高级分频器仿真与分析软件
CrossoverShop为从实际测量数据开发分频器的过程提供了强大的系统建模、设计和分析工具库。支持模拟和数字甚至混合分频架构。
CrossoverShop提供了一种具有图形化原理图编辑功能的独特声学/电路模拟器,支持无源/有源模拟和数字FIR/IIR分频器开发。您可以从许多内置的拓扑结构中选择一个来合成电路,或者创建和分析所需的任意电路。分频器设计向导支持各种不同的结构、参数和选项,可在几分钟内自动生成优化后的完整分频器设计!
CrossoverShop包含强大的优化器和综合工具,用于无源、有源和数字分频器。可以使用基于单曲线或约束的目标类型和频率加权能力对SPL、阻抗、电压或群延时数据进行优化。强大的性能可以轻松处理大量曲线数据,还具有广泛的后处理和众多实用功能。
功能特点
•模拟无源分频器设计与分析
•模拟有源分频器设计与分析
•数字滤波器FIR分频器设计与分析
•数字滤波器IIR分频器设计与分析
•广泛的模拟和数字滤波器合成
•混合域模拟和数字分频电路设计
•高级全局优化引擎
•SPL、群延时、阻抗优化
•图形化原理图输入和编辑
•全自动分频器设计向导
•22个高级专用电路元件
•高级电子/声学电路模拟器
•热、蒙特卡洛、灵敏度电路分析
•简明的快速入门指南
•实用的应用手册
简介
音箱分频器的设计过程很复杂,涉及声学测量数据和元件数学计算,所有这些都在电路模拟器中组合在一起。此外,为了获得准确的声学和电路结果,必须在整个过程中保持电路和声学计算并相互参考。传统的电路模拟器仅处理电路元件,缺乏正确处理这种电声混合环境的独特要求所需的功能。
CrossoverShop配备了一个专门的电声模拟器,该模拟器具有高度专业化的元件,提供了高级分频器设计和分析所需的所有功能。它采用程序化的设计流程方法,可以仿真、检查和优化多种不同的分频器设计。
CrossoverShop自动计算所有电声响应曲线,并将其绘制在各种不同的图表上,每张图表都由一个功能齐全的比例系统控制。还提供了一个图形化原理图编辑器,用于电路构建和编辑。二十多种合成工具几乎可以设计任何滤波器。
对软件中许多功能的详细处理过程这里将不做过多的说明,只介绍和解释CrossoverShop提供的一些重要的功能和特性。有了CrossoverShop,设计优秀的分频器从未如此简单!
应用软件
程序主界面如下图所示。CrossoverShop是一个大型Windows程序,包含100多个对话框、广泛的2D图形、各种后处理实用工具和密集的数值数学计算工具。为此该程序创建了80多个专门的Windows®自定义控件。所有模拟都是利用频域和时域分析进行的。许多数值浮点例程都是用80x87汇编语言编写的,并使用“Intel® VTune™性能分析器”进行了高度优化,来最大限度地提高FPU性能并缩短分析时间。所有计算均以双倍(64位)或扩展(80位)浮点精度执行。
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模拟无源分频器
无源分频器已经广泛使用了一百多年。它们可能非常简单和低成本,也可能极其复杂和昂贵。无源分频器的设计要求因元件本身的非理想性质,以及无源网络由高度复杂的扬声器做负载而变得复杂。
CrossoverShop提供了多种工具和功能,利用自动合成工具和强大的优化功能来解决这些无源分频器问题。每个扬声器的声压级和电阻抗的实际数据都可以导入。此外,寄生元件模型的特点可以表征现实中的元件。有各种强大的合成工具可供选择,包括全自动和优化的共轭网络(阻抗补偿)设计,来平坦化任何扬声器阻抗。
模拟有源分频器
就2分频或3分频设计而言,有源分频器在以前也被称为双路放大器或三路放大器系统。所有有源分频器都为每路使用独立的功率放大器,扬声器直接连接到功率放大器。有源分频器设计可以得到一个高功率高性能系统,其损耗和失真更低。
CrossoverShop提供两级模拟滤波器建模:高级传递函数块和低级实际电路。滤波器合成工具产生作为传递函数块的设计,然后可以将其转化为实际电路。优化在这里也是非常有用的。
CrossoverShop内置多个库,有1500多个运算放大器可用,其中包含准确率增益带宽、输入/输出阻抗和电压/电流噪声模型。即使使用数十个运算放大器,也能进行极快的电路分析。
数字FIR分频器
随着现代数字信号处理技术的进步,数字分频器变得越来越普遍。数字滤波器可以实现许多传统上在模拟域中很难实现的事情。时间校正变得非常容易,使用FIR滤波器的恒定群延时也成为了可能。
FIR滤波器能够以前所未有的方式应用于扬声器/箱体缺陷的均衡,从而产生非常平坦的响应。由于FIR滤波器的阶数极高,几乎可以产生任何响应曲线。分频拐点处极其尖锐的过渡几乎消除了多个扬声器的干涉和离轴效应。
CrossoverShop提供FIR合成,并可以以多种格式导出系数。还可以实现有限精度模拟。
数字IIR分频器
第二类数字滤波器是IIR型。这类滤波器基本上仿真了常见的模拟滤波器的经典响应性能。IIR滤波器是通过原型模拟滤波器的变换而创建的。首先设计一组模拟分频滤波器,然后使用各种变换产生IIR等效值。
CrossoverShop提供了许多不同类型的转换,因为每种转换都有其独特的特点。还可以探索有限精度效应,这对IIR滤波器至关重要。高级最优近似和频率采样方法也可用于精细的均衡。
高级专用电路元件
程序中支持许多不同类型的电路元件。其中许多元件具有独特的功能,是专门为支持高级滤波器设计和分频器分析而创建的。提供模拟和数字电路分析,包括混合设计的自定义组合。
■电阻
该元件还包括并联电容和串联电感的寄生模型。它还包括一个受指数频率影响的模型,用于模拟铁氧体/铁芯电感的损耗。
■电容
该元件还包括串联电阻和电感的寄生模型。它还包括一个受指数频率影响的模型,用于模拟各种类型的介电性能。
■电感
该元件还包括并联电容和串联电阻的寄生模型。它还包括一个受指数频率影响的模型,用于模拟铁氧体/铁芯电感的损耗。
■FDNR (频率相关负电阻)
这个分量可以描述为电容的平方。它通常用于电位器的设计。
■电位器
一个强大的元件,用于模拟电位器,具有自动旋转和曲线生成功能。提供了电位器变化率库。
■变压器
包含初级、次级、互感、漏电感和匝数比参数。
■导入阻抗
可以测量实际元件,并导入其阻抗曲线以用于电路仿真。
■开关
用于各种极点布置。模型包括电阻和分流电容。
■TFB (传递函数模块)
非常强大的元件,可以生成各种传递函数,包括导入的曲线。
■信号发生器
所有电路中的基本信号源。还包括噪声发生器和自定义响应修改。
■加法器
该元件允许对信号进行加法或减法运算。它有两个或三个输入,每个输入都有可选择的极性。输入和输出具有有限阻抗,并以地为参考。该元件可用于进行差分测量或从平衡电路产生单端输出。
■SCN (开关电容网络)
SCN模拟了开关电容电阻结构的频域采样行为。
■IIR 滤波器
该元件对数字IIR滤波器的频域行为进行建模。
■FIR 滤波器
该元件对数字FIR滤波器的频域行为进行建模。
■缓冲器
提供三种精确地功能:反转信号的极性、更改信号的增益或延时信号。
■扬声器
毫无疑问,它是电声电路模拟器最重要的组成部分。该元件定义了扬声器的电学和声学特性,并指定了扬声器在箱体上的三维位置。还提供对双音圈扬声器的全面支持。
电路与声学仿真
分频器建模需要同时利用测量的电学和声学数据进行双域分析。为了根据每个部分的响应提供准确的声学求和,还必须知道每个扬声器的3D空间坐标。
任何分频器仿真的关键元件都是扬声器。该元件在其数据结构中携带所有需要的测量SPL和阻抗数据。实际上,这些元件中的每一个本身都是一个虚拟曲线库,可存储多达50条曲线,表示轴向和离轴声学数据。
这使得CrossoverShop能够计算轴向、离轴和极坐标响应图(指向性图)。系统极坐标响应的模拟需要系统中每个扬声器的测量离轴SPL数据的可用性。此数据的角度分辨率完全由用户决定。如果不需要进行指向性仿真,则可以省略扬声器的离轴数据。
每个扬声器的阻抗和SPL曲线在实际的原型箱体上单独测量。开始任何设计时必须首先确定箱体原点的位置。即必须选择一个点作为所有坐标所基于的X、Y、Z参考。通常,这位于箱体面板表面的某个位置。
两个常见的原点要么是高音扬声器的中心,要么是面板的中心。原点位置的选择完全由用户决定。轴向和极坐标图(指向性图)计算将相对于该位置进行计算。
声学相位数据至关重要。SPL曲线中包含的相位数据有两种可能的选择。这些选项表示相位数据中的相对参考位置。
分频器向导
如果您想通过单击按钮来设计分频器,那么分频器向导就是为您创建的。该实用程序是高度自动化例程的复杂集合,可以自动设计许多不同类型的复杂分频器。用户仍需负责收集和提供必要的信息和测量结果。
向导是一系列对话框,提供了一种简单快捷的设计分频器的方法。在启动分频器向导之前,您必须导入设计所需的所有阻抗和SPL曲线。向导会问你一系列简单的问题,然后会自动为你布局完整的分频器电路。它还将优化分频器设计。
使用向导是获得初始分频器设置的最简单方法之一。但是,一旦向导完成了任务,您可以像编辑其他设计一样编辑、更改或修改设计。向导只是开始分频器设计的另一种方式。
在某些情况下,向导的结果可能非常接近您的期望。该向导旨在执行常见的分频器设计。它并不意味着提供所有可能的设计组合和特殊电路。对于这些情况,您需要修改最终的向导设计,或者像往常一样手动构建自己的设计。
■步骤-1
第一步是选择您想要的分频器类型,并定义几分频。这些选择将控制后面步骤中需要哪些参数和选项。
■步骤-2
在这一步中,定义了分频器目标的阶数和分频点。这些是将优化响应的对齐方式。根据分频器设计的类型,可能有一些可选的分频器选项可用。四个选项卡中只有一个可用,并且将根据设计类型为您进行此选择。
■步骤-3
在这里,您将定义每个分频段的数据曲线位置、实际滤波器阶数以及每个扬声器的坐标。不使用的特定部分将变为灰色。选择放置扬声器数据的正确SPL和阻抗曲线条目。阶数选择定义了设计中每个分频部分使用的实际滤波器阶数。这通常与对齐的优化目标阶数不同。由于扬声器本身的非平坦响应,滤波器阶数通常小于目标阶数。
■步骤-4
在优化分频频段时,必须指定进行优化的频率区域。这显示为扬声器响应的一部分上的红线。只需单击红线末端附近的鼠标,即可更改分频器优化频率范围的限制。扬声器响应的某些区域可能无法通过分频器控制,因此不应包括在内。
■已完成-正在处理中
步骤4完成后,处理开始。将显示一个摘要对话框,其中列出了已完成的任务以及当前正在进行的任务。其他对话框也将根据分频器类型、分频路数和所选选项出现和消失。
处理可能需要30秒到15分钟或更长时间,具体取决于分频器设计和计算机的速度。完成设计可能需要许多任务。当所有对话框都消失时,向导就完成了。然后,您可以检查电路和响应曲线图。由于大部分处理都依赖于用户数据和参数,因此由于数据不正确或不准确,自动化设计过程中可能会出现许多问题。
这是一个使用向导可以轻松设计分频器的例子。如果您对此设计不满意,可以快速重复向导设计过程,并可更改不同的参数。所有扬声器信息现在都已在设计文件中,不需要重新输入。每次运行时,向导都会清除现有原理图并创建一个新的原理图。用户还可以选择在使用向导创建基本分频器设计后手动编辑和优化设计。使用向导创建基本的分频器设计,通常提供了一种快速创建整体原理图的方法。然后,用户可以进行进一步的修改和优化。
曲线库
分频器设计通常涉及大量数据。为了满足这一要求,CrossoverShop提供了两个曲线库:系统曲线库和指引曲线库。
系统曲线库包含系统本身在分析后产生的所有仿真结果。指引曲线库包含从系统曲线传输(复制)、由处理函数生成或由用户外部导入程序的任意数据。每个库中最多有200条曲线。一条曲线条目实际上包含两个数据数组(左/右),它们通常同时保存幅值和相位。
曲线根据其包含的数据类型自动显示在各种图形上。每条曲线都可以启用/禁用显示,并可指定线条颜色/样式/宽度。
■系统曲线
系统分析生成的曲线是自动命名的,不允许任何用户修改。许多曲线名称是从用户给电路中的数据节点或扬声器元件的标签中衍生出来的。以下是系统曲线:
•所有信号发生器各自的阻抗负载
•所有并联网络的阻抗
•任何电路数据节点的电压
•每个扬声器的SPL
•所有扬声器的SPL求和
•每个扬声器SPL的群延时
•所有扬声器SPL的群延时总和
•每个扬声器的水平极坐标SPL
•所有扬声器的水平SPL总和
•每个扬声器的垂直极坐标SPL
•所有扬声器的垂直SPL总和
■指引曲线处理
指引曲线库包含许多处理功能,可用于重新校正和修改曲线的数据点。各种插值和外插方法以对数和线性格式提供。
■曲线导入/导出和直接传输
通过简单的文本格式支持曲线数据的导入和导出。曲线也可以通过Windows剪贴板使用剪切和粘贴在LMS和EnclosureShop等其他应用程序之间轻松传输,而无需任何文件转换。
电路优化
电路优化器是一个强大的工具,用于优化许多电路元件的值,否则这些值将无法计算。通过使用此工具,可以很容易地找到最接近响应目标的电路所需元件值。支持单个部分以及整个系统响应总和的优化。可以选择或取消选择任何数量的元件或参数进行优化。
可以基于SPL、电压、阻抗或群延时进行优化。还支持基于幅值平方或复杂数据的优化。优化可以最小化峰值或平均误差。为每个可用的元件值提供单独的启用,以及手动编辑元件值。还提供了多个存储,用于保存和调用以前的元件集结果。
通过使用一对最大/最小曲线,优化器还支持基于曲线和基于约束的优化。提供了额外的功能来控制优化的精确频率范围,以及应用于频率范围任何部分的权重。此外,可以在保持最小阻抗约束的同时对声学响应进行优化。
■优化器对话框
优化器对话框包含几个按钮和一个大型数据网格,其中列出了所有可以优化的可用元件参数。面板底部的两个字段显示参数总数和当前选择(活动)进行优化的参数数量。顶部的另一个字段显示系统数据曲线和目标之间的当前误差。
数据网格显示每个参数的值、元件名称、参数单位、索引以及是否选择优化。您可以手动更改或输入网格中参数的值,并使用“更新”按钮手动重新计算电路响应。“优化”按钮启动后,将出现一个对话框,显示当前误差、评估计数和迭代。
■加权函数
使用此选项卡上的功能可以增加每个频率的误差的重要性。增加给定频率的权重会迫使优化器相对于权重为1的其他区域减少误差。网格显示了代表加权函数的多段线的图。水平频率轴基于当前系统频率范围。
■目标生成器
此选项卡面板提供了一种非常快速和简单的方法来生成目标曲线以进行优化。通过此面板上的这些特征,可以生成频段和系统目标响应曲线。
这里提供的功能旨在满足大多数分频器设计要求的一般需求。如果您需要更专业的目标,可以使用传递函数块通过其他分析方法创建,也可以使用曲线编辑器实用工具手动定义。您还可以通过数值数据导入目标曲线,或使用曲线捕获实用工具从外部源以图形方式捕获它们。
合成工具
CrossoverShop包含大量用于滤波器设计的显式方程公式和数值解。合成对话框接收您的参数值,设计一个执行滤波功能的电路片段,然后将其粘贴到原理图中。然后,您可以根据需要将电路片段集成到电路的其余部分,或对其进行编辑或优化。
仿真精度
虽然CrossoverShop包含了以非常高的精度计算系统响应所需的所有特征和参数,但存在一些限制因素,这些因素总是会在仿真和实际结果之间产生一些差异。分频系统的计算涉及许多元素和数据。一些数据是测量的,而其他元素,如元件值,在仿真时可能被假设为理想或未知。其中一些因素包括:
•最终结果的测量通常比原始扬声器测量晚得多。环境条件(温度、边界、参考等)在这些时间段之间经常发生变化,并可能影响扬声器的响应。
•元件的建模可能不够准确,无法反映其真实性能。这完全在用户以及他们表示元件所付出的努力、时间和谨慎的控制之下。对于元件特性非常复杂的无源分频器来说,这通常是一个问题。将电感建模为固定电阻和电感只是粗略的近似值。
•对单独工作的扬声器进行测量,然后作为一个系统一起运行,可能会产生变化。当它们在分频器区域一起工作时,就会出现相互耦合,而单独测量时则不会出现这种情况。
上面两个图显示了三分频无源分频系统的系统声学和阻抗响应的比较。扬声器系统由一个10英寸低音扬声器带倒相管箱体、一个4.5英寸的中置扬声器和一个1.2英寸的橡胶球顶高音扬声器组成。
下面的两个图展示了三分频无源分频系统的系统声学和阻抗响应之间的比较。扬声器系统由双8英寸低音扬声器的带倒相管箱体、一个6.5英寸的中置扬声器和一个1英寸的铝球顶高音扬声器组成。
系统要求
CrossoverShop是一个高度密集的Windows数值应用程序。该程序包含数百种数值数学算法,其中一些算法非常庞大,对CPU的浮点性能提出了很高的要求。
CrossoverShop对处理器的配置有一定要求,不过现在的电脑基本上都能完美的运行。根据系统中CPU的速度和类型以及设计的复杂性,一些电路分析可能需要几分钟才能运行完。
CrossoverShop还使用了大量的图形。为了获得最佳效果,建议使用1024 x 768以上的分辨率,颜色深度至少为64K(16位)。
LEAP_CrossoverShop 中文汉化文件(会员专享)
CrossoverShop汉化方法:
1.将汉化文件包下载后,进行解压缩;
2.将解压缩后的文件复制到LEAP软件的根目录文件夹,覆盖原文件;
3.完成汉化,启动LEAP_XVR.EXE查看效果。
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