A keresztváltó feladatai összefoglalva (ismétlésképpen) a következők:

• a meghajtók részére biztosítja a lesugározandó frekvenciasávot
• biztosítja a keresztezési tartományban a fáziskoherens összegzést
• szükség esetén kontúrozza a meghajtókat
• kiegyenlíti a meghajtók közötti érzékenységkülönbséget

   Mielőtt bárminek nekiállnánk, meg kell határoznunk a keresztezési frekvenciá(ka)t és a szűrők meredekségét. Ha a keresztezési frekvencia túl közel van a magassugárzó rezonanciájához, akkor legalább a magassugárzóra negyedrendű szűrőt kell választanunk.

   Annak ellenére, hogy a tankönyvi váltók a gyakorlatban nem használhatók, a munkát mégis velük fogjuk kezdeni. Néhány váltó villamos alapkapcsolása és az alkatrészek számítása a 20...23. ábrákon látható (A képek forrása: www.diyaudio.com):

20. ábra – Elsőrendű váltó

21. ábra. – Másodrendű váltó

22. ábra. – Harmadrendű váltó

23. ábra. – Negyedrendű váltó

   Ezeken kívül szükségünk lesz néhány korrekciós áramkörre is. Ezek az áramkörök lehetnek frekvenciafüggetlen, vagy frekvenciafüggő osztók, mint a szűrők, azonban ezek a meghajtók válasz-anomáliáinak a kontúrozására szolgálnak. Képleteket feleslegesnek tartottam közölni, a kívánt végeredmény a szimulátorban könnyen beállítható. Ezek közül néhány:

• Impedanciakiegyenlítő soros RC tag. Ezt a hálózatot a meghajtóval párhuzamosan kell kapcsolni (Zobel-tagként is ismert). Kiegyenlíti a lengőtekercs impedanciája miatti nagyfrekvenciás impedancia-emelkedést. Jótékony hatással van a szűrő működési feltételeire. Célszerű előzetesen beépíteni minden meghajtóhoz, majd eldönthetjük, hogy érdemes-e megtartani.
• Magassugárzó csillapítás. Általában a magassugárzó jóval érzékenyebb, mint a mélysugárzó, ezért le kell halkítani. Ez elvégezhető egy soros ellenállással, ami a szűrő erősítő felőli oldalára, a meghajtó felőli oldalára, vagy megosztva helyezhető el. Mindhárom megoldás másként működik. Az erősítőoldali ellenállás avatkozik bele a legcsekélyebb mértékben a szűrő működésébe. A másik lehetőség az L-pad, ami kettő ellenállásból áll. A 24. ábra alapján úgy értelmezhető, hogy C₁ és R₁ alkatrész eltávolításával az osztót frekvenciafüggetlenné tesszük. A csillapítást R₂ és R_H végzi, ahol RH a meghajtó és az L-pad alsó tagjának párhuzamos eredője. Az L-pad már nem olyan kezes bárány, mint az erősítő oldali soros ellenállás, viszont az osztásaránytól függetlenül állandó terhelést biztosít a szűrőnek (ha a magassugárzó impedanciája is ki van egyenlítve). Harmadrendű szűrő esetében nagy létjogosultsága van, mert a magassugárzó a rezonanciafrekvenciáján is kap valamilyen csillapítási rásegítést, nem csak a saját felfüggesztésére van hagyatkozva (kisebb lehet a torzítása).
• RC korrekciós hálózat. A 24. ábrán egy frekvenciafüggő L-pad általános kapcsolása látható (Forrás: Szergej Davidovics Baty: Amatőr hangsugárzók 3). Az osztó felső tagja alacsony frekvencián R₂, magas frekvencián R₁ és R₂ párhuzamos eredője. A C₁ ugyanígy működik a soros csillapító ellenállás esetében is.

24. ábra.

• LR korrekciós hálózat. A 25. ábra az RL korrekciós áramkör kapcsolási rajzát, frekvencia-, és fázisválaszát mutatja (Forrás: Szergej Davidovics Baty: Amatőr hangsugárzók 3). Ebben az esetben a frekvenciafüggő feszültségosztó az L tekercs impedanciájának frekvenciafüggését használja ki. Alacsony frekvenciatartományban az R₁ ellenállást a tekercs kis impedanciája söntöli, ami az osztó erősítését közelíti az egységnyihez. Ahogy a tekercs impedanciája a frekvenciával egyenes arányban növekszik, az osztó erősítése megközelíti az R₁ és R_H arány által meghatározott értéket. Ez az áramkör kompenzálhatja a meghajtó frekvenciaválaszának növekedését, amely az omnidirekcionális (gömb) sugárzásról a féltérbeli sugárzásra való átmenet miatt következik be (baffle step kompenzáció).

25. ábra.

• Sorosan kapcsolt párhuzamos RLC hálózat. A 26. ábra egy sorosan kapcsolt párhuzamos (RLC) korrekciós rezgőkör kapcsolási rajzát, frekvencia-, és fázisválaszát mutatja (Forrás: Szergej Davidovics Baty: Amatőr hangsugárzók 3). Az R ellenállást alacsony frekvenciákon az L tekercs, magas frekvenciákon pedig a C kapacitás söntöli. A hálózat ellenállása a rezonanciafrekvencián lesz a legnagyobb, a feszültségosztó erősítését az R és R_H ellenállások aránya határozza meg, a frekvenciaválaszban pedig egy csökkenést okoz. A szűrőáramkörrel történő együttes alkalmazáskor figyelembe kell venni a korrekciós hálózat rezonanciafrekvenciáján a bemeneti impedancia növekedését.

26. ábra.

   Ezek a legáltalánosabban használt áramkörök. További ötleteket különféle keresztváltó kapcsolások tanulmányozásával lehet szerezni.

   A következő tervezési sorrend kétutas sugárzóhoz készült. Szimulációs szoftverrel fogunk dolgozni, aminek bemeneti adatai a villamos és az akusztikus mérések. 

   A tervezést azzal kezdjük, hogy létrehozzuk a projekt meghajtóit. A meghajtókhoz betöltjük az impedancia-, és a frekvenciaválaszaikat. A késleltetés értéke a magassugárzó esetében nulla, a mélysugárzóhoz kell majd beállítani valamekkora értéket. A projektünk legalább egy jelforrással fog rendelkezni, amelynek a paraméterei szintén állíthatók. Ehhez a jelforráshoz csatlakoztassuk a meghajtókat úgy, ahogy a két meghajtó együttes mérésekor voltak (párhuzamosan és azonos polaritással, ha védőkondenzátort, vagy magasabb fokú szűrőt is használtunk, azt is tegyük bele). Ezután fedvényként (overlay) töltsük be a két meghajtó együttes válaszát. A mélysugárzó késleltetésének és a jelforrás kimeneti feszültségének változtatásával a két görbét hozzuk a lehető legjobb fedésbe egymással. Ezzel megkaptuk a mélysugárzó késleltetését. Ne feledkezzünk meg arról, hogy a mérés az alsó tartományban pontatlan, csak az érvényes tartományra koncentráljunk, különösen a majdani keresztezési frekvencia környékére. Ezután töröljük a fedvényt és kapcsoljuk ki magassugárzót (csak a mélysugárzó önálló válaszával dolgozunk). Most meg kell határoznunk a rendszer érzékenységét. Emlékezzünk vissza a 10. ábra SPL diagramjára. Keressük meg a mérésen a 2. szakasz elejét és döntsük el, hogy mely frekvenciától kezdve szeretnénk lapos választ kialakítani. Ha ki akarjuk (vagy kénytelenek vagyunk) kihasználni a szobaerősítést, akkor magasabb frekvenciához tartozó SPL-hez illesszük a rendszer célválaszát (ami egy egyenes "vonal" a hangfrekvenciás sávban), ha nem, akkor alacsonyabb frekvenciához. Jegyezzük fel ezt a frekvenciát. Azért nem SPL értékekkel dolgozunk, mert nem biztos, hogy kalibrált a mérésünk.

   Ha előzőleg még nem tettük meg, legkésőbb most meg kell állapítani egy olyan keresztezési frekvenciát, amellyel a rendszerünket működtetni szeretnénk. Ezt a frekvenciát a magassugárzóra és a mélysugárzóra érvényes, korábban tárgyalt korlátozások figyelembe vételével kell megállapítani. Meglátjuk, hogy mennyire lesz használható. 

   A következő lépésben tankönyvi váltókkal felépítünk egy elméleti váltót. Ezt azért tesszük, hogy

• kiderüljön: az adott meghajtó elrendezés mellett a kiválasztott keresztezési frekvencián a rendszerünk válasza legfeljebb milyen lapos lehet.
• megszerezzük a meghajtóink akusztikus célválaszát.

   Indítsunk egy új projektet. Hozzunk létre két meghajtót. Amíg nem töltünk be hozzájuk válaszokat, addig ideálisként viselkednek, tehát egy kanonikus szűrővel, tankönyvi képletekkel jól fognak működni (lásd: 11...16. ábrákat). Az impedanciájuk általában 8 ohm, de ellenőrizzük a szimulátor leírásában. A mélysugárzóhoz állítsuk be az előzőleg megállapított késleltetést, majd hozzuk létre a megcélzott váltónk tankönyvi változatát és rögtön látjuk, hogy milyen összegzés várható. Ha keresztezési tartományban kb. 1 dB-en belüli a hullámzás, akkor eddig jó. Ezután készítsünk a rendszerválaszból egy fedvényt (overlay), majd fordítsuk meg a magassugárzó polaritását. Ha a keresztezési frekvencián kialakul egy legalább 10 dB mélységű beszakadás (null) és az ellenfázisú görbe nagyrészt az azonos fázisú görbe (fedvény) alatt van, akkor a keresztezési tartományban a meghajtók azonos fázisban működnek, az összegzés pedig additív. Ha ez nem így lenne, akkor a következőkkel próbálkozhatunk:

• tologathatjuk a szűrők határfrekvenciáit (emlékezzünk vissza a 2. rendű Butterworth váltóra),
• eltérő meredekségű szűrőket használhatunk (lehetőleg a magassugárzó szűrőjének meredekségét ne csökkentsük),
• vizsgálhatunk más alkalmas keresztezési frekvenciákat is.

   Ha a villamos beavatkozások nem vezetnek eredményre, akkor sajnos hozzá kell nyúlni a dobozhoz (pl. lépcsős előlap, vagy a doboz egyszerű hátradöntése), vagy más méretű meghajtót kell választani (hogy más keresztezési frekvenciát használhassunk).

   Miután sikerült egy elfogadhatónak minősített tankönyvi váltót előállítani, jegyezzük fel a szűrők típusát, meredekségét és határfrekvenciáját. Ha a szimulátor program nem tud előállítani célválaszt, akkor egyenként mentsük el az ideális meghajtók válaszát, hogy majd fedvényként be tudjuk tölteni célválaszként.

   Ezután az előkészület után térjünk vissza az éles projekthez. A meghajtók szűrőit külön-külön dolgozzuk ki, tehát egyszerre csak egy maghajtóval dolgozunk. Állítsuk elő/töltsük be a mélysugárzó célválaszát fedvényként. Jelenítsük meg a mélysugárzó (szűrő nélküli) önálló válaszát és a két görbét úgy illesszük egymásra, hogy alacsony frekvencián a cél SPL-hez tartozó frekvencián metsszék egymást. Más szavakkal: az aluláteresztő szűrő áteresztő tartományának szintjét beállítjuk a hangsugárzó átlagos érzékenységi szintjére. Ezzel meghatároztuk azt a szintet is, amire a magassugárzó válaszát le kell majd csökkentenünk. Ezután készítsünk egy olyan aluláteresztő szűrőt, amellyel a mélysugárzónk akusztikus válasza minél szorosabban illeszkedik a célválaszra. Többféle topológiát is kidolgozhatunk. Ugyanezzel a módszerrel állítsuk elő a magassugárzó szűrőjét is. Most érkeztünk el ahhoz a ponthoz, hogy megnézzük a két meghajtó együttes működését. Kapcsoljuk be a mélysugárzót és nézzük meg az eredményt fázisban és ellenfázisban is. Lehetséges, hogy kismértékű korrekcióra szükség lesz. Ha eddig nem figyeltünk a szűrők átviteli függvényére és a rendszer impedanciaválaszára, akkor most nézzük meg. Akkor sikerült jó munkát végezni, ha az átviteli függvények nem rezonánsak, illetve az impedancia legalacsonyabb értéke nem csökken a sugárzó névleges impedanciájának fele alá és a villamos fázis sem rendelkezik túlzottan nagy szélső értékkel (<45°).

   Ha úgy érezzük, hogy elértük a célt, állítsunk össze egy teszt váltót és hallgassuk meg, hogyan szól a valóságban. Ha betartjuk a fenti folyamatot, akkor egy alapvetően jó hangsugárzót fogunk eredményül kapni. Legfeljebb apró kiigazításokat kell csak tenni, ami többnyire a magassugárzó csillapításának finomhangolásában fog kimerülni (voicing). Érdekes lehet azzal is kísérletezni, hogy az azonos átviteli függvényű, de eltérő topológiájú szűrők között mekkora különbségek vannak.

   Néhány szó a keresztváltó alkatrészekről. 

• Ellenállás – Induktivitásszegény, nagy terhelhetőségű alkatrészeket használjunk. Legalább 5 W-os legyen, de inkább több.
• Kondenzátor – A keresztváltóba gyártott kondenzátorok többnyire kis tűrésű (± 5%, vagy jobb), nagy feszültségtűrésű polarizálatlan alkatrészek. Ha nem kis tűrésűeket használunk, felhasználás előtt feltétlen mérjük meg őket, amit egyébként minden alkatrésszel ajánlott megtenni. Elektrolit kondenzátort lehetőleg csak több 10 μF érték esetén használjunk, de szigorúan polarizálatlan típust.
• Tekercs – A tekercsek lehetőleg légmagosak legyenek. Esetükben fontos, hogy a szimuláció során életszerű soros veszteségi ellenállásértékekkel dolgozzunk. A szűrők soros tekercseinek ellenállását általában a lengőtekercs ellenállásának legfeljebb 1/10-ben szokás megállapítani. Más pozícióban elképzelhető, hogy a megfelelő eredményt viszonylag nagy R_DC mellett érjük el. Ez azért jó, mert vékonyabb vezetékből is készülhet és amennyiben készen vásároljuk, akkor jóval olcsóbban megúszhatjuk. Aki házilag készítené el a tekercseket, a méretezéshez a Thiele-féle képletek nagyon jól felhasználhatók. A tekercs geometriája a 27. ábrán látható.

ahol:
    R – a tekercs megcélzott egyenáramú ellenállása (R_DC) [ohm]
    C – magmagasság [mm]
    d – vezetékátmérő [mm]
    L – a tekercs induktivitása [μH]
    N – menetszám
    r – mag sugara [mm]
    l – a vezeték hossza [m]
    m – a vezeték tömege [g]

27. ábra.

   Amennyiben olyan nagy induktivitásértékre van szükség, amely kezelhetetlen méretű légmagos tekercset eredményez, kénytelenek vagyunk valamilyen vasmagos tekercset használni. A tekercsek érzékenyek az egymás melletti távolságra, ezért tartsuk be a 28. ábrán látható szerelési szabályokat. 
(Forrás: https://techtalk.parts-express.com/forum/tech-talk-forum/1439851-inductor-placement).

28. ábra