크로스오버 네트워크
1. 개요
입력되는 전기 신호를 주파수 대역별로 나누는 회로이다.
2way이상의 스피커에 들어가며, 카센터에서 사제 스피커를 장착할 때 대부분 장착된다.
크게 보면 오디오의 주파수 계열 이펙터이다. 2way 이상 시스템 구축시 각 유닛별로 주파수를 나누어 준다. 저음 영역은 저주파 통과 필터(low pass filter)를 통과하여 우퍼에 연결된다. 중저음 영역은 대역 통과 필터(band pass filter)를 통과하여 미드레인지 드라이버에 연결된다. 고음 영역은 고주파 통과 필터(hi pass filter)를 통과하여 트위터에 연결된다.
패시브 크로스오버와 액티브 크로스오버가 있다. 패시브 크로스오버는 주로 앰프가 내장되어 있지 않은 2way 이상의 패시브 스피커 내부에 장착되어 스피커에 장착된 유닛별로 주파수를 나눠주는 역할을 한다. 코일과 콘덴서를 사용해서 나눈다. 장착된 유닛들의 대역폭이 다르면 음질 향상을 위해 사용하지만, 풀레인지 유닛을 여러 개 연결하거나 크로스오버 이득이 높지 않은 유닛 조합일 때에는 생략하기도 한다. 앰프에서 증폭되어 나온 강한 전기신호를 나누기 때문에 하이 레벨 크로스오버(Hi-Level-Crossover)라고도 한다
액티브 크로스오버는 주로 멀티앰핑을 할 때 주파수 대역을 미리 나눠줄 때 사용하며, 전기를 넣어야 동작하기 때문에 액티브라고 한다. 채널 디바이더라고도 부른다. 파워앰프와 스피커가 같이 내장되어 있는 액티브(파워드)스피커에도 액티브 크로스오버가 내장되어 있어서, 믹서에서 들어오는 오디오 신호를 저음 고음으로 나누어서 각각 저음용 파워앰프와 고음용 파워앰프로 신호를 보낸다. 파워앰프로 들어가야 하는 약한 전기신호를 나누기 때문에 로우 레벨 크로스오버(Low-Level-Crossover)라고도 한다.
이러한 멀티앰핑은 홈 오디오에서는 대부분 선택사항이나, 카 오디오나 PA시스템에서는 어느 이상으로 업그레이드 하려면 필수조건이 된다. 카 오디오나 PA오디오에서는 대음량을 다루게 되면서 대역간의 음압이 다르거나 손실을 크게 고려해아 한다. 그런 면에서는 바이앰핑은 필수조건이 된다. 그래서 해당 분야에서는 바이앰핑에 사용하는 액티브 크로스오버를 많이 볼수있다. 과거에는 주로 아날로그 크로스오버를 사용하였지만 현재에는 아웃보드 형태로 나오는 DSP 프로세서에서는 EQ, 리미터, 컴프레서, 크로스오버 등이 한번에 가능하기 때문에 보통 이러한 제품을 사용하는 편이다.
채널 디바이더라 불리는 액티브 크로스오버가 음질 면에서는 비교적 낫다. 왜냐하면 이미 파워 엠프를 거쳐서 크게 증폭된 신호를 나누는것과 증폭되기 전 신호를 나누는것의 차이가 엄청나기 때문이다. 하지만 유닛 네트워크를 인클로저, 유닛 성향에 맞게 구성하는 것은 매우 어려운 작업으로 아무나 할 수 있는 작업은 아니다. 괜히 스피커 설계자가 따로 있는 것이 아니다. 스피커에 장착되는 패시브 크로스오버는 이미 스피커 설계자의 주의깊은 설계가 들어가 있으므로 사용하기 편리하지만, 파워앰프를 통해 전류 증폭된 신호를 나누므로 패시브 크로스오버 특유의 과전류 방지 회로 등을 통과하는 과정에서 손실이 상당하다는게 단점이다.[1] 다만 짧은 길이에서는 그 손실이 크게 느껴지지 않으므로 PC-Fi 수준에서는 너무 심각하게 생각할 필요는 없다. 채널 디바이더를 사용할 경우, 트위터용은 30W(와트), 스쿼커용은 50W,우퍼용은 100W식으로 스피커별 출력을 자유로이 설정가능하고 음 손실이 패시브형에 비해 거의 없으므로 유닛의 상태나 성향에 맞게 입맛대로 튜닝이 가능하다는 장점이 있어서, 룸 튜닝이나 앰프 및 유닛 성향등에 많은 경험과 지식을 쌓은 오디오파일(Audiophiles)들은 불특정 다수의 고객을 상대해야하는 오리지널 스피커 설계자보다 더 자기 청음환경에 맞는 튜닝을 위해 선호하기도 한다.
한편, 다중 듀서 이어폰이 각광을 받으면서, 특히 BA 이어폰이나 하이브리드 유닛을 채택한 이어폰에서 크로스오버 회로의 언급이 늘고 있다. 하지만, 이어폰 수준의 소형 회로에서는 사용할 수 있는 부품에 물리적 제한이 크기 때문에 스피커에 쓰이는 것과 같이 소위 "칼같이" 대역폭을 잘라내면서 위상 문제는 적은 좋은 성능의 크로스 오버 회로 구현이 매우 난감하다. 실질적으로 시장에 풀리는 대부분의 제품들은 유닛별로 대충 저항만 달아서 크로스오버 회로를 흉내내거나, 조악한 물건이 대부분이다.
2. 원리
전자회로 필터의 원리를 이용한다.
2.1. 아날로그
유도자와 축전기를 이용하여 제작한다. 유도자를 부하와 직렬 연결하면 고주파 신호가 줄어들고 축전기를 직렬 연결하면 저주파 신호가 줄어든다. 각각 소자를 부하와 병렬 연결하면 반대로 작동한다. 축전기를 병렬 연결하면 고주파 신호가 줄어든다.
외국의 유명 오디오 브렌드는 오직 이 크로스오버 네트워크를 위해 만든 전용 유도자와 축전기를 사용한다. 아예 오디오용 고급 유도자와 축전기를 제작하는 회사도 있다. 아무거나 쓸때보다 음질이 좀더 좋다고는 하는데 이게 정말 좋아지는건지 황금귀 논리인지는 불명.
2.2. 디지털
ADC를 통해 디지털로 변환시킨뒤 FFT를 사용해서 필터링한다.
[1] 전력 송전에 되도록 고압을 사용하는 이유를 떠올려보자.