در کراس اوورهای Active که به کراس اوورهای الکترونیک نیز معروف هستند،از قطعات الکترونیکی در ساختشون استفاده میشود.این نوع کراس اوورها قبل از تقویت شدن فرکانسها قرار میگیره و با آمپراژ و ولتاژ کم(در حد میلی ) کار میکنه.کراس اوور آمپلیفایرها و پخشها از نوع اکتیو هستند.

در مقابل  کراس اوورهای Passive قبل از اسپیکر قرار میگیره. یعنی زمانی که فرکانس ها آمپلی فای شدن و ولتاژ و آمپر خیلی بالاست(تا 50 ولت ) ازشون استفاده میشه.کراس اوور کامپوننتها کراس اوورهای پسیو هستن.

خب حالا یک کراس اوور چگونه باعث ضعیف شدن یک فرکانس میشه؟

Attenuation Slope یا شیب کاهش

به طور قطع میشه گفت ما کراس اووری نداریم که کاملا دقیق عمل کنه.یعنی بتونه فرکانسهای بعد ازفرکانس کات آف(Cut off Frequency) رو کاملا حذف کنه،بلکه فقط قدرت این رو داره که فرکانسهای بالا یا پائین نقطه کات آف رو ضعیفشون کنه.حالا هر مقدار از این نقطه فاصله بگیریم،کاهش بیشتر میشه.به شیب خطی که کراس اوور این فرکانسها رو از نقطه کات آف تضعیف میکنه، Attenuation Slope میگن.حالا هر مقدار این شیب بیشتر باشه، کراس اوور دارای قدرت ف ی ل ت ر ی ن گ بیشتری میباشد.
کراس اوور با شیب صفر به معنای فیلتر نشدن هیچ فرکانسی و با شیب بی نهایت به معنای فیلتر شدن کامل تمامی فرکانس هایی که بالا یا پایین تر از Cut off Frequency قرار دارند میباشد. واحد اندازه گیری شیب کاهش،دسیبل بر اکتاو (dB/Octave) میباشد.یعنی به ازای هر یک اکتاو که از فرکانس کات فاصله بگیریم،چند dB از قدرت فرکانس کم میشود.هر اکتاو به معنای نصف شدن فرکانس میباشد.مثلا فرکانس 400 هرتز یک اکتاو از فرکانس 200 هرتز بالاتره،و فرکانس 200 هرتز یک اکتاو از فرکانس 100بالاتره و ...

کراس اوور ها از لحاظ قدرت ف ی ل ت ری ن گ درجات مختلفی دارند که در ذیل خدمتتون عرض میکنم:

درجه 1 یا Order1: به طور کلی کراس اوورهای ضعیفی هستند و شیب کاهش آنها 6dB/octave هست.
درجه 2 یا Order2: کراس اوورهائی در حد متوسط با شیب کاهش آنها12dB/octave هست که اغلب در کراس اوور کامپوننتها(نوع پسیو )و همینطور در آمپلیفایرها و پخشها(نوع اکتیو)،با این شیب مورد استفاده قرار میگیرند.البته تو برخی پخشهای حرفه ای شیبهای بالاتر نیز طراحی و ساخته شده اند. به طور مثال در پخش P80 پایونیر کراس اوور Low Pass Filter که برای ساب ووفر استفاده میشه دارای شیب 18dB/octave میباشد.همچنین اگر در حالت شبکه از این پخش استفاده گردد،شیب کاهش به 36dB/octave نیز میرسد.
درجه 4 یا Order4:این نوع کراس اوورها از قدرت ف ی ل ت ر ی ن گ بیشتری نسبت به دو نوع قبلی برخوردار هستند.شیب کاهش این نوع کراس اوورها24dB/octave میباشد.
خب ،حالا بیائیم با قطعات تشکیل دهنده یک کراس اوور پسیو آشنا شویم.در ساخت این کراس اوورها به طور کلی از دوقطعه اصلی خازنهای بیپلار (Bipolar pacitor) و سلفها (inductors) استفاده میشود.

        وظیفه خازن اینه که در مقابل عبور فرکانسهای پائین از خودش مقاومت نشون میده و باعث میشه تا فرکانسهای پائین از اون عبور نکنه.در مقابل در برابر فرکانسهای بالا هیچ واکنشی نشون نمیده و اینگونه فرکانسها به راحتی از خازن عبور میکنند.پس خازن به عنوان یک ف ی ل ت ر بالا گذر HPF عمل میکنه.

      وظیفه سلف دقیقا برعکس خازن هست.یعنی در برابر عبور فرکانسهای پائین هیچ مقاومتی نمیکنه و باعث عبور این فرکانسها میشه ،در مقابل باعث میشه تا فرکانسهای بالا بلوک گردند و نتوانند  از اون عبور نمایند.پس سلف به عنوان یک ف ی ل ت ر پائین گذر LPF عمل میکنه.

همانطور که در بالا گفته شد،پائین ترین درجه کراس اوورهای Passive 1order هست.این کراس اوور که شیب  تفکیک فرکانسی اون 6dB/Octaveمیباشد برای ووفرها از یک سلف که به صورت سری بسته میشه و در تیوترها از یک خازن به همون شکل استفاده میشه.اما این کراس اوور برای سیستمهای با قدرت بالا کافی نیست.و ممکنه باعث آسیب دیدن مثلا تیوترها شود.

 اکنون اگر موافق هستید بریم سراغ ساخت یک کراس اوور پسیوبالا گذریا همون High Pass Filter خودمون.

ما یک ساب ووفر فرضی داریم و میخواهیم براش یه کراس اوور پسیو     HPF/Sub Sonic بسازیم تا مانع ورود فرکانسهای پائین مزاحم به کوئل سابمون بشن تا در مقابل صدمات احتمالی ازش محافظ کنه

داده های ما:

امپدانس ساب ووفر 4 اهم

فرکانس کات آف 30Hz(طبق محاسبه نرم افزار)

جهت بدست آوردن مقادیر سلف و خارن ابتدا باید اعداد داده هامون در فرمولهای مربوطه قرار بگیرن.

فرمول محاسبه خازن مورد استفاده در کراس اوور پسیو:

XC=1/(2pi*F*C)

Ohms))مقاومت خازنیXC=

2pi=6.28

F= فرکانس Cut Off

مقدار ظرفیت خازنیC=

(C*30*6.28(/1=4

6.28*30)=C)/(4/1)

C=0.25/188.4

C=0.0013269 Farad

باتوجه به مقادیر وعرف بازار بر حسب میکرو فاراد بیان میکینیم:  F*10^-6

C=1326.9µF

1326.9 میکرو فاراد

----------------------------

فرمول محاسبه سلف مورد استفاده در کراس اوور پسیو:

XI=2pi*F*L

Ohms))مقاومت سلفیXC=

2pi=6.28

F= فرکانس Cut- Off

مقدار ظرفیت سلفیL=

L*30*6.28=4

L=(30*6.28)/4

L=0.02123 Henry

که با توجه به مقادیر و عرف بازار بر حسب میلی هانری بیان میکینیم: H*10^-3

L=21.23mH

21.23 میلی هانری

خب پس مشخص شد ما باید خازنی به ظرفیت 1326.9 میکرو فاراد به همراه سلفی معادل 21.23 میلی هانری تهیه نمائیم.پس از اون باید به روش ذیل نسبت به نصب خازن و سلف عمل نمائیم.

ابتدا سلف(L1) را بصورت موازی با ساب ووفر متصل نموده و خازن (C1) را با این مجموعه سری می نمائیم.

اکنون ما یک کراس اوور پسیو بالا گذر(High Pass Filter)یا به نوعی یک ساب سونیک با شیب 12dB/Octaveو فرکانس Cut Off 30Hz ساختیم.به همین راحتی.

حالا اگر بخواهیم کراس اوورمون پائین گذر باشه (Low Pass Filter) باشه با همون شرائط چگونه عمل کنیم؟پاسخ ساده هستش. جای سلف و خازن عوض میشن.یعنی سلف رو به صورت سری و خازن رو به صورت موازی به ساب ووفر متصل مینمائیم.

.......................................................................................................................

Band Pass Filter هم ترکیبی از هر دو نوع میباشد. بطوریکه هم HPF و هم LPF با هم در کار باشند. بنابر این 2 تا Cut off Frequency داریم. به این معنا که فرکاس ها از یک حدی از پایین فیلـتر میشوند و از یک حدی از بالا.

Attenuation Slope (شیب کاهش)
کراس اووری وجود ندارد که کاملا دقیق عمل کرده و از Cut off Frequency به آن طرف بطور کامل فرکانس رو حذف کنه. کراس اوور فقط فرکانس های بالا یا پایین تر از Cut off Frequency رو تضعیف میکنه. حال هر چه از Cut off Frequency فاصله بگیریم این کاهش یا تضعیف بیشتر میشه. به شیب خطی که کراس اوور فرکانس های بالا یا پایین تر از Cut off Frequency رو تضعیف میکنه Attenuation Slope میگن.
هیج کراس اووری قادر به فیلـتر کردن کامل نیست. و فقط میتونه فرکانس هایی که نمیخواهیم عبور کنه رو تضعیف کنه...
هر چه شیب بیشتر باشه کراس اوور مرغوب تر و دارای قدرت فیلـترینگ بیشتری میباشد.
کراس اوور با شیب صفر به معنای فیلـتر نشدن هیچ فرکانس و با شیب بی نهایت به معنای فیلـتر شدن کامل کامل تمامی فرکانس هایی که بالا یا پایین تر از Cut off Frequency قرار دارند میباشد.
واحد Attenuation Slope دسیبل بر اکتاو میباشد (Db/oct) یعنی به ازای هر یک اکتاوی که از فرکانس Cut off فاصله بگیریم چند دسی بل از قدرت فرکانس های مزاحم کم میشود ...
(توضیح: هر اکتاو به معنای نصف شدن فرکانس میباشد. مثال: فرکانس 160 یک اکتاو از فرکانس 80 بالا تره و فرکانس 80 یک اکتاو از فرکانس 40 هرتز بالا تره و به همین ترتیب)

یک مثال جامع:
فرض کنیم یک دامنه فرکانسی کامل را با قدرت 110 دسی بل داریم (موزیک واقعی). اگر از یک LPF با Cut off Frequency ا 100 هرتز و Attenuation Slope ا 12 Db/oct استفاده کنیم خواهیم داشت:
تمامی فرکانس های زیر 100 هرتز سر جای خود هستن (البته تقریبا) ولی فرکانس های بالای 100 هرتز ضعیف میشوند بطوریکه فرکانس 100 هرتز دارای همان قدرت 110 دسی بل خواهد بود و فرکاس 200 هرتز (یک اکتاو بالا تر از Cut off Frequency) به قدرت 98 دسی بل (12- 110) خواهد رسد و همچنین فرکانس 400 هرتز ( 2 اکتاو بالا تر از Cut off Frequency) به قدرت 86 (12-98) خواهد رسید. بدیهی میباشد قدرت فرکانس 800 هرتز 74 دسی بل خواهد بود.

کراس اوور های اکتیو هم هیچ فرقی با پسیو ها نمیکنه. بسته به شیبی که دارن فرکانس ها رو تضعیف میکنه. معمولا کراس اوور های آمپها (که اکتیو هستن) 12 دسیبل در اکتاو هستن نه بیشتر. البته 9650هد یونیت و 8650 پایونیر تا 36 دسی بل در اکتاو کراس اور داره..
مارک های حرفه ای هم همین طور.

به طور کلی 2 نوع کراس اوور داریم که کلا روش ساخت و طراحیشون متفاوته. اگرچه عکلکرد تقریبا یکسانی دارند ولی کاربری های متفاوت میتونن داشته باشن.

1- کراس اوور الکترونیکی یا Active
2- کراس اوور قدرتی یا Passive

از اسمشون هم پیداست که اولی با مدار و قطعات الکترونیکی ساخته میشه و دومی با قطعات قدرتی (مثل خارن ها و سلف ها با ولتاژ تحملی بالا)

کراس اوور Active قبل از آمپلی فای کردن فرکانس ها قرار میگیره و با ولتاژ و آمپراژ پایین (در حد میلی آمپر و ولتاژ در حد 1الی 2 ولت) کار میکنه.
ولی کراس اوور Passive قبل از اسپیکر قرار میگیره. یعنی زمانی که فرکانس ها آمپلی فای شدن و ولتاژ و آمپر خیلی بالاست (ولتاژ حتی در حد 50 ولت و آمپر در حد حتی 10000 میلی آمپر)

جعبه های کوچیکی که قبل از اسپیکر ها قرار دارن کراس اوور Passive هستن.
حتی اگه بلندگوی ظبط خونگی تونو باز کنین احتمالا کراس اورشو میبینین (یکی 2 تا خازن یا سلف بسته به درجه فیلـتریگ و نوع فیلـتر)

کراس اوور ها از لحاظ قدرت فیلـتر کردن درجه های مختلفی دارند: (چه Passive و چه Active )

درجه 1 (1 Order): کراس اوور ضعیف به حساب میاد و شیب فیلـترینگ 6 دسیبل در هر اکتاو هست.
درجه 2 (2 Order): کراس اوور متوسط. شیب فیلـترینگ 12دسیبل در هر اکتاو.
درجه 4 (4 Order): کراس اوور قدرت مند. شیب فیلـترینگ 24 دسیبل در هد اکتاو.

کراس اوور بینابینی مثلا 18 دسیبل در هر اکتاو یا بالاتر مثلا 36 دسیبل در هر اکتاو هم وجود داره...
حتی بسته به اینکه از چه مداری استفاده بشه نوع یا اسم تخصصی کراس اوور تغییر میکنه.
جالب توجه که از خود باکس ساب ها هم به عنوان یک کراس اوور مکانیکی نام میبرند چراکه یک سری فرکانس بالا تر یا پایین تر رو روی یک شیب تضعیف میکنند.

متن بعدی راجع به ساخت کراس اوور پسیو خواهد بود.

{{{{کراس اور های اکتیو که با کلی مدارات پیچیده و استفاده از خازن ها و مقاومت ها و آپ امپ ها و... با کلی بدبختی طراحی میشه و به بهترین نحو ممکنه جواب میده رو هیچ وقت نمیشه با یک کراس اور پسیو مقایسه کرد.
در درس میکروکنترولر ، یک استاد داشتیم که به ما میکروهایی رو معرفی میکرد که مخصوص پردازش صدا و تصویر بودن.

اگه اینطوری بود که دیگه قرار دادن خروجی مخصوص ساب در پشت HU ها ، یا اینهمه تنظیمات صوتی که در HU ها وجود داره یک امر بیهوده بود.همه کار ها رو به جای استفاده از اینهمه مدارات پیچیده با 4 تا دونه خازن و سلف انجام میدادن.

اصلا کاری با کلمه کراس اور نداریم.فیلـتر های HPF و LPF هم اکتیو و پسیو دارن دیگه .اصلا اکولایزر که یک موضوع حیاتی در Hu به حساب میاد ، خودش متشکل از چندین فیلـتره. که شما با توجه به نیاز فرکانس های مورد نیاز را میبرید یا تضعیف میکنید یا تقویت میکنید.

هیچ وقت یک کراس اور اکتیو رو با یک کراس اور پسیو نمیتوان مقایسه کرد.بابا من ناسلامتی درسشو خوندم.


فکر میکنید که چرا در سیستم های خونگی یا حتی HU میان و خروجی های فرکانس بالا و پایین رو جدا میکنن و میدن به آمپ های جدا.

در زمان های قدیم تر میومدن و هر کاری که دلشون میخاست روی سیگنال صوتی انجام میدادن و بعد اونو تقویت میکردن و بعد میرفتن تا برسن دم بلندگو ها.حالا میومدن و با استفاده از کراس اور های پسیو فرکانسهارو تفکیک میکردن و فرکانسهای پایین رو تحویل ساب میدادن و فرکانسهای بالا رو تحویل توئیتر.
گاهی اوقات هم از کراس اور سه راهه استفاده میکردن و فرکانسهارو 3 دسته میکردن و اونارو به توئیتر و میدرنج و وفر تحویل میدادن.

بعد دیدن که اگه بیان و کراس اور رو از نوع اکتیو طراحی کنن و میتونن فرکانسهارو به صورت خیلی خیلی خیلی دقیقتر فیلـتر کنن و حتی آمپلیفایر هارو هم کلاسبندی کنن و حالا فرکانسهای تفکیک شده رو به صورت جدا جدا تقویت کنن.

این کار خیلی خیلی مزیت داشت.

به عنوان مثال فرکانسهای پایین بهره کمتری نسبت به فرکانسهای بالا از آمپ میکشن.یعنی اگه شما با یک آمپ بیاین و فرکانسهای بالا و پایین رو با همدیگه تقویت کنین و بعد با کراس اور پسیو فرکانسهای پایین رو جدا کنید و به یک ساب تحویل بدین، و بعد انقدر ورودی به آمپ بدین تا حدی که بیشتر از اون صدا خراب بشه.(یعنی روی مرز دیستورشن).

بعد بیاین و با استفاده از یک کراس اور اکتیو فرکانسها رو تفکیک کنین و بعد فرکانسهای پایین رو به همون آمپ بدین ، و دوباره ورودی رو تا اندازه ای بالا ببرین که خروجی صدا به مرز خراب شدن برسه، خواهید دید که این دفعه صدای بیشتری در فرکانسهای پایین ، نسبت به دفعه قبل دارین.


این یکی از برتری های کراس اور اکتیو نسبت به پسیو بود.

حالا بررسی مسئله کیفیت.

این کار رو حتی در عمل هم به آسونی میتوان تجربه نمود.

فرض کنید که یک hu داریم و یک آمپ. تمامی تنظیمات hu و آمپ در حالت flat باشن. بعد بیایم و یک فیلـتر پایین گزر (40 hz)پسیو با استفاده از سلف و ... بسازیم و اونو بین آمپ و ساب قرار بدیم.
در حالت دوم یک فیلـتر پایین گزر (40 hz) اکتیو با آپ امپ و ... بسازیم و اونو بین HU و آمپ قرار بدیم وساب رو مستقیما به آمپ متصل کنیم.

حالا به 2 صدا گوش کنیم.خواهیم دید که کراس اور اکتیو با پسیو اصلا قابل مقایسه نیست.}}}}
طراحی کراس اوور Passive:
درکراس اوور Passive از خازن بای پلار ( Bipolar Capacitor) و سلف (Inductor) استفاده میشه.
قبل از نوشتن روابط و توضیح مدار، مختصری راجع به رفتار خارن وسلف میپردازیم تا فلسفه استفاده از خازن و سلف مشخص بشه:

سلف:
از یک کویل و سیم پیچ (به دور کویل) تشکیل شده. اگه به دو سر سیم پیچ ولتاژ DC وصل کنیم، کویل به آهنربا تبدیل میشود و حول خود یک میدان مغناطیسی ایجاد میکنه. حال اگه جای مثبت و منفی ولتاژ رو عوض کنیم جای قطبهای آهنربا و میدان مغناطیسی عوض میشه.
میدانیم که ورودی اسپیکر ولتاژ متغیر میباشد و (بسته به نوع فرکانس ورودی) در هرثانیه بار ها جهت ولتاژ عوض میشه. (مثال: به ازای فرکانس 1000 هرتز، در هرثانیه 1000 بار جهت ولتاژ عوض میشه)
با عوض شدن ولتاژ میدان مغناطیسی هم مجبور به تغییر جهت میباشد. میدان مغناطیسی نسبت به این تغییر جهت کمی تنبل هست و زیاد ازتغییر جهت خوشش نمیاد. (چرا که در لحظه ای که ولتاژ تغییر جهت داده، هنوز میدان مغناطیسی از ولتاژ قبلی وجود دارد، بنابر این با ولتاژ جدید عوض شده مبارزه میکنه.)
به عبارت دیگه اگه یک سلف داشته باشیم و میدان مغناطیسی متناوب به آن اعمال کنیم، سلف برق تولید میکنه. این برق تولید شده از تناوب میدان مغناطیسی با برق موجود در سیم پیچ در تضاد میباشد و سعی بر خنثی کردن اون داره.
هر چه فرکانس این تغییرجهت بیشترباشه، سلف مقاومت بیشتری نشون میده و هر چه فرکانس پایین تر باشه رفتار سلف از این تغییر جهت بی تفاوت تر میشه و مقاومت ظاهری اش کمتر.
بنابر این از سلف به عنوان یک المان فیلـتر کننده فرکانس بالا LPF استفاده میشه چراکه فرکانس پایین راحت ازآن عبورمیکنن ولی در مقابل فرکانس بالا مقاومت زیادی از خود نشون میده (مثل یک مقاومت متغییرعمل میکنه که حساسیت مقاومت ظاهر شده به فرکانس ورودی مرتبط میشه)

خازن:
خازن یک ذخیره کننده بار الکتریکی محسوب میشه. در نوع ساده از دو صفحه تشکیل شده که بین دوصفحه یک ماده از جنس دی الکتریک وجود دارد. بار های الکتریکی بر روی این دو صفحه ذخبره میشوند.
میدانیم که از خازن هیچ جریانی نمیتونه عبور کنه، فقط شارژ و دشارژ شدنش باعث ایجاد جریان در مدار میشه.
اگه خازن رو به یک ولتاژ dc وصل کنیم، بعد از زمان کوتاهی شارژ میشود و جریان قطع میشه و به قول معروف مدار باز میشه.
حال اگر جهت جریان رو عوض کنیم دوباره جریان در مدار ایجاد میشود تا خازن دشارژ بشه و در جهت دیگه شارژ بشه.
به عبارت دیگه خازن در مقابل ولتاژ dc بعد از شارژ شدن به عنوان کلید باز عمل میکنه (مقاومت بینهایت)
ولی با عوض شدن جهت ولتاژ دوباره جریان ایجاد میشه. هر چه تعداد تغییر جهت های ولتاژ بیشتر باشه خازن از خودش مقاومت کمتری نشون میده و بلعکس.
بنابر این خازن در مقابل فرکانس های پایین مقاومت بیشتر و درمقابل فرکانس بالا مقاومت کمتر از خودش نشون میده. پس به عنوان یک hpf استفاده میشه.

کراس اوور Passive درجه یک (1st Order):
در این نوع کراس اوور یک خازن به تیوتر به عنوان HPF و یک سلف به ووفر به عنوان LPF سری میشود.
رابطه محاسبه سلف و خازن:
L=159.15*Z/f
(C=159155/(Z*f

Z: مقاومت الکتریکی اسپیکر (تیوتر یا ووفر) به واحد اهم
F: فرکانس Cut-off
واحد :L میلی هانری
واحد :C میکرو فاراد

کراس اوور Passive درجه دو (2th Order):
در این نوع کراس اوور از یک خازن بصورت سری و یک سلف بصورت موازی با تیوتربه عنوان HPF استفاده میشه. و همچنین یک سلف بصورت سری و یک خازن به صورت موازی با ووفر به عنوان LPF استفاده میشود.
فلسفه این طریقه فیلـتر بدین صورت است که در تیوتر خازن سری شده در مقابل فرکانس های پایین مقاومت زیادی از خود نشون میده و تا حدی(به مانند کراس اوور درجه 1) فرکانس های پایین رو حذف میکنه و سلف موازی شده (چون در مقابل فرکانس پایین مقاومت خیلی کمی دارد)، فرکانس های پایین را به جای عبور از تیوتر از خود عبور میده. توضیح اینکه در دو قطعه موازی، جریان از قطعه ای بیشتر عبور میکنه که مقاومت کمتری داره. (سلف و تیوتر موازی هستن). به عبارت دیگه 2 بار فرکانس ها فیلـتر میشن.

برای ووفر نیز همین توجیح قابل بیان است که سلف سری شده فرکانس بالا روفیلـتر میکنه و خازن موازی شده فرکانس های بالا رو (به علت پایین بودن مقاومت در فرکانس بالا) جذب خود میکنه تا ووفرنصیب کمتری ازفرکانس بالا ببره .

رابطه محاسبه سلف و خازن کراس اوور از درجه 2:
L1=225.08*Z/f
L2=112.54*Z/f
(C1=225079/(Z*f
(C2=112539/(Z*f

Z: مقاومت الکتریکی اسپیکر (تیوتر یا ووفر) به واحد اهم
F: فرکانس Cut-off
واحد :L میلی هانری

واحد :C میکرو فاراد