スピーカー クロスオーバーでコンデンサやインダクタは何をしますか?

正確に何かについて少し混乱した コンデンサーまたはインダクターはスピーカーのクロスオーバーで何をしますか? 適切な場所に来ました!

この記事では、私が自分で作成した明確でわかりやすい図とともに、すべてここに記載しています。これらの非常に便利なオーディオ部品について、より多くのことを学び、理解していただけるようお手伝いしたいと思います。読んで楽しんでください!

インダクタとコンデンサ – 違いは?

インダクタとコンデンサは、家庭や車内のスピーカー システムを含むあらゆる種類の優れたオーディオ エレクトロニクスの背後にある基本的なコンポーネントです。それぞれがパッシブ コンポーネントと見なされます 機能するために電源を必要としないため、部品タイプです。

本当に素晴らしいのは、それらが正反対のように見えますが、電源を必要としないクロスオーバー (パッシブ クロスオーバー) で連携して、音質を大幅に改善し、スピーカーを最大限に活用できることです。

インダクタは何をしますか?

インダクタは、インダクタンスと呼ばれる特性を利用するために使用される特定の数のループを持つワイヤのコイルを密に巻いたものです。 インダクタンスとは、導体 (具体的には、この場合はワイヤのコイル) が、それが生成する磁場によって流れる電流の変化に対抗する傾向です。

それらは、電気モーター、ソレノイド、スパーク プラグ コイル、そしてもちろん、スピーカー クロスオーバーの設計で使用されます。インダクタはコンデンサの反対のように動作します。インダクタは高周波信号に対抗します。つまり、低周波オーディオ信号をより簡単に通過させます。

reactanc と呼ばれる電気的挙動 e がこれを可能にします。 周波数が変化すると、電気の流れに対するインダクタまたはコンデンサの抵抗も変化します。

• 誘導リアクタンス: インダクタは、周波数が 高くなる ほど、電流に対する抵抗 (インピーダンス) が高くなります。 インダクタンスが原因です。
• 容量性リアクタンス: コンデンサは、周波数が低下するにつれて、電流に対する抵抗 (インピーダンス) が高くなります。

インダクタンスの測定単位

インダクタの測定単位はヘンリーです。 慣例により、インダクタは通常、ミリヘンリー (ヘンリーの 1/1,000、または .001 ヘンリー) の単位で販売されます。たとえば、典型的なスピーカー クロスオーバーでは、値が 10 mH のインダクタを使用する場合があります。

コンデンサはどのように機能しますか?

コンデンサーは、絶縁体で分離された非常に薄く、しっかりと巻かれた導電体を使用して電荷を蓄えます。 これは、電解質、雲母、または他のいくつかの種類の材料である可能性があります。直流 (DC) 信号は通過させませんが、交流 (AC) 電圧と信号は通過させます。

それらには興味深い特徴があります。コンデンサは高周波のみを通過させます

これが発生するポイントは、クロスオーバー周波数になるように慎重に選択されます。コンデンサには 2 つの基本的なタイプがあり、そのうちの 1 つは特にオーディオに使用されます。

静電容量の測定単位

コンデンサの測定単位はファラッドです。 慣例により、コンデンサは多くの場合、マイクロファラッド (ファラッドの 1/1,000,000、または .000 001 F) の単位で販売され、「マイクロ」を表すためにギリシャ文字の「μ」で表記されることもあります。例として、自分のクロスオーバー用にコンデンサを購入するときに、コンデンサが「µF」でリストされているのを目にすることがあります。

小さいものは、さらに小さいピコファラッド (pF) またはナノファラッド (nF) を使用し、電子機器で使用されます。

オーディオで使用されるコンデンサは、ほぼ常にマイクロファラッドの範囲にある傾向があります。たとえば、ツイーターへの低音ブロッカーは 47 µF のコンデンサーを使用する場合があります。

知っておくべき一般的なコンデンサの種類

1.電解コンデンサ

電解コンデンサは本質的に最も一般的で最も手頃なタイプであるため、あらゆる種類の電子機器やスピーカー アプリケーションで人気があります。パッシブ クロスオーバーや、ハイパス クロスオーバーとしてツイーターに直接接続されていることがよくあります。

それらは薄い金属ケースを持ち、内部の極薄の帯電導電板の間に電解質が含まれています。

無極性電解コンデンサは、音楽信号に使用されるような交流 (AC) 波形を通すことができます。 それらは「バイポーラ」コンデンサとも呼ばれます。一方、DC タイプは、電源のように直流には使用できず、また使用する必要があります。

注: 無極性コンデンサは通常そのようにマークされており、オーディオに使用する必要がある唯一のタイプです。分極コンデンサをオーディオ用途に使用すると、損傷する (さらには爆発する!) 可能性があります。少なくとも、嫌な歪んだ音になるでしょう。

2.フィルムコンデンサ

フィルム コンデンサは、薄膜材料を使用して帯電したプレートを分離するため、通常は少し高価です。また、寿命が長く、オーディオのパフォーマンスが向上し (場合によっては)、温度制限が高くなる場合があります。

フィルムコンデンサは、真空管オーディオ設計に最適な高電圧タイプでも提供されています。また、はんだごてに慣れている場合は、安価な電解コンデンサのアップグレードにも適しています。

3.セラミックコンデンサ

セラミック コンデンサは通常、クロスオーバーでは使用されません。その静電容量値は通常非常に小さいため (たとえば、ピコファラッドの範囲)、スピーカーにはマイクロファラッドの範囲の値が必要になることがよくあります。

これらは通常、電気信号ノイズを制御するための電源のバイパス コンデンサやアクティブ クロスオーバーなど、他の目的に使用されます。

スピーカー クロスオーバーはどのように機能しますか?

クロスオーバーは、コンデンサ、インダクタ、またはその両方を使用して、1 つまたは複数のスピーカーに送信されるオーディオの周波数範囲を制限します。これは、低音の周波数がツイーターに到達するのを防ぎ、中音域と高音がサブウーファーに到達するのを防ぐのに非常に役立ちます.

クロスオーバー ポイントは、多くの場合、ラウドスピーカー メーカーによって推奨されるか、使用される各スピーカーの周波数応答の制限間の適切な妥協点として選択されます。フィルター周波数 (コーナー周波数または Fc とも呼ばれる) は、スピーカーのインピーダンスの影響を直接受けます。

クロスオーバー スロープの説明

クロスオーバー ネットワークの「順序」について話すときは、ステージ (セクション) の数を指しています。これは、スロープ (オーディオ フィルタリング機能) の効果に影響します。

1 次設計では 1 つのインダクタまたはコンデンサを使用しますが、2 つは 2 次、3 つは 3 次などを構成します。各ステージ (次数) にはオクターブあたり -6dB のスロープがあり、-12dB/オクターブは、スピーカーまたはアンプのクロスオーバーの両方で最も一般的に使用されるものの 1 つです。

コンデンサによる1次クロスオーバー（ハイパスフィルター）

ハイパスフィルターは、高い周波数をスピーカーに通し、低い周波数を反対にすることで機能します。低い周波数では、コンデンサのインピーダンスのオーム値が非常に高くなり、スピーカーへの出力電圧が大幅に低下します。

同様に、高周波では逆のことが当てはまります。多くの場合、車やホーム オーディオのツイーター セットに取り付けられており、歪みや損傷を与える可能性のある低音が再生されるのをブロックします。

インダクタ (ローパス フィルター) による 1 次クロスオーバー

ローパス フィルターは、スピーカーへの高周波数をブロックし、低周波数を通過させることによって機能します。より高い周波数では、インダクタのインピーダンスは非常に高いオーム値を持つことを意味し、スピーカーへの出力が大幅に減少します.

このタイプは通常、ウーファーまたはミッドレンジ スピーカーと一緒に使用され、高音または「高音」が再生されるのを防ぎます。

コンデンサとインダクタによる 2 次双方向クロスオーバー

仕組み

2 ウェイの 2 次スピーカー クロスオーバー ネットワークは、基本的にハイパスとローパスのクロスオーバー フィルターを並列に組み合わせたものです。

ただし、2 段目 (2 次、-12dB/オクターブ フィルター) を追加すると、単純な 1 次設計よりもパフォーマンスが向上します。また、ウーファーとツイーターを使用して、ホーム オーディオ スピーカー用の 2 ウェイ スピーカー システムやカー オーディオ用のコンポーネント スピーカー セットを作成する、最も一般的なタイプでもあります。

安価な 2 ウェイ 2 次コンポーネント セットでさえ、優れた音を出すことができます 適切な品質と適切な設計のスピーカー ドライバーを使用します。

カットオフ周波数でオーバーラップ ポイントがあるため、以下でさらに説明するように、2 ウェイ クロスオーバーの場合は少し複雑になる可能性があります。

仕組み:

• コンデンサ C1 カットオフポイントより下でツイーターへの電圧出力を減らします。 インダクタ L1 到達した高周波信号をグランド/マイナス (-) アンプ リターン パスに渡すことでさらに低減します。
• インダクタ L2 カットオフポイントより上のウーファーへの電圧出力を減らし、低周波信号をスピーカーに渡します。 コンデンサ C2 到達した追加の高周波信号をグランド/マイナス (-) アンプのリターン パスに渡します。

最終結果は、直列にずらされた 2 つのクロスオーバー ステージです。つまり、1 つのステージ (-6dB/オクターブ) 設計よりも 2 倍効果的なクロスオーバー スロープが組み合わされます。これは -12dB/オクターブの勾配です。

二次クロスオーバーの方が優れているのに、なぜ一次クロスオーバーが使用されるのですか?

1 次クロスオーバー ネットワークは現在ではあまり一般的ではありませんが、まだ存在しています。多くの場合、次の場所で見つけることができます:

• お手頃価格の 2 ウェイ スピーカー キャビネット システム
• スピーカーの自然なロールオフ (周波数応答の低下) を使用して、同じ効果を得るために必要なコンポーネントを削減できる設計
• カー ステレオ用のベース ブロッカーなどの単純なインライン スピーカー クロスオーバーや、迅速で簡単なアプリケーションが理想的な関連アプリケーション。

ただし、一般的に言えば、12dB/オクターブのクロスオーバーは、コスト、部品数、および複雑さの間の適切な妥協点であるため、最も人気があります。実際、車載アンプや家庭用 AV レシーバーは、電子アクティブ クロスオーバーでも 12dB/オクターブ (12dB/オクターブ) の設計を一般的に使用しています。

クロスオーバー デザイン タイプ

設計者が選択できるさまざまなクロスオーバー ネットワーク設計がありますが、いくつかは他のものよりも優先されます。

• バターワース: 標準的な構成では、バターワース設計はカットオフ周波数のオーバーラップで +3dB になります。これは、さまざまなスピーカー ドライバーのオフセット (中央音響ポイントでのスピーカー間の間隔) を考慮するなど、さまざまな設計ニーズに役立ちます。
• リンクウィッツ ライリー: このタイプは、クロスオーバー周波数オーバーラップでフラット (0dB) 出力に加算され、最も一般的に使用されるタイプの 1 つです。ほとんどの場合、これは理想的な選択です。
• ベッセル: Bessel 設計は、Linkwitz-Riley のように「オールパス」とは見なされず、周波数ポイントで合計がフラットになりません。
• チェビシェフ: あまり使用されませんが、チェビシェフが +6dB の合計を提供するため、クロスオーバー ポイントでブーストされた出力が必要な場合に役立ちます。

なぜこれが重要なのですか？ 通常、平均的な人にはあまり関係ありません。ただし、独自のスピーカー クロスオーバーの作成に関心がある場合は、可能なオプションを理解しておくと役に立ちます。

各クロスオーバー ネットワーク タイプは、必要な部品の値を計算するために、わずかに異なる数式セットを使用します。どのような場合でも、最高のパフォーマンスを得ることに興味がある場合、または自分でできる (DIY) スピーカー プロジェクトに興味がある場合は、優れたスピーカー デザインの本が役立ちます。

より高度なスピーカー設計スキルを習得したり、独自のクロスオーバーを作成したりしたいですか? Vance Dickason の Loudspeaker Design Cookbook を強くお勧めします。お得な情報満載です！

アフターマーケットのホームまたはカー スピーカー クロスオーバーは、一般に Linkwitz-Riley 設計を使用し、クロスオーバー ポイントで 0dB レベルに加算されます。理由の 1 つは、使用しているスピーカーがその付近で十分な出力を持っていると想定されていることです。そうでない場合は、より高度な設計を自分で調査して、特定のスピーカーの弱点を補うことができます。

クロスオーバー フェーズに関する懸念事項

クロスオーバーには別の問題があります。クロスオーバー コンポーネントごとに、スピーカーに送信される信号に 90° の位相 (シフト) が追加されます。 コンデンサとインダクタには、信号が通過するときに「位相シフト」があります。

単純なシングル ステージ クロスオーバーの場合、これはあまり気にする必要がないため、実際には問題ではありませんが、より高度なスピーカー設計の詳細です.ただし、2 次設計の場合、これは 2 つの出力間に 180 度の差があることを意味し、多くの場合「奇妙な」サウンドになり、サウンドが同時にリスナーの耳に到達しないことも意味します。

これを解決するには、 2 次/偶数次のクロスオーバーでは通常、ツイーター出力を逆にします。 この 1 つのスピーカー出力の反転は、両方のスピーカーが「同相」であることを意味し、音の遅延の問題はなくなりました。 2 ウェイ スピーカー クロスオーバーを購入したことがある場合は、意図的にそのように設計されていることさえ知らなかったでしょう!

クロスオーバー Zobel ネットワークとは?

Zobel ネットワークは、ボイス コイルのインダクタンスによる周波数範囲でのスピーカー インピーダンスの上昇を補正するために使用されるインピーダンス等化ネットワークです。 たとえば、ボイスコイルを備えた多くのスピーカーは、一般に、周波数が高くなるにつれて総インピーダンスが上昇します。これは、スピーカー用にプロットされたインピーダンス グラフで確認できます。

クロスオーバーの動作はインピーダンスの影響を直接受けるため、この単純な設計により、クロスオーバーが認識するスピーカーのオーム負荷の通常の上昇を補償して「平坦化」することで、スピーカー システムのパフォーマンスを向上させることができます。

このネットワークは、スピーカー ドライバーと並列に単純な RC (抵抗器 - コンデンサー) ネットワークを使用してインピーダンスを相殺します。その結果、周波数応答範囲全体でクロスオーバーのインピーダンスがほぼフラットになります。

抵抗器は、最小総インピーダンスが常に満たされるようにしますが、コンデンサは、周波数が上昇するにつれて総クロスオーバーオーム負荷を減少させるように機能します.

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