АКТИВНЫЙ 3-ПОЛОСНЫЙ ФИЛЬТР | Техника и Программы

набор NM211б

Активный 3-полосный фильтр, который можно легко собрать из набора NM2116, заинтересует радиолюбителей, занимающихся конс­труированием высококачественной аудиоаппаратуры. Он позволяет разбить частотный спектр сигнала на своем входе на три полосы: низ­ких, средних и высоких частот. Поэтому 3-полосный активный фильтр имеет три выхода, каждый из которых необходимо подключить к отдельному усилителю мощности, эффективно работающему в задан­ной частотной полосе.

Традиционно в высококачественной звуковоспроизводящей аппа­ратуре используют пассивные разделительные фильтры, имеющие массивные конструкции. Их монтируют чаще всего внутри корпуса акустической системы, что уменьшает полезный объем акустической системы. Кроме того, любой пассивный фильтр уменьшает степень де­мпфирования звукового излучателя и имеет низкий КПД. Активный 3-полосный фильтр NM2116 позволяет уйти от этих неудобств.

В отличие от пассивного фильтра, активный фильтр необходимо устанавливать между линейным выходом источника сигнала и входа­ми усилителей мощности каждого частотного канала 3-полосной акус­тической системы. Его использование позволит передать сигналы с минимально возможным искажением и получить HI-END качество звука. Фильтр NM2116 обладает малым уровнем собственного шума, малыми габаритами и энергопотреблением. Он способен надежно ра­ботать в широком диапазоне питающих напряжений.

Технические характеристики

Напряжение питания [В]      12—30

Ток потребления [мА]         10

Фильтр низких частот (ФНЧ):

усиление в полосе пропускания [дБ]  0

затухание вне полосы пропускания [дБ/октаву]               12

частота среза [Гц] 300

Фильтр высоких частот (ФВЧ):

усиление в полосе пропускания [дБ]  0 затухание вне полосы пропускания [дБ/октаву]        12

частота среза [Гц]        3000

Фильтр средних частот (ФСЧ):

усиление в полосе пропускания [дБ]   0

затухание вне полосы пропускания [дБ/октаву]          6

Рис. 1. Внешний вид платы активного 3-полосного фильтра

частоты среза [Гц]       300,3000

Описание работы активного фильтра

Внешний вид платы активного 3-полосного фильтра с установлен­ными на ней элементами и электрическая схема активного 3-полосно- го фильтра показаны на Рис. 1 и Рис. 2.

Активный фильтр выполнен на четырех операционных уси­лителях, объединенных в одном корпусе интегральной микро­схемы МС3403 (DA2). На ОУ DA2.1 выполнен буферный кас­кад, предназначенный для согла­сования выходного сопротивле­ния источника полезного сигна­ла и входных сопротивлений фильтров НЧ, ВЧ и СЧ. Филь­тры НЧ и ВЧ построены по из­вестной схеме фильтра 2-го по­рядка (фильтра Баттерворта). На ОУ DA2.2 построен ФНЧ, а на ОУ DA2.3 – ФВЧ. Фильтр СЧ, выполненный на ОУ DA2.4, представляет собой суммиру- юще-вычитающее устройство аналогового сигнала, работаю­щее по алгоритму

Uch ⁼ U_Bx – U_H4 – U_B4, где U_Bx ^— входное напряжение активного 3-х полосного фильтра; и _Нч ^— напряжение, присутствующее на выходе фильтра НЧ; U_R4 — напряжение, присутствующее на выходе фильтра ВЧ; Uc4 ^— на­пряжение, присутствующее на выходе фильтра СЧ. На микросхеме DA1 (LM78L05) собран стабилизатор питающего напряжения. Конденсаторы С1 и СЗ предназначены для фильтрации питающего напряжения актив­ного фильтра по входу, а С4 — по выходу. На резистивном делителе R2- R3 ^и конденсаторе С5 выполнена искусственная средняя точка. Она необ­ходима для организации правильного режима питания микросхемы DA2.

На контакты ХЗ и Х4 подается питающее напряжение, а на контак­ты XI и Х2 подается входной сигнал. С контактов Х5, Х6 и Х7 снима­ются отфильтрованные выходные сигналы для трактов НЧ, ВЧ и СЧ соответственно. Схема подключения активного 3-полосного фильтра показана на

Рис. 3-

Рис. 3. Схема подключения активного 3-полосного фильтра

Сборка активного 3-полосного фильтра

Перед сборкой активного 3-полосного фильтра внимательно озна­комьтесь с приведенными в начале этой книги рекомендациями по монта- зку электронных схем. Это поможет избежать порчи печатной платы и от- Ьльных элементов схемы. Перечень элементов набора приведен в Табл. 1.

Таблица 1. Перечень элементов набора NM2116

Позиция	Характеристика	Наименование и/или примечание	Кол-во
С1.С4	0.1 мкФ	Конденсатор, 104 — маркировка	2
С2.С10, С11.С12, С13, С14, С15	0.47 мкФ	Конденсатор, 474 — маркировка	7
СЗ.С5	220 мкФ, 16.. 35 В	Электролитический конденсатор	2
С6.С8	1000 пФ	Конденсатор, 102 — маркировка	2
С7	0.022 пФ	Конденсатор, 223 — маркировка	1
С9	0.01 пФ	Конденсатор, 103 — маркировка	1
DA1	78L09	Микросхема (стабилизатор напряжения)	1
DA2	LM324	Микросхема (4 ОУ), замена МС3403, LM2902	1
R1…R3	10 кОм	Коричневый, черный, оранжевый*	3
R8…R12	ЮкОм	Коричневый, черный, черный, красный, золотой* (погрешность не более 1%)	5
R4…R6	39кОм	Оранжевый, белый, оранжевый*	3
R7	75 кОм	Фиолетовый, зеленый, оранжевый*	1
	DIP-14	Панелька для микросхемы	1
	PLD-80	Разъем штыревой, 3×2 контактов	1
	PLS-40	Разъем штыревой, 2×1 контактов	2
А2116	61×42 мм	Плата печатная	1
* Цветовая маркировка на резисторах.

Перед началом сборки подготовьте проволочные перемычки J1, J4 (7.5 мм) и J2, J3 (12.5 мм). Места расположения элементов на плате ак­тивного 3-полосного фильтра показаны на

Рис. 4. Отформуйте выводы элементов, установите элементы на плату и припаяйте их выводы; при этом установите сначала проволочные перемычки Jl, J2, колодку под DA2, все малогабаритные, а затем и остальные элементы.

Рис. 4. Расположение элементов на плате активного 3-полосного фильтра

После сборки убедитесь в отсутствии ошибок монтажа. Особенно внимательно проверьте правильность установки микросхем и электро­литических конденсаторов. Конструкция активного 3-полосного фильтра предусматривает установку платы в корпус BOX-Z24A (в комплект набора не входит). Для этого в ней имеются монтажные от­верстия 04 и 08 мм.

Активный 3-полосный фильтр хорошо зарекомендовал себя при работе совместно с усилителями мощности NK057, NM2011, NM2011-Mosfet, NM2031, NM2032, NM2033, NM2034. Активный 3-по­лосный фильтр может быть использован и с другими, применяемыми вами, усилителями мощности.

В каталоге наборов, приведенном в этой книге, или на сайте www.masterkit.ru можно выбрать соответствующий корпус (рекомен­дуемый BOX-Z24A), источник питания, выпрямитель и стабилизатор напряжения. Необходимость в некоторых вышеперечисленных компо­нентах может отпасть, если вы решите встроить собранный модуль в корпус уже готового усилителя мощности, имеющего три независимых канала усиления.

Возникающие при сборке проблемы можно обсудить на конферен­ции сайта http: //www.masterkit.ru, а вопросы можно задать по адресу: [email protected].

Наборы NM2116 и другие наборы из каталога МАСТЕР КИТ мож­но приобрести в магазинах радиодеталей или на радиорынках.

Пассивные фильтра 2 порядка для ас. Активный трехполосный фильтр на базе NM2116

Расчет кроссовера для акустики, как известно, очень важная операция. На свете не существует идеальных акустических систем, способных воспроизводить частотный диапазон полностью.
И тогда на помощь приходят отдельные участки спектра динамиков. К примеру, если надо воспроизводить НЧ, применяют сабвуфер, а чтобы воспроизвести ВЧ, устанавливают мидбасы.
Когда все эти динамики вместе взятые начинают играть, то может произойти путаница перед поступлением на тот или иной излучатель. По этой причине и необходим бывает активный или пассивный кроссовер для акустики.
В этой статье мы узнаем, для чего нужен расчет фильтра, рассмотрим пассивные кроссоверы, узнаем как они строятся на катушках индуктивности и конденсаторах.

Расчет кроссовера

Чтобы подключить 2-полосную(см.) или другую акустику с большим количеством полос к 1 каналу усилителя или ГУ, нужно некое отдельное устройство, разделяющее сигнал. При этом оно должно выделять для каждой полосы свои частоты. Именно такие устройства и называются фильтрами или кроссоверами.

Примечание. В комплекте с компонентной акустикой, как правило, уже идет пассивный кроссовер. Его готовил производитель и он рассчитан уже изначально.

Но что делать, если нужно разделить частоты по иной схеме (к примеру, если комплект акустики собран из отдельных компонентов)?
В этом случае речь идет о расчете кроссовера.Отметим сразу, что рассчитать кроссовер совершенно не сложно и даже можно самостоятельно изготовить его.

Ниже приводится инструкция о том, как рассчитать кроссовер:

• Скачиваем специальную программу. Это может быть Crossover Elements Calculator на компьютер;

• Вводим сопротивления низкочастотного и высокочастотного динамиков. Сопротивление – это номинальное значение сопротивления акустики, выражаемое в Ом. Как правило, средним значением является 4 Ом;
• Вводим частоту раздела кроссовера. Здесь полезно будет знать, что частоту надо вводить в Гц, но ни в коем случае не в кГц.

Примечание. Если кроссовер второго порядка, то надо еще ввести тип кроссовера.

• Получить ожидаемый результат можно, нажав на кнопку расчета.

Кроме того, надо знать следующее:

• Емкость конденсаторов, а вернее их значение вводится в Фарадах;
• Индуктивность рассчитывается в Генри (mH).

Схема расчета фильтра выглядит примерно так:

Фильтры разного порядка

Чтобы ясно понимать схему расчета кроссовера(см.), нужно понимать разницу между фильтрами разного порядка. Об этом и пойдет речь ниже.

Примечание. Существуют несколько порядков кроссовера. В данном случае порядок означает параметр кроссовера, который характеризует его способность ослаблять не нужные частотные сигналы.

Первый порядок

Схема 2-х полосного кроссовера этого порядка выглядит следующим образом:

По схеме видно, что ФНЧ или фильтр низких частот построен на катушке индуктивности, а фильтр высоких частот – на конденсаторе.

Примечание. Такой выбор компонентов не случаен, так как сопротивление катушки индуктивности повышается прямо пропорционально увеличению частоты. А вот что касается конденсатора, то здесь обратно пропорционально. Получается, что такая катушка отлично пропускает НЧ, а конденсатор отвечает за пропуск ВЧ. Все просто и оригинально.

Следует также знать, что кроссоверы первого порядка, а вернее их номинал, зависит от выбранной частоты разделения и величины сопротивления колонки. Проектируя ФНЧ, надо в первую очередь обратить внимание на частоту среза НЧ и СЧ динамиков(см.).
А вот проектируя ФВЧ, надо аналогичным образом поступить уже с ВЧ.

Пассивный кроссовер

Наиболее доступной на сегодня считается именно пассивная фильтрация, так как она сравнительно проста в реализации. С другой стороны, не все так просто.
Речь идет о следующих недостатках:

• Согласовать параметры и значение фильтров с характеристиками излучателей колонок очень сложная штука;
• В процессе эксплуатации может наблюдаться нестабильность параметров . К примеру, если повысится сопротивление звуковой катушки при нагреве. В связи с этим значительно ухудшится достигнутое в процессе разработки согласование;
• Фильтр, обладая внутренним сопротивлением, забирает некоторую часть выходной мощности усилителя. Одновременно с этим ухудшается демпфирование, а это сказывается на качестве звучания и четкости передачи нижнего регистра.

Как известно, на сегодняшний день самыми распространенными акустическими системами считаются 2-х компонентные варианты.
В них фильтр разделяет звуковой сигнал на два диапазона:

• Первый диапазон предназначается исключительно для низких и средних частот. В данном случае используется кроссовер для нижних частот или ФНЧ;
• Второй диапазон предназначен для ВЧ. Здесь уже используется другой фильтр ФВЧ.

Примечание. Вариантов реализации фильтра может быть несколько, но он все должно отвечать определенным канонам.

Ниже приводится список требований, которым обязательно должен соответствовать кроссовер:

• Фильтр не должен оказывать влияния на частотный спектр и волну выходящего аудиосигнала;
• Должен создавать для усилителя, независимую от частоты нагрузку активного характера;
• Должен с

Проект «трехполоски» и влияние деталей в фильтре АС / Stereo.ru

У меня довольно сложные акустические условия и нет отдельной комнаты для прослушивания. Был совсем не уверен, что получится, но «старшие товарищи» помогли ценным советом и рекомендациями в выборе головок, за что им очень благодарен. Именно поэтому выбор головок не случаен.

Morel 328 + ScanSpeak D7608 — проверенная связка, а Wavecor WF182BD мне нравится за низкие искажения. Результат оказался предсказуем и времени на создание АС было потрачено относительно не много. Корпус – МДФ в белом лаке, три полосы, фазоинвертор, вес 42 кг (каждая). Звучание очень открытое, масштабное. Баса не очень много, но я и не ставил задачу получения громоподобного низа, важнее другое — с комнатой АС «подружить». Думаю, что и в относительно большом помещении они будут комфортно звучать. Одно из достоинств в этом проекте — середина. И она очень хороша.

Я и раньше слышал купольные СЧ головки, поэтому было желание использовать именно эти головки. Еще было условие, что акустику невозможно выставить на слушателя, АС вынуждены стоять строго параллельно. В общем, решил пойти довольно непредсказуемым путем — использование в трехполосной системе не одного большого динамика, а двух относительно небольших. Думаю, что именно такое расположение головок, по вертикали сравнительно низко от пола, позволяет решать вопросы сложного для акустики помещения.

Много времени уделил внешнему виду. Решил выбрать белый цвет, чтобы акустика не выглядела огромной и даже в выключенном состоянии радовала своим видом. В итоге получился вот такой проект с «неправильной» расстановкой АС в сложной комнате. Еще жду шипы, возможно плиты подложу. Но главное — джаз, старый рок и вокал звучат очень хорошо.

АЧХ с 1 м. без сглаживания (нам ведь нужна правда) и импеданс

Теперь хотел поговорить о влиянии конденсаторов и катушек в фильтре. Ранее уже писал, что делал в макетном корпусе проект на головках морель CAW 638 и ET 338. В настоящий момент все это собрано в «презентабельный» корпус и в фильтре на ВЧ-головку установил MKP Mundorf MCap Supreme, вместо ранее использованного белого MKP Mundorf MCap, а на нч-сч установлена катушка индуктивности Mundorf M-Coil CF CFC16 17 mm.

Результат использования таких деталей очень хорошо слышно. А вот контрольные замеры АЧХ, импеданса не обнаружили изменения. Но саксофон, вокал приобрели новые «штрихи», можно сказать, что стали более осязаемые, повысилась «телесность, контрастность» образов. С.Жилин зазвучал новыми оттенками, именно на его композициях проявилась какая-то многогранность, которая ранее не была заметна. Честно сказать не ожидал таких изменений в звуке. Я и ранее пробовал Mundorf MCap Supreme с ET 308, но именно с ET 338 это проявилось столь отчетливо. А катушки из фольги ранее не приходилось использовать и сравнить не могу с другими НЧ/СЧ-головками. Думаю, что такого рода премиальные катушки и конденсаторы способны раскрыть способности головок очень высокого уровня. Но, с относительно бюджетными, это может быть и не заметно.

Аудио кроссоверы

Каждый современный динамик довольно ограничен в своих возможностях, так как не способен воспроизвести весь спектр звуковых частот. Его эффективная работа определена определенным диапазоном воспроизводимых частот, причем ширина этого диапазона довольно небольшая. Ограничения по частоте связаны с резонансной частотой подвижной системы его конструкции (верхняя граница) и механическими свойствами диффузора, такими как масса и жесткость (нижняя граница). Звук, выходящий за пределы частотного диапазона динамика, искажается, либо существенно снижается звуковое давление. Напомним, что человеческое ухо воспринимает звуковые сигналы частотой 20 -20 000 Гц, это довольно широкий диапазон и он точно шире диапазона, который может выдавать любой динамик. Выход есть: использовать несколько динамиков! Гениально, правда? Осталось только разделить весь диапазон звукового сигнала на диапазоны для отдельных динамиков, входящих в акустическую систему. И в этом нам помогают кроссоверы звука.

  

Что такое кроссовер звука? Это встроенное или отдельное устройство, призванное разделять звук на частотные диапазоны для определенных типов динамиков. Это своего рода фильтр, который отсекает ненужные частоты, пропуская только определенный диапазон. Дело в том, что конструкция динамиков предполагает их работу на определенной частоте, иначе звуковая картина портится, либо динамики просто могут выйти из строя. Например, твитер рассчитан на воспроизведение высоких частот и подача сигнала низкой частоты, да и еще и высокой мощности может привести к тому, что динамик просто «сгорит». Поэтому следуем простому правилу: на высокочастотные динамики подаем высокие частоты, на низкочастотные -низкие, а на среднечастотные (мидвуферы) – средние. Всё просто, не так ли? Осталось только разделить входной сигнал по соответствующим частотным диапазонам. Этим и занимается кроссовер.

Кроссовер представляет собой пару электрических фильтров, обрезающих «лишние» частоты. Поэтому основной характеристикой фильтра является частота среза – это минимальная частота пропускаемого сигнала, частоты ниже будут фильтром срезаны. Например, частота среза двухполосного кроссовера 1000 Гц означает, что один фильтр кроссовера (high-pass фильтр) пропускает только частоты выше 1000 Гц, остальные срезает, другой фильтр (low-pass) наоборот, пропускает частоты ниже 1000 Гц, срезая высокие. Трехполосные кроссоверы имеют еще и среднечастотный фильтр (band-pass), пропускающий только средний диапазон частот.

На графике частоты среза кроссовера можно определить как точки пересечения двух или трех кривых. 

Порядок чувствительности кроссоверов

Порядок чувствительности — это одна из основных характеристик кроссовера, показывающая как относится интенсивность выходного сигнала кроссовера (выраженная в Дб (dB)) к частоте входного сигнала при постоянной интенсивности входного сигнала. Чувствительность или крутизна среза характеризуется отношением dB/octave и она всегда кратна 6. Так кроссовер первого порядка имеет чувствительность 6 dB/octave, второго — 12 dB/octave, третьего — 18 dB/octave, четвертого — 24 dB/octave. Что это означает? Рассмотрим на примере.

Например low-pass фильтр третьего порядка с частотой среза 100 Гц срезает частоты выше 100 Гц, и срезание это будет по следующей схеме: частоты выше 100 Гц потеряют на выходе из фильтра свою интенсивность кратно 18 dB в зависимости от октавы, в которую они входят. Таким образом, частота 200 Гц (первая октава выше частоты среза) потеряет свою интенсивность на 18 Дб, интенсивность частоты в 400 Гц (вторая октава) упадет 36 Гц, а третья октава (800 Гц) ослабеет на 54 Дб и т.д. Менее чувствительный low-pass фильтр первого порядка будет делать то же самое, только ненужные октавы будут ослабевать не на 18 Дб, а на 6 Дб в зависимости от октавы.

Таким образом, фильтры в кроссовере не сразу срезают ненужные частоты, а постепенно с разной чувствительностью в зависимости от своего порядка. 

 

Кроссоверы четвертого порядка практически не применяются на практике. Конструкция кроссовера четвертого порядка была усовершенствованна Линквицем и Рили, которые соединили последовательно два кроссовера Баттерворта второго порядка для твитера, и то же самое для басового динамика. Кроссовер Линквица-Рили не имеет фазовых сдвигов и позволяет проводить временную коррекцию для динамиков, не работающих в одной физической плоскости. Данные кроссоверы имеют самые лучшие акустические характеристики. 

Пассивные и активные кроссоверы

Как вы, наверное, уже догадались, активный кроссовер требует внешнего питания, пассивный — нет. Но это не все отличия между этими двумя типами кроссоверов.

Активный кроссовер обрабатывает сигнал, поступающий с предусилителя головного устройства и в звуковой системе подключается до усилителя мощности. Причем обычно это два-три усилителя (в зависимости от кроссовера: двух- или трехполосный), так как каждый сигнал, полученный на выходе из кроссовера, нужно усиливать отдельно от других. Активные кроссоверы обходятся недешево, поэтому используются в дорогих звуковых системах высокого качества. 

 

 Активные (они же электронные) кроссоверы содержат множество активных фильтров, управляя которыми, можно с легкостью изменять частоту среза любого канала. Активные кроссоверы могут иметь любой порядок чувствительности. Активные кроссоверы имеют только один недостаток – стоимость.

В отличие от активного, пассивный кроссовер получает сигнал с усилителя, поэтому устанавливаются непосредственно перед динамиками. И хотя акустические возможности пассивных кроссоверов более скромные, чем акустических, грамотное их применение поможет получить хорошие результаты и сэкономить финансы.

При чувствительности кроссовера менее 18 dB/octave пассивные кроссоверы работают очень неплохо, при большей чувствительности хороший результат обеспечат только активные кроссоверы. Сфера применения пассивных кроссоверов распространяется, как правило, на твитеры и среднечастотные динамики. При их использовании для низкочастотных динамиков необходимо быть уверенным в высоком качестве конденсаторов и катушек, что определяет стоимость таких кроссоверов, приближая ее к стоимости активных кроссоверов.

Особое внимание при выборе пассивного кроссовера нужно уделять его способности выдерживать пиковые нагрузки, которые создает усилитель. В целом, пассивные кроссоверы переносят перегрузки плохо. К тому же пиковые интенсивности сигнала, которые поступают от усилителя, могут менять частоту среза фильтров. Ко всему прочему, перегруженный фильтр ослабляет звуковой сигнал (дэмпинг).

Настройка кроссовера 

Настройка кроссовера в основном заключается в правильном выборе частоты или частот среза. Для трехполосного кроссовера необходимо определить две частоты среза (две точки на графике), первая из которых определяет частоту среза для сабвуфера (low-pass) и начало среднечастотного диапазона для мидвуфера, а вторая — определяет частоту окончания среднего диапазона и начальную частоту высокочастотного диапазона для твитера (high-pass). В процессе настройки ориентироваться стоит исключительно на частотные характеристики динамиков, не перегружая «лишними» для них частотами.

Некоторые кроссоверы позволяют настроить не только частоту среза того или иного фильтра, но отрегулировать и крутизну спада амплитудно-частотной характеристики. Активные кроссоверы также позволяют настроить фильтры подавления инфранизких частот.

Если в акустической системе используют активные сателлиты и пассивный сабвуфер с усилителем, то звуковая картина часто звучит не совсем привлекательно: их звуковые потоки будут мешать друг другу, накладываясь и создавая резонансы либо провалы звучания. Исправить ситуацию можно двумя способами: использовать усилитель с кроссовером либо использовать общий усилитель для сабвуфера и сателлитов, но саб должен иметь в этом случае встроенный кроссовер (как, например, модель BEHRINGER B1800X PRO EUROLIVE).

Надеемся, информация была вам полезна. Также полезна, как кроссоверы в организации звучания акустических систем. Успехов в творчестве!

 

Расчет фильтров трехполосных громкоговорителей

С целью снижения интермодуляционных искажений при звуковоспроизведении громкоговорители Hi-Fi систем составляют из низкочастотных, среднечастотных и высокочастотных динамических головок. Их подключают к выходам усилителей через разделительные фильтры, представляющие собой комбинации LC фильтров нижних и верхних частот. 

Ниже приведена методика расчета трехполосного разделительного фильтра по наиболее распространенной схеме.

Частотная характеристика разделительного фильтра трехполосного громкоговорителя в общем виде показана на рис. 1. Здесь: N — относительный уровень напряжения на звуковых катушках головок: fн и fв — нижняя и верхняя граничные частоты воспроизводимой громкоговорителем полосы; fр1 и fр2 — частоты раздела. 

В идеальном случае выходная мощность на частотах раздела должна распределяться поровну между двумя головками. Это условие выполняется, если на частоте раздела относительный уровень напряжения, поступающего на соответствующую головку, снижается на 3 дБ по сравнению с уровнем в средней части ее рабочей полосы частот.

Частоты раздела следует выбирать вне области наибольшей чувствительности уха (1… 3 кГц). При невыполнении этого условия, из-за разности фаз колебаний, излучаемых двумя головками на частоте раздела одновременно, может быть заметно «раздвоение» звука. Первая частота раздела обычно лежит в интервале частот 400… 800 Гц, а вторая — 4… 6 кГц. При этом низкочастотная головка будет воспроизводить частоты в диапазоне fн…fp1. среднечастотная — в диапазоне fp1… fр2 и высокочастотная — в диапазоне fр2…fв.

Один из распространенных вариантов электрической принципиальной схемы трехполосного громкоговорителя приведен на рис. 2. Здесь: B1 — низкочастотная динамическая головка, подключенная к выходу усилителя через фильтр нижних частот L1C1; В2 — среднечастотная головка, соединенная с выходом усилителя через полосовой фильтр, образованный фильтрами верхних частот C2L3 и нижних частот L2C3. На высокочастотную головку В3 сигнал подается через фильтры верхних частот C2L3 и C4L4.

Расчет емкостей конденсаторов и индуктивностей катушек производят исходя из номинального сопротивления головок громкоговорителя. Поскольку номинальные сопротивления головок и номинальные емкости конденсаторов образуют ряды дискретных значений, а частоты раздела могут варьироваться в широких пределах, то расчет удобно производить в такой последовательности. Задавшись номинальным сопротивлением головок, подбирают емкости конденсаторов из ряда номинальных емкостей (или суммарную емкость нескольких конденсаторов из этого ряда) такими, чтобы получившаяся частота раздела попадала в указанные выше частотные интервалы.

Тип конденсатора	Емкость, мкФ
МБМ	0,6
МБГО, МВГП	1; 2; 4; 10
МБГП	15; 26
МБГО	20; 30

{mospagebreak}Емкости конденсаторов фильтров С1…С4 для различных сопротивлений головок и соответствующие значения частот раздела приведены в табл 2.

Zг,0м	4.0	4.5	5.0	6.5	8.0	12,5	15
С1,C2, мкф	40	30	30	20	20		15
fp1, Гц	700	840	790	580	700	—	520
С3,С4, мкф	5	5	4	4	3	2	1,5
fр2,кГц	5,8	5,2	5	4,4	4,8	4,6	5,4

Легко видеть, что все значения емкостей могут быть либо непосредственно взяты из номинального ряда емкостей. либо получены параллельным соединением не более чем двух конденсаторов (см. табл. 1).

После того как емкости конденсаторов выбраны, определяют индуктивности катушек в миллигенри по формулам: 

В обеих формулах: Zг-в омах; fp1, fр2 — в герцах.

Поскольку полное сопротивление головки является частотнозависимой величиной, для расчета обычно принимают указанное в паспорте головки номинальное сопротивление Zг, оно соответствует минимальному значению полного сопротивления головки в диапазоне частот выше частоты основного резонанса до верхней граничной частоты рабочей полосы. При этом надо иметь в виду, что фактическое номинальное сопротивление различных образцов головок одного и того же типа может отличаться от паспортного значения на ±20%.

В некоторых случаях радиолюбителям приходится использовать в качестве высокочастотных головок имеющиеся динамические головки с номинальным сопротивлением, отличающимся от номинальных сопротивлений низкочастотной и высокочастотной головок. При этом согласование сопротивлений осуществляют, подключая высокочастотную головку В3 и конденсатор С4 к различным выводам катушки L4 (рис. 2), т. е. эта катушка фильтра играет одновременно роль согласующего автотрансформатора. Катушки можно намотать на круглых деревянных, пластмассовых или картонных каркасах с щечками из гетинакса. Нижнюю щечку следует сделать квадратной; так ее удобно крепить к основанию — гетинаксовой плате, на которой крепят конденсаторы и катушки. Плату крепят шурупами ко дну ящика громкоговорителя. Во избежание дополнительных нелинейных искажений катушки должны выполняться без сердечников из магнитных материалов.

Пример расчета фильтра.

В качестве низкочастотной головки громкоговорителя используется динамическая головка 6ГД-2, номинальное сопротивление которой Zг=8 Ом. в качестве среднечастотной — 4ГД-4 с таким же значением Zг и в качестве высокочастотной — ЗГД-15, для которой Zг=6,5 Ом. Согласно табл. 2 при Zг=8 Ом и емкости С1=С2=20 мкф fp1=700 Гц, а при емкости С3=С4=3 мкф fр2=4,8 кГц. В фильтре можно применить конденсаторы МБГО со стандартными емкостями (С3 и С4 составляют из двух конденсаторов).

По приведенным выше формулам находим: L1=L3=2,56 мГ; L2=L4=0,375 мГ (для автотрансформатора L4 — это значение индуктивности между выводами 1-3).

Коэффициент трансформации автотрансформатора

 

На рис. 3 показана зависимость уровня напряжения на звуковых катушках головок от частоты для трехполосной системы, соответствующей примеру расчета. Амплитудно-частотные характеристики низкочастотной, среднечастотной и высокочастотной областей фильтра обозначены соответственно НЧ, СЧ и ВЧ. На частотах раздела затухание фильтра равно 3,5 дБ (при рекомендуемом затухании 3 дБ).

 

Отклонение объясняется отличием полных сопротивлений головок и емкостей конденсаторов от заданных (номинальных) значений и индуктивностей катушек от полученных расчетом. Крутизна спада кривых НЧ и СЧ составляет 9 дБ на октаву и кривой ВЧ — 11 дБ на октаву. Кривая ВЧ соответствует несогласованному включению громкоговорителя 1 ГД-3 (в точки 1-3). Как видно, в этом случае фильтр вносит дополнительные частотные искажения.

Примечание от авторов:

В приводимой методике расчета принято, что среднее звуковое давление при одной и той же подводимой электрической мощности для всех головок имеет примерно одинаковое значение. Вели же звуковое давление, создаваемое какой-либо головкой, заметно больше, то для выравнивания частотной характеристики громкоговорителя по звуковому давлению эту головку рекомендуется подключать к фильтру через делитель напряжения, входное сопротивление которого должно быть равно принятому при расчете номинальному сопротивлению головок.

 РАДИО N 9, 1977 г., с.37-38 E. ФРОЛОВ, г. Москва