Bu devre, tek bir ses girişinden iki ayrı çıkış üretmek için hazırlanmış aktif bir crossover tasarımıdır. Giriş sinyali devre içinde iki kola ayrılır: biri subwoofer için düşük frekansları geçiren OUT Low çıkışına, diğeri ana hoparlör veya üst frekans katı için OUT High çıkışına gider.
Kesim frekansının 63Hz, 80Hz, 100Hz, 125Hz, 160Hz ve 200Hz seçenekleri arasından DIP switch ile seçilebilmesi, devreyi özellikle deneme ve ayar aşamasında kullanışlı hale getirir.
Subwoofer sistemlerinde tek bir sabit crossover frekansı her zaman en iyi sonucu vermeyebilir. Hoparlör kabini, oda akustiği, ana hoparlörlerin alt frekans kapasitesi ve subwoofer yerleşimi sonucu ciddi biçimde değiştirir.
Bu nedenle benzer konulardaki subwoofer aktif filtre devresi uygulamalarında olduğu gibi, kesim frekansını pratik dinleme ile ayarlayabilmek çoğu zaman hesap üzerindeki ideal değerden daha faydalıdır.
Bass Crossover Devresinin genel çalışma mantığı
İçerik
Şemada giriş J1 konnektöründen alınır. IC1A NE5532N opamp katı giriş tamponu gibi çalışarak sinyal kaynağını filtre ağlarından ayırır.
Bu sayede devrenin önceki ses katına yük bindirmesi azalır ve filtrelerin hesaplanan karakteristiği daha kararlı kalır.
Giriş tamponundan sonra sinyal iki aktif filtre yoluna ayrılır. Alt bölümdeki S1, S2, S3 ve S4 anahtar grupları ile R1–R48 dirençleri düşük geçiren filtrenin frekansını belirler.
Bu kolun çıkışı IC2B NE5532N üzerinden OUT Low olarak J4 konnektörüne verilir.
Üst bölümdeki S5, S6, S7 ve S8 anahtar grupları ile R49–R96 dirençleri ise yüksek geçiren filtre kolunu oluşturur.
Bu kolun çıkışı IC3B NE5532N üzerinden OUT High olarak J3 konnektörüne ulaşır.
Filtre bölümlerinde kondansatör değerleri sabit tutulmuş, frekans seçimi dirençlerin anahtarlanmasıyla yapılmıştır.
Bu yöntem, çok turlu potansiyometre kullanmadan tekrarlanabilir ve daha hassas kesim frekansı seçimi sağlar.
Özellikle düşük frekanslı aktif crossover devrelerinde potansiyometre toleransı, kanal eşleşmesi ve temas gürültüsü sorun çıkarabildiği için anahtarlı direnç seçimi temiz bir çözümdür.
İkinci dereceden Butterworth filtre yapısı
Devrede kullanılan filtreler ikinci dereceden aktif RC filtre mantığına dayanır. İkinci dereceden yapı teorik olarak 12dB/oktav eğim verir.
Butterworth karakteri ise geçiş bandında aşırı tepe yapmadan mümkün olduğunca düz bir cevap elde etmek için tercih edilir.
Bu özellik, subwoofer ile ana hoparlörlerin birbirine daha doğal bağlanmasına yardımcı olur.
Burada önemli nokta, crossover devresinin hoparlörün kendisini düzeltmediğidir. Devre yalnızca frekans bölme işini yapar.
Subwoofer kabininin akustik cevabı, amfinin kazancı ve ana hoparlörlerin alt frekans davranışı hâlâ sonucu belirler.
Bu nedenle devreyi kurduktan sonra 80Hz, 100Hz ve 125Hz gibi orta seçenekleri sırayla dinlemek iyi bir başlangıç olur.
Daha önce paylaşılan 50-200Hz subwoofer filtresi gibi uygulamalarda da benzer şekilde pratik ayar aralığı önemlidir.
DIP switch ile frekans seçimi
Şemada her frekans seçeneği için ilgili direnç grupları DIP switch üzerinden devreye alınır veya devreden çıkarılır.
Kaynak devrede pratik test için tüm switch konumlarının önce ON yapılması, ardından seçilecek frekans numarasına karşılık gelen anahtarların OFF konumuna alınması belirtilmiştir.
Örneğin kart üzerindeki tabloda 3 numaralı seçenek 100Hz olarak verilmişse, ilgili tüm switch gruplarında 3 numaralı anahtarlar OFF yapılır.
| Anahtar seçeneği | Kesim frekansı | Kullanım yorumu |
|---|---|---|
| 1 | 63Hz | Büyük kabinli subwoofer ve alt frekansı iyi inen ana hoparlörler için uygundur. |
| 2 | 80Hz | Ev sinema ve hi-fi sistemlerinde sık kullanılan dengeli bir başlangıç noktasıdır. |
| 3 | 100Hz | Küçük ana hoparlörlerle subwoofer uyumu için pratik bir ara değerdir. |
| 4 | 125Hz | Uydu hoparlörlerin bas kapasitesi sınırlıysa denenebilir. |
| 5 | 160Hz | Küçük sürücülü sistemlerde alt frekans yükünü subwoofer tarafına daha erken aktarır. |
| 6 | 200Hz | Daha özel uygulamalar için yüksek sayılabilecek bir crossover noktasıdır; subwoofer yönlenebilirliği artabilir. |
İdeal kullanımda alçak geçiren ve yüksek geçiren taraf aynı frekansa ayarlanır. Ancak bazı sistemlerde hoparlörlerin gerçek akustik cevabı düzgün değilse, düşük geçiren ve yüksek geçiren tarafı farklı değerlere almak daha iyi sonuç verebilir.
Örneğin subwoofer tarafı 125Hz, ana hoparlör tarafı 160Hz civarında denenerek geçiş bölgesindeki şişme veya çukur kulakla kontrol edilebilir. Bu denemelerde ses seviyesi düşük tutulmalı ve anahtar değişiklikleri mümkünse devre enerjisizken yapılmalıdır.
NE5532N opamp neden uygun?
IC1, IC2 ve IC3 olarak kullanılan NE5532N, çift opamp içeren ve ses devrelerinde sık karşılaşılan bir entegredir. Düşük gürültülü yapısı, hat seviyesi ses sinyalleriyle uyumlu olması ve unity gain tampon katlarında kullanılabilmesi bu tip aktif crossover devreleri için avantaj sağlar. Bu devrede opamp katları hem filtre hücrelerinin aktif elemanı olarak hem de giriş-çıkış izolasyonu için görev yapar.
NE5532N rail-to-rail bir opamp değildir. Bu nedenle besleme gerilimi düşük seçilirse çıkış salınım payı azalır. Devre kaynak bilgisinde simetrik ±5V ile ±15V aralığında beslenebilir olarak verilmiştir; pratikte hat seviyesi ses uygulamalarında ±12V veya ±15V gibi simetrik besleme daha rahat çalışma alanı sağlar.
Opamp temelli ses devreleri hakkında temel bilgi gerekiyorsa işlemsel yükselteçlerin genel özellikleri yazısı bu devrenin opamp tarafını anlamak için iyi bir tamamlayıcıdır.
Besleme ve bypass kondansatörleri
J2 konnektörü devrenin simetrik besleme girişidir. Şemada V+, V- ve ortak referans hattı görülür. C10, C11, C12, C13, C14 ve C15 gibi 100nF kondansatörler besleme hatlarında bypass görevi yapar.
Aktif filtre devrelerinde bu kondansatörler süs elemanı değildir; opampın ani akım ihtiyacını yerel olarak karşılar ve besleme hattından gelen parazitlerin ses yoluna karışmasını azaltır.
PCB tasarımında bu kondansatörlerin opamp besleme pinlerine yakın yerleştirilmesi gerekir. Uzun besleme yolları, özellikle yüksek empedanslı filtre düğümlerine yakın geçerse uğultu veya osilasyon benzeri sorunlara yol açabilir.
Devre ilk kez çalıştırılırken besleme verilmeden önce V+ ile GND ve V- ile GND arasında kısa devre kontrolü yapılmalıdır.
PCB ve montaj notları
Şemada çok sayıda direnç kullanıldığı için devre ilk bakışta kalabalık görünür. Bunun nedeni her frekans seçeneği için farklı direnç kombinasyonlarının anahtarlanmasıdır.
Kaynak projede kart boyutunu makul tutmak amacıyla direnç ve kondansatörlerin SMD seçildiği görülür.
Delikli plaket veya tamamen through-hole baskı devre ile de yapılabilir; fakat bu durumda PCB yeniden çizilmeli ve özellikle filtre yolları kısa tutulmalıdır.
- Direnç toleransı mümkünse yüzde 1 seçilmelidir. Crossover frekansındaki sapmayı en çok R-C değerleri belirler.
- Filtre kondansatörlerinde mümkün olduğunca kararlı tipler tercih edilmelidir. Düşük kaliteli seramik kondansatörler ses uygulamalarında beklenmedik tolerans ve mikrofonik etki gösterebilir.
- DIP switch gruplarında aynı anda yalnızca ilgili frekans seçeneği kullanılmalıdır. Birden fazla seçeneğin yanlışlıkla açık/kapalı bırakılması filtre hesabını bozar.
- Ses giriş ve çıkış hatları besleme yollarından uzak tutulmalıdır. Gerekirse giriş ve çıkış kabloları ekranlı kabloyla taşınmalıdır.
- Stereo kullanım için aynı devreden iki adet gerekir; şemadaki yapı mono kanal içindir.
Devreyi test ederken dikkat edilecekler
İlk denemede çıkışa doğrudan güçlü amfi bağlamak yerine önce osiloskop, sinyal jeneratörü veya düşük seviyede çalışan bir test düzeniyle kontrol yapmak daha sağlıklıdır.
Sinyal jeneratörü yoksa telefondan veya bilgisayardan düşük seviyeli sinüs test sesleri verilebilir. 50Hz, 80Hz, 100Hz, 200Hz ve 1kHz civarında dinleme veya ölçüm yaparak OUT Low ve OUT High çıkışlarının beklenen şekilde davrandığı görülebilir.
OUT Low çıkışında seçilen frekansın altındaki sinyaller daha güçlü, üstündeki sinyaller ise giderek zayıf olmalıdır. OUT High çıkışında bunun tersi beklenir.
Test sırasında iki çıkış aynı anda farklı amfi kanallarına bağlanacaksa şase bağlantılarının ortak referansı doğru paylaşmasına dikkat edilmelidir. Yanlış şaseleme uğultu, cızırtı veya bazı sistemlerde toprak döngüsü oluşturabilir.
Bu devre, aktif subwoofer eklemek istenen stereo sistemlerde, küçük uydu hoparlörlü amplifikatörlerde, DIY 2.1 ses sistemlerinde ve crossover frekansının deneyerek bulunması gereken atölye kurulumlarında işe yarar.
Hazır bir subwoofer modülünde sabit filtre varsa bu devreyi eklemek her zaman gerekli olmayabilir. Ancak ana hoparlörleri bas yükünden kurtarmak ve subwoofer tarafını ayrı kontrol etmek istiyorsanız aktif crossover kullanmak pasif bağlantıya göre daha temiz bir çözümdür.
Özetle bu NE5532N aktif crossover devresi, çok frekanslı yapısı sayesinde yalnızca tek bir teorik değere bağlı kalmaz.
Doğru montaj, temiz simetrik besleme ve dikkatli switch ayarıyla subwoofer ile ana hoparlör arasındaki geçiş bölgesini kulağa göre optimize etmeye imkân verir.
Küçük not
Şemada NE5532N opamp referansları, giriş-çıkış konnektörleri ve DIP switch grupları okunabilir durumdadır. Frekans seçimi için anahtar numarası ile frekans eşleşmesi uygulanırken varsa PCB üzerindeki tablo esas alınmalıdır; çünkü yanlış anahtar kombinasyonu filtre karakteristiğini değiştirir.
Kaynak: andy-progetti.com/multi-frequency-second-order-active-crossover-for-subwoofers-ne5532/ (kapalı)
