mnozí poznamenali, že nejlépe znějí výhybky s mírnou strmostí, okolo 12 dB.

Ze všech přídavných zařízení v crossoveru je to první, které by tam mělo být, oživeno samotným principem crossoveru jako frekvenčně selektivního obvodu, tj. filtru. Jakékoli filtry mají nelineární fázově-frekvenční charakteristiku (PFC) a tato nelinearita je největší v blízkosti hraničních frekvencí pásma. Je dobře známým vtipně-smutným faktem, že pokud elektricky sečtete výstupní signály všech pásem konvenčního, „klasického“ crossoveru, pak na frekvencích dělení pásem bude výsledný signál jednoduše nulový! Při sčítání akustických signálů z reproduktorů samozřejmě nedojde k tak výraznému výsledku, ale určitá nerovnoměrnost celkové frekvenční odezvy v blízkosti dělících frekvencí přesto zůstane.

Aby se tento nežádoucí jev omezil, mnoho výhybek má zabudované fázové posunovače. V podstatě se jedná o něco jako jediný fázovací článek a umožňují měnit fázi signálů ležících v blízkosti mezní frekvence. Díky tomu je možné poněkud zlepšit jednotnost celkové frekvenční odezvy celého systému z hlediska akustického tlaku.

To však bude platit pouze tehdy, pokud bude frekvenční odezva reproduktoru připojeného k výstupu tohoto frekvenčního pásma ideálně lineární. Je zřejmé, že se jedná pouze o „dobré přání“, protože skutečná frekvenční odezva naprosté většiny reproduktorů se podobá čemukoli kromě požadované přímé linie. To znamená, že by bylo nutné zajistit nejen rozdělení signálu do samostatných pásem, ale také korekci frekvenční odezvy v samostatných pásmech. Mnoho moderních výhybek skutečně takovou možnost poskytuje. Navíc u obzvláště „vytříbených“ modelů se může jednat o parametrické i grafické korektory, současně nebo střídavě, dle vašeho výběru, a u vysokofrekvenčních reproduktorů je někdy navíc zajištěna speciální korekce frekvenční odezvy horny.

Takže signál je rozřezán na potřebný počet pásem, jsou fázově sladěny a korigovány frekvenční charakteristikou. Zdá se, že to je vše? Ještě ne tak docela.

Moderní PA systémy jsou obvykle poměrně velké, a proto mohou signály z různých reproduktorů dorazit k posluchačům se zpožděním vůči sobě navzájem, což vede k výsledné nerovnoměrnosti celkové frekvenční odezvy (v důsledku nevyhnutelného rušení) a ke zhoršení impulzní odezvy celého systému jako celku. Aby se tomu zabránilo, řada modelů výhybek má v některých svých pásmech zabudované individuální, nastavitelné zpožďovací linky (Time Alignment Delay), které kompenzují nesoučasnost příchodu zvuku k posluchačům z jednotlivých reproduktorů.

Kromě toho je již dlouho známo, že v některých případech se příjemnější zvuk akustiky dosahuje jakýmsi „nesprávným“ zapojením okrajových reproduktorů různých pásem, kdy jsou reproduktory v jednom z pásem zapojeny v protifázi vzhledem k ostatním pásmům. Aby to bylo možné, je někdy zajištěna možnost inverze (obracení) fáze signálů jednotlivých pásem zvukového spektra vzhledem k ostatním. No a o takových zřejmých věcech, jako jsou individuální regulátory úrovně výstupního signálu pro každé pásmo a možnost ztlumení každého výstupu – o tom asi není třeba mluvit.

No, to je zřejmě vše? Ne, vývojáři elektroniky nejsou zrovna lidé, kteří by se zastavili u takové „maličkosti“.

Přemýšleli, přemýšleli, škrábali se na hlavě a vzpomněli si, že za výhybkou je ještě výkonový zesilovač! A ten se může přetížit až do bodu sípání, a nedej bože, i spálit drahé reproduktory! A to už „není dobré“. A rozhodli se, že by neuškodilo vybavit výstupy výhybky limitery, aby se popsaným incidentům zabránilo. Řečeno, to uděláno! A mnoho výhybek, které se v současnosti vyrábějí, je skutečně limitery vybaveno a některé dokonce i kompresory. A někdy dokonce i samostatnými, individuálními kompresory, pro každé pásmo vlastními!

Ukazuje se tedy, že takový „super-duper-crossover“ má samotný crossover, fázové posunovače, ekvalizéry, speciální korektory, limitery a dokonce i vícepásmové kompresory – ve skutečnosti tam také jsou! Zdálo by se – co jiného si přát? Zdá se, že už tam je všechno představitelné?

Ale ne! Ve snaze poskytnout uživateli co nejvíce možností (nebo ve snaze o cenu – kdo ví. ) šli vývojáři ještě dál. A do skutečně ohromujících produktů začali zabudovávat zdánlivě nemyslitelná, ba dokonce zcela „ne-crossoverová“ zařízení. Nedávno tedy jedna ze společností oznámila vytvoření skutečného „monstra“, které kromě všech výše popsaných jednotek disponuje také automatizovaným grafickým ekvalizérem s mikrofonním vstupem a vestavěným generátorem růžového šumu. Takový ekvalizér sám upraví celý PA systém na lineární (nebo jakoukoli jinou, vámi požadovanou) frekvenční charakteristiku.

Kromě toho vývojáři nainstalovali i systém pro potlačení akustické zpětné vazby (Feedback Suppressor), systém pro dálkové ovládání několika typů zesilovačů a některých dalších zařízení. Zdá se, že jediné, co tam chybí, je zdroj vlastních hudebních programů! Ale kdo ví, třeba se brzy nějaký objeví. :-)

Samozřejmě, nazývat taková složitá zařízení jednoduchým slovem „crossover“ není úplně pohodlné. Zřejmě proto se jim říká zvučněji, nejčastěji se jedná o něco jako „Loudspeaker Control System“ nebo – v běžné řeči – controllers, i když to druhé je naprosto špatně!
Skutečný kontrolor je něco úplně jiného.

Všechna výše popsaná zařízení jsou ve své podstatě univerzální, tj. lze je použít s nejrůznějšími typy a druhy akustických systémů. A v tom, spolu s mnoha nepochybnými výhodami, existuje i řada zásadně nevyhnutelných nedostatků.

Zaprvé se jedná o poměrně zdlouhavý proces nastavení. Zde se flexibilita a všestrannost projevují jako nevýhoda, protože není tak snadné vybrat nejoptimálnější variantu z mnoha možných kombinací parametrů.

Za druhé, vždy existuje možnost (zejména na živých koncertech a turné) náhodné chybné změny nastavených hodnot.

Za třetí, téměř žádná sériová výhybka neumožňuje práci s překrýváním pásem. Samostatné výstupy pro subwoofer, které jsou k dispozici u některých modelů, tento problém také zcela neřeší.

A konečně, co je nejdůležitější – ani jeden, ani ten „nejvíc cool“ crossover, vybavený omezovači a vším ostatním na světě – není čistě zásadně schopen zcela, na 100 %, chránit samotné reproduktory před přetížením a následným selháním. Ano, výkonové zesilovače – omezovače chrání před přetížením a docela spolehlivě, ale akustiku – bohužel! .

Pouze skutečné regulátory jsou absolutně prosté všech uvedených nevýhod, ale jsou velmi drahé. Kromě vysoké ceny mají ještě jednu malou nevýhodu, a to určitou „neuniverzálnost“, odpusťte nám toto trochu nešikovné slovo! Všechny jsou vysoce specializované a každý z nich je navržen pro práci s jedním, striktně definovaným typem akustiky. Není to však „fatální“ nevýhoda, protože pro většinu vyráběných regulátorů existuje poměrně široká škála vyměnitelných modulů, které zajišťují práci s různými akustickými systémy.

Jak se tedy skutečné regulátory liší od komplexních multifunkčních výhybek? Zdálo by se, že mají stejné vstupy a výstupy? Ano, ale přesto – ne tak docela. Ano, hlavní vstup je podobný a výstupy také. Kromě toho existuje několik dalších vstupů. Proč? O tom si povíme o něco později.

Nejprve k tomu hlavnímu. Vzhledem k tomu, že každý regulátor je navržen pro práci s velmi specifickou akustikou, je zcela přirozené, že není potřeba absolutně žádné nastavení. Vše, co je potřeba – oddělení pásem, jejich frekvence, amplituda a časová korekce – je již předem zahrnuto výrobcem a vy nemusíte vynakládat sebemenší úsilí na nastavení systému! (No, snad kromě úpravy celkového charakteru zvuku podle vašeho vkusu. )

Líbí se vám to? Samozřejmě, protože se tak ušetří spousta času a úsilí při instalaci a konfiguraci celého PA systému.

A hlavní rozdíl mezi skutečným regulátorem a „úplně nejlepší“ výhybkou je přítomnost těch samých několika dalších vstupů, které jsou řídicí. Na ně je přiváděn signál z výstupu výkonového zesilovače a právě tento signál „vidí“ všechny ochranné obvody. Tím se eliminuje hlavní slabina ochranných systémů oproti konvenčním výhybkám, které jednoduše reagují na určitou, poněkud „abstraktní“ úroveň elektrického signálu na svém výstupu. Naproti tomu regulátor vidí skutečnou úroveň signálu na výstupu výkonového zesilovače, tj. přímo signál, který jde do samotného reproduktoru.

Díky tomu je ochrana mnohem spolehlivější, protože žádné možné změny polohy koncových regulátorů výkonového zesilovače nemění provozní podmínky ochranných obvodů.

Ale — to není jediná zajímavá věc na regulátorech. Pokud se pozorně podíváte na seznam parametrů reproduktorových hlav, uvidíte několik, a od sebe velmi odlišných, různých výkonových hodnot. Minimálně se bude jednat o dlouhodobý (tepelný) výkon a krátkodobý (špičkový). (Nezaměňovat s „čínským RMRO“!). Kromě nich je někdy uvedena i maximální povolená amplituda kmitů (zdvih) difuzoru, omezená jeho konstrukcí. Takže — vzhledem k tomu, že, jak již bylo zmíněno, každý regulátor je navržen pro práci s velmi specifickou akustikou — může ovládat všechny tyto parametry současně.

Pokud skutečně nastavíte ochranný omezovač v běžné výhybce na povolený dlouhodobý tepelný výkon (předpokládejme, že se vám to nějak podařilo), dojde k výraznému nedostatečnému využití hlasitostního potenciálu PA systému, protože všechny špičky budou nemilosrdně oříznuty. A – naprosto marně, protože většina moderních reproduktorů snese velmi výrazné krátkodobé přetížení, v některých případech až desetinásobné! Jinými slovy, jednoduše ztratíte dobrou polovinu potenciálně možné hlasitosti.

Zároveň, pokud se z nějakého důvodu k nízkofrekvenčnímu reproduktoru dostane velmi nízkofrekvenční složka, jeho difuzor může jednoduše vyletět z normálního pracovního zdvihu, což povede k poruše reproduktoru a běžný omezovač jej v tomto případě nezachrání. Proto regulátory obvykle mívají ne jeden, ale několik ochranných omezovacích obvodů. Jeden reaguje na dlouhodobý tepelný výkon (THERMAL), druhý na maximální povolenou špičku (TRANSIENTS), třetí na zdvih difuzoru (EXCURSION). U vysokofrekvenčních reproduktorů samozřejmě není ochrana amplitudou zdvihu pohyblivého systému příliš relevantní, protože všechny mají extrémně malé amplitudy pohybu, a proto mají ochranné obvody pro ně poněkud zjednodušené schéma ve srovnání s nízkofrekvenčními kanály.

Kromě toho v regulátorech zpravidla při absenci zpětného signálu z výkonového zesilovače (přerušení vedení nebo porucha samotného zesilovače) je výstupní signál z důvodu bezpečnosti reproduktorů ztlumen, protože regulátor v tomto případě nemůže poskytnout plnou ochranu.

Některé modely ovladačů mají také dynamickou, nastavitelnou korekci frekvenční odezvy založenou na křivkách stejné hlasitosti (kompenzace hlasitosti), což pomáhá dosáhnout hutnějšího a pohodlnějšího zvuku.
I když celkově vzato je to pořád jen trochu zábavy.

Dobrý ovladač vám tedy umožní plně využít potenciál vašeho PA systému a zároveň maximálně ochránit systém před nejrůznějšími problémy a vás před nutností utrácet peníze za opravy. Bohužel, široké používání ovladačů je značně brzděno jejich poněkud „kousavou“ cenou, která i u dvou- až třícestných ovladačů začíná na zhruba jednom a půl až dvou tisících dolarech.

Michail Černeckyj, alias LONG