No.170

เดชฤทธิ์ พลเยี่ยม

อีเมล์ : ฺBobby524@hotmail.com

แฟนเพจ : facebook.com/bobbysound88

  

 

“ นัยยะการพัฒนาทฤษฎีการออกแบบของครอสโอเวอร์ Linkwitz-Riley
เป็นสมมติฐานสำคัญที่ได้จากเสียง ซึ่งถูกปลดปล่อยจากไดรเวอร์แต่ละตัวในแนวตั้ง ”

 

 

... (เนื้อหาต่อจากตอนที่แล้ว..)...

 

          ถัดมาเป็น order 4^th หรือ LR4/LR-4 ใน order นี้อาจถือได้ว่าปัจจุบันถูกใช้อย่างแพร่หลาย ในวงการออดิโอครอสโอเวอร์ โดยโครง สร้างจะเกิดจากการต่อ cascade ของฟิลเตอร์ Butterworth จาก order ที่ 2^nd จำนวนสองชุด ซึ่งได้จุดตัดความชันเท่ากับ 24dB/octave หรือ 80dB/decade ลักษณะการเลื่อนเฟสจะเท่ากับ +/- 180 องศา โดยผลรวมเฟสต่างกันถึง 360 องศา ซึ่งมักจะเกิด in phase และจะมีปัญหาเรื่องคาบไทม์ดีเลย์ในช่วง low-pass แต่เวกเตอร์เฟสตรงข้ามอินพุต และรวมได้แรงดันเท่ากันที่ 1 โวลต์... ถัดไปเป็น order 8^th หรือ LR8/LR-8 สำหรับ order นี้ กราฟจุดตัดความชันจะดิ่งมาก ซึ่งได้ค่าเท่ากับ 48dB/octave หรือ 160dB/decade ซึ่งเกิดจากการต่ออนุกรม order 4^th ของฟิลเตอร์ Butterworth เข้าด้วยกัน โดยเฟสจะเลื่อน +/-360 องศา เฟสจึงมีค่าตรงกับอินพุตและรวมแรงดันได้ 1 โวลต์ สรุปว่า L-R ครอสโอเวอร์มีจุดเด่นอยู่หลายประการคือ... (1) ผลรวมของแรงดันเอาต์พุตทุกความถี่มีค่าเท่าเดิม โดยอ้างอิงกับจุดตัดครอสโอเวอร์... (2) เฟสของเอาต์พุตมีค่าเท่ากันทุกๆ ย่านความถี่ การันตีจากการตอบสนองโพลาร์ ณ. จุดตัดครอสโอเวอร์... (3) การตอบสนองแอมพลิจูดมีความเรียบตลอดทุกย่านความถี่ ที่จุดตัด 24dB/octave หลัง roll-off… (4) ผลรวมทางอะคูสติกระหว่างไดรเวอร์ 2 ตัวจะเป็นยูนิตี้ ซึ่งการตอบสนองแอมพลิจูดแต่ละข้างจะเป็น -6dB ซึ่งจะไม่พบปัญหาการพีคเมื่อรวมสัญญาณอะคูสติกทางเอาต์พุต... (5) ไดรเวอร์ทุกตัวจะเหมือนเชื่อมต่อสายแบบเดียวกัน นั่นคือเกิดการ in phase ทั้งหมด

 

ตัวแปรในการแก้ปัญหา

 

          สิ่งหนึ่งที่ถูกนำไปแก้ปัญหาระบบเสียง ไม่ว่าจะเป็นเรื่องการทำ alignment ครอสโอเวอร์ที่ออกแบบโดย Linkwitz-Riley ทว่าถือเป็นเรื่องเรียบง่ายที่สุด โดยทั่วไปจะใช้กันเพียงไม่กี่มาตรฐานเท่านั้นคือ order 2^nd ของ Butterworth ซึ่งต่ออนุกรมกัน ความซับซ้อนจะเกิดขึ้นเมื่อความถี่ของครอสโอเวอร์ถูกปรับแต่ง หลังจากท่านได้ศึกษาและปฏิเสธวิธีการทั้งหมดของมาตรฐานทำงานบางอย่าง บริษัทบางแห่ง ตัวอย่าง Rane ได้พัฒนาตัวแปรสำหรับการแก้ปัญหานั่นคือ order ที่ 4^th ซึ่งเป็นครอสโอเวอร์ที่ Linkwitz-Riley ออกแบบโดยเฉพาะ ตามแนวทางในการแก้ปัญหาของเขา ซึ่งอาจจะมีมากกว่ารุ่นอื่นๆ ด้วยเหตุผลต่อไปนี้... (1) เหมาะที่จะใช้กับการจัดการ high-pass และ low-pass เอาต์พุตซึ่งทำ งานพร้อมๆ กันโดยจะให้ย่านความถี่เดียวกันเสมอ... (2) ในการเปลี่ยนแปลงย่านความถี่สามารถเปลี่ยนได้พร้อมกันทั้งย่าน high-pass และ low-pass เอาต์พุต โดยจะไม่มีผลต่อค่าแอมพลิจูดหรือค่า Q (Quality factor)… (3) Sensitivity ของฟิลเตอร์จะมีค่าต่ำมากๆ (Sensitivity เป็นตัวชี้วัดผลกระทบของอุปกรณ์ที่ไม่เหมาะสม ในที่นี้ยิ่งต่ำยิ่งดี)... (4) เป็นครอสโอเวอร์ที่มีประสิทธิภาพสูงมาก ซึ่งมีชุดฟิลเตอร์ order 4^th ที่บรรจุในครอสโอเวอร์ของ Rane ซึ่งเป็นตัวแปรหนึ่งในการแก้ปัญหาด้านความถี่เสียงให้ท่านได้

 

การแก้ไขไทม์และเฟส

 

          นัยยะการพัฒนาทฤษฎีการออกแบบของครอสโอเวอร์ Linkwitz-Riley เป็นสมมติฐานสำคัญที่ได้จากเสียง ซึ่งถูกปลดปล่อยจากไดรเวอร์แต่ละตัวในแนวตั้ง แน่นอนว่าไดรเวอร์ไม่มีค่าการหน่วงเวลาหรือไทม์ดีเลย์ในตัว มันจะทำหน้าที่อย่างตรงไปตรงมา และไม่สามารถห้ามอาการไทม์ดีเลย์ที่เกิดขึ้นได้เหมือนกับบนครอสโอเวอร์ใดๆ การทำงานผิดพลาดในลักษณะ lobing จะเกิดขึ้นเมื่อเสียงถูกปลดปล่อยจากไดรเวอร์ทั้งสองไปสู่ด้านหน้าพร้อมๆ กัน

 

 

รูปการวางตำแหน่งไดรเวอร์

 

          ในรูปการวางตำแหน่งไดรเวอร์ จะเป็นลักษณะการวางไดรเวอร์ทั้งสองเทียบแทนกัน

 

 

รูปเปรียบเทียบลักษณะเกิด lobing error และการแก้ปัญหาดีเลย์ไทม์ ฝั่งซ้ายมือไม่มี time alignment ด้านขวามี time alignment

 

          ส่วนรูปเปรียบเทียบลักษณะเกิด lobing error และการแก้ปัญหาดีเลย์ จะแสดงให้เห็นถึงการเคลื่อนที่ของเสียงดังกล่าว จากด้านหน้าไปด้านหลัง ซึ่งทำให้เกิดข้อผิดพลาด นั่นคือภาวะ lobing ซึ่งไม่มีการจัดตำแหน่งในเรื่องเวลาหรือ time alignment สำหรับครอสโอเวอร์ของ Linkwitz-Riley จึงถูกนำมาประยุกต์ใช้กับไดรเวอร์ที่ไม่อาจตอบสนองเรื่องการจัดตำแหน่งด้านเวลาได้เอง ซึ่งก็เหมือนใส่ยาวิเศษให้มัน อาการ lobing error นี้ค่าของมันไม่ได้เป็นศูนย์ แต่ลักษณะรูปทรงจะเอียงและทำให้แม็กนิจูดเกิดการผิดพลาดได้ โดยแสดงในรูปเปรียบเทียบลักษณะเกิด lobing error และการแก้ปัญหาดีเลย์ไทม์ (ฝั่งบนซ้าย) จะเห็นรูปทรงรัศมีของ lobing มันเอียงขึ้นไปด้านบน ส่วนรูปเปรียบเทียบลักษณะเกิด lobing error และการแก้ปัญหาดีเลย์ไทม์ (ฝั่งล่างขวา) จะเป็นรูปที่ไดรเวอร์ถูกจัดตำแหน่งของเวลาซึ่งจะเห็นว่า lobing จะไม่เกิดการเอียงซึ่งผลคือจะทำให้แม็กนิจูดทำงานได้เต็มที่

 

ครอสโอเวอร์ต้นแบบ

 

 

ตัวอย่างวงจรครอสโอเวอร์แบบพาสซีฟของ order ที่ 1^st 

  

          ในการศึกษาครอสโอเวอร์ ควรเริ่มจากการศึกษาวงจรความถี่ชนิดต่างๆ อาทิวงจร cut-off วงจร high-pass ฟิลเตอร์ วงจร low-pass ฟิลเตอร์ สำหรับเอ็นจิเนียร์ที่ต้องการเน้นการใช้งานแบบรวบรัด อาจจะศึกษาการทำงานของฟิลเตอร์แต่ละแบบ รวมถึงลักษณะ order ต่างๆ เริ่มจาก order ที่ 1^st, 2^nd, 3^rd, 4^th ก็ว่ากันไป แต่สำหรับผู้ที่อยากลงลึกให้เข้าใจถึงแก่น เพื่อนำไปแก้ปัญหาระบบหรือออกแบบ หรือต้องการแม่นในเรื่องนี้ก็ต้องศึกษาตั้งแต่ระดับวงจรต้นแบบกันเลยทีเดียว ในวงจรครอสโอเวอร์แบบอะนาลอกจะประกอบด้วย ตัวต้านทาน หรือใช้อักษรย่อ R และ ตัวเก็บประจุ ใช้อักษรย่อ C โดยในวงจร order ที่ 1^st จะไม่มีอะไรอื่นเลย นอกจาก R และ C ซึ่งชิ้นส่วนดังกล่าวนี้ถูกนำมาใช้ในวงจรอิเล็กทรอนิกส์อย่างมาก เรื่องของ R จะขอเล่าย้อนนิดหน่อย เผื่อผู้อ่านบางท่านไม่ได้ศึกษาอิเล็กทรอนิกส์มาโดยตรง ถ้าท่านทราบดีอยู่แล้วก็ขอให้ข้ามเนื้อหาส่วนนี้ไปได้...

 

          สำหรับ ตัวเก็บประจุ หรือ คาปาซิเตอร์ (C; Capacitor) เป็นอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์พื้นฐานตัวหนึ่ง มีหน่วยเป็น "ฟารัด" (F) ทำหน้า ที่เก็บพลังงานในสนามไฟฟ้า ที่สร้างขึ้นระหว่างคู่ฉนวน ซึ่งมีค่าประจุไฟฟ้าเท่ากัน แต่มีบางชนิดที่มีประจุตรงข้ามกัน โดยทั่วไปท่านสามารถพบได้ในวงจรอิเล็กทรอนิกส์เหมือน R… หากถามว่ามันทำงานยังไง...? และทำไมต้องเอามาใช้ในวงจรครอสโอเวอร์...? ตัว C จะทำงานสองสถานะ คือทำหน้าที่เก็บประจุและคายประจุ เมื่ออยู่ในสถานะเก็บประจุมันจะดูดอิเล็กตรอนไปไว้ที่แผ่นเพลต ในกรณีที่ปล่อยไฟฟ้าขั้วลบเข้าไป มันจะดึงอิเล็กตรอนจากแหล่งจ่ายไฟเข้าไปรวมกันที่แผ่นเพลต ทำให้เกิดประจุลบขึ้น ขณะเดียวกันมันก็จะผลักอิเล็กตรอนไปยังฝั่งตรงข้าม พอมันผลักไปเยอะๆเพลตดังกล่าวจะมีแต่ประจุบวกมากกว่า เมื่อเก็บแล้วก็ต้องคายไม่งั้นอาจท้องแตกได้... (ฮา) สถานะการเก็บประจุเทียบได้กับการชาร์จไฟเข้าไปแบตเตอรี่ ถ้าไม่มีการต่อวงจรอย่างสมบูรณ์ อิเล็กตรอนมันจะยังฝังตัวอยู่แผ่นเพลตนั้น เมื่อไหร่ที่ต่อครบทั้งสองด้าน (ขั้วบวกและลบ) อิเล็กตรอนก็จะวิ่งจากแผ่นเพลตจากฝั่งลบ ไปแผ่นเพลตบวกทันที จึงเรียกว่าการคายประจุนั่นเอง ทีนี้ตัวเก็บประจุที่ใช้กันทั่วไปมีอยู่สองแบบคือ แบบค่าคงที่กับแบบเปลี่ยนค่าได้ และในชนิดค่าคงที่นั้น มีหลายแบบให้เลือก (น่าจะสัก 7 แบบ แต่คงไม่เอามาเล่าทั้งหมด) สำหรับวง จรครอสโอเวอร์จะนิยมใช้ตัวเก็บประจุแบบโพลีโพรไพลีน ในวงการเรียกชื่อย่อว่า MKP เป็นตัวเก็บประจุที่มีประสิทธิภาพสูงกว่า และสามารถทำงานได้ทั้งแรงดันกระแสตรงและกระแสสลับ ถ้าทำงานกับกระแสสลับมันจะเปลี่ยนโหมดตัวเองไปทำงานคล้ายตัวเก็บประจุแบบโพลีสไตรีน หรือ MKS (หาซื้อตามร้านใหญ่ๆ ในบ้านหม้อ หรือร้านอิเล็กทรอนิกส์ชั้นนำ เช่น บ.นัฐพงษ์ฯ ก็มีขาย)

 

 

การนำ R กำลังวัตต์ต่ำหลายตัวมาประยุกต์ใช้แทน R วัตต์สูง

 

          อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ของวงจรครอสโอเวอร์ที่ขาดไม่ได้คือ ตัวเหนี่ยวนำ หรือ Inductor ใช้สัญลักษณ์ L บางทีอาจจะเรียกว่า คอยล์ หรือ รีแอคเตอร์ แล้วแต่จะเรียกกัน โดยมีหน่วยเป็น H "เฮนรี" มีสองขาทำงานเป็นพาสซีฟ โดยมีหน้าที่ป้องกันการเปลี่ยนแปลงของกระแสไฟ ฟ้าที่ไหลผ่านตัวมัน ลักษณะรูปร่างเป็นลวดทองแดงม้วนกลมๆ ซึ่งมีทั้งแบบแกนและไร้แกน เมื่อกระแสไหลผ่าน พลังงานจะถูกกักไว้ชั่วคราวในรูปของสนามแม่เหล็กอยู่ในตัวเหนี่ยวนำ เมื่อกระแสนั้นมีการเปลี่ยนแปลงไป โดยสนามแม่เหล็กนั้นจะมีแปรผันตามเวลา จึงทำให้เกิดแรงดันไฟ ฟ้าในตัวนำ ทีนี้ก็เข้ากฎของฟาราเดย์ ที่สรุปไว้ว่า มันจะเกิดการต้านการเปลี่ยนแปลงของกระแสที่มันสร้างขึ้น ตัวเหนี่ยวนำถือเป็นอุปกรณ์หนึ่งในสามคือ R, C และ L ถูกนำไปใช้ในวงจรพาสซีฟครอสโอเวอร์และวงจรพาสซีฟอื่นๆ มากที่สุด ซึ่งจุดเด่นของ L บางชนิดจะไม่ยอมให้ไฟ AC ไหลผ่าน จะยอมให้เฉพาะ DC ผ่านเท่านั้น เช่น โช้ค และยังสามารถใช้ในวงจรฟิลเตอร์เพื่อแยกสัญญาณที่มีความถี่แตกต่างกันและใช้ร่วมกับตัว C เพื่อให้สามารถปรับหาความถี่ได้ อย่างเช่นการหาความถี่วิทยุ เราคงไม่ลงลึกถึงระดับทฤษฎีวงจร เกรงจะหลุดคอนเซ็ปต์ของบทความนี้

 

 

ภาพขดลวดเหนี่ยวนำพันสำเร็จรูปพร้อมใช้งาน

 

หลักการของครอสโอเวอร์

 

 

 

ครอสโอเวอร์ตัวนี้มีอุปกรณ์เกือบทุกเกรด

 

          ครอสโอเวอร์เป็นตัวจัดสรรค์ความถี่ โดยมีวงจรกรองความถี่หรือฟิลเตอร์ชนิดต่างๆ บรรจุอยู่ภายใน... ทำไมจึงต้องกรองความถี่ เวลาเสียงอยู่ในระบบไฟฟ้า เมื่อมันถ่ายทอดผ่านลำโพงหรือไดรเวอร์ เสียงนั้นจะถูกปล่อยผ่านไดรเวอร์ ซึ่งปัจจุบันไม่ค่อยนิยมใช้ไดรเวอร์ที่สามารถตอบสนองทุกย่านความถี่ (20Hz-20kHz) ภายในตัวเดียวกัน แม้จะมีการทำไดรเวอร์ชนิดฟูลเรจน์หรือโคแอคเชียลออกมาก็ตาม สำหรับฟูลเรนจ์หรือโคแอคเชียลยังไม่สามารถตอบสนองเรื่องกำลังขับสูงๆ จัดๆ ได้ เหตุผลก็เพราะว่า การที่จะสร้างไดรเวอร์ที่ตอบสนองทุกย่านความถี่และให้กำลังขับสูงๆ น่าจะทำให้มีต้นทุนสูงอยู่และ ตัวอย่างไดรเวอร์ซับวูเฟอร์ ถ้าป้อนคลื่นความถี่ 50Hz ผลจะทำให้ลำโพงสั่น 50 ครั้งต่อวินาที และไดรเวอร์จะมีเสียงดังได้ คลื่นนั้นต้องมีแอมพลิจูด ยิ่งดังมากไดรเวอร์จะต้องสั่นรุนแรงมาก และต้องมี Sensitivity ที่สูงๆ ถามว่าแล้วไดรเวอร์ที่เราป้อนมันตอบสนองต่อความถี่นั้นหรือไม่ ปกติไดรเวอร์ที่ตอบสนองย่านความถี่ต่ำ จะมีสเป็กประมาณ 20-200Hz ซึ่งเป็นคอนซูมเมอร์โปรดักซ์ ในงานไลฟ์ซาวด์ของมืออาชีพจะเลือกใช้ขนาดที่ต่ำกว่า 100Hz หรือในโรงภาพยนตร์ระบบ THX จะเลือกใช้ต่ำกว่า 80Hz ตัวบอดี้มักจะมีกรวยขนาดใหญ่ ตั้งแต่ 5 นิ้ว 8 นิ้ว 10 นิ้ว 12 นิ้ว 18 นิ้วหรือ 21 นิ้ว วัสดุจะตอบสนองการกระพือในอัตราความเร็วต่ำ เพราะผนังกรวยมีมวลมากทำให้ตอบสนองการสั่นที่รุนแรงได้ดี อย่างไรก็ดี ควรเช็คสเป็กไดรเวอร์จะทำให้รู้ว่ามันตอบสนองความถี่ตั้งแต่กี่เฮิรตซ์ถึงกี่เฮิรตซ์

 

 

B&C รุ่น 15CXN76

 

         ถัดไป ลำโพงเสียงกลาง หรือ มิดเรจน์ คุณสมบัติจะตอบสนองต่อความถี่ย่านกลางๆ ได้ดี โดยทั่วไปจะตอบสนองความถี่ช่วง 300 ถึง 5kHz ถ้าต้องการให้เสียงกลางออกมาชัดควรใช้ไดรเวอร์ชนิดนี้ ตัวบอดี้จะมีกรวยไม่ใหญ่ ซึ่งมีรูปทรงหลายแบบ ทั้งแบบฮอร์น แบบโดมแล้วแต่ผู้ผลิตจะออกแบบ ส่วนใหญ่จะนิยมใช้กับเครื่องใช้ไฟฟ้าภายในบ้าน ในเครื่องโทรทัศน์ วิทยุ สำหรับงานพีเอ จะใช้หลายขนาดตั้งแต่ขนาด 6.5 นิ้วถึง 15 นิ้ว โดยสรุปคือตอบสนองความถี่ย่านไม่ต่ำเกินไปและไม่สูงจนเกินไป...  ถัดไป ไดรเวอร์เสียงแหลม หรือ ทวีตเตอร์ มีลักษณะขนาดเล็กและให้เสียงสูงจัด โดยทั่วไปมีให้เลือกทั้งแบบโดมและแบบฮอร์น คุณสมบัติจะตอบสนองความถี่ประมาณ 2k-20kHz ปัจจุบันมีทวีตเตอร์ชนิดพิเศษที่ทำด้วยริบบอนสามารถตอบสนองความถี่ได้สูงถึง 80kHz-100kHz อันที่จริงย่านนี้มันเกินที่หูคนเราจะรับได้ แต่ผู้ผลิตน่าจะมีเหตุผลว่าทำมาเพื่ออะไร และไดรเวอร์อีกประเภทที่น่าจับตามองคือ แบบโคแอ็คเชียล ภายในไดรเวอร์ตัวเดียวสามารถตอบสนองความถี่ได้กว้างมากตั้งแต่ 40Hz-18kHz ยี่ห้อ B&C ผลิตหลายมาให้เลือกหลายรุ่นตั้งแต่ 5 นิ้วจนถึง 15 นิ้ว แต่อิมพีแดนซ์ส่วนใหญ่จะเป็น 8 โอห์มซึ่งถ้าต้องการให้เหลือ 4 โอห์มต้องนำไดรเวอร์ 2 ตัวมาต่อขนานกันจะได้อิมพีแดนซ์รวมเท่ากับ 4 โอห์ม อย่างไรก็ดี โคแอ็คเชียลกำลังขับไม่สูงนักประมาณ 800 วัตต์ (B&C รุ่น 15CXN76) น่าจะเหมาะสำหรับการนำมาประกอบตู้แอมป์ ตู้แขวน ทำไซด์ฟีลด์หรือมอนิเตอร์จะเหมาะมาก เพราะตอบสนองความถี่ได้สะใจจริงๆ แต่กำลังขับตำแหน่งเมนพีเออาจจะไม่จุใจขาโหด

 

          เมื่อทราบคุณสมบัติของไดรเวอร์แต่ละประเภทแล้ว ทำให้เรารู้ว่า การจัดตำแหน่งย่านความถี่ต่างๆ ให้ไดรเวอร์นั้นมีความสำคัญอย่าง ไร ลำดับต่อไปเราจะมาศึกษาพื้นฐานวงจรกรองความถี่แต่ละประเภทกัน ซึ่งนั่นก็คือวงจรฟิลเตอร์นั่นเอง จะเห็นว่าการออกแบบระบบเสียงจำ เป็นต้องใช้ครอสโอเวอร์ที่ประกอบด้ว ยฟิลเตอร์แต่ละชนิดมาจัดการกับย่านความถี่ เฟส แอมพลิจูด รวมถึงไทม์ดีเลย์อีกด้วย...

 

 

... (โปรดติดตามอ่านตอนต่อไป..)...