MatriXover-III - универсальный матричный 3-х полосный кроссовер

  Цель проекта

Хочу рассказать о воплощении моей многолетней мечты - построении универсального трёхполосного пассивного кроссовера MatriXover-III. Этот кроссовер получился самым сложным, самым длительным по времени реализации и самым дорогостоящим в моей практике на сегодняшний день. Обдумывание концепции, конструктива, схемной топологии, выбор элементной базы и физическая реализация отняли ни много ни мало чуть больше года. MatriXover-III явился логическим продолжением двухполосного проекта MatriXover-II, хотя задумывался задолго до него. Было решено сначала потренироваться на более лёгком проекте, поэтому, первым на свет появился MatriXover-II, после чего многие идеи из него уже успешно перекочевали в MatriXover-III.

Основное назначение MatriXover-III:

• Облегчить, повысить эффективность и ускорить процесс разработки трёхполосных акустических систем
• Получить возможность максимально точной подстройки параметров кроссовера разрабатываемых АС непосредственно в целевой комнате прослушивания, с учётом её акустических свойств, звуковоспроизводящей аппаратуры и личных вкусовых предпочтений Заказчика
• Реализовать возможность быстрого и наглядного сравнения (или демонстрации разницы) звуковых почерков разных типов (производителей) критически важных компонентов кроссовера. С этой целью в конструкции предусмотрены тумблеры для быстрой коммутации и клеммные колодки для подключения тестируемых компонентов

Вполне возможно, для кого-то этот проект в эру повсеместного применения цифровых кроссоверов с их фантастическими возможностями покажется полным бредом и ненужным анахронизмом, но у меня на этот счёт свои соображения, да и, надеюсь, профессиональные разработчики акустических систем смогут по-достоинству оценить мои усилия. 

  Конструкция

Конструктивно MatriXover-III выполнен в виде двух переносных блоков, представляющих собой П-образный несущий каркас из фанеры толщиной 21 мм, внутри которого установлены раздельные модули фильтров низких, средних и высоких частот. Фильтры имеют двухэтажную конструкцию и собраны на 14 платах из фрезерованного текстолита. Возможно как вертикальное, так и горизонтальное рабочеее положение блоков. 

Особое внимание во время разработки кроссовера было уделено минимизации паразитного взаимного влияния компонентов друг на друга, а именно:

• Снижение паразитной взаимной индукции соседних катушек индуктивности за счёт оптимизации их взаимной ориентации и расстояния между ними.
  Методика заключалась в использовании одной катушки в качестве передатчика магнитного поля, а второй в качестве приемника. На передающую катушку подавался сигнал от генератора с частотами 100 Гц, 1кГц и 10 кГц, а положение приемной катушки определялось по мимнимальному отклику. Удалось достичь паразитного изменения индуктивности на уровне не более 2% от номинального значения в самом худшем случае. Это значит, что суммарное значение индуктивности L∑ двух последовательно соединённых рядом стоящих катушек L1 и L2 находилось на уровне (L1+L2)*0.98<L∑<(L1+L2)*1.02. Естественно, новое значение после завершения монтажа было отражено в фактической принципиальной схеме. Можно было достичь ещё лучших результатов, но в таком случае не удалось бы поместиться в запланированные габаритные размеры изделия, поэтому был выбран разумный компромисс.
   
• Снижение паразитного влияния соседних металлических элементов, как пара-, так и диамагнетиков (метизы, алюминиевые корпуса конденсаторов, медные фольговые обкладки конденсаторов, крупные металлические детали клеммных колодок) на индуктивнось катушек. Достигнуто благодаря выбору оптимального расстояния до влияющих элементов и их материала. Например, абсолютно все метизные изделия изготовлены из немагнитной нержавеющей стали. Удалось достичь паразитного изменения индуктивности на уровне не более 1% от номинального значения.

  Очень часто с улыбкой наблюдаю в интернете многочисленные кроссоверы известных брэндов, которые пестрят конструкторскими ляпами. Например, ленточные катушки индуктивности стоят вплотную к крупным конденсаторам в алюминиевых корпусах. В таких случаях случаях при самой неблагоприятном расположении компонентов можно с лёгкостью получить провал до минус 20%(!) на частоте 10 кГц. Или гораздо более распространённый случай, когда оси близко расположенных катушек развернуты на 90 градусов, но не находятся во взаимно перпендикулярных плоскостях. Если такие катушки относятся к фильтрам соседних полос, то уже только по одной фотографии кроссовера можно определить технический уровень разработчиков и их произведений.

Каждый электрический компонент кроссовера может быть мгновенно подключен/отключен с помощью индивидуального высококачественного тумблера с позолоченными контактами, производства компаний C&K (USA) и APEM (France). Во многих местах для подключения высококачественных резисторов или других дополнительных компонентов установлены клеммные колодки с латунными позолоченными контактами. В ответственных узлах установлены электрические компоненты только очень высокого качества производства компаний Mundorf (Germany), Duelund (Denmark), ClarityCap (Great Britain). Во вспомогательных цепях с целью сохранения приемлемых габаритов установлены бюджетные, но вместе с тем качественные полипропиленовые конденсаторы, металлопленочные резисторы и проволочные катушки индуктивности с воздушным сердечником. Распайка произведена бессвинцовым серебросодержащим припоем Oyade SS-47 (Japan).

Все электрические соединения выполнены монтажными проводами следующих типов:

• моножильный провод с сечением 16 AWG из монокристаллической меди UPOCC в тефлоновой изоляции торговой марки Neotech
• многожильный провод с сечением 16 AWG из монокристаллической меди UPOCC в тефлоновой изоляции торговой марки Neotech
• многожильный провод с сечением 14 AWG из монокристаллической меди UPOCC в PVC изоляции торговой марки Neotech

В качестве внешнего интерфейса использованы отлично зарекомендовавшие себя в течение многих лет терминалы из теллурриевой меди (Cu 99.5%) торговой марки Propeller Post.

По моему мнению, полученный конструктив позволяет "свести" до 95% всевозможных конфигураций трёхполосных АС. Оставшиеся 5% относятся на случаи использования динамиков с экзотическими характеристиками, для которых понадобится некоторое расширение конструктива.

Габаритные размеры блока - 460х470х200 мм. Масса - 22 кг. Тяжёлый, зараза, но, слава Богу, ещё подъёмный.

  Модуль фильтра низких частот

Модуль фильтра низких частот обладает следующими особенностями:

• Возможность реализации электрических фильтров от 1-го до 3-го порядка
• Две катушки индуктивности со стальными ламинированными сердечниками и многочисленными отводами позволяют получить любую последовательную индуктивность фильтра в диапазоне от 3 до 13 мГн с шагом 0.3-0.5 мГн
• Режекторный фильтр с воздушной катушкой индуктивности с отводами на 35 мГн, 43 мГн и 50 мГн
• Основная ёмкость фильтра - выбор из 64-х значений в интервале от 5.1 до 300 мкФ
• Дополнительные клеммные колодки для добавочных резисторов и катушек индуктивности
• В качестве основных в фильтре использованы конденсаторы серий Mundorf Supreme 10 мкФ, 22 мкФ (х6), Mundorf EVO Oil 150 мкФ, MDL XPP250 5.1 мкФ

  Модуль фильтра средних частот

Модуль фильтра средних частот обладает следующими особенностями:

• Возможность реализации электрических фильтров низких частот от 1-го до 3-го порядка и высоких частот от 1-го до 2-го порядка. Возможно подключение динамика в обход фильтра высоких частот
• В качестве основных последовательных катушек индуктивности применены ленточные медные катушки Goertz (USA) и Mundorf (Germany). Диапазон индуктивностей от 0.1 до 1.5 мГн плюс возможность подключения дополнительной внешней индуктивности
• В качестве основных в фильтре использованы конденсаторы серий Mundorf Supreme 4.7 мкФ, 10 мкФ, 22 мкФ (х7), Mundorf Supreme EVO Silver-Gold-Oil 10 мкФ, Duelund CAST Cu-Sn 6.8 мкФ (установлен на плате ВЧ фильтра)
• Регулируемый параллельный режекторный фильтр с частотой настройки от 42 до 410 Гц
• Регулируемый паралельный или последовательный режекторный фильтр с частотой настройки от 890 Гц до 19 кГц
• Дополнительные клеммные колодки для добавочных резисторов

  Модуль фильтра высоких частот

Модуль фильтра высоких частот обладает следующими особенностями:

• Возможность реализации электрических фильтров высоких частот от 1-го до 3-го порядка
• В качестве основных в фильтре использованы конденсаторы серий Mundorf Supreme Silver-Gold-Oil 4.7 мкФ, 3.3 мкФ, Mundorf Supreme EVO Silver-Gold-Oil 2.2 мкФ, Mundorf Supreme 0.47 мкФ, Duelund CAST Cu-Sn 0.56 мкФ, 2.2 мкФ, 3.3 мкФ, 4.7 мкФ. Имеется возможность выбора типа конденсатора - либо только полипропиленовый, либо только бумаго-масляный, либо же их комбинация
• В качестве основных параллельных катушек индуктивности применены ленточные медные катушки Mundorf CFC16 (Germany). Диапазон индуктивностей от 0.1 до 0.65 мГн плюс возможность подключения дополнительной внешней индуктивности
• Регулируемый параллельный режекторный фильтр с частотой настройки от 600 Гц до 40 кГц
• Дополнительные клеммные колодки для добавочных компонентов

  Заключение

Несмотря на свою громоздкость, вычурность и дороговизну, MatriXover-III полностью оправдал мои ожидания. Разработка АС теперь отнимает гораздо меньше времени и сил, теперь она превратилась из рутинного процесса в сплошное удовольствие! Меньше ошибок, больше итераций, лучше конечный результат. Наконец-то ушли те времена, когда квадратные метры пола были усеяны деталями, соединённых регулярно отваливающимися "крокодилами", пучками проводов, коробками деталей и т.п. Всё, что мне теперь нужно, это пара MatriXover-III и пара коробочек с резисторами

Евгений Кожушко 19.11.2024