スピーカーのクロスオーバー周波数を決定する方法
クロスオーバーは、できる限り最高のサウンドを得ようとしているときに、間違いなく少し混乱する可能性があります.一部のスピーカー メーカーが明確な情報や役立つ情報を提供していないことは確かに問題です!
このわかりやすい記事では、次のことを説明します。
- スピーカー クロスオーバーの重要な基礎
- 必要なスピーカーのクロスオーバー周波数を決定する方法
- 使用したい多くの種類のスピーカー クロスオーバーの周波数を知る方法
- すぐに使える便利なクロスオーバー度数表
より良いサウンドを得るために知っておくべきことを学びましょう。
スピーカーのクロスオーバーは何をしますか?なぜ役に立つのですか?
スピーカー クロスオーバーにはいくつかの機能があり、主な目的は音質の向上です。
- スピーカーがうまく生成できない (歪みの原因となったりスピーカーを損傷する可能性がある) 不要な音の周波数をブロックします。
- 音楽信号を分割して、音の特定の部分を最適なスピーカーに送信します。
たとえば、ツイーターは低音に敏感で中域の周波数を生成できないため、サブウーファーの低音特に高出力で駆動したくありません。 スピーカー クロスオーバーは、この有害な (そして歪みの原因となる) 低音をブロックすることを可能にします。
同様に、ウーファーやサブウーファーなどの他のタイプのスピーカーの音は絶対にひどい ツイーターに最適なより高い周波数で駆動する場合。同様に、ローパス クロスオーバーを使用して、不要な範囲のサウンドをフィルター処理 (効果的にブロック) し、クリーンで楽しいサウンドにすることができます。
サブウーファーは純粋な低音専用に設計されており、最適に機能するため、これは特に重要です。その場合、ローパス クロスオーバーが使用され、より低いカットオフ周波数に設定されて、お気に入りの素晴らしいサウンドが得られます。
スピーカー クロスオーバーは、多くのホームまたはカー スピーカー システム、特に 2 ウェイ スピーカー キャビネットまたはコンポーネント スピーカー セットで非常に一般的です。
スピーカーのクロスオーバーはどのように機能しますか?
スピーカーのクロスオーバーは、コンデンサーとインダクターに見られる興味深い動作を使用して機能します。
- コンデンサは、より高い周波数をより簡単に通過させます (周波数が減少すると、電気の流れに対する抵抗が増加します)。これは、容量性リアクタンスと呼ばれる原理によるものです。
- インダクタは、より低い周波数をより簡単に通過させます (周波数が高くなると、電気の流れに対する抵抗が大きくなります)。これは、誘導性リアクタンスが原因です。
コンデンサとインダクタを一緒に使用して、より効果的なフィルターを作成したり、スピーカーが生成する音の範囲を分割したりできます。これは、2 ウェイ ホームまたはカー オーディオ スピーカー システムでは非常に一般的です。
数式を使用して、クロスオーバー デザイナーは、使用するスピーカーに最適な特定のスピーカー クロスオーバーに必要な適切なパーツ値を選択できます。
たとえば、低い音楽周波数 (低音) がハイパス フィルターを通過すると、総抵抗が非常に高くなり、スピーカーへの出力がほとんどないことを意味します。より高い周波数が存在する場合、抵抗ははるかに低くなり、これらの信号は問題なくスピーカーに渡されます。
スピーカーには最適な音域があり、周波数応答とも呼ばれます。 .この制限は、クロスオーバーを設計するときに使用されます。スピーカーのクロスオーバー ポイントとは?
スピーカーのクロスオーバー ポイントは通常、クロスオーバー周波数と呼ばれます。 、「Fc」と表記されることが多い 」 スピーカー クロスオーバー ポイントは、オーディオ周波数がスピーカーに到達するのをブロックするカットオフ周波数です。
技術用語では、クロスオーバー周波数は、クロスオーバー回路の出力から -3 デシベル (dB) ポイントを使用して検出されます。 電力に関して言えば、3 dB の音量減少ポイントは、スピーカーへの電力が 1/2 に減少する周波数です。
クロスオーバー周波数 (-3dB ポイント) を超えると、サウンド周波数がカットオフから遠ざかるにつれて、出力はますます減少します。たとえば、カットオフ周波数が 1kHz の場合、オクターブあたり -6dB のハイパス クロスオーバーの場合:
- スピーカーの出力は 1kHz で -3dB です。
- 1 オクターブ離れた場所 (500Hz) では、出力は -6dB になります。
- さらに離れた周波数では、出力はほぼ 0 デシベルになります。
クロスオーバーの仕組みは完璧ではない
完璧な世界では、クロスオーバーは、そのポイントを超えてスピーカーに到達させたくないサウンドの 100% をブロックします。ただし、クロスオーバーは完璧ではありません。 減衰する 、またはクロスオーバー周波数を超える音の出力を減らします。このため、グラフで視覚化できるなだらかな傾斜があります。
クロスオーバー スロープは、音の周波数を遮断する効果を表す急峻さで表されます。 オクターブあたりの dB で表示され、常に 6dB の倍数です。 これは、クロスオーバーがステージまたはセクションを使用するためです。各セクションは、セクションごとに 6dB 減衰する単一のコンデンサまたはインダクタを使用します。
注: オクターブは、オーディオ周波数の特定のポイントまたは範囲を表す方法です。オクターブは周波数の半分または 2 倍であり、通常は標準周波数でマークされます。例：60Hz、120Hz…1KHz、2KHzなど
1次、2次、3次クロスオーバーとは?
高次のクロスオーバーでは、より効果的なカットオフのために「スタック」された追加のコンデンサとインダクタのセクションを一緒に使用します。より高次のクロスオーバーでは、わずかに異なる計算が使用されますが、基本的な操作はまったく同じです。
- -12dB/オクターブのクロスオーバーは最も一般的なものの 1 つであり、オーディオ周波数をブロックすることと部品コストとの間の適切な妥協点です。電子クロスオーバーを内蔵した多くの車載用または家庭用アンプは、12dB のスロープを提供します。
- -6dB/オクターブのクロスオーバーは最低限使用するものであり、他のものほど効果的ではありません。
- -18dB 以上のクロスオーバーはカットオフがかなり急勾配ですが、多くの場合は必要ありません。
スピーカー自体のクロスオーバー ポイントに関しては、以下に示すように、いくつかの異なる要素に依存します。
スピーカーのクロスオーバー周波数を決定する方法
スピーカーで使用する必要があるクロスオーバー周波数を判断するには、いくつかの方法があります:
- 提供されている場合、仕様に記載されているスピーカーの周波数応答
- お持ちのスピーカーの種類とサイズ (ツイーターとウーファー、小さなコーンと大きなコーン スピーカーなど)
- メーカーの推奨事項
多くの場合、最良の結果を得るために、上記の 2 つ以上を使用することになります。整理しやすいように、使用するスピーカー クロスオーバーのタイプに応じて、以下の情報を 2 種類に分けます。
1.一次 (インライン) クロスオーバーのクロスオーバー周波数を見つける
低音ブロッカーと呼ばれる、インライン 1 次 (シングル ステージ) クロスオーバーの一種で、低音をブロックするためにツイーターまたは小型スピーカーと共に使用されます。クロスオーバー周波数がわからない場合は、ちょっとした数学を使って自分で計算できます。
一次クロスオーバーは、単一のインライン コンデンサまたはインダクタを使用します。最も一般的な用途は次のとおりです。
- ツイーターにインライン コンデンサーを使用するか、大型コンデンサーを使用して小型スピーカーへの低音を遮断します。
- インダクタ インラインを使用して、中音域スピーカーへの高音域を除外する
必要な周波数を知るには (それが何であるかをまだ知らないと仮定して)、仕様でスピーカーの周波数応答定格を確認することから始めることができます。ここでの問題は、スピーカーのメーカーがスピーカーが技術的にできる周波数をリストすることがあるということです。 よく生成できる実際の音域ではありません。
周波数応答グラフの使用
周波数応答グラフを利用できる場合、スピーカーがうまく生成できる音の範囲と生成できない音の範囲を確認できます (ここに示されているグラフの下部にあるはるかに低い音量出力など)。この不十分な応答範囲から離れたクロスオーバー周波数を選択してください。
幸運にも、使用したいスピーカーの周波数応答グラフがあれば、出力が低い領域を確認できます。これらは避けたい領域です。そのためには、この範囲から離れたクロスオーバー周波数を選択してください。
上記の例から、表示されているツイーターが 2 キロヘルツ (2kHz) 未満のどこかまで良好な出力を持っていることがわかります。少なくとも 2kHz 以上のクロスオーバー周波数を選択する必要があることがわかっています。
推奨クロスオーバー周波数の使用
メーカーによっては、使用に推奨される周波数範囲が含まれています。その場合は、これを目安として使用すると簡単です。上の写真の例では、クロスオーバー周波数を少なくとも 3.5kHz に設定しますが、これはたまたま非常に一般的なものです。
注意すべきこと
残念ながら、多くのメーカーは、スピーカーの周波数応答 (範囲) を、スピーカーが生成できる音の範囲に基づいてリストしていますが、うまくは生成しません。 例:
- 小型のフルレンジまたはミッドレンジ スピーカーは、35 Hz (ローエンドの低音域) まで性能を発揮すると記載されている場合があります。ただし、小型スピーカーで低音域をうまく再生できることはほとんどありません。
- ミッドレンジ スピーカーまたは一般的なウーファーは、高音 (ツイーター) 範囲の高い周波数をサポートするものとしてリストされている場合があります。たとえば、4kHz またはそれ以上。ただし、ウーファーやミッドバス スピーカーが高周波でうまく機能することはほとんどありません。
どちらの場合も、これらの異常に高い周波数応答評価を無視し、応答グラフが提供されている場合は確認してください。
いくつかのクロスオーバー周波数は非常に一般的であるため、作業を省くための表 (以下にリスト、次のセクション) を作成しました。ほとんどの場合、これらをガイドとして使用できます。
2. 2 次以上のクロスオーバー (2 ウェイ以上のスピーカー システム) のクロスオーバー周波数を見つける
2 ウェイまたは 3 ウェイのスピーカー システムの場合、少し複雑になりますが、大差ありません。この場合、それはウーファー と の両方の適切なクロスオーバーの間の妥協です。 ツイーター。
2 ウェイまたは 3 ウェイ スピーカー システムの場合、適切なクロスオーバー周波数は、生成されるサウンドにギャップが生じることなく両方が連携できる中間点です。 言い換えれば、両方が最適な範囲で実行できるクロスオーバー周波数を選択する必要があります.
2 ウェイ スピーカー クロスオーバーの例
上の画像の例では、推奨される使用範囲とともにいくつかの典型的なスピーカーを見ることができます。必要なスピーカー クロスオーバーを決定するために、次の組み合わせを選択できます。
- ウーファーの最大推奨周波数未満。
- ツイーターの最小推奨周波数または指定周波数を超える。
この場合、よくあることですが、これは 3,000 ヘルツまたは 3,500 ヘルツの中間点になります。既製のクロスオーバー パーツが購入できる可能性が高いため、どちらを使用しても、独自のスピーカー システムを簡単に組み立てることができます。
3 ウェイ スピーカー システム
3 ウェイ スピーカー システムは 2 ウェイに似ていますが、ミドル (ミッドレンジ) クロスオーバーがバンドパス タイプであるという違いがあります。 2 ウェイ スピーカー セットと同様に、ミッドレンジとツイーター、およびミッドレンジとウーファーの動作範囲で中間のクロスオーバー周波数を選択します。 (以下の私の推奨事項を参照してください)
スピーカーに適したクロスオーバー周波数は?ガイドラインと表
最も良いニュース スピーカーのサイズまたはタイプに基づいて、以下にリストされている最も一般的なカットオフ周波数を使用しても問題ない場合があります。 これは、スピーカーとスピーカー システムが同じように使用されることが非常に多いため、通常、最も一般的なカットオフ周波数が適用されるためです。
以下に示す表を使用して、カーオーディオとホームオーディオの両方のスピーカーのクロスオーバー周波数を決定できます。
ホーム ステレオ スピーカーのクロスオーバー周波数表
| スピーカーの種類/システム | クロスオーバー頻度 |
|---|---|
| サブウーファー | 80Hz 低 パス。 (THXサウンドもオススメ) |
| メイン・タワー型フロントスピーカー（小） | 60～80Hzのハイパス。それらを補完するサブウーファーとの併用が最適です。 |
| メイン・タワー型フロントスピーカー（大） | 40 ～ 60Hz ハイパス |
| センターまたはサラウンド サウンド (小) | 100-120Hz ハイパス。これらのタイプのスピーカーは、低音が非常に苦手です。 |
| センターまたはサラウンド サウンド (中/大) | 50-60Hz ハイパス |
| オンウォールまたはミニ サテライト スピーカー | 100-120Hz ハイパス |
| 2 ウェイ スピーカー システム | 3kHz から 3.5KHz。非常に一般的なクロスオーバー周波数 |
| 3 ウェイ スピーカー システム | 3.5kHz (ミッド/トレブル) &500Hz (ミッド/ウーファー) |
カー ステレオ スピーカーのクロスオーバー周波数表
| スピーカーの種類/システム | クロスオーバー頻度 |
|---|---|
| サブウーファー | 70-80Hz ローパス |
| フロント/リア フルレンジまたはコンポーネント | ~56-60Hz ハイパスで低音をブロック |
| ツイーター | 3-3.5kHz ハイパス |
| ミッドレンジまたはウーファー スピーカー (メイン) | ツイーター範囲の音をブロックする 1kHz-3.5kHz |
| 2 ウェイ スピーカー システム | 3kHz から 3.5KHz。非常に一般的なクロスオーバー周波数 |
| 3 ウェイ スピーカー システム | 3.5kHz (ミッド/トレブル) &500Hz (ミッド/ウーファー) |
一般的なガイドラインは次のとおりです。
- 家庭用または車用の小型スピーカー (4 インチ、5 1/4 インチ、6 1/2 インチなど) の場合、56 ～ 60 Hz 前後のハイパス クロスオーバーを使用して、ローエンドの低音をブロックします。 これにより、歪みが防止され、より大きなパワーと音量でスピーカーを駆動し、明瞭なサウンドを実現できます。
- サブウーファーには純粋な低音信号が必要です これは、70 ～ 80 Hz 付近のローパス クロスオーバーを使用することで実現できます。
- 一般的にツイーターは約 3kHz 以上に適しているため、通常は 3kHz または 3.5kHz のカットオフ周波数が最適です。
スピーカーのクロスオーバーからクロスオーバー周波数を見つける方法
スピーカーのクロスオーバーが既にあるが、クロスオーバー周波数がわからない場合はどうすればよいでしょうか?良いニュースは、多くの場合、部品の値とスピーカーのインピーダンスに基づいて、それが何であるかを把握できることです.
そのためには、次のことを知っておく必要があります:
- 単一 (「一次」) インライン クロスオーバーのコンデンサ (ファラッド) またはインダクタ コイル (ヘンリー) の値。
- 2 ウェイまたはその他のスピーカー クロスオーバーの場合は非常に似ていますが、もう少し調査が必要です。
スピーカーのクロスオーバー周波数を決定する方法
1.単次 (インライン) コンデンサまたはインダクタのクロスオーバー
上記の式を使用して、特定のスピーカーのクロスオーバー周波数を計算できます。
ハイパスまたはローパスのインライン クロスオーバーの場合、スピーカーのオームと静電容量またはインダクタンスが分かれば、周波数を計算できます。どちらの場合もプロセスは同じです。
例 #1スピーカー インピーダンス =8Ω、コンデンサ =47 マイクロファラッド。
Fc =1/(2 x 3.14159 x 8 x .000047) =423Hz (約 400Hz) 例 #2
スピーカー インピーダンス =4Ω、インダクタ =4 ミリヘンリー (.004H)。
Fc =4/(2 x 3.14159 x .004) =159Hz (約150Hz)。
2. 2 方向または 3 方向のクロスオーバー
2 ウェイ クロスオーバーと 3 ウェイ クロスオーバーは、いくつかの理由で少し異なります。残念ながら、さまざまなタイプがあり、メーカーによってデザインや機能が異なる場合があるため、非常に 時々わかりにくい。 つまり、すばらしい 2 ウェイまたは 3 ウェイ クロスオーバーのカットオフ周波数を計算する方法。
ただし、おおよそのクロスオーバー周波数を見つけて「範囲内」に収めるためにできることがいくつかあります。例として 2 ウェイを使用します。これらは非常に一般的であり、3 ウェイのものは非常に似ていますが、クロスオーバー セクションが追加されているためです。
テスト機器を使用してスピーカーのクロスオーバー周波数を決定する
幸運にもオシロスコープや信号発生器などのテスト機器を手元に持っている場合は、同じオーム値のスピーカーまたは抵抗を取り付けて、信号入力を入力側に適用できます。信号発生器の周波数を徐々に変更し、出力信号が減少し始める点に注意してください。
電圧出力が 1/2 に減少したときが 3dB ポイントであり、クロスオーバー周波数が見つかりました。 残念ながら、ほとんどの人はテスト機器を利用できないため、別のアプローチが必要です。
スピーカーのクロスオーバー計算機と「知識に基づく推測」を使用する
たくさん使いました 私が所有しているさまざまなスピーカー クロスオーバーを把握しようとする時間はありません。 クロスオーバー周波数を把握するのは困難です。理由はいくつかあります:
- 一部のクロスオーバーは、インライン抵抗を追加することでツイーターの音量を下げます。スピーカーのインピーダンスによってクロスオーバーの仕組みが変わるため、これは使用するパーツの値に影響します。
- クロスオーバーに取り付けられたパーツには、必ずしも値が印刷されているとは限りません。
- 異なるクロスオーバー デザイン (Linkwitz-Riley、Butterworth、Bessel など) では、異なる値が使用されます。
- 一見しただけでは、クロスオーバーのデザインを理解するのは難しい場合があります。
- 一部の 2 ウェイまたは 3 ウェイ クロスオーバーでは、2 次ツイーターと 1 次ウーファー クロスオーバーが同じデザインに混在しています。
私のアドバイスは、以前に提供したクロスオーバー周波数から最適なクロスオーバー周波数を選択して、スピーカーのオーム値を入力して、そこから進むことです。
使用する優れた (そしてシンプルでわかりやすい) スピーカー クロスオーバーは次のとおりです:https://www.erseaudio.com/Second-Order-2-Way
クロスオーバー計算機の使用方法
たとえば、「最良の推測」開始周波数の双方向クロスオーバーの場合、3,000 Hz のような整数で開始します。異なるクロスオーバー周波数のスピーカー クロスオーバー値を計算するために必要なボタンをクリックします。
コンデンサーの値の 1 つを確認し (通常、回路基板の上部にあるのはツイーター用です)、クロスオーバー周波数を数百ヘルツ変更します。 計算値に示される結果のコンデンサ値のオフ。
それが完了したら、表示されているコンデンサの値が大きく異なる場合は、3,000 Hz クロスオーバーを 2,500 Hz または 3,500 Hz に変更してみてください。極端に離れなくなったら、より細かく変更を開始します (たとえば、一度に 250Hz ずつ、または 100Hz ずつ変更します)。
比較的近くに到達すると、おおよそのクロスオーバー周波数が何であるかをよりよく理解できるはずです.ツイーター出力と直列に抵抗を使用している場合は、スピーカーのインピーダンス (オーム) 入力ボックスに抵抗を追加する必要があることに注意してください。これにより、2 倍の違いが生じるからです。
(注: さまざまなデザインがあるため、Linkwitz-Riley、Butterworth、Bessel、または Chebechev を選択して、可能な場合はそれらも試す必要がある場合があります)
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