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ツイーター保護コンデンサ

低周波ダメージからツイーターを保護する一次ハイパスフィルタのコンデンサ値を計算します。

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公式

C = 1 / (2π × f_c × Z_t)

f_c — Crossover frequency (Hz)
Z_t — Tweeter impedance (Ω)

仕組み

ツイーター保護コンデンサは、小さなボイスコイルに損傷を与える可能性のある低周波信号からツイーターを保護する1次ハイパスフィルター（6dB/オクターブのロールオフ）を形成します。クロスオーバー周波数は、直列コンデンサとツイーターの公称インピーダンス（f_c = 1/(2π × C × Z_Tweeter)）の相互作用によって設定されます。f_c を下回ると、コンデンサのリアクタンス x_C = 1/ (2π FC) がツイーターのインピーダンスよりもはるかに高くなり、ツイーターを通る信号が減少します。これは、多くのバイアンプやアドオン・トゥイーター・システムで使用されている、最もシンプルなクロスオーバー素子、つまり1つのコンデンサです。より複雑なパッシブ・クロスオーバーでは、ウーファー・セクションにインダクタ (2次、12 dB/オクターブ) が追加され、ツイーターのインピーダンス上昇の補償回路が含まれる場合もあります。

計算例

ツイーター: 8Ωの公称インピーダンス。必要なクロスオーバー周波数:3000 Hz。
必要なコンデンサ:
C = 1/(2π × 3000 × 8)
= 1/(150,796)
= 6.63 × 10F
= 6.63 μF
最も近い標準値: 6.8 μF (実際の f_c = 1/ (2π × 6.8×10× 8) ≈2930 Hz)
1 kHz でのリアクタンス:
Xc = 1/(2π × 1000 × 6.63×10) = 24.0 Ω
(1 kHz での Xc > Z_ツイーター — 信号は減衰されています)
100 Hz でのロールオフ:
周波数の比率 = 3000/100 = 30: 1
減衰量 = −20·log( 30) ≈−30 dB

実践的なヒント

  • ✓ツイータークロスオーバーで最高のオーディオ品質を得るには、ポリプロピレンまたはポリエステルフィルムコンデンサ（MKP、MKTタイプ）を使用してください。これらは電解タイプよりもESRが低く、高周波性能に優れています。
  • ✓2次 (12 dB/オクターブ) のハイパスの場合は、ツイーターと並列にシャントインダクタを追加します。L = Z/(2π × f_c) です。シリーズ C とシャント L の組み合わせにより、両方が同じ f_c になるように設計されている場合、バタワース (Q = 0.707) の位置合わせが得られます。
  • ✓クロスオーバー周波数がツイーターの定格電力処理と一致していることを確認します。6.63μFのコンデンサと8Ωのツイーターで3kHzでは、ツイーターは3kHzを超えるフルアンプ電力を受け取ります。ツイーターのアンプの出力が、この周波数範囲で定格であることを確認してください。

よくある間違い

  • ✗公称インピーダンスを平坦な8Ωとして使用すると、トゥイーターのインピーダンスはボイスコイルのインダクタンスによって定格周波数を大幅に上回ります。実際のフィルター周波数は計算値よりも高くシフトする可能性があります。Zobelネットワークはインピーダンスを平坦化してより正確なクロスオーバー動作を実現できます。
  • ✗選択するクロスオーバー周波数が低すぎる — ほとんどのドーム・トゥイーターは、2～2.5 kHz 以下 (5 kHz という高音の場合もあります) ではクロスオーバーしないでください。ツイーターの共振周波数 (Fs) は、クロスオーバー周波数より少なくとも 1 オクターブ低くなければなりません。ツイーターのデータシートを確認してください。
  • ✗クロスオーバーネットワークでの電解 (分極) コンデンサの使用 — オーディオクロスオーバーには無分極 (NP またはバイポーラ電解またはフィルム) コンデンサが必要です。分極電解コンデンサは歪みを生じ、AC 信号条件下では故障する可能性があります。

よくある質問

1次（6dB/オクターブ）のクロスオーバーは、最も緩やかなロールオフと最高のタイムドメイン動作（最小位相）を実現しますが、ロールオフが遅いということは、ツイーターがクロスオーバー周波数よりも大きなエネルギーを受け取るということです。オーバーラップバンドが狭いドライバの場合、クロスオーバー（12 dB/オクターブまたは 18 dB/オクターブ）が高いほど、保護が強化され、動作範囲外でのドライバーの励起が減少します。
Zobelネットワーク（ツイーターと並列に接続された直列RC回路）は、ボイスコイルのインダクタンスによる高周波数でのツイーターの上昇インピーダンスを平坦化します。これにより、クロスオーバー・フィルタの挙動をより予測しやすくなります。シンプルな1次シングルキャパシタのアプリケーションでは省略されることが多いですが、高次ネットワークではクロスオーバー精度が大幅に向上します。
ウーファーと直列に接続した1次ローパスインダクタの等価式は、L = Z/(2π × f_c) です。ウーファーでは f_c を上回って −6 dB/オクターブのロールオフが見られますが、8 Ω で 3 kHz の場合、L = 8/(2π × 3000) ≈0.42 mH となります。

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