オーディオクロスオーバー

オーディオクロスオーバーは、オーディオ信号を2つ以上の周波数範囲に分割する電子フィルタ回路の一種で、異なる周波数範囲内で動作するように設計されたスピーカードライバーに信号を送信できます。クロスオーバーフィルタは、アクティブまたはパッシブのいずれかです。^{[1]これらは多くの場合、} 2ウェイまたは3ウェイと説明され、それぞれクロスオーバーが特定の信号を2つの周波数範囲または3つの周波数範囲に分割することを示します。^[2]クロスオーバーは、スピーカー キャビネット、民生用電子機器（Hi-Fi、ホームシネマサウンド、カーオーディオ）のパワーアンプ、プロオーディオおよび楽器用アンプ製品で使用されます。最後の2つの市場では、クロスオーバーはベースアンプ、キーボードアンプ、ベースおよびキーボードスピーカーエンクロージャ、音響強化システム機器（PAスピーカー、モニタースピーカー、サブウーファーシステムなど）で使用されます。

クロスオーバーが使用されるのは、ほとんどの個別のスピーカー ドライバーが、許容できる相対音量で歪みなく、低周波から高周波までのオーディオ スペクトル全体をカバーすることができないためです。ほとんどのHi-Fiスピーカー システムと音響強化システムのスピーカー キャビネットは、それぞれが異なる周波数帯域に対応する複数のスピーカー ドライバーを組み合わせて使用​​します。標準的な単純な例としては、低周波と中周波用のウーファーと高周波用のツイーターを含む Hi-Fi および PA システム キャビネットが挙げられます。CDプレーヤーからの録音音楽であれ、オーディオ コンソールからのライブ バンドのミックスであれ、サウンド信号ソースには低周波、中周波、高周波のすべてが組み合わされているため、クロスオーバー回路を使用してオーディオ信号を別々の周波数帯域に分割し、それらの周波数帯域に最適化されたスピーカー、ツイーター、またはホーンに個別にルーティングできるようにします。

パッシブクロスオーバー^[3]は、おそらく最も一般的なタイプのオーディオクロスオーバーです。パッシブクロスオーバーは、受動的な電気部品（コンデンサ、インダクタ、抵抗器など）のネットワークを使用して、1つのパワーアンプから増幅された信号を分割し、2つ以上のスピーカードライバー（ウーファーと超低周波サブウーファー、ウーファーとツイーター、またはウーファー、ミッドレンジ、ツイーターの組み合わせ） に送信できるようにします。

アクティブクロスオーバーは、電力増幅段の前にオーディオ信号を分割し、それぞれが別のスピーカードライバーに接続された2台以上のパワーアンプに送ることができるという点で、パッシブクロスオーバーと区別されます。^{[4] [2]} ホームシネマ 5.1サラウンドサウンドオーディオシステムでは、非常に低い周波数信号を分離するクロスオーバーを使用してサブウーファーに送信し、残りの低音、中音、高音域の周波数をリスナーの周囲に配置された5つのスピーカーに送信します。一般的なアプリケーションでは、サラウンドスピーカーキャビネットに送られた信号は、パッシブクロスオーバーを使用して低音/中音域のウーファーと高音域のツイーターにさらに分割されます。アクティブクロスオーバーには、デジタルとアナログの両方の種類があります。

デジタル アクティブ クロスオーバーには、多くの場合、制限、遅延、イコライゼーションなどの追加の信号処理が含まれます。信号クロスオーバーにより、オーディオ信号をバンドに分割し、それらを再度ミックスする前に個別に処理することができます。例としては、マルチバンド圧縮、制限、ディエッシング、マルチバンド歪み、低音強調、高周波励振器、ドルビー A ノイズ リダクションなどのノイズ リダクションなどがあります。

理想的なオーディオ クロスオーバーの定義は、タスクやオーディオ アプリケーションによって異なります。個別のバンドを再びミックスする場合 (マルチバンド処理など)、理想的なオーディオ クロスオーバーでは、入力オーディオ信号を個別のバンドに分割します。これらのバンドは重複したり相互作用したりせず、出力信号の周波数、相対レベル、位相応答は変化しません。この理想的なパフォーマンスは近似値しか得られません。最適な近似値をどのように実装するかは、活発な議論の的となっています。一方、オーディオ クロスオーバーがスピーカー内のオーディオ バンドを分離する場合、クロスオーバー自体に数学的に理想的な特性は必要ありません。マウント内のスピーカー ドライバーの周波数応答と位相応答が結果を上回ってしまうからです。設計目標は、オーディオ クロスオーバーとエンクロージャー内のスピーカー ドライバーで構成される完全なシステムの満足のいく出力です。このような目標は、多くの場合、理想的ではない非対称のクロスオーバー フィルター特性を使用して達成されます。^[5]

オーディオではさまざまなクロスオーバー タイプが使用されていますが、一般的には次のいずれかのクラスに属します。

スピーカーは、多くの場合「N ウェイ」に分類されます。ここで、N はシステム内のドライバーの数です。たとえば、ウーファーとツイーターを備えたスピーカーは、2 ウェイ スピーカー システムです。N ウェイ スピーカーには通常、ドライバー間で信号を分割する N ウェイ クロスオーバーがあります。2 ウェイ クロスオーバーは、ローパス フィルターとハイパスフィルターで構成されます。3 ウェイ クロスオーバーは、ローパス フィルター、バンドパス フィルター、ハイパスフィルター (それぞれ LPF、BPF、HPF) の組み合わせとして構築されます。BPF セクションは、HPF セクションと LPF セクションの組み合わせです。4 ウェイ (またはそれ以上) のクロスオーバーは、主に複雑性を伴うため、スピーカー設計ではあまり一般的ではありません。これは、一般に音響性能の向上によって正当化されるものではありません。

「N ウェイ」スピーカー クロスオーバーには、最低周波数ドライバーを安全に処理できる周波数よりも低い周波数から保護するための追加の HPF セクションが存在する場合があります。このようなクロスオーバーには、最低周波数ドライバー用のバンドパス フィルターがあります。同様に、最高周波数ドライバーには、高周波による損傷を防ぐための保護 LPF セクションがある場合がありますが、これはあまり一般的ではありません。

最近、多くのメーカーがステレオ スピーカー クロスオーバーに「N.5 ウェイ」クロスオーバー テクニックと呼ばれるものを採用し始めています。これは通常、メイン ウーファーと同じ低音域を再生しながらも、メイン ウーファーよりはるかに早くロールオフする 2 番目のウーファーを追加することを意味します。

注意: ここで説明するフィルタ セクションは、高次フィルタを構成する個々の 2 極フィルタ セクションと混同しないでください。

クロスオーバーは、使用されるコンポーネントの種類に基づいて分類することもできます。

パッシブクロスオーバーは、単一のパワーアンプで増幅されたオーディオ信号を分割し、増幅された信号をそれぞれ異なる周波数範囲をカバーする2つ以上のドライバータイプに送信できるようにします。これらのクロスオーバーは、完全にパッシブなコンポーネントと回路で構成されています。「パッシブ」という用語は、回路に追加の電源が必要ないことを意味します。パッシブクロスオーバーは、配線でパワーアンプ信号に接続するだけです。パッシブクロスオーバーは通常、バターワースフィルター効果を実現するためにカウアートポロジーに配置されます。パッシブフィルターは、抵抗器と、コンデンサやインダクタなどのリアクティブコンポーネントを組み合わせて使用​​します。非常に高性能なパッシブクロスオーバーは、スピーカーシステムを駆動する高電流および高電圧で優れた性能を発揮できる個々のコンポーネントを製造するのが難しいため、アクティブクロスオーバーよりも高価になる可能性があります。

低価格のホームシアター イン ア ボックス パッケージや低価格のラジカセなどの安価な家電製品では、品質の低いパッシブ クロスオーバーが使用されていることがあり、多くの場合、コンポーネントの少ない低次のフィルタ ネットワークが使用されています。高価なHi-Fiスピーカー システムとレシーバーでは、高品質のパッシブ クロスオーバーが使用されていることがあり、音質の向上と歪みの低減を実現しています。同じ価格/品質アプローチは、音響強化システム機器や楽器用アンプ、スピーカー キャビネットでもよく使用されています。低価格のステージ モニター、PA スピーカー、ベース アンプのスピーカー キャビネットでは通常、品質が低く価格も安いパッシブ クロスオーバーが使用されますが、高価で高品質のキャビネットでは通常、品質の高いクロスオーバーが使用されます。パッシブ クロスオーバーでは、ポリプロピレン、金属化ポリエステル箔、紙、電解コンデンサ技術で作られたコンデンサが使用されることがあります。インダクタには、空芯、粉末金属芯、フェライト芯、または積層シリコン鋼芯があり、ほとんどがエナメル銅線で巻かれています。

パッシブ ネットワークの中には、スピーカー ドライバーを偶発的な過電力 (突然のサージやスパイクなど) から保護するためのヒューズ、PTC デバイス、電球、回路ブレーカーなどのデバイスが含まれているものもあります。最新のパッシブ クロスオーバーには、ほぼすべてのスピーカーに固有の周波数によるインピーダンスの変化を補正するイコライゼーション ネットワーク ( Zobel ネットワークなど) が組み込まれることが多くなっています。インピーダンスの変化の一部は、ドライバーの通過帯域全体にわたる音響負荷の変化によるものであるため、問題は複雑です。

パッシブ ネットワークの 2 つの欠点は、かさばることと電力損失が発生する可能性があることです。パッシブ ネットワークは周波数に特有であるだけでなく、インピーダンスにも特有です (つまり、接続された電気負荷によって応答が変わります)。このため、異なるインピーダンスのスピーカー システムとの互換性が妨げられます。インピーダンス補正やイコライゼーション ネットワークを含む理想的なクロスオーバー フィルターは、コンポーネントが複雑に相互作用するため、設計が非常に難しい場合があります。クロスオーバー設計の専門家であるSiegfried Linkwitz は、クロスオーバーについて次のように述べています。「パッシブ クロスオーバーの唯一の言い訳は、その低コストです。パッシブ クロスオーバーの動作は、ドライバーの信号レベルに依存するダイナミクスによって変化します。パッシブ クロスオーバーは、パワー アンプがボイス コイルの動きを最大限に制御するのを妨げます。再生の精度が目標である場合、パッシブ クロスオーバーは時間の無駄です。」^[6]または、パッシブ コンポーネントを使用して、アンプの前にフィルター回路を構築することもできます。この実装は、パッシブ ラインレベル クロスオーバーと呼ばれます。

アクティブクロスオーバーには、フィルタ内にトランジスタやオペアンプなどの能動部品が含まれています。^{[1] [2] [7]}近年、最も一般的に使用されている能動デバイスはオペアンプです。パワーアンプの出力後に高電流、場合によっては高電圧で動作するパッシブクロスオーバーとは対照的に、アクティブクロスオーバーはパワーアンプの入力に適したレベルで動作します。一方、ゲインを持つすべての回路はノイズを発生させ、そのようなノイズは信号がパワーアンプによって増幅される前に発生すると有害な影響を及ぼします。

アクティブ クロスオーバーでは、出力バンドごとにパワー アンプを使用する必要があります。したがって、2 ウェイ アクティブ クロスオーバーには、ウーファー用とツイーター用に 1 つずつ、合計 2 つのアンプが必要です。つまり、アクティブ クロスオーバーに基づくスピーカー システムは、パッシブ クロスオーバーに基づくシステムよりもコストがかかることが多いということです。コストと複雑さという欠点はありますが、アクティブ クロスオーバーにはパッシブ クロスオーバーに比べて次のような利点があります。

• ドライバーの電気的特性の動的変化（ボイスコイルの加熱など）に依存しない周波数応答
• 通常、使用される特定のドライバーに合わせて各周波数帯域を簡単に変更または微調整できる可能性。例としては、クロスオーバー スロープ、フィルター タイプ ( Bessel、Butterworth、Linkwitz-Riley など)、相対レベルなどが挙げられます。
• 各ドライバーを他のドライバーが処理する信号からより適切に分離し、相互変調歪みとオーバードライブを低減します。
• パワーアンプはスピーカードライバーに直接接続されており、スピーカーボイスコイルのアンプ減衰制御が最大化され、ドライバーの電気特性の動的変化の影響が軽減され、システムの過渡応答が改善される可能性があります。
• パワーアンプの出力要件の削減。受動部品でエネルギーが失われないため、アンプ要件が大幅に削減され（場合によっては最大 1/2）、コストが削減され、品質が向上する可能性があります。

アクティブクロスオーバーは、デジタル信号プロセッサまたはその他のマイクロプロセッサを使用してデジタル的に実装できます。^{[8]アクティブクロスオーバーでは、} IIRフィルタ（ベッセル、バターワース、リンクウィッツ・ライリーなど）と呼ばれる従来のアナログ回路のデジタル近似を使用するか、有限インパルス応答（FIR）フィルタを使用します。^{[9] [10]} IIRフィルタはアナログフィルタと多くの類似点があり、CPUリソースを比較的必要としません。一方、FIRフィルタは通常、より高い次数であるため、同様の特性を得るためにより多くのリソースを必要とします。これらは、サウンド再生に携わる多くの人が望ましいと考える線形位相応答を持つように設計および構築できます。ただし、欠点もあります。線形位相応答を実現するために、IIRフィルタまたは最小位相FIRフィルタで必要な時間よりも長い遅延時間が発生します。本質的に再帰的なIIRフィルタには、慎重に設計しないとリミットサイクルに入り、非線形歪みが生じる可能性があるという欠点があります。

このタイプのクロスオーバーは機械式で、ドライバーの振動板の材質の特性を利用して必要なフィルタリングを実現します。^{[11]このようなクロスオーバーは、オーディオ帯域のできるだけ広い範囲をカバーするように設計された}フルレンジスピーカーによく見られます。その 1 つは、スピーカーのコーンをコンプライアントセクションを介してボイスコイルボビンに結合し、小型で軽量なウィザーコーンをボビンに直接取り付けることによって構築されます。このコンプライアントセクションはコンプライアントフィルターとして機能し、メインコーンは高周波では振動しません。ウィザーコーンはすべての周波数に反応しますが、サイズが小さいため、高周波でのみ有効な出力を発し、機械式クロスオーバー機能を実装します。コーン、ウィザー、サスペンション要素に使用する材料を慎重に選択することで、クロスオーバー周波数とクロスオーバーの有効性が決まります。このような機械式クロスオーバーは、特に高忠実度が必要な場合は、設計が複雑です。歴史的に使用されていた面倒な試行錯誤のアプローチは、コンピューター支援設計に大きく置き換えられました。数年経つと、材料のコンプライアンスが変化し、スピーカーの周波数応答に悪影響を与える可能性があります。

より一般的なアプローチは、ダスト キャップを高周波ラジエーターとして使用することです。ダスト キャップはメイン アセンブリの一部として移動しながら低周波を放射しますが、質量が小さく減衰が少ないため、高周波では放射するエネルギーが増加します。ウィザー コーンと同様に、スムーズで拡張された出力を提供するには、材料、形状、位置を慎重に選択する必要があります。このアプローチでは、高周波の分散がウィザー コーンの場合と多少異なります。関連するアプローチとして、メイン コーンの形状と材料を、ネック領域がより剛性を保ち、すべての周波数を放射し、コーンの外側領域が選択的に分離され、低周波数のみを放射するように形成する方法があります。コーンのプロファイルと材料は、有限要素解析ソフトウェアを使用してモデル化でき、結果は優れた許容範囲で予測されます。

これらの機械式クロスオーバーを使用するスピーカーは、設計と製造の難しさや、避けられない出力制限にもかかわらず、音質の点でいくつかの利点があります。フルレンジ ドライバーは単一の音響中心を持ち、オーディオ スペクトル全体にわたって比較的穏やかな位相変化を持つことができます。低周波数で最高のパフォーマンスを得るには、これらのドライバーのエンクロージャーを慎重に設計する必要があります。サイズが小さい (通常 165 ～ 200 mm) ため、低音を効果的に再生するには、コーンを大きく動かす必要があります。ただし、妥当な高周波数パフォーマンスに必要な短いボイス コイルは、限られた範囲でしか動きません。それでも、これらの制約内では、クロスオーバーが不要なため、コストと複雑さが軽減されます。

フィルタの次数が異なるのと同様に、クロスオーバーの次数も、フィルタが実装するフィルタ スロープに応じて異なります。最終的な音響スロープは、電気フィルタによって完全に決定される場合もあれば、電気フィルタのスロープとドライバーの自然特性を組み合わせることによって実現される場合もあります。前者の場合、唯一の要件は、各ドライバーが、信号が通過帯域から約 -10dB 下がる点まで少なくとも平坦な応答を持つことです。後者の場合、最終的な音響スロープは通常、使用される電気フィルタのスロープよりも急峻です。3 次または 4 次音響クロスオーバーには、多くの場合、2 次電気フィルタしかありません。これには、スピーカー ドライバーが公称クロスオーバー周波数からかなり離れたところで適切に動作すること、さらに、高周波ドライバーがクロスオーバー ポイントより下の周波数範囲でかなりの入力に耐えられることが必要です。これは、実際には実現が困難です。以下の説明では、電気フィルタ次数の特性について説明し、その後、その音響スロープを持つクロスオーバーとその長所または短所について説明します。

ほとんどのオーディオ クロスオーバーでは、1 次から 4 次までの電気フィルターが使用されます。高次のフィルターは、一般にスピーカーのパッシブ クロスオーバーには実装されませんが、電子機器では、かなりのコストと複雑さが正当化される状況で採用されることがあります。

1 次フィルタのスロープは 20 dB/ディケード(または 6 dB/オクターブ) です。すべての 1 次フィルタはバターワース フィルタ特性を持っています。多くのオーディオ愛好家は、1 次フィルタをクロスオーバーに最適だと考えています。これは、このタイプのフィルタが「過渡的に完璧」であるためです。つまり、ローパス出力とハイパス出力の合計が、対象範囲全体で振幅と位相の両方を変更せずに通過することを意味します。^[12]また、使用する部品数が最も少なく、挿入損失が最も低くなります (パッシブの場合)。1 次クロスオーバーでは、高次構成よりも多くの不要な周波数を含む信号コンテンツが LPF セクションと HPF セクションを通過します。ウーファーはこれを簡単に処理できますが (適切に再生できる周波数を超えると歪みが発生しますが)、小型の高周波ドライバー (特にツイーター) は、定格クロスオーバー ポイントを下回る周波数で大電力入力を処理できないため、損傷する可能性が高くなります。

実際には、真の一次音響勾配を持つスピーカー システムは、大きな重複ドライバー帯域幅が必要であり、勾配が浅いため、一致しないドライバーが広い周波数範囲で干渉し、軸外で大きな応答シフトを引き起こすため、設計が困難です。

2 次フィルタのスロープは 40 dB/decade (または 12 dB/octave) です。2 次フィルタは、設計の選択と使用されるコンポーネントに応じて、ベッセル、リンクウィッツ・ライリー、またはバターワースの特性を持つことができます。この次数は、複雑さ、応答、および高周波ドライバ保護の間で適切なバランスを提供するため、パッシブ クロスオーバーでよく使用されます。時間的に整合された物理的配置で設計されている場合、これらのクロスオーバーは、すべての偶数次クロスオーバーと同様に、対称的な極性応答を持ちます。

一般的に、同じクロスオーバー周波数を持つ (2 次) ローパス フィルターとハイパス フィルターの出力の間には、常に 180° の位相差があると考えられています。そのため、2 ウェイ システムでは、ハイパス セクションの出力は通常、この位相の問題を修正するために、高周波ドライバーに「反転」して接続されます。パッシブ システムの場合、ツイーターはウーファーと反対の極性で配線されます。アクティブ クロスオーバーの場合、ハイパス フィルターの出力は反転されます。3 ウェイ システムでは、ミッドレンジ ドライバーまたはフィルターが反転されます。ただし、これは通常、スピーカーの応答の重なりが広く、音響の中心が物理的に揃っている場合にのみ当てはまります。

3 次フィルタの傾斜は 60 dB/decade (または 18 dB/octave) です。これらのクロスオーバーは通常、バターワース フィルタ特性を持ちます。位相応答は非常に良好で、レベルの合計は平坦で位相直交であり、1 次クロスオーバーに似ています。極性応答は非対称です。オリジナルの D'Appolito MTM 配置では、3 次クロスオーバーを使用するときに対称的なオフ アクシス応答を作成するために、対称的なドライバー配置が使用されています。3 次音響クロスオーバーは、多くの場合、1 次または 2 次フィルタ回路から構築されます。

4次フィルタのスロープは80dB/decade（または24dB/octave）です。これらのフィルタは、部品が相互作用するためパッシブ形式で設計するのが比較的複雑ですが、最新のコンピュータ支援クロスオーバー最適化設計ソフトウェアを使用すると、正確な設計を行うことができます。^{[13] [14] [15]}急勾配のパッシブネットワークは、部品の値の偏差や許容範囲にあまり許容されず、リアクティブドライバ負荷による誤終端の影響を受けやすくなります（ただし、これは低次クロスオーバーでも問題になります）。-6dBのクロスオーバーポイントとフラットな加算を備えた4次クロスオーバーは、Linkwitz-Rileyクロスオーバー（発明者の名前にちなんで名付けられました^[7]）としても知られており、2つの2次バターワースフィルタセクションをカスケード接続することでアクティブ形式で構築できます。リンクウィッツ・ライリークロスオーバータイプの低周波および高周波出力信号は同位相であるため、マルチバンドコンプレッサーの出力段のようにクロスオーバーバンドパスが電気的に加算される場合でも、部分的な位相反転を回避できます。スピーカー設計で使用されるクロスオーバーでは、フィルターセクションが同位相である必要はありません。スムーズな出力特性は、理想的ではない非対称のクロスオーバーフィルター特性を使用して実現されることがよくあります。^[5]ベッセル、バターワース、チェビシェフは、可能なクロスオーバートポロジーの一部です。

このような急勾配のフィルタは、オーバーシュートやリンギングの問題が大きい^[16]が、パッシブ形式であっても、クロスオーバーポイントを低くしてツイーターのパワーハンドリングを向上させる可能性や、ドライバー間のオーバーラップが少ないため、マルチウェイスピーカーシステムの放射パターンのメインローブの周波数によるシフト^[7]やその他の望ましくない軸外効果を大幅に削減するなど、いくつかの重要な利点があります。隣接するドライバー間の周波数オーバーラップが少ないため、ドライバー間の幾何学的位置はそれほど重要ではなくなり、スピーカーシステムの外観や（車載オーディオの）実際の設置制約においてより広い範囲に対応できます。

4 次より高い音響勾配を提供するパッシブ クロスオーバーは、コストと複雑さのため一般的ではありません。アクティブ クロスオーバーとスピーカー管理システムでは、オクターブあたり最大 96 dB の勾配を持つフィルターが利用できます。

クロスオーバーは、混合次数フィルターを使用して構築することもできます。たとえば、2 次ローパス フィルターを 3 次ハイパス フィルターと組み合わせることができます。これらは通常パッシブであり、さまざまな理由で使用されますが、多くの場合、コンポーネント値がコンピューター プログラムの最適化によって見つかった場合に使用されます。高次のツイーター クロスオーバーは、非整列音響中心によって生じるウーファーとツイーター間の時間オフセットを補正するのに役立つ場合があります。

クロスオーバー周波数に近い周波数でハイパスおよびローパス出力にヌル応答を生成するクロスオーバーフィルタのクラスがあります。それぞれのストップバンド内では、出力は高い初期減衰率を持ちますが、出力の合計はフラットなオールパス応答を持ちます。2つの出力は遷移全体で一定のゼロ位相差を維持し、これにより、一致しないスピーカードライバーでのロービング性能が向上します。^[17]

パラレル クロスオーバーは、圧倒的に最も一般的なものです。電気的にはフィルターは並列なので、さまざまなフィルター セクションは相互作用しません。これにより、電気インピーダンスの点ではセクションを別々に考えることができ、コンポーネントの許容誤差の変動も分離されるため、双方向クロスオーバーの設計が容易になりますが、すべてのクロスオーバーと同様に、最終的な設計はドライバーの出力が音響的に補完的であることに依存しており、そのためには、基礎となるクロスオーバーの振幅と位相を慎重に一致させる必要があります。パラレル クロスオーバーには、スピーカー ドライバーをバイワイヤリングできるという利点もありますが、この機能の利点については激しい論争が繰り広げられています。

このトポロジでは、個々のフィルタが直列に接続され、ドライバまたはドライバの組み合わせが各フィルタと並列に接続されます。このタイプのクロスオーバーの信号パスを理解するには、「直列クロスオーバー」の図を参照し、特定の瞬間に上部の入力端子が下部の入力端子と比較して正の電圧を持つ高周波信号について考えます。ローパス フィルタは信号に対して高インピーダンスを示し、ツイーターは低インピーダンスを示すため、信号はツイーターを通過します。信号はウーファーとハイパス フィルタの接続点まで続きます。そこで、HPF は信号に対して低インピーダンスを示すため、信号は HPF を通過し、下部の入力端子に現れます。同様の瞬間電圧特性を持つ低周波信号は、最初に LPF を通過し、次にウーファーを通過し、下部の入力端子に現れます。

派生クロスオーバーには、差動増幅器を使用してクロスオーバー応答の 1 つを他のクロスオーバー応答から派生させるアクティブクロスオーバーが含まれます。^{[18] [19]}たとえば、入力信号とハイパスセクションの出力の差はローパス応答です。したがって、差動増幅器を使用してこの差を抽出すると、その出力がローパスフィルターセクションを構成します。派生フィルターの主な利点は、どの周波数でもハイパスセクションとローパスセクションの間に位相差が生じないことです。^[20]欠点は次のいずれかです。

1. ハイパスセクションとローパスセクションは、ストップバンドで異なるレベルの減衰を持つことが多い、つまり、それらの傾斜は非対称である、^[20]または
2. 一方または両方のセクションの応答がクロスオーバー周波数付近でピークに達するか、^{[19] [21]}またはその両方である。

上記 (1) の場合、通常、導出されたローパス応答は固定応答よりもはるかに遅い速度で減衰します。これにより、スピーカーは、物理的特性が理想的ではない可能性のあるストップバンドの奥深くまで信号に応答し続ける必要があります。上記 (2) の場合、信号がクロスオーバーポイントに近づくにつれて、両方のスピーカーがより高い音量レベルで動作する必要があります。これにより、アンプの電力がさらに消費され、スピーカーコーンが非線形になる可能性があります。

専門家や愛好家は、これまで利用できなかったさまざまなコンピュータ ツールにアクセスできます。これらのコンピュータ ベースの測定およびシミュレーション ツールを使用すると、スピーカー システムのさまざまな部分のモデリングと仮想設計が可能になり、設計プロセスが大幅に加速され、スピーカーの品質が向上します。これらのツールは、商用のものから無料のものまでさまざまです。その対象範囲もさまざまです。ウーファー/キャビネットの設計、キャビネットの音量やポート (ある場合) に関連する問題に焦点を当てているものもあれば、クロスオーバーや周波数応答に焦点を当てているものもあります。たとえば、バッフルのステップ応答のみをシミュレートするツールもあります。

コンピューター モデリングによってドライバー、クロスオーバー、キャビネットの組み合わせ効果を安価かつ迅速にシミュレートできるようになる以前は、スピーカー設計者が気付かない問題がいくつもありました。たとえば、単純な 3 ウェイ クロスオーバーは、ツイーター/ミッドレンジとミッドレンジ/ウーファー セクションの 2 ウェイ クロスオーバーのペアとして設計されていました。これにより、ミッドレンジ出力に過剰なゲインと「干し草の山」のような応答が生じ、入力インピーダンスが予想よりも低くなる可能性がありました。不適切な位相マッチングやドライバー インピーダンス曲線の不完全なモデリングなどの他の問題も気付かない可能性がありました。これらの問題は解決不可能ではありませんでしたが、現在よりも多くの反復、時間、労力が必要でした。

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