Filtry częstotliwości

W zwrotnicach do podziału pasma częstotliwości stosowane są różnorodne filtry (dolnoprzepustowe, pasmowoprzepustowe i górnoprzepustowe). Muszą one być dobrane do możliwości, parametrów i pożądanych charakterystyk kolumn głośnikowych.

Właściwości filtrów określają m.in. zakres tłumienia na granicach przetwarzanego pasma częstotliwości (przez odpowiednie nachylenie zbocza opadającej charakterystyki). Zwykle nie ma ostrej granicy częstotliwościowej między poszczególnymi filtrami zastosowanymi w zwrotnicy, a poszczególne charakterystyki filtrów krzyżują się w pewnym punkcie, zwanym punktem przecięcia lub częstotliwością podziału. Płynne przejścia między poszczególnymi zakresami sprawiają, że nie pojawiają się niepożądane zniekształcenia w słyszalnym sygnale wytwarzanym przez kolumnę.

Charakterystyki filtrów stosowanych w zwrotnicach głośnikowych są bardzo różne. Nazwy wielu popularnych filtrów częstotliwości wywodzą się od nazwisk matematyków, którzy stoją za ich opracowaniem. Wyróżnia się m.in. filtry Butterwortha, Czebyszewa czy Bessela. Nazewnictwo to jest już w stanie powiedzieć nieco więcej o kształcie charakterystyki t akiego filtra i tego, jak zachowuje się w zakresie częstotliwości podziału zwrotnicy, np. charakterystyka filtra Bessella jest stosunkowo najmniej pofalowana i wyróżnia się niską dobrocią, z kolei filtr o charakterystyce Czebyszewa charakteryzuje się dużą dobrocią i szybkim opadaniem charakterystyki po przekroczeniu częstotliwości podziału.

W zależności od konstrukcji zwrotnicy możemy mieć do czynienia z różnym rzędem zastosowanego filtra. Najpopularniejsze są filtry pierwszego, drugiego i trzeciego rzędu. Najprostszy układ pierwszego rzędu tworzą szeregowo włączone w obwód cewka (jako filtr dolnoprzepustowy – dla głośnika niskotonowego) i kondensator (jako filtr górnoprzepustowy – dla głośnika wysokotonowego). W zwrotnicach drugiego rzędu mogą być stosowane po dwa elementy dla głośnika nisko-średniotonowego i wysokotonowego: cewka oraz kondensator (w odwrotnych konfiguracjach). W wypadku trzech głośników – dla głośnika średniotonowego stosuje się filtr będący szeregowym połączeniem filtru górno- i dolnoprzepustowego.

Im wyższy rząd, tym bardziej złożona konstrukcja zwrotnicy (większa liczba zastosowanych elektronicznych elementów biernych – cewek i kondensatorów), ale też bardziej precyzyjnie może funkcjonować taki filtr. Wyższy rząd filtru pozwala na uzyskanie węższego pasma przejściowego (bardziej stromej charakterystyki). Umożliwia także większą kontrolę nad kształtem charakterystyki filtru.

Nachylenie zbocza filtru podaje się w decybelach na oktawę (dB/okt.). Może ono wynosić np. 6 dB/okt. (zwrotnica pierwszego rzędu) lub 12 dB/okt. (zwrotnica drugiego rzędu). Im większa wartość, tym bardziej strome zbocze filtru. W teorii nachylenie zbocza może być nawet nieskończenie duże i zaczynać się dokładnie w punkcie odcięcia filtru (tzw. filtry typu Brickwall). Z drugiej strony, im wyższy rząd, tym wię ksze przesunięcie fazowe (opóźnienie) wnoszone przez filtr, co czasem również ma znaczenie.

Nie ma jednak reguły, która mówiłaby o tym, że im wyższy rząd zwrotnicy i bardziej strome nachylenie zbocza filtru, tym zwrotnica jest lepsza. Musi ona być po prostu dopasowana do rodzaju i liczby przetworników elektroakustycznych wykorzystywanych w kolumnie, a parametry zwrotnicy muszą dobrane tak, aby zapewnić optymalne brzmienie zestawu głośnikowego jako całości.