MOX ACTIVE CROSSOVER
(24 December 2005)
ABSTRACT
The MOX* is a flexible active crossover that consists of 2 low-pass filters, 2 high-pass filters, 2 equalizers and input/output buffers for level adjustment and conversion of the input signal from balanced to unbalanced and vice-versa. The filters are first- or second-order active filters of Sallen Key type with independently adjustable Q (0.5-2) and 1/3 octave accuracy. The MOX can be configured as either a two-way crossover with a 6/12/18/24dB slope or a three-way crossover with a 6/12dB slope. The midrange equalizers are added to allow for the adjustment of minor amplitude irregularities (e.g. resonant peaks) in the frequency response of the loudspeaker.
Key words: active crossover, Sallen Key, low pass filter, high pass filter, equalizer, operational amplifier, symmetrical power supply, cutoff frequency, prototyping.
*The name of the crossover is eponymous in nature and dates back to 2004, when I used it for the first time in a DIY forum thread to present an earlier version of the project. It stands for "Milan's Own X-over".
Mox je univerzalna aktivna skretnica, čija je principna shema prikazana na slici 1.
Slika 1: MOX - principna shema
Skretnica se sastoji od 2 niskopropusna filtra strmine 6 ili 12dB/oktavi, dva visokopropusna filtra strmine 6 ili 12dB/oktavi, 2 ekvalizatora te popratnih ulazno-izlaznih stupnjeva, koji služe za prilagodbe. Korišteni su filtri Sallen Key tipa kako bi se dobio što jednostavniji dizajn i što više pojednostavnilo rukovanje skretnicom. O SK filtru možete nešto više pročitati u odjeljku sa člancima.
Skretnica se može konfigurirati na sljedeće načine:
- dvopojasna skretnica sa 6/12/18/24dB rezom
- tropojasna skretnica sa 6 ili 12 dB rezom (rezovi se, uz određene uvjete, mogu jednostavnim dodavanjem RC članova povećati na 18dB/oktavi).
U bilo koji pojas mogu se, po potrebi, uključiti dva ekvalizatora za srednjetonsko područje, kojima se mogu ispraviti manja amplitudna izobličenja u frekvencijskom odzivu zvučnika (rezonantna nadvišenja i sl.).
Rezne frekvencije skretnice ponajprije su određene diskretno prema tercnoj raspodjeli audio područja, iako se mogu napraviti i mali pomaci dodavanjem offset kondenzatora i otpornika.
Skretnica je implementirana u mono izvedbi s balansiranim i nebalansiranim priključcima (XLR i cinch) i s vanjskim napajanjem (adapter) kako bi se uštedjelo na prostoru i smanjio mogući utjecaj smetnji iz mreže na pojedine filtre.
NISKOPROPUSNI FILTAR (LPF)
Shema niskopropusnog filtra (u daljnjem tekstu LPF) prikazana je na slici 2.
Slika 2: MOX - shema niskopropusnog filtra
Audio područje podijeljeno je u tri dekade - 25-200Hz, 250-2000Hz te 2,5-20kHz - unutar kojih se odabire rezna frekvencija po tercnoj razdiobi: 25, 31,5, 40, 50, 63, 80, 100, 125, 160, 200. Željena dekada određuje se pomoću selektora SEL3/1 i SEL3/2, dok se željena rezna frekvencija unutar dekade određuje pomoću selektora SEL1 i SEL2. Postavlja li se skretnica u 6dB mod, tada selektore SEL2 i SEL3/1 treba postaviti u položaj "6dB". Faktor dobrote Q može se mijenjati u rasponu od 0,5 do 1 pomoću selektora SEL4.
Popis dijelova:
| R1, 11 | 63K4 | R22 | 38K3 |
| R2, 12 | 51K0 | R23 | 29K4 |
| R3, 13 | 40K2 | R24 | 24K9 |
| R4, 14 | 31K6 | R25 | 22K1 |
| R5, 15 | 25K5 | R26 | 22K1 |
| R6, 16 | 20K0 | C1, 4 | 100nF/MKT/MKP |
| R7, 17 | 15K8 | C2, 5 | 10nF/MKT/MKP |
| R8, 18 | 12K7 | C3, 6 | 1nF/MKT/MKP |
| R9, 19 | 10K | CX1 | 47pF |
| R10, 20 | 8K06 | CX2, 3 | 47nF/MKT |
| R21 | 66K5 | IC1 | NE5534N |
 |
|||||
 |
 |
 |
 |
 |
 |
| MOX - prijenosna karakteristika LPF za 6dB i 12dB/oktavi na frekvenciji f=800Hz | MOX - prijenosna karakteristika LPF za 18dB i 24dB/oktavi na frekvenciji f=800Hz |
MOX - skup nekoliko prijenosnih karakteristika LPF za 6dB/oktavi | MOX - skup nekoliko prijenosnih karakteristika LPF za 12dB/oktavi |
MOX - skup nekoliko prijenosnih karakteristika LPF za 18dB/oktavi |
MOX - skup prijenosnih karakteristika LPF za 12dB/oktavi na frekvenciji f=800Hz za različite vrijednosti Q |
VISOKOPROPUSNI FILTAR (HPF)
Shema visokopropusnog filtra (u daljnjem tekstu HPF) prikazana je na slici 3.
Slika 3: MOX - shema visokopropusnog filtra
Filtar se postavlja jednako kao i LPF. Popis dijelova je isti kao i kod LPF-a.
 |
||
 |
 |
 |
| MOX - skup nekoliko prijenosnih karakteristika HPF za 6dB/oktavi | MOX - skup nekoliko prijenosnih karakteristika HPF za 12dB/oktavi | MOX - skup prijenosnih karakteristika HPF za 12dB/oktavi na frekvenciji f=1200Hz za različite vrijednosti Q |
EKVALIZATORI
Shema ekvalizatora prikazana je na slici 4.
Slika 4: MOX - shema niskopropusnog filtra
Pomoću selektora SEL4 "NOTCH-BOOST" određuje se način rada ekvalizatora, tj. hoće li on potiskivati određeni frekvencijski pojas (notch) ili ga izdizati ( boost).
Selektorom SEL1 određuje se središnja frekvencija ekvalizatora (od 400Hz do 5kHz u tercnoj raspodjeli), dok se selektorom SEL2 određuje faktor dobrote ekvalizatora. Selektorom SEL3 određuje se dubina potiskivanja u modu NOTCH u odnosu na vrijednost postavljenog otpornika u SEL2 (namještanje Q). Ako su, primjerice, ti otpornici jednaki, tada je potiskivanje na središnjoj frekvenciji 6dB. U modu "BOOST", SEL3 nema nikakvog utjecaja.
Selektorom SEL5 određuje se izdizanje na središnjoj frekvenciji kada ekvalizator radi u modu "BOOST" u odnosu na postavljeni otpornik u SEL2 (namještanje Q). Kada su odabrani jednaki otpornici, pojačanje ekvalizatora je 6dB. U modu "NOTCH", SEL5 nema nikakvog utjecaja.
Popis dijelova:
| R1, 11, 21 | 100 | C4 | 150nF |
| R2, 12, 22 | 220 | C5 | 150nF |
| R3, 13, 23 | 470 | C6 | 100nF |
| R4, 14, 24 | 1k | C7 | 100nF |
| R5, 15, 25 | 2k2 | C8 | 68nF |
| R6, 16, 26 | 4k7 | C9 | 47nF |
| R7, 17, 27 | 7k5 | C10 | 33nF |
| R8, 18, 28 | 10k | C11 | 33nF |
| R9, 19, 29 | 15k | C12 | 22nF |
| R10, 20, 30 | 22k | CX1, 2 | 47nF |
| C1 | 220nF | CX3 | 47pF |
| C1' | 150nF | IC1 | NE5534N |
| C2 | 220nF | L1 | zavojnica |
| C3 | 220nF |
 |
|||
 |
 |
 |
 |
| MOX - skup prijenosnih karakteristika ekvalizatora za potiskivanje od 9dB za nekoliko različitih frekvencija | MOX - skup prijenosnih karakteristika ekvalizatora za različite iznose potiskivanja uz stalan Q na frekvenciji f=1kHz | MOX - skup prijenosnih karakteristika ekvalizatora za različite vrijednosti potiskivanja i vrijednosti Q na frekvenciji f=1kHz | MOX - prijenosna karakteristika dvaju serijski spojenih ekvalizatora namještenih da blago (3dB) potiskuju 400Hz i 3,15 kHz (često korištena ekvalizacija u praktičnim izvedbama) |
ULAZNO-IZLAZNA POJAČALA
Shema ulazno-izlaznih pojačala prikazana je ispod.
 |
Ulazno pojačalo (sklop s IC1) služi za pretvaranje balansiranog ulaznog signala u nebalansirani te distribuciju signala prema nekoliko stupnjeva, osiguravajući pritom malu izlaznu impedanciju nužnu za ispravan rad. Koristi li se nebalansirani ulaz, tada je poželjno invertirajući ulaz (pin3) na XLR-u spojiti na signalnu masu. Nominalno pojačanje ulaznog pojačala je 0dB za balansirani i nebalansirani ulaz (uz pin 3 spojen na masu). Izlazna pojačala (sklopovi s IC2,3 i 4) služe za pretvorbu nebalansiranog signala u balansirani te ostvarivanje male izlazne impedancije generatora, potrebne za ispravno pobuđivanje izlaznih pojačala. Koristi li se nebalansirani izlaz, tada invertirajući izlaz na XLR-konektorima (pin3) treba ostaviti odspojen. Pojačanje izlaznih pojačala je 0dB za balansirani izlaz te -6dB za nebalansirani. |
Slika 5: MOX - shema ulazno-izlaznih pojačala
Popis dijelova:
| R1, 2, 3, 4, 18, 24, 26 | 10k |
| R5, 7, 8, 9, 10, 13, 15, 16, 17, 22, 23, 25 | 20k |
| R6, 14, 21 | 6k81 |
| R11, 12, 19, 20, 27, 28 | 100 |
| C1, 2, 3, 5, 7, 8, 11 | 47pF |
| CX1, 6, 9, 10 | 47nF |
| CX4 | 22pF |
| IC1 | NE5534N |
| IC2, 3, 4 | NE5532N |
ISPRAVLJAČ
Shema ispravljača prikazana je na slici 6.
Slika 6: MOX - shema stabiliziranog simetričnog ispravljača
Za napajanje skretnice potreban je simetrični stabilizirani napon u rasponu od +/-12 do +/-18V i male struje (do 100mA) ako se koriste standardna operacijska pojačala. Da bi dizajn bio što kompaktniji i da bi se što je više moguće izbjegle smetnje iz mreže, koristi se vanjski transformator (adapter) 12V/10VA. Nesimetrični izmjenični napon vrijednosti 12V poluvalno se ispravlja diodama D1 i D2 da bi se dobio simetrični napon, koji se stabilizira pomoću IC1 i IC2. Na pločici ispravljača nalaze se priključna mjesta za zvjezdasti razvod napajanja prema svim pločicama i za zvjezdasti spoj svih masa, kako bi se izbjegla pojava petlje masa i inducirao brum u sistem.
Popis dijelova:
| R1, 4 | 220 |
| R2, 3 | 2k2 |
| R5 | 1k |
| D1, 2 | 1N4001 |
| C1, 2 | 2200uF/35V |
| C3, 4, 5, 6 | 10uF/35V |
| C7, 8 | 100nF |
| IC1 | LM317 |
| IC2 | LM337 |
ZAKLJUČAK
Ovakva skretnica koristan je alat za sve one koji se češće bave projektiranjem zvučničkih sustava. Relativno se jednostavno mogu postaviti mnogobrojne kombinacije prijenosnih odziva i njihovih odnosa te se, uz mjerenje mjernim mikrofonom, mogu postići najbolji rezultati, kako mjerni tako i slušni. I u slučaju kada je krajnji cilj zvučnički sustav s pasivnom skretnicom, sinteza u aktivnoj domeni može pomoći u mjerenju različitih parametara samih zvučničkih jedinica i kutije u koju se zvučnici ugrađuju te omogućiti daleko brže i jednostavnije utvrđivanje vrijednosti potrebnih elemenata pasivne skretnice i eksperimentiranje s mnogobrojnim mogućnostima, koje je kod pasivnih skretnica daleko teže ostvarivo i vremenski i financijski.
U skretnicama su korišteni standardni dijelovi - metal-film otpornici, MKT kondenzatori, standardna NE5534 i 32 malošumna operacijska pojačala i sl. - što ne znači da se u nekom specifičnom projektu ne mogu koristiti i daleko kvalitetniji i ekstravagantniji elementi. Za interno povezivanje i prespajanje korišteni su muški i ženski konektori koji se koriste u računalima (pozlaćeni) i koje je autor preuzeo iz starih računala. Pločice su dvoslojne, profesionalne izrade, crtane i dizajnirane pomoću programa Eagle. Cijela skretnica (mono) smještena je u aluminijsku kutiju dimenzija 240x200x40 mm. Na prednjoj ploči nalaze se potenciometri za regulaciju razine signala pojedinih izlaza, sklopke za isključivanje izlaza (potrebno napraviti kada se tijekom rada mijenjaju parametri filtara ili ekvalizatora) te sklopka za okretanje faze srednjepropusnog-visokopropusnog filtra.
Na slici 7 prikazan je primjer odziva jednostavne dvopojasne skretnice sa reznom frekvencijom 1kHz i nagibom od 12dB/oktavi.
Slika 7: MOX - prijenosna karakteristika 12dB/oktavi dvopojasne skretnice na frekvenciji f=1kHz
Da bismo to ostvarili, potreban nam je samo jedan LPF i jedan HPF bez upotrebe ekvalizatora, prema blok shemi na slici 8.
Slika 8: MOX - spoj skretnice za ostvarivanje prijenosne karakteristike prema slici 7.
Na slici 9 prikazan je izmjereni odziv tropojasne skretnice s nagibom 12dB/oktavi i s reznim frekvencijama 250Hz i 2,5kHz.
Slika 9: MOX - prijenosna karakteristika 12dB/oktavi tropojasne skretnice sa reznim frekvencijama 250Hz i 2,5kHz
Da bismo to ostvarili, potreban je jedan LPF za niskopojasni izlaz, jedan LPF i HPF za srednjepojasni izlaz te jedan HPF za visokopojasni izlaz, prikazan na slici 10.
Slika 10: MOX - spoj skretnice za ostvarivanje prijenosne karakteristike prema slici 9.
Na slici 11 prikazan je primjer izmjerenog odziva dvopojasne skretnice s izlazom za subniskotonski zvučnik (subwoofer). Rezovi između niskotonskog i srednje-niskotonskog pojasa su nagiba 12dB/oktavi, dok je rez između srednje-niskotonskog pojasa i visokotonskog pojasa 6dB/oktavi.
Slika 11: MOX - prijenosna karakteristika dvopojasne skretnice sa izlazom za subniskotonski zvučnik
Još nekoliko sličica za kraj:
 |
||||
 |
 |
 |
 |
 |
| Izgled modula ekvalizatora | Izgled modula LPF | Izgled modula ulazno-izlaznih pojačala | Izgled prednje strane gotove skretnice | Izgled stražnje strane gotove skretnice |
Visitors since 30 Aug. 2010
COPYRIGHT NOTICE
This material is not public domain. It is provided for your personal use only and may not be reproduced, re-distributed, re-transmitted, copied or otherwise used in any form without the express written permission of the author. You may not upload this material to any public server, on-line service, network or bulletin board without the prior written permission of the author.
The use or copying of the contents of this page, in whole or in part, for any commercial purpose is expressly prohibited.