An Effective Crossover Filter Choice of Multi-Way Loudspeaker System

Abstract

스피커 시스템은 가청 주파수 대역 20 ~ 20,000 Hz를 하나의 유닛으로 재생하는 것이 이상적이지만, 물리적으로 구현하기 어렵다. 따라서 두 개 또는 그 이상의 유닛을 사용하고, 멀티웨이 시스템으로 구성하여 오디오 대역을 커버한다. 멀티웨이 스피커 시스템에서는 고음과 저음의 유닛이 정상적으로 동작되도록 크로스오버 네트워크 필터를 필수적으로 사용해야 한다. 네트워크 필터의 크로스오버 주파수는 대부분 1 ~ 4 kHz 대역에 존재하며, 이 대역은 명료도의 기여율이 높고 음질에 미치는 영향이 아주 크다. 그러나 여러 가지 원인 때문에 크로스오버 주파수 대역에서 위상과 진폭 특성이 정확하게 결합되지 않은 경우가 많다. 즉, 유닛 간의 거리 차와 전기적인 특성 차이 때문에 크로스오버 주파수에서 유닛 간의 진폭과 위상 특성이 정확하게 결합되지 않아서 주파수 특성이 불규칙해지고, 그 결과 음질이 좋지 않고 명료성도 나빠진다. 크로스오버 주파수에서 유닛들을 정확하게 결합시키기 위해서는 각 유닛의 진폭 특성뿐만 아니라 위상 특성까지도 고려하여 결합시켜야 한다. 본 논문에서는 유닛 간의 지연 시간을 조정하여 크로스오버 주파수에서 평탄한 주파수 특성이 되도록 하는 방법과 유닛들의 주파수 롤 오프 특성도 고려한 필터 선택 방법을 제안하였다. 그 결과 크로스오버 주파수 대역에서 <TEX>${\pm}1$</TEX> dB의 평탄한 주파수 특성이 얻어지고 명료성도 향상되었다. Although it is ideal that the sound with the range of 20 ~ 20,000 Hz is produced by the loudspeaker system composing of only one loudspeaker unit, it is almost impossible now. Therefore, the audible frequency range is now produced by the loudspeaker system, which is consisted of more than two loudspeaker units. The multi-way loudspeaker system certainly requires a crossover filter, which is divided the audible frequency into low and high frequency ranges. The crossover frequency of filter usually is in the range of 1 ~ 4 kHz, the frequency range can largely affect to the sound articulation and quality. It is an example that the phase and amplitude at the crossover frequency can be different from each other, due to the variously reasons. Conversely, they can not produce the smooth frequency response due to the different distance between the two loudspeaker units and electrical properties. As a result, the sound articulation and quality can be degraded. Therefore, the phase and amplitude response at the crossover frequency has to be deeply considered, in order to exactly match the woofer and tweeter. In this study, it is proposed the methods which are the flat frequency and phase response to be obtained by adjusting of the delay time between loudspeaker units, and the choice of filter to be considered the roll-off properties of each unit. It is achieved the frequency response with <TEX>${\pm}1$</TEX> dB, and the sound articulation is also improved.