Низкочастотный фильтр для сабвуфера на одном ОУ
В многополосных акустических системах для разделения частот звукового сигнала применяются пассивные или активные фильтры. Если мы используем для воспроизведения звука широкополосной усилитель, то обычно частоты разделяются пассивными фильтрами, входящими в состав схемы колонки громкоговорителя. С выхода фильтра сигнал подается на соответствующий громкоговоритель (высокочастотный, среднечастотный или низкочастотный). Однако более эффективно (но более дорого) разделять частоты сигнала после ступени пердварительного усилителя, перед усилителем мощности. Тогда придется для каждой полосы частот использовать свой УМЗЧ, рассчитанный по частотному диапазону и по требуемой мощности на работу в заданной полосе звукового диапазона.
В простейшем случае мы можем добавить к нашей системе звукоусиления (домашний кинотеатр, звуковая подсистема компьютера и т.д.) низкочастотную колонку, которую принято называть Сабвуфером. Такая колонка позволит воспроизводить самые низкие частоты, которые обычно недоступны стандартным недорогим акустическим системам с небольшими громкоговорителями и малым объемом ящика. Требуется только одна колонка — сабвуфер, поскольку наш слух не воспринимает направленность звука на самых низких частотах. То есть, канал сабвуфера нужен только один, но придется на его входе просуммировать сигналы левого и правого стереоканалов.
Здесь представлена одна из возможных схем активного фильтра — предусилителя для канала сабвуфера:
Фильтр собран на классическом операционном усилителе 741. Можно использовать любой ОУ общего назначения. Лично я отдал бы предпочтение малошумящему NE5534 или половинке NE5532. Можно использовать также дешевые TL071, TL081 и т.д. Частот среза фильтра лежит в области 25-80 герц. Для питания фильтра необходимо использовать стабилизированный двухполярный источник напряжением +/- 12 в.
Список деталей:
- R1,R3,R4 = 10K 1/4W
- R2=100K 1/4W
- CY1,CY2 = 0.22uF Polyester
- C1,C2 = 10uF/25V Electrolytic
- IC1 = uA741A Single Op-Amp Ic + 8 Pin Ic Socket
- 3 Pin Male & Female Connector x 2
- 2 Pin Male & Female Connector x 1
- PCB as in required size 4.5 cm x 3.4 cm
Переведено с английского. Источник..
что такое Low-Pass фильтр и как им пользоваться
Фильтры низких частот — простые инструменты с огромным влиянием на общее звучание микса. При правильном использовании Low-Pass фильтр превращает сырые исходники в отполированные треки, а плоские звуки — в глубокие и богатые сигналы. Вместе с тем бесконтрольная фильтрация низких частот вымывает из композиции яркость, создавая мутную и мямлющую картину.
Продолжая серию материалов об эквализации, редакция SAMESOUND.RU приводит адаптированный перевод заметки из блога компании iZotope, посвящённой возможностям низкочастотных фильтров. Из этого текста вы узнаете, что такое Low-Pass фильтры, а также посмотрите на несколько вариантов использования фильтра, которые доказывают, что их возможности значительно шире обычного ограничения сигнала.
Что такое Low-Pass фильтр
Low-Pass фильтр, низкочастотный пропускной фильтр или фильтр низких частот (ФНЧ) — инструмент, отрезающий все высокие частоты после определённой отметки, называемой частотой среза (точка обрезки). Во время работы фильтр устраняет всё, что выходит за выбранную точку обрезки, но не затрагивает сигнал ниже.
Low-Pass фильтр — один из самых простых, но вместе с тем действенных и даже деструктивных методов использования эквалайзера. С его помощью звукорежиссёр может оставить в сигнале только низкие частоты до определённой отметки — фильтр отсечёт все, что живёт выше выбранной точки.
Фильтр — простейший инструмент, управляемый только параметром частоты среза, однако его влияние на звучание микса велико.
Основное предназначение низкочастотных фильтров — ограничить высокочастотный контент, который не нужен миксу. Для настройки параметров работы используется всего лишь один параметр — точка обрезки, задающий конкретную границу спектра, после которой происходит отсечение частот. К примеру, применив низкочастотную фильтрацию к бас-бочке и выбрав точку обрезки в районе 5 кГц, мы можем устранить весь частотный контент выше заданной отметки. Чаще всего низкочастотным фильтром устраняют шумы и различные высокочастотные наводки, незначительные артефакты, а также убирают лишний верх у синтезаторов, ударных, вокала и других инструментов.
Как низкочастотная фильтрация влияет на сигнал
Как и в случае с другими инструментами, используемыми при сведении музыки, Low-Pass фильтр нужно применять осторожно (особенно, если вы новичок). Главное здесь — вовремя остановиться и не зафильтровать всё напрочь.
Чтобы оценить влияние низкочастотного фильтра на сигнал, проведём небольшой эксперимент. Поместите фильтр на мастер-канал DAW и установите достаточно высокую частоту обрезки — 10 кГц или выше. По мере понижения точки фильтрации микс постепенно превратится в низкочастотное мутное месиво (особенно явно потеря верха проявится, если обрезка перевалит ниже 7 кГц). Теперь постепенно повысим точку фильтрации (двигайте фильтр вправо, выше по спектру). Повышение порога срабатывания фильтра постепенно вернёт миксу яркость и полноту звука.
Такой пример отлично демонстрирует деструктивную суть фильтрации — перестараетесь, и музыка перестанет быть музыкой.
Конечно, вряд ли кто-то в здравом уме будет так активно использовать фильтр на основном выходе проекта. Так или иначе, но при работе с отдельными дорожками ситуация практически не отличается от нашего эксперимента — сильные ограничения убивают полноту и естественность звука.
Даже при аккуратной работе с фильтром его деструктивная природа может привести к смерти микса от нехватки высоких частот. Человеческий слух более восприимчив к средним и высоким частотам, во время сведения чувствительность ушей быстро снижается. Так как работа в студии обычно связана с постоянным прослушиванием микса в течение длительного времени, звукорежиссёры и музыканты подвержены риску не заметить, что Low-Pass фильтр отрезал лишнее. Как только в миксе активнее появляются высокие частоты, слух воспринимает их как слишком резкие звуки и стремится «задавить» их куда подальше, а то и вырезать напрочь. В итоге уставшие уши не слышат реальную звуковую картину, что приводит к появлению искалеченных миксов с частотным дисбалансом.
Чтобы понять важность аккуратной фильтрации, послушайте пример ниже. Синтезаторный бас звучит вместе с барабанным лупом и разными настройками фильтра низких частот.
- Эксперимент с низкочастотной фильтрацией 0:30
В первой части аудиофайла частота среза слишком высока — бас звучит очень ярко и в отрыве от ударных. Во второй части примера фильтрация менее активна, бас звучит округло и плотно, но потерял резкость оригинального сигнала. В третьей части мы слышим сбалансированное звучание: бас звучит округло, не мешает ударным, но и не лишён нужной яркости.
Как использовать Low-Pass фильтр при сведении музыки
Самое частое применение фильтра — обрезка высоких частот. Благодаря этому сигнал становится чище, а в верхнем диапазоне частот микса появляется дополнительное пространство для инструментов. Тем не менее возможности низкочастотного фильтра не ограничиваются простой чисткой спектра, ведь фильтр может работать не только как корректирующий, но и как креативный инструмент обработки.
1 Устранение немузыкальных элементов
Как гул и мутность, мешающие частотам в нижнем низе прорваться через микс, шипящие и резкие звуки в районе 10 кГц отвлекают внимание от более важной высокочастотной информации в других точках частотного спектра. В зависимости от инструмента, различные немузыкальные звуки могут жить ниже 10 кГц.
Использование фильтра низких частот для устранения шума из сигнала басаНа скриншоте выше мы видим басовую линию с активированным эквалайзером Neutron. В этом конкретном случае интерес вызывает то, что происходит ниже 2 кГц. Обратите внимание на шумы, попавшие в сигнал во время записи — их наличие делает сигнал баса излишне активным в общем миксе. Когда мы повышаем громкость баса, существование таких помех становится критичным: шум усиливается вместе с сигналом и даже маскирует за собой другие инструменты.
Слушателю незачем слышать шум, ему не нужно знать, откуда он взялся и что вообще присутствует в сигнале. Задача звукорежиссера в том, чтобы скрыть подобный контент от ушей посторонних и переключить внимание людей на то, что реально важно — звук баса. Здесь-то и нужен Low-Pass фильтр: наведя точку обрезки на место, где шум исчезает, мы скроем его в миксе. Главное не отфильтровать лишнего, иначе сигнал баса исказится и потеряет в естественности.
При фильтрации всегда соблюдайте баланс. Фильтр должен отрезать лишнее, но не изменить сам сигнал.
2 Придание глубины
Глубина микса — важный фактор качественной записи. Благодаря ей мы можем почувствовать, что инструменты на переднем и заднем плане звуковой картины находятся на разном расстоянии. Обычно на переднем плане оставляют голос и вокал, ударные и гитары. На задний план отодвигают перкуссию, пэды и клавишные.
Мы привыкли, что в повседневной жизни объекты, находящиеся далеко от нас, звучат более тихо и менее ярко. Когда мы идём по улице, то двигатели и сигналы автомобилей звучат достаточно глухо. Несмотря на то, что в звуке двигателя преобладают низкие частоты, а в сигнале клаксона — высокие, когда мы находимся на некотором удалении от этих источников звука сигналы сливаются между собой в единую глухую картинку.
Этот принцип работает и при сведении музыки. Фильтруя верхний верх и снижая уровень инструментов, мы отодвигаем их на задний план микса.
Положение инструмента в миксе можно автоматизировать. Для этого достаточно активировать на дорожке Low-Pass фильтр и запрограммировать его так, чтобы в нужные моменты микса (например, в припеве) он отодвигал точку обрезки и выдвигал сигнал вперёд. Затем фильтр можно вернуть обратно, чтобы инструмент снова переехал на задний план. Благодаря автоматизации, о которой мы подробно рассказывали здесь, фильтр превращается из ограничивающего в креативный инструмент.
3 Устранение сталкивающихся частот у инструментов со схожим звучанием
Фильтрация полезна при создании пространства для разных сигналов. С помощью Low-Pass фильтра звукорежиссёр может выборочно удалить высокие частоты, чтобы дать больше свободы звучащим высоко инструментам.
Представим, что в вашем проекте присутствует множество слоев вокала и ярких синтезаторов. Из-за того, что вокал и синтезаторы живут в одних и тех же (или очень близких) частотных диапазонах, их звук становится зажатым — сигналам попросту тесно вместе. В попытках исправить эту ситуацию начинающие звукорежиссеры обычно усиливают верхний верх у вокала так, чтобы он выделился на фоне остальных сигналов. Ход логичный, но неправильный: проблема тесноты только усиливается, микс становится ярким до боли в ушах .
На деле же решение значительно проще: отфильтровать частоты в районе верхнего верха в тех сигналах, которым они не нужны. По итогам фильтрации мы получим вместо излишне накаченного энергией звука более аккуратный и отполированный саунд. Посмотрите на свои синтезаторы: если тело их звука присутствует только в среднем диапазоне, отсеките верх — так вы освободите место вокалу. Яркий звук снейра (с характерным хрустящим призвуком) также может мешать вокалу, поэтому лёгкое «помутнение» звука точно пойдет на пользу миксу.
Мы постоянно слышим советы усилить в миксе то или это. Но не менее важен другой совет: в первую очередь думайте не об усилении, а о том, что можно ослабить или вовсе убрать в миксе.
Выявить частотный дисбаланс помогает модуль Tonal Balance Control, входящий в iZotope Neutron и Ozone. Для пущей простоты сравните свой микс с референс-треком, чтобы понять, где наблюдается перекос по частотам в вашем треке. При сравнении синими областями модуль показывает расхождение вашего микса с референс-треком: синие области — количество частот в вашем миксе, белые линии — уровень частот в референс-треке.
Модуль Tonal Balance Control от iZotope. Синие регионы — количество частотных диапазонов в миксе, белые линии — количество частот в референс-треке.Если средние и высокие частоты выходят за верхнюю границу области, яркие элементы микса нужно откатить назад — отфильтровать сильнее. Если же эти частоты выходят за нижнюю границу или находятся около неё, то фильтрацию нужно ослабить — слишком активное ограничение не нужно.
4 Создание баланса между основным и бэк-вокалом
Чем больше вокальных дорожек в проекте, тем активнее частоты накладываются друг на друга и тем тяжелее что-либо разобрать в миксе. Пожалуй, самым мощным столкновением частот становится борьба добра со злом — основного и бэк-вокала.
Бэк-вокал всегда работает фоном и не должен конкурировать с основной вокальной партией за внимание слушателя. Чтобы освободить место основному вокалу, отфильтруйте Low-Pass фильтром бэк-вокал так, чтобы он стал похож на тень ведущего голоса. Скорее всего понадобится сделать ещё несколько подрезок в спектре, чтобы гармонично склеить две дорожки (это тема для отдельной статьи, которую мы обязательно напишем).
Если сбалансировать основной и бэк-вокал никак не получается, действуйте методом «от противного» — уменьшите количество вокальных дорожек в проекте. Слишком много однотипных треков с легкостью разрушает баланс микса, нарушает динамику и уменьшает доступный запас хедрума. Поэтому перед фильтрацией в первую очередь оцените, насколько вам нужно десять бэк-вокальных линий — правило «меньше — лучше» никто не отменял.
5 Выделение частот
Итак, мы знаем, что Low-Pass фильтр применяется для устранения частот. Тем не менее ему по силам не только устранять частоты, но и усиливать их в определённых границах. Благодаря этому можно аккуратно приручить инструменты в миксе, улучшив не только общую картину, но и подчеркнув интересные стороны их звучания.
Допустим, в сигнале присутствуют интересные верхние обертона, которые звучат слишком тихо. Поместив Low-Pass фильтр на дорожке и настроив точку обрезки на место, где обертона теряют энергию, мы можем без лишних проблем усилить их небольшим подъёмом. Активное задирание фильтра здесь не к чему: переусердствуете — середина станет звучать картонно, верх обязательно зашипит.
Усиление в районе обрезкиЧтобы избежать картонности и шипения, полагайтесь на буст широкой области частот вместо узкого точечного усиления. Широкий подъём усилит сигнал более естественно, а также минимизирует возможные искажения сигнала.
Тот же самый приём можно провести на другом конце спектра с помощью High-Pass фильтра. В этом случае речь идёт о подчеркивании гармоник и обертонов в низких частотах.
What’s Your Reaction?
Что такое частотный фильтр? | Создание электронной музыкиСоздание электронной музыки
Частотный фильтр – это устройство (прибор) предназначенное для пропускания полезных частот сигнала и ограничения бесполезных.
Частотный фильтр повсеместно используется как в аналоговых, так и в цифровых музыкальных инструментах (например, в синтезаторах).
В музыкальном продакшене частотные фильтры применяются для автоматизации частоты среза фильтра. Кроме того, частота среза и резонанс могут быть использованы в качестве параметра для модуляции при синтезе. В этом случае задействуются огибающие или низкочастотные генераторы волн (LFO).
Давайте рассмотрим основные параметры частотного фильтра.
Тип фильтра (filter type)
Этот параметр определяет направленность фильтра (его цель).
Low Pass (LP) или High Cut (HC) – низкочастотный пропускной фильтр или высокочастотный обрезной фильтр. Этот тип фильтра пропускает все частоты ниже заданной (или обрезает все частоты выше заданной).
High Pass (HP) или Low Cut (LC) – высокочастотный пропускной фильтр или низкочастотный обрезной фильтр . Пропускает все частоты выше заданной (или обрезает все частоты ниже заданной).
Band Pass (BP) – полосовой фильтр. Пропускает частоты определённой полосы.
Notch – режекторный или полосно-заграждающий фильтр. Вырезает частоты определённой полосы.
Low Shelf – низкочастотный шельфовый (или полочный) фильтр. Усиливает или ослабляет частоты ниже заданной.
High Shelf – высокочастотный шельфовый (или полочный) фильтр. Усиливает или ослабляет частоты выше заданной.
Bell или Peaking – колокообразный или пиковый фильтр. Этот тип фильтра используется в эквалайзерах для усиление или ослабления выбранного диапазона частот.
Существуют и другие специфические типы фильтров, например:
Comb – гребенчатый фильтр. АЧХ этого типа фильтра состоит из ряда пиков, которые напоминают гребёнку.
Tilt Shelf – комбинированный шельфовый фильтр. Одновременно усиливает высокие частоты выше заданной и ослабляет низкие частоты ниже заданной или наоборот.
Частота среза (Cutoff или Freq)
Этот параметр устанавливает рабочую частоту фильтра. Например, для Low Pass фильтра – это частота, выше которой весь полезный сигнал будет подавлен (вырезан), а для Bell фильтра – это центральная частота усиление или ослабления.
Частота среза Bell фильтра
Частота среза Low Pass фильтра
Добротность, резонанс или ширина полосы пропускания (Q или Res)
Этот параметр устанавливает ширину полосы затрагиваемых частот относительно центральной частоты (частоты среза) или резонанс в месте среза частот. Для типа фильтра Bell – это ширина полосы затрагиваемых частот (плавность усиления или ослабления частот), а для обрезных и шельфовых фильтров – это резонанс в месте среза частот или в месте усиления или ослабления частот.
Резонанс фильтра
Ширина полосы пропускания фильтра
Крутизна среза
Этот параметр характеризует плавность среза частот в основном для обрезных фильтров. Он показывает насколько крутым будет этот срез.
Крутизна среза фильтра измеряется в дБ на октаву.
Фильтры могут иметь следующую крутизну: 6; 12; 24; 36; 48; 72; 96 дБ/окт.
Крутизна среза — 12 дБ на октаву
Крутизна среза — 96 дБ на октаву
В основном в блоке фильтра электронных (виртуальных) музыкальных инструментах используется крутизна среза от 6 до 48 дБ на октаву.
Уровень усиление / ослабления (Gain)
Этот параметр используется в шельфовых и пиковом фильтрах. Он показывает уровень усиления или ослабления полосы частот в дБ.
Усиление полосы частот на 6.78 дБ
В завершении статьи хочу обратить ваше внимание на важность понимания работы частотного фильтра, так как без этого «инструмента» невозможно обойтись при создании электронной музыки. Ведь частотный фильтр используется как в синтезе (субтрактивный синтез), так и в сведении. Это и фильтрация, и эквализация, и автоматизация.
Автор: Александр Коваленко
Секция Filter (фильтр)
Окружность, расположенная в середине окна, содержит параметры фильтра. Регулятор, расположенный по центру, управляет частотой среза, а внешнее кольцо — типом фильтра.
- Filter type (Тип фильтра)
Устанавливает тип фильтра в режимы: пропускной низких частот, пропускной высоких частот, полосовой или режекторный.
- Cutoff (Срез)
Управляет частотой фильтра или частотой среза. При использовании пропускного фильтра низких частот этот регулятор может контролировать закрывание и открывание фильтра, производящее классический скользящий звук синтезатора. Характер работы этого параметра определяется типом фильтра.
- Emphasis (Резонанс)
Этот регулятор управляет резонансом фильтра. Для пропускных фильтров низких и высоких частот повышение значения Emphasis (Резонанс) подчеркивает (усиливает) частоты вокруг установленной частоты среза. В целом это производит более тонкий звук, но с более чётким и выраженным спадом частоты среза. Чем выше у фильтра значение Emphasis, тем более резонансным становится звук, пока он не начнет самовозбуждаться, обретая чёткую высоту тона. Для полосовых и режекторных фильтров параметр «Emphasis» регулирует ширину полосы. Если вы увеличиваете значение, полоса, в которой частоты пропускаются (для полосного фильтра) или вырезаются (для режекторного фильтра), становится уже.
- Drive (Cатурация)
Регулирует входной уровень фильтра. Уровни выше 0 дБ постепенно вводят мягкое искажение входного сигнала и уменьшают резонанс фильтра.
- Shift (Сдвиг)
Внутри каждый фильтр состоит из двух или более подключенных последовательно субфильтров. Этот параметр изменяет частоту среза субфильтров. Результат зависит от типа фильтра: для пропускного низкочастотного и высокочастотного типа фильтров он изменяет крутизну фильтра. Для полосового и режекторного типа фильтра он изменяет ширину пропускания. Параметр «Shift» не работает для фильтров типа 12 dB LP (пропускной НЧ) или 12 dB HP (пропускной ВЧ).
- Tracking (Отслеживание клавиатуры)
Если для этого параметра задано значение выше, чем «12 часов», частота среза фильтра будет увеличиваться по мере исполнения более высоких нот на клавиатуре. Отрицательные значения переворачивают взаимосвязь.
Если параметр Tracking установлен в максимальное положение, частота среза отслеживает нажатия на клавиатуру с точностью в один полутон на одну клавишу.
О типах фильтров
Вы можете выбрать тип фильтра с помощью кнопок, расположенных вокруг регулятора частоты среза фильтра. Доступны следующие типы фильтров (перечисляются по часовой стрелке, начиная с позиции «9 часов»):
- 12 dB LP (пропускной НЧ 12 дБ)
Пропускной фильтр низких частот пропускает через себя низкие частоты и обрезает высокие частоты. Этот фильтр имеет плавный спад (12 дБ/октаву выше частоты среза), оставляя больше гармоник в отфильтрованном сигнале.
- 18 dB LP (пропускной НЧ 18 дБ)
Этот пропускной фильтр низких частот также имеет конструкцию каскада, ослабляя частоты выше частоты среза со спадом 18 дБ/октаву, как и в классическом синтезаторе TB 303.
- 24 dB LP (пропускной НЧ 24 дБ)
Этот тип фильтра ослабляет частоты выше частоты среза со спадом 24 дБ/октаву, производя тёплый и жирный звук.
- 24 dB LP II (пропускной НЧ 24 дБ, тип II)
Этот пропускной фильтр низких частот имеет конструкцию каскада, которая ослабляет частоты выше частоты среза со спадом 24 дБ/октаву, производя тёплый и тёмный звук.
- 12 dB Band (Полосовой фильтр 12 дБ)
Этот полосовой фильтр вырезает высокие и низкие частоты выше и ниже частоты среза со спадом 12 дБ/октаву, производя «носовой» и тонкий тембр.
- 12 dB Notch (Режекторный фильтр 12 дБ)
Этот режекторный фильтр вырезает частоты около частоты среза со спадом 12 дБ/октаву, позволяя проходить более низким и высоким частотам. Это производит звук с эффектом фазера.
- 12 dB HP (Пропускной ВЧ 12 дБ)
Этот пропускной фильтр высоких частот вырезает низкие частоты и пропускает высокие частоты. Этот пропускной фильтр высоких частот имеет спад 12 дБ/октаву, производя яркий и тонкий звук.
- 24 dB HP (Пропускной ВЧ 24 дБ)
Этот фильтр имеет спад 24 дБ/октаву, производя яркий и чёткий звук.
Низкочастотный фильтр — Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1
Низкочастотный фильтр
Cтраница 1
Низкочастотные фильтры, стоящие перед квантователем, должны при частоте а cos о0 / 2 обеспечивать значительное ослабление — порядка 1 / 10 — 1 / 100, или — 20 — — 40 дБ в зависимости от спектрального состава шума. [2]
Низкочастотные фильтры широко применяют в качестве сглаживающих выпрямительных устройств. [3]
Низкочастотные фильтры пропускают токи с частотами от 0 до ы0, высокочастотные — токи с частотами от о) о до оо. [4]
Низкочастотный фильтр ( схема в) выполняется из двух бачков и соединительной трубки, характеризуемой сопротивлением и массой. Затем наклон кривой затухания становится равным — 60 дб / дек. [5]
Низкочастотные фильтры, пропускающие все частоты, лежащие ниже определенной частоты / 2, и задерживающие все остальные. [6]
Низкочастотный фильтр — это фильтр, который подавляет высокие частоты. Низкочастотная фильтрация осуществляется путем двумерной свертки матрицы изображения с матрицей фильтрации. [8]
Низкочастотный фильтр — это фильтр, который подавляет высокие частоты и пропускает низкие частоты. [9]
Низкочастотный фильтр ( интегрирующая цепь) придает необходимую инерционность цепи автоподстройки, вследствие чего сравнение частот происходит с усреднением за большой, сравнительно с периодом синхроимпульсов, промежуток времени. [10]
Низкочастотный фильтр — это фильтр, который подавляет высокие частоты. Низкочастотная фильтрация осуществляется путем двумерной свертки матрицы изображения с матрицей фильтрации. [12]
Низкочастотный фильтр — это фильтр, который подавляет высокие частоты и пропускает низкие частоты. [13]
Низкочастотные фильтры пропускают токи с частотами от 0 до со0, высокочастотные — токи с частотами от со0 до сю. [14]
Страницы: 1 2 3 4 5
Фильтр для нч динамика. Пассивный фильтр для низкочастотного динамика своими руками
Автор admin На чтение 3 мин. Просмотров 1.6k. Опубликовано
Трёхполосные акустические системы, состоящие из трёх динамиков, являются самым удачным решением для высококачественного звуковоспроизведения. В них используются три типа звуковых головок. Они отличаются по размеру, конструктивным особенностям и полосе воспроизводимых частот. Для разделения всего частотного диапазона выдаваемого усилителем низкой частоты используются полосовые фильтры-кроссоверы. В них используются конденсаторы дроссели и, реже, резисторы.
Сделать своими руками фильтр для динамика НЧ очень просто.Основным элементом устройства является индуктивность или дроссель. Катушка включается последовательно с низкочастотным динамиком.
Фильтр для низкочастотного динамика
Фильтр нижних частот из дросселя и конденсатора большой ёмкости называется схемой Баттерворта второго порядка. Он обеспечивает спад частот выше частоты среза до 12 dBна октаву. Схема работает следующим образом. Индуктивность в LC контуре выполняет функцию переменного резистора. Его сопротивление прямо пропорционально частоте ивозрастает с увеличением диапазона. Поэтому высокие частоты практически не попадают на НЧ динамик. Такую же функцию выполняет и конденсатор. Его сопротивление обратно пропорционально частоте и он включается параллельно громкоговорителю.
Поскольку схема устройства должна хорошо пропускать низкие частоты и обрезать высокие, то конденсаторы такого устройства имеют большую ёмкость.Пассивный фильтр для динамика может быть выполнен по более сложной схеме. Если соединить две схемы Баттерворта последовательно, то получится устройство четвёртого порядка из двух индуктивностей и двух конденсаторов. Оно обеспечивает спад частотной характеристики низкочастотного громкоговорителя в 24 децибела на октаву.
Для того чтобы выровнять частотную характеристику и более точно согласовать схему Баттерворта и динамик, между катушкой индуктивности и конденсатором, включается резистор с небольшим сопротивлением. Для этой цели лучше использовать проволочные резисторы.
Фильтры для динамиков своими руками
Сделать фильтр для динамика совсем не сложно. Он состоит всего из двух элементов – конденсатора и катушки индуктивности. Рассчитать параметры радиоэлементов для пассивной схемы низкой частоты второго порядка проще всего на онлайн калькуляторе. Там можно задать желаемый уровень среза и сопротивление акустической головки. Программа выдаст требуемую ёмкость конденсатора и индуктивность катушки. Например, выбран уровень среза 150 Гц, а сопротивление динамика равно 4 Ом. Калькулятор выдаст следующие значения:
- Ёмкость конденсатора – 187 мкф
- Индуктивность катушки – 6,003 мГн
Требуемую ёмкость можно получить из параллельно соединённых конденсаторов К78-34, которые специально разработаны для работы в акустических системах. Кроме того есть обновлённая линейка конденсаторов аналогичного типа. Это KZKWhiteLine. В качестве недорогих аналогов, радиолюбители часто используют конденсаторы типа МБГО или МБГП.
Катушка индуктивности на 6 мГн наматывается на оправке диаметром 1 см и длиной 6 см. Поскольку катушка не имеет магнитного сердечника в качестве бобины можно использовать цилиндр из любого материала, на который для удобства намотки, нужно сделать щёчки. Для намотки используется медный провод типа ПЭЛ диаметром 1 мм. Длина проволоки 84 метра. Намотку нужно делать виток к витку.
Удалите низкочастотный шум в Simulink Используя нормированный адаптивный фильтр LMS
Удалите низкочастотный шум в Simulink Используя нормированный адаптивный фильтр LMS
Адаптивные фильтры отслеживают динамический характер системы и позволяют вам устранять изменяющиеся во времени сигналы. Библиотеки DSP System Toolbox™ содержат блоки, которые реализуют least-mean-square (LMS), блок LMS, быстрый блок LMS и рекурсивные наименьшие квадраты (RLS) адаптивные алгоритмы фильтра. Эти фильтры минимизируют различие между выходным сигналом и желаемым сигналом путем изменения их коэффициентов фильтра. В зависимости от времени выходной сигнал адаптивного фильтра более тесно аппроксимирует сигнал, который вы хотите воспроизвести.
Спроектируйте адаптивный фильтр в Simulink
В этом примере вы проектируете адаптивный фильтр LMS, чтобы удалить низкочастотный шум в вашем сигнале:
Если модель, в которой вы создали, Добавляет, что Цифровой фильтр к Вашей Модели не открыт на вашем рабочем столе, можно открыть эквивалентную модель путем ввода
в командной строке MATLAB®.
Откройте библиотеку DSP System Toolbox путем ввода
dsplibв командной строке MATLAB.Удалите низкочастотный шум из своего сигнала путем добавления блока LMS Filter в систему. В сценарии самолета это эквивалентно вычитанию шума ветра в кабине с входа на микрофон. Дважды кликните библиотеку Filtering, и затем дважды кликните библиотеку Adaptive Filters. Добавьте блок LMS Filter в свою модель.
Установите параметры блоков LMS Filter моделировать выход блока Digital Filter Design. Откройте диалоговое окно LMS Filter путем двойного клика по блоку. Установите и примените параметры блоков можно следующим образом:
Algorithm =
Normalized LMSFilter length =
32Specify step size via =
DialogStep size (mu) =
0.1Leakage factor (0 to 1) =
1.0Initial value of filter weights =
0Снимите флажок Adapt port.
Reset port =
NoneУстановите флажок Output filter weights.
На основе этих параметров блок LMS Filter вычисляет веса фильтра с помощью нормированных уравнений LMS. Порядок фильтра, которого вы задали, совпадает с порядком фильтра блока Digital Filter Design. Параметр Step size (mu) задает гранулярность шагов обновления фильтра. Поскольку вы устанавливаете параметр Leakage factor (0 to 1) на 1.0, текущие содействующие значения фильтра зависят от начальных условий фильтра и всех предыдущих входных значений. Начальное значение весов фильтра (коэффициенты) является нулем. Поскольку вы установили флажок Output filter weights, порт Wts появляется на блоке. Блок выводит веса фильтра от этого порта.
Теперь, когда вы установили параметры блоков блока LMS Filter, можно включить этот блок в блок-схему.
Добавьте адаптивный фильтр в свою модель
В этом примере вы восстанавливаете свой исходный синусоидальный сигнал путем слияния адаптивного фильтра, вы спроектировали в Проекте Адаптивный Фильтр в Simulink в вашу систему. В сценарии самолета адаптивный фильтр моделирует низкочастотный шум, который услышали в кабине. В результате можно удалить шум так, чтобы речь пилота была единственным входом к микрофону:
Если модель, вы создали в Проекте Адаптивный Фильтр в Simulink, не открыта на вашем рабочем столе, можно открыть эквивалентную модель путем ввода
в командной строке MATLAB.
Добавьте блок Sum в свою модель, чтобы вычесть выход адаптивного фильтра от синусоидального сигнала с низкочастотным шумом. От библиотеки Simulink® Math Operations перетащите блок Sum в свою модель. Откройте диалоговое окно Sum путем двойного клика по этому блоку. Измените параметр List of signs в | + — и затем нажмите OK.
Включите блок LMS Filter в свою систему.
Соедините выход Случайного Исходного блока к Input port блока LMS Filter. В сценарии самолета случайный шум является белым шумом, измеренным датчиком за пределами самолета. Блок LMS Filter моделирует эффект фюзеляжа самолета на шуме.
Соедините выход блока Digital Filter Design к Требуемому порту на блоке LMS Filter. Это — сигнал, который вы хотите, чтобы блок LMS воспроизвел.
Соедините выход блока LMS Filter к отрицательному порту блока Sum, который вы добавили на шаге 2.
Соедините выход первого блока Sum к положительному порту второго блока Sum. Ваша модель должна теперь выглядеть похожей на следующую фигуру.
Положительный вход со вторым блоком Sum является суммой входного сигнала и низкочастотного шума, s (n) + y. Отрицательный вход со вторым блоком Sum является лучшей оценкой блока LMS Filter низкочастотного шума, y‘. Когда вы вычитаете два сигнала, вас оставляют с приближением входного сигнала.
В этом уравнении:
s (n) является входным сигналом
s(n)approx приближение входного сигнала
y является шумом, созданным блоком Random Source и блоком Digital Filter Design
y‘ является приближением блока LMS Filter шума
Поскольку блок LMS Filter может только аппроксимировать шум, существует все еще различие между входным сигналом и приближением входного сигнала. На последующих шагах вы настраиваете блок Scope, таким образом, можно сравнить исходный синусоидальный сигнал с его приближением.
Добавьте два дополнительных входных параметров и оси с блоком Scope. Откройте диалоговое окно Scope путем двойного клика по блоку Scope. Нажмите кнопку Parameters. Для параметра Number of axes введите
4. Закройте диалоговое окно путем нажатия на OK.Подпишите новые оси Осциллографа. В окне Scope щелкните правой кнопкой по третьим осям и выберите . Свойства Scope: ось 3 диалоговых окна открывается. В поле введите
Approximation of Input Signal. Закройте диалоговое окно путем нажатия на OK. Повторите эту процедуру для четвертых осей и пометьте ееError.Соедините выход второго блока Sum к третьему порту блока Scope.
Соедините выход порта Error на блоке LMS Filter к четвертому порту блока Scope. Ваша модель должна теперь выглядеть похожей на следующую фигуру.
В этом примере выход порта Error является различием между желаемым сигналом фильтра LMS и его выходным сигналом. Поскольку ошибка никогда не является нулем, фильтр продолжает изменять коэффициенты фильтра для того, чтобы лучше аппроксимировать низкочастотный шум. Чем лучше приближение, тем больше низкочастотного шума, который может быть удален из синусоидального сигнала. В следующей теме, Просматривают Коэффициенты Вашего Адаптивного Фильтра, вы изучаете, как просмотреть коэффициенты вашего адаптивного фильтра, когда они изменяются со временем.
Просмотрите коэффициенты своего адаптивного фильтра
Коэффициенты адаптивного фильтра изменяются со временем в соответствии с выбранным алгоритмом. Если алгоритм оптимизирует эффективность фильтра, эти коэффициенты фильтра достигают своих установившихся значений. Можно просмотреть изменение коэффициентов, в то время как симуляция запускается, чтобы видеть, что они обосновываются к их установившимся значениям. Затем можно определить, можно ли реализовать эти значения в фактической системе:
Если модель, в которой вы создали, Добавляет, что Адаптивный Фильтр к Вашей Модели не открыт на вашем рабочем столе, можно открыть эквивалентную модель путем ввода
в командной строке MATLAB. Обратите внимание на то, что порт Wts адаптивного фильтра, который выводит веса фильтра, все еще должен быть соединен.
Откройте библиотеку DSP System Toolbox путем ввода
dsplibв командной строке MATLAB.Просмотрите коэффициенты фильтра путем соединения блока Time Scope с портом Wts блока LMS Filter.
На блоке Time Scope измените следующие свойства настройки:
Открытые Настройки Модели. Во вкладке Modeling нажмите Model Settings. В панели Solver, набор эти параметры конфигурации:
Stop time =
infType =
Fixed-stepSolver =
discrete (no continuous states)
Мы рекомендуем эти параметры конфигурации для моделей, которые содержат блоки DSP System Toolbox. Поскольку эти блоки вычисляют значения непосредственно вместо того, чтобы решить дифференциальные уравнения, необходимо сконфигурировать Решатель Simulink, чтобы вести себя как планировщик. Решатель, в то время как в режиме планировщика, использует шаг расчета блока, чтобы определить, когда код позади каждого блока выполнен. Например, шагом расчета Sine wave и Случайных Исходных блоков в этой модели является
0.05. Решатель выполняет код позади этих блоков и любого блока с этим шагом расчета, один раз в 0,05 секунды.Примечание
При работе с моделями, которые содержат блоки DSP System Toolbox, используйте исходные блоки, которые позволяют вам задать их шаг расчета. Если ваш исходный блок не имеет параметра Sample time, необходимо добавить блок Zero-Order Hold в модели и использовать ее, чтобы задать шаг расчета. Для получения дополнительной информации смотрите Исходные блоки Непрерывного времени. Исключением к этому правилу является блок Constant, который может иметь постоянный шаг расчета. Когда это делает, Simulink выполняет этот блок и записывает постоянное значение однажды в начале симуляции и любое время, вы настраиваете параметр. Это допускает более быстрые симуляции и более компактный сгенерированный код.
Запустите свою модель и просмотрите поведение ваших коэффициентов фильтра в Time Scope, который открывается автоматически, когда ваша симуляция запускается. В зависимости от времени коэффициенты фильтра приближаются к своим установившимся значениям.
Можно также просмотреть поведение системы в окне Scope. В зависимости от времени вы видите, что ошибка уменьшиться и приближение входного сигнала более тесно совпадает с исходным синусоидальным входным сигналом.
Вы теперь создали модель, способную к адаптивному подавлению помех.
Сводные данные
Вы изучили, как спроектировать фильтр lowpass с помощью блока Digital Filter Design. Вы также изучили, как создать адаптивный фильтр с помощью блока LMS Filter. Продукт DSP System Toolbox имеет другие блоки, способные к разработке и реализованию цифровых и адаптивных фильтров. Для получения дополнительной информации о возможностях фильтрации этого продукта смотрите Анализ Создания фильтра и Фильтра.
Поскольку все блоки в этой модели имеют тот же шаг расчета, эта модель является одним уровнем, и Simulink запустил его в SingleTasking режим решателя. Если блоки в вашей модели имеют различные шаги расчета, ваша модель является многоскоростной, и Simulink может запустить его в MultiTasking режим решателя. Для получения дополнительной информации о режимах решателя смотрите Рекомендуемые Настройки для Симуляций Дискретного времени.
Чтобы изучить, как сгенерировать код из вашей модели с помощью продукта Simulink Coder™, смотрите, Генерируют код С из Модели Simulink.
Смотрите также
Digital Filter Design | LMS Filter
Похожие темы
LPF с ОУ, калькулятором и приложениями
Фильтр можно определить как; это один из видов схемы, используемой для изменения формы, модификации или иного отклонения всех нежелательных частот сигнала. Идеальный RC-фильтр будет делить и пропускать входные сигналы (синусоидальные) в зависимости от частоты. Как правило, в низкочастотных (<100 кГц) приложениях пассивные фильтры конструируются с использованием компонентов резистора и конденсатора. Таким образом, он известен как пассивный RC-фильтр .Точно так же для высокочастотных (> 100 кГц) сигналов можно разработать пассивные фильтры с компонентами резистор-индуктор-конденсатор. Таким образом, эти цепи называются пассивными цепями RLC . Эти фильтры так называются в зависимости от диапазона частот сигнала, который они пропускают. Обычно используются три конструкции фильтров, такие как фильтр нижних частот , фильтр верхних частот и полосовой фильтр . В этой статье обсуждается обзор фильтра нижних частот.
Что такое фильтр нижних частот?
Определение фильтра нижних частот или LPF — это один из видов фильтров, используемых для пропускания сигналов с низкой частотой, а также ослабления с высокой частотой, чем предпочтительная частота среза.Частотная характеристика фильтра нижних частот в основном зависит от конструкции фильтра нижних частот . Эти фильтры существуют в нескольких формах и дают более плавный тип сигнала. Разработчики часто используют этот фильтр как прототип фильтра с импедансом, а также единичной полосой пропускания.
Предпочтительный фильтр получается из образца путем уравновешивания предпочтительного импеданса и полосы пропускания и изменяется на предпочтительный тип полосы, такой как низкочастотный (LPF), высокочастотный (HPF), полосовой (BPSF) или полосовой. (BSF).
Фильтр нижних частот первого порядка
ФНЧ первого порядка показан на рисунке. Что это за схема? Простой интегратор. Обратите внимание, что интегратор является основным строительным блоком для LPF.
Фильтр нижних частот первого порядкаПредположим, что Z1 = 1/1
V1 = Vi * 𝑍1 / 𝑅1 + 𝑍1 = Vi (1 / 𝑗⍵𝐶1) / 𝑅1 + (1 / 𝑗⍵𝐶1)
= Vi 1 / 𝑗𝜔𝐶1𝑅1 + 1
= Vi 1 / 𝑠𝐶1𝑅1 + 1
Здесь s = j⍵
передаточная функция фильтра нижних частот —
𝑉1 / 𝑉𝑖 = 1 / 𝑠𝐶1𝑅1 + 1
Выходной сигнал уменьшается (затухает) обратно пропорционально частоте.Если частота удваивается, выход составляет половину (-6 дБ на каждое удвоение частоты, в противном случае — 6 дБ на октаву). Это ФНЧ первого порядка, и спад составляет -6 дБ на октаву.
Фильтр нижних частот второго порядка
Фильтр нижних частот второго порядка показан на рисунке.
Фильтр нижних частот второго порядкаПредположим, что Z1 = 1/1
V1 = Vi 𝑍1 / 𝑅1 + 𝑍1
Vi * (1/1) / 𝑅1 + (1 / 𝑗⍵𝐶1)
Vi 1 / 𝑗𝜔𝐶1𝑅1 + 1
= Vi 1 / 𝑠𝐶1𝑅1 + 1
Здесь s = j⍵
Передаточная функция фильтра низких частот
𝑉1 / 𝑉𝑖 = 1 / 𝑠𝐶1𝑅1 + 1
Предположим, что Z2 = 1 / 𝑗⍵𝐶1
V1 = Vi 2 / 𝑅2 + 𝑍2
Vi * (1 / 𝑗⍵𝐶2) / 𝑅2 + (1/2)
Ви 1 / 𝑗𝜔𝐶2𝑅2 + 1
= Vi 1 / 𝑠𝐶2𝑅2 + 1
Vi (1 / 𝑠𝐶1𝑅1 + 1) * (1 / 𝑠𝐶2𝑅2 + 1)
= 1 / (𝑠2𝑅1𝑅2𝐶1𝐶2 + 𝑠 (𝑅1𝐶1 + 𝑅2𝐶2) +1)
Следовательно, передаточная функция является уравнением второго порядка.
𝑉𝑜 / 𝑉𝑖 = 1 / (𝑠2𝑅1𝑅2𝐶1𝐶2 + 𝑠 (𝑅1𝐶1 + 𝑅2𝐶2) +1)
Выходной сигнал уменьшается (затухает) обратно пропорционально квадрату частоты. Если частота удваивается, выходной сигнал составляет 1/4 (- 12 дБ на каждое удвоение частоты или — 12 дБ на октаву). Это фильтр нижних частот второго порядка, и его диапазон составляет -12 дБ на октаву.
График Боде фильтра нижних частот показан ниже. Как правило, частотная характеристика фильтра нижних частот определяется с помощью графика Боде, и этот фильтр отличается своей частотой среза, а также скоростью спада частоты
Фильтр низких частот с использованием ОУ
Операционные усилителиили операционные усилители обеспечивают очень эффективные фильтры нижних частот без использования катушек индуктивности.Контур обратной связи операционного усилителя может быть объединен с основными элементами фильтра, поэтому высокоэффективные фильтры низких частот легко формируются с использованием необходимых компонентов, за исключением катушек индуктивности. Приложения на ОУ LPF используются в различных областях питания выходов ЦАП (цифро-аналоговые преобразователи) для устранения ложных сигналов, а также в других приложениях.
Схема активного ФНЧ первого порядка с использованием операционного усилителя
Принципиальная схема однополюсного или активного фильтра нижних частот первого порядка показана ниже.В схеме фильтра нижних частот , использующей операционный усилитель , через резистор обратной связи используется конденсатор. Эта схема действует, когда частота увеличивается для повышения уровня обратной связи, а затем реактивное сопротивление конденсатора падает.
Фильтр нижних частот первого порядка с использованием операционного усилителяРасчет этого фильтра можно выполнить, работая с частотой, при которой реактивное сопротивление конденсатора может равняться сопротивлению резистора. Это можно получить, используя следующую формулу.
Xc = 1 / π f C
Где «Xc» — емкостное реактивное сопротивление в Ом
‘π’ — стандартная буква, значение которой равно 3.412
‘f’ — частота (Единицы-Гц)
‘C’ — емкость (единицы-фарады)
Внутриполосное усиление этих схем можно легко вычислить, исключив влияние конденсатора.
Так как эти типы схем полезны для снижения усиления на высоких частотах, а также предлагают максимальную скорость спада 6 дБ для каждой октавы, что означает деление напряжения o / p для каждого повторения по частоте. Таким образом, этот вид фильтра называется фильтром нижних частот первого порядка или однополюсным фильтром нижних частот.
Схема активного ФНЧ второго порядка с использованием операционного усилителя
Используя операционный усилитель, можно создавать фильтры в широком диапазоне с разными уровнями усиления, а также модели спада. Этот фильтр предлагает полосу пропускания, а также единичное усиление.
Схема активного ФНЧ второго порядка с использованием операционного усилителяРасчеты значений схемы несложны для отклика фильтра низких частот Баттерворта и единичного усиления. Для этих цепей необходимо значительное демпфирование, и значения отношения конденсатора и резистора подтверждают это.
R1 = R2
C1 = C2
f = 1 — √4 π R C2
При выборе значений убедитесь, что значения резистора упадут в диапазоне от 10 кОм до 100 кОм. Это имеет смысл, так как импеданс цепи увеличивается на частоту, и внешние значения этого участка могут изменить действие.
Калькулятор фильтра низких частот
Для схемы фильтра нижних частот RC калькулятор фильтра нижних частот вычисляет частоту кроссовера и строит график фильтра нижних частот , который известен как график Боде.
Например:
Передаточная функция фильтра нижних частот может быть рассчитана по следующей формуле, если нам известны номиналы резистора и конденсатора в цепи.
Vout (s) / Vin (s) + 1 / CR / s + 1 / CR
Рассчитать значение частоты для данного резистора, а также номиналы конденсатора
fc = 1/2 πRC
Форма сигнала ФНЧПрименение фильтра нижних частот
Применения фильтра нижних частот включают следующее.
- Фильтры нижних частот используются в телефонных системах для преобразования частот звука в динамике в сигнал голосовой полосы с ограниченной полосой частот.
- LPF используются для фильтрации высокочастотного сигнала, который известен как « шум » от схемы, поскольку сигнал проходит через этот фильтр, тогда большая часть высокочастотного сигнала устраняется, а также может создаваться очевидный шум. .
- Фильтр нижних частот при обработке изображений для улучшения изображения
- Иногда эти фильтры известны как срезание высоких или высоких частот из-за применения в аудио.
- В RC-цепи используется фильтр нижних частот, известный как RC-фильтр нижних частот .
- LPF используется в качестве интегратора как RC-цепь
- В многоскоростном DSP при выполнении интерполятора LPF используется как фильтр защиты от изображения. Аналогично, при выполнении прореживания этот фильтр используется как фильтр сглаживания.
- Фильтры нижних частот используются в приемниках, таких как супергетеродин, для эффективного отклика сигналов основной полосы частот.
- Фильтр нижних частот используется в сигналах медицинских устройств, исходящих от тела человека, при тестировании с использованием электродов меньшая частота.Таким образом, эти сигналы могут проходить через LPF для удаления нежелательного окружающего звука.
- Эти фильтры используются для преобразования амплитуды рабочего цикла, а также для определения фазы в контуре фазовой автоподстройки частоты.
- LPF используется в AM-радио для диодного детектора, чтобы преобразовать AM-модулированный сигнал промежуточной частоты в аудиосигнал.
Таким образом, речь идет о фильтре нижних частот. ФНЧ на базе операционных усилителей просты в проектировании, так же как и в более сложных конструкциях с использованием различных типов фильтров.Для большего количества приложений LPF обеспечивает выдающуюся производительность. Вот вам вопрос, какова основная функция фильтра нижних частот?
Что необходимо знать инженеру-электронику о пассивных фильтрах нижних частот — Блог о пассивных компонентах
Источник: статья In Compliance, статья
руководства по электронике.В электронике используется множество различных типов фильтров. Эти типы фильтров включают низкочастотный, высокочастотный, полосовой, полосовой (подавление полосы; режектор) или всепроходный.Они либо активны, либо пассивны.
В области электромагнитной совместимости цель фильтра состоит в том, чтобы установить путь с низким импедансом для РЧ тока, чтобы вернуться к локальному источнику энергии, и / или обеспечить высокий импеданс для предотвращения прохождения РЧ-токов по кабелю. . Эти так называемые фильтры электромагнитных помех часто используются вместе с надлежащим экранированием для обеспечения соответствия требованиям электромагнитной совместимости (ЭМС) для электрических / электронных продуктов. Несомненно, наиболее полезным типом фильтра, используемым в работе с ЭМС, является пассивный фильтр нижних частот.
Пассивные фильтры состоят из пассивных компонентов, таких как резисторы, конденсаторы и катушки индуктивности, и не имеют усилительных элементов (транзисторов, операционных усилителей и т. Д.), Поэтому не имеют усиления сигнала, поэтому их выходной уровень всегда меньше входного.
Фильтры названы так в соответствии с частотным диапазоном сигналов, которые они позволяют проходить через них, блокируя или «ослабляя» остальные. Наиболее часто используемые конструкции фильтров (см. Также рис. 1):
- Фильтр нижних частот — фильтр нижних частот пропускает только низкочастотные сигналы от 0 Гц до его частоты среза, точка ƒc, но блокирует те, что выше.
- Фильтр верхних частот — фильтр верхних частот пропускает только высокочастотные сигналы от его частоты среза, точки c и выше до бесконечности, блокируя при этом более низкие.
- Полосовой фильтр — полосовой фильтр позволяет сигналам, попадающим в определенный диапазон частот между двумя точками, проходить, блокируя при этом как нижние, так и верхние частоты по обе стороны от этого частотного диапазона.
- Полосовой стоп-фильтр — полосовой стоп-фильтр является обратным полосовым фильтрам и позволяет сигналам проходить как нижние, так и верхние частоты по обе стороны от полосы частот блокировки.
Простые пассивные фильтры первого порядка (1-го порядка) могут быть изготовлены путем последовательного соединения одного резистора и одного конденсатора через входной сигнал (V IN ) с выходом фильтра (V OUT ), взятый из соединения этих двух компонентов (см. рис. 2 для примера фильтра нижних частот первого порядка).
В зависимости от того, каким образом мы подключаем резистор и конденсатор относительно выходного сигнала, определяется тип конструкции фильтра, в результате чего получается либо фильтр низких частот, либо фильтр высоких частот.
Поскольку функция любого фильтра состоит в том, чтобы позволить сигналам данной полосы частот проходить без изменений, ослабляя или ослабляя все остальные, которые не нужны, мы можем определить характеристики амплитудной характеристики идеального фильтра, используя идеальную кривую частотной характеристики четыре основных типа фильтров, как показано.
Кривые идеального отклика фильтра
Рис.1. кривые идеального отклика фильтра; Источник: Электронные учебные пособия
Фильтры можно разделить на два различных типа: активные фильтры и пассивные фильтры.Активные фильтры содержат усилительные устройства для увеличения мощности сигнала, а пассивные не содержат усилительных устройств для усиления сигнала. Поскольку в конструкции пассивного фильтра есть два пассивных компонента, выходной сигнал имеет меньшую амплитуду, чем соответствующий входной сигнал, поэтому пассивные RC-фильтры ослабляют сигнал и имеют коэффициент усиления менее единицы (единицы).
Фильтр нижних частот может представлять собой комбинацию емкости, индуктивности или сопротивления, предназначенную для получения высокого затухания выше указанной частоты и небольшого затухания или отсутствия затухания ниже этой частоты.Частота, с которой происходит переход, называется «граничной» или «угловой» частотой.
Простейшие фильтры нижних частот состоят из резистора и конденсатора, но более сложные фильтры нижних частот имеют комбинацию последовательных катушек индуктивности и параллельных конденсаторов. В этом уроке мы рассмотрим простейший тип — пассивный двухкомпонентный RC-фильтр нижних частот.
Пассивный фильтр нижних частот
Фильтр нижних частот — это схема, которая может быть разработана для изменения, изменения формы или отклонения всех нежелательных высоких частот электрического сигнала и приема или передачи только тех сигналов, которые требуются разработчику схемы.Другими словами, они «отфильтровывают» нежелательные сигналы, и идеальный фильтр будет отделять и пропускать синусоидальные входные сигналы в зависимости от их частоты. В низкочастотных приложениях (до 100 кГц) пассивные фильтры обычно создаются с использованием простых цепей RC (резистор-конденсатор), тогда как фильтры более высоких частот (выше 100 кГц) обычно изготавливаются из компонентов RLC (резистор-индуктор-конденсатор).
Рис.2. Схема RLC фильтра нижних частот первого порядка, источник кредита: wikipedia
RC фильтр низких частот
Фильтр нижних частот — это фильтр, который позволяет сигналам с частотой ниже определенной частоты среза проходить через него и подавляет все сигналы с частотами, превышающими частоту среза.Самый простой тип фильтра нижних частот называется RC-фильтром или фильтром L-типа из-за его формы, с резистивным элементом в сигнальной линии и конденсатором, размещенным от линии к шасси, эти два элемента схемы образуют форму перевернутой L.
В RC-фильтре нижних частот частота среза возникает при резонансе, где емкостное реактивное сопротивление (Xc) равно сопротивлению (Xc = 1 / 2πfC или 1 / wC, w = 2πf). Иногда резистор не требуется, и всего лишь один конденсатор, помещенный поперек линии к опорной земле без установленного резистора, может быть всем, что требуется для подавления любых нежелательных шумов.Устройство, которое представляет схему с высоким импедансом переменного тока и в то же время не влияет на качество сигнала, может использоваться в ситуациях, когда недопустимо падение напряжения на последовательном резисторе. Это устройство называется ферритовой бусиной. Помимо ограничения частоты, ферриты также могут легко насыщаться, когда в цепи присутствует слишком большой постоянный ток. Ферриты неэффективны, если они насыщены, и если постоянный ток слишком высок, использование феррита в качестве элемента в нижнем проходе может быть неприемлемым.Кроме того, в зависимости от того, насколько высок импеданс источника или нагрузки, требующей фильтрации, ферриты могут не работать, потому что они считаются низкоомными и не будут работать, если импеданс цепи выше, чем их импеданс.
Базовые топологии фильтров
Помимо пассивного фильтра L-типа существует еще пара других базовых конфигураций фильтра. Эти многоэлементные фильтры полезны в ситуациях, когда задействованный диапазон частот слишком велик и невозможно полностью ослабить однокомпонентный фильтр, или сигнал слишком высок по амплитуде и один фильтрующий элемент не обеспечивает достаточного ослабления.Добавление второй реактивной составляющей увеличит спад до 12 дБ / октаву или 40 дБ / декаду. Эти типы фильтров называются по-разному, например, двухполюсные, двухступенчатые, двухэлементные фильтры или фильтры второго порядка. Фильтры с тремя реактивными составляющими обеспечат ослабление 18 дБ на октаву или 60 дБ на декаду. Четыре фильтра реактивных компонентов обеспечат ослабление на 24 дБ / октаву или 80 дБ / декаду и так далее.
Кроме того, используются фильтры различной формы в зависимости от полного сопротивления источника и нагрузки цепи, требующей фильтрации.Эти различные типы используются для рассогласования импеданса между входным и выходным сопротивлениями источника схемы и нагрузки, а также входными и выходными сопротивлениями фильтров. Как и фильтр L-типа, эти два других типа названы в честь их визуальных форм на принципиальных схемах. Первый — это π-фильтр, а второй — фильтр нижних частот с Т-образным фильтром.
Π Фильтр
Фильтр нижних частот π выглядит как греческая буква π. В нем есть конденсатор из линии, которая должна быть отфильтрована для возврата, последовательно включенный элемент (резистор, катушка индуктивности или феррит), а затем еще один конденсатор из линии, который должен быть отфильтрован и возвращен.
T Фильтр
Фильтр нижних частот T выглядит как буква T. Он имеет внутрисхемный элемент (резистор, катушку индуктивности или феррит), установленный на линии, подлежащей фильтрации, установленную конденсаторную линию для возврата, а затем еще один внутрисхемный элемент ( резистор, катушка индуктивности или феррит).
Несоответствие импеданса
Как было сказано ранее, при выборе правильной конфигурации фильтра (L, π или T) необходимо учитывать полное сопротивление как источника, так и нагрузки.Если вы пытаетесь установить фильтр нижних частот в схему, чтобы подавить нежелательные излучения и определить, что это не решает проблему, обязательно проверьте наличие несоответствия импеданса. Последовательный компонент с высоким импедансом должен быть обращен к низкоомному (то есть конденсатору), и наоборот. Вы можете спросить себя: «Что считается низким импедансом, а что — высоким?» Как правило, импедансы менее 100 Ом считаются низкими, а импедансы более 100 Ом — высокими.
Выбор частоты среза (fco)
Важно также убедиться, что добавление импеданса фильтра к цепи, в свою очередь, не создает проблемы целостности сигнала. Чтобы этого не произошло, обязательно выберите частоту среза для фильтра, которая также не ослабляет намеченные сигналы, используемые в цепи. Чтобы предотвратить возникновение этой проблемы, старайтесь поддерживать как минимум 5-ю гармонику намеченного сигнала (идеальным вариантом является 10-я гармоника).
Шумовые токи в дифференциальном (DM) и синфазном (CM) режимах
Сигнальные токиDM — это те противофазные токи, которые передают намеченные данные, тогда как сигнальные токи CM синфазны, не доставляют никаких ценных данных вообще. Хотя они намного ниже по амплитуде, чем токи DM, токи CM являются основными причинами нормативных проблем с испытаниями излучаемых и кондуктивных помех.
В идеальном мире сигналы DM перемещаются по одной стороне дорожки цепи, а равный и противоположный сигнал DM перемещается назад по другой стороне дорожки.Чтобы предотвратить преобразование DM в CM, компоновка печатной платы должна быть идеальной и не должно быть разрывов цепи. Это гарантирует полное отключение сигналов DM и отсутствие тока CM.
Если требуется подавление шума DM, можно использовать конденсаторы на исходящей и обратной линиях и / или катушку индуктивности последовательно с отходящей или обратной линией. Это называется фильтрацией DM. Если установка DM-фильтра не решает проблему шума, тогда источником излучения может быть CM-шум.
СигналыCM — это сигналы, которые существуют как на исходящих, так и на обратных дорожках цепи. Поскольку они синфазны, они не компенсируют друг друга, но в сумме достаточно существенно, чтобы вызвать проблемы с электромагнитными помехами. Поскольку шум CM присутствует между фазой и землей. CM-фильтрация часто включает размещение конденсаторов на каждой сигнальной линии относительно заземления. а иногда также использование в цепи катушки индуктивности CM. Любые катушки индуктивности CM, помещенные в схему, действуют только на присутствующие сигналы CM, они не влияют на сигналы DM.Если установка фильтра CM не решает проблему шума, тогда источником излучения может быть шум DM.
Паразиты
При попытке использовать фильтр нижних частот для подавления электромагнитных помех необходимо также учитывать неидеальное поведение компонентов, составляющих фильтр. Фактические компоненты пассивного фильтра, такие как конденсатор, также содержат некоторую индуктивность, а индуктор содержит некоторую емкость. Эти паразитные элементы конденсаторов и катушек индуктивности ограничивают их полезную полосу пропускания.Например, реактивное сопротивление конденсатора уменьшается до тех пор, пока оно не достигнет собственной резонансной частоты при увеличении частоты. Выше точки собственной резонансной частоты конденсатор становится индуктивным и действует как индуктор из-за паразитной индуктивности, обнаруженной в его металлических пластинах. Похожая ситуация происходит с индукторами. Эти паразитные эффекты сильнее проявляются в конденсаторах и катушках индуктивности с выводами, чем в конденсаторах и индукторах с поверхностным монтажом (SMT), которые почти не имеют длины выводов.
Проблемы с планировкой и размещением
Правильная компоновка и размещение могут стать решающим фактором при попытке эффективно использовать пассивные фильтры нижних частот для подавления электромагнитных помех.Длина дорожек, превышающая необходимую, добавляет дополнительную индуктивность и импеданс, которые снижают эффективность фильтра, подобно тому, как это происходит, как описано выше в отношении паразитов. Поэтому очень важно, чтобы соединения были короткими. Это означает размещение компонентов фильтра как можно ближе к фильтруемой цепи и не упускать из виду длину обратного сигнала. Размещение фильтра в каком-то неясном месте вдали от источника нежелательного сигнала не является идеальным в большинстве ситуаций.
Помимо обеспечения коротких соединений, следите за трассой или маршрутизацией проводов, которая допускает слишком сильную емкостную и индуктивную связь с другим зашумленным сигналом или трассами.Чтобы предотвратить возникновение этой проблемы перекрестных помех, разместите компоненты фильтра прямо у входного разъема (ввод / вывод и входы питания). Размещение фильтра глубже в цепи или системе просто напрашивается на неприятности. Когда надлежащее разделение не поддерживается, секции ввода и вывода пропускаются, и фильтр больше не действует. Как и в случае с множеством проблем, возникающих при проектировании ЭМС и устранении неисправностей, не полагайтесь на землю как на конечный путь с нулевым сопротивлением и сток для шума. Намного лучше понять путь прохождения тока и уменьшить площадь контура.
Заключение
Фильтры нижних частот — наиболее широко используемый тип фильтров в работе с электромагнитной совместимостью. Существует несколько различных конфигураций на выбор в зависимости от нескольких факторов, включая частоту предполагаемых сигналов, полное сопротивление источника и нагрузки, а также источники синфазного или дифференциального шума, присутствующие в цепи. Факторы, которые делают фильтры нижних частот неэффективными, включают неидеальное поведение пассивных компонентов, паразитные элементы схемы, слишком большой постоянный ток, присутствующий в схемах, в которых используются ферриты, использование фильтра со слишком низкой частотой среза, тем самым сильно ослабляя полезные сигналы. , а также плохая планировка и размещение.
Более подробную информацию о различных типах фильтров можно найти в Руководствах по электронике или в других ссылках, перечисленных ниже.
Показанное изображение: частотная характеристика фильтра нижних частот 1-го порядка; Источник кредита: Учебники по электронике
Список литературы
- Archambeault, PCB Design for Real World EMI Control, Kluwer Academic Publishers, 2002
- Френзель-младший, «Руководители систем электронных коммуникаций», четвертое издание, McGraw-Hill, 2016 г.
- André & Wyatt, Руководство по поиску и устранению неисправностей EMI для дизайнеров продукции, Scitech Publishing, 2014.
- Montrose, EMC Made Simple, Разработка печатных плат и систем, Montrose Compliance Services, Inc., 2014
- Армстронг, «Руководство по фильтрам ЭМС», Технология создания помех, 2017 г.
- Montrose, Методы проектирования печатных плат для обеспечения соответствия требованиям электромагнитной совместимости — Справочник для дизайнеров, 2-е издание, 2000 г.
Типы пассивных фильтров нижних частот
Что такое фильтр нижних частот? Пассивный фильтр нижних частот и его типы с примерами.Пассивный фильтр нижних частот — это тип фильтра нижних частот, который состоит из пассивных электронных компонентов, таких как резистор, конденсатор и катушка индуктивности.Коэффициент усиления пассивного фильтра нижних частот всегда меньше или равен 1. Таким образом, амплитуда его выходного сигнала всегда меньше амплитуды входного сигнала. Однако они просты и легки в разработке. В этой статье мы обсудим пассивный фильтр нижних частот и его типы с примерами.
Фильтр нижних частотФильтр нижних частот или LPF — это тип фильтра, который пропускает низкочастотные сигналы и блокирует высокочастотные сигналы. Частоты ниже выбранной частоты, известной как частота среза, пропускаются, в то время как любая частота выше частоты среза блокируется фильтром.
Фильтры нижних частот бывают двух типов:
В этой статье мы будем обсуждать только пассивный фильтр нижних частот, так как активные фильтры нижних частот уже описаны в другом посте. Пассивные фильтры нижних частот классифицируются в соответствии с порядком расположения фильтров. мы обсудим 1 st и 2 nd фильтр нижних частот порядка.
Фильтр нижних частот первого порядкаФильтр нижних частот первого порядка — это простейшая форма фильтров нижних частот, которые состоят только из одного реактивного компонента i.e Конденсатор или индуктор. Резистор используется с конденсатором или индукторами для формирования пассивного фильтра нижних частот RC или RL соответственно. Ниже приводится краткое описание фильтров нижних частот RC & RL с примерами.
- RC фильтр нижних частот
- RL фильтр нижних частот
Самый простой пассивный фильтр нижних частот состоит из резистора, соединенного последовательно с конденсатором, и выходной сигнал снимается через конденсатор как показано на рисунке ниже.
Как мы знаем, конденсатор позволяет передавать высокочастотный сигнал (работать как короткий провод) и блокировать низкочастотный сигнал (работать как открытый провод). Таким образом, когда к цепи применяется низкая частота, конденсатор откроется, и на его клемме появится сигнал, который в конечном итоге будет вытекать как выходной. Однако, когда высокочастотный сигнал достигает конденсатора, происходит короткое замыкание, и выходной сигнал становится нулевым.
Причина, по которой конденсатор блокирует и разрешает частоту, заключается в его реактивном сопротивлении, которое определяется как.
X c = 1 / C = 1 / (2πfC)
Где X c — реактивное сопротивление конденсатора
f — частота приложенного сигнала
C — это емкость конденсатора
Из приведенного выше уравнения мы можем сказать, что емкостное реактивное сопротивление X c обратно пропорционально приложенной частоте f . если приложенная частота слишком низкая, реактивное сопротивление X c будет больше, чем сопротивление резистора, и входной сигнал будет установлен на конденсаторе.Но когда частота f увеличивается, реактивное сопротивление X c становится ниже, чем сопротивление резистора. Это приводит к низкому падению напряжения (почти незначительному) на конденсаторе по сравнению с резистором.
Частотная характеристика:Частотная характеристика, также известная как диаграмма Боде схемы, показывает отношение выходного сигнала к входному для указанного диапазона частот. Частотная характеристика фильтра нижних частот приведена ниже:
Он содержит некоторые ключевые моменты, такие как частота среза f c , полоса пропускания , полоса задерживания , полоса пропускания и спад и др.
Частота среза:Частота среза, также известная как частота среза обозначается f c — это точка выбранной частоты, в которой мощность выходного сигнала становится -3 дБ или 70,7% входной сигнал. На этой частоте емкостное реактивное сопротивление X c и сопротивление резистора R становятся равными.
Фильтр нижних частот разрешает частоту ниже частоты среза и блокирует любую частоту выше частоты среза.
Где частота среза рассчитывается по формуле:
R = X c
R = 1 / (2πfC)
f c = 1 / (2πRC)
Pass :Полоса пропускания — это диапазон частот, который пропускается через фильтр. В фильтре нижних частот частота полосы пропускания ниже, чем частота среза f c .
StopBand:Полоса задерживания — это диапазон частот, который блокируется фильтром.В фильтре нижних частот диапазон частот выше, чем частота среза f c , обозначается как полоса задерживания .
Полоса пропускания:Полоса пропускания фильтра — это диапазон частот, который проходит без ослабления. Фильтр нижних частот допускает частоту от 0 Гц до f c Гц . Таким образом, его полоса пропускания составляет f c -0 = fc Hz .
Спад:Когда частота увеличивается и достигает частоты среза, усиление фильтра начинает уменьшаться.Скорость уменьшения усиления известна как спад.
Спад фильтра нижних частот порядка 1 st составляет -20 дБ на декаду .
Выходное напряжение:Для расчета выходного напряжения пассивного фильтра нижних частот на любой частоте между резистором и конденсатором применяется правило делителя напряжения. Таким образом, выходное напряжение v out равно.
V out = V in * (X c / Z)
Где
X c = емкостное реактивное сопротивление
Z = полное сопротивление
цепи
= R + jX cZ = √ (R 2 + X c 2 )
So
V out = V in * (X / √ (R 2 + X c 2 ))
Где X c = 1 / (2πfC)
Усиление:Коэффициент усиления в соотношении выходного напряжения к входному Напряжение.
Усиление = V на выходе / V на
Это усиление обычно описывается как дБ , что является логарифмической формой усиления и определяется как:
Усиление дБ = 20 log (V out / V in )
Обратите внимание на усиление пассивного фильтра нижних частот на приведенном выше графике частотной характеристики. Максимальное усиление остается 0 дБ . В активном фильтре это усиление может быть изменено в соответствии с требованиями.
Пример:Давайте рассмотрим пример фильтра нижних частот RC с резистором R из 1K и конденсатором C из 47 нФ .
Частота среза f c рассчитывается как:
f c = 1 / (2πRC)
f c = 1 / (2π * 10 3 * 47 * 10 -9 )
f c = 3.38 кГц
Моделирование частотной характеристики с использованием Proteus для данного фильтра нижних частот RC составляет
Он ясно показывает усиление -3 дБ при 3,38 кГц , что является частотой среза этого фильтра.
Этот фильтр разрешает любую частоту ниже 3,38 кГц и блокирует любую частоту выше 3,38 кГц . Таким образом, его полоса пропускания составляет 3,38 кГц .
RL Фильтр нижних частот:Этот тип фильтра нижних частот состоит из последовательно соединенных резистора и катушки индуктивности, где выходной сигнал снимается через резистор, как показано на рисунке ниже.
Катушка индуктивности пропускает низкочастотный сигнал, который в конечном итоге устанавливается через резистор, и блокирует высокочастотный сигнал, который не попадает на нагрузочный резистор.
Индуктор обеспечивает низкое реактивное сопротивление для низкочастотного сигнала и высокое реактивное сопротивление для высокочастотного сигнала. Его реактивное сопротивление определяется выражением:
X L = L = 2πfL
Согласно приведенному выше уравнению реактивное сопротивление катушки индуктивности прямо пропорционально частоте входного сигнала.
Таким образом, когда частота входного сигнала низкая, его реактивное сопротивление будет ниже, чем сопротивление резистора. Таким образом, результирующее падение напряжения входного сигнала будет максимальным на нагрузочном резисторе.
Когда частота входного сигнала увеличивается, индуктивное сопротивление X L становится больше, чем сопротивление резистора R . В результате получается незначительное падение напряжения на нагрузочном резисторе. таким образом, входной сигнал блокируется.
Частотная характеристика:Частотная характеристика RL-фильтра нижних частот аналогична RC-фильтру нижних частот.
Частота среза фильтра нижних частот RL определяется как:
При частоте среза реактивное сопротивление равно сопротивлению
X L = R
2πfl = R
f c = R / (2πL)
Где
L = индуктивность катушки индуктивности
R = сопротивление резистора
Выходное напряжение:Выходное напряжение на любой частоте можно рассчитать по напряжению разделитель.
В на выходе = В на входе * R / Z
Где Z = полное сопротивление цепи.
Z = R + JX L
Z = √ (R 2 + X L 2 )
Итак
V на выходе = V / √ (R 2 + X L 2 )
Где X L = 2πfL
Пример:В этом примере мы возьмем резистор 1K 3mH и 1K индуктор.
Рассчитаем частоту среза для этой схемы.
f c = R / (2πL)
f c = 10 3 / (2π * 3 * 10 -3 )
f c =
ГцДавайте смоделируем эту схему с помощью Proteus. Частотная характеристика с использованием Proteus приведена ниже:
На нем четко видна точка -3 дБ (частота среза), где частота равна 52.9 кГц , что почти равно 53 кГц .
Пассивный фильтр нижних частот второго порядкаФильтр нижних частот второго порядка состоит из двух каскадных фильтров нижних частот первого порядка. Фильтр нижних частот первого порядка может быть схемой RC или RL . Мы обсудим оба с примерами.
RC-фильтр нижних частотДва RC-фильтра нижних частот порядка 1 st каскадно соединены вместе, образуя фильтр нижних частот 2 nd .Схема RC-фильтра нижних частот порядка 2 nd приведена ниже;
Ступень фильтра нижних частот первого порядка состоит из R 1 C 1 , а вторая ступень — из R 2 C 2 .
Выход может быть получен с любого из двух этапов. Первый каскад обеспечит выходной сигнал фильтра нижних частот порядка 1 st со спадом -20 дБ / декада .Второй каскад обеспечит выходной сигнал фильтра нижних частот порядка 2 и с более крутым спадом -40 дБ / декада . Его частотная характеристика показана ниже.
Зеленый сигнал показывает частотную характеристику фильтра нижних частот 1 st со спадом –20 дБ / декада . Красный сигнал показывает частотную характеристику фильтра нижних частот 2 и порядка со спадом -40 дБ / декада .
Частота среза:Частота среза или частота среза f c из 2 nd Фильтр нижних частот порядка задается
f c = 1 / {2π√ (R 1 R 2 C 1 C 2 )}
Если резистор R = R 1 = R 2 & Конденсатор C = C 1 = C 2 2 , затем
f c = 1 / (2πRC)
Усиление на угловой частоте:Коэффициент усиления общего фильтра нижних частот n на угловой частоте определяется как:
Усиление = (1 / √2) n
Таким образом, усиление 2 nd фильтр нижних частот порядка на угловой частоте f c составляет
Усиление = (1 / √2) 2 = 0.5
Коэффициент усиления дБ будет:
Коэффициент усиления (дБ) = 20 log (0,5) = -6 дБ
Таким образом, коэффициент усиления 2 nd ФНЧ на частоте среза равен -6 дБ .
-3 дБ Частота:Расчетная частота излома f c обеспечивает усиление -6 дБ , тогда как частота полосы пропускания фильтра находится на уровне — 3 дБ усиление, которое рассчитывается как:
f (-3db) = f c √ (2 (1 / n) -1)
Где n — порядок фильтра, а f c — вычисленная угловая частота. f (-3db) уменьшаются с увеличением порядка фильтра. Это означает, что порядок увеличения фильтра обеспечивает более крутой или быстрый спад.
ПримерВ этом примере мы взяли резистор R 1 = 1K , R 2 = 10K и конденсатор C 1 = 47nF , C n 2 = 4,7
Примечание: тот факт, что мы используем R 2 > 10R 1 и C 2 <10C 1 , вызван эффектом нагрузки, иначе выходной сигнал будет содержать ошибки.Чтобы уменьшить эффект нагрузки, сопротивление второй ступени должно быть намного больше, чем первой ступени.
Частота отсечки этой цепи будет
f c = 1 / {2π√ (R 1 R 2 C 1 C 2 )}
f c = 1 / {2π√ (10 3 * 10 * 10 3 * 47 * 10 -9 * 4,7 * 10 -9 )}
f c = 3,38 кГц
Эта частота находится на уровне -6 дБ при усилении .Теперь вычислим f (-3db)
f (-3db) = fc √ (2 (1/2) -1)
f (-3db) = 3,38 * 10 3 √ (2 (1/2) -1)
f (-3 дБ) = 2,17 кГц
Таким образом, этот фильтр нижних частот допускает частоту менее 2,17 кГц , таким образом, его полоса пропускания составляет 2,17 кГц .
Давайте смоделируем этот пример с помощью Proteus .Ниже приводится частотная характеристика указанного примера.
Этот график ясно показывает частоту -3 дБ при 2,17 кГц , которую мы рассчитали ранее.
RL Фильтр нижних частот:Два каскада фильтра нижних частот RL каскадно соединены вместе, образуя фильтр нижних частот 2 и . Первая ступень состоит из L 1 R 1 , а вторая ступень состоит из L 2 R 2 .Его схема приведена ниже.
Ступень 1 st — это фильтр нижних частот порядка 1 st , выходной сигнал которого обеспечивает спад -20 дБ / декада . Каскад 2 и обеспечивает фильтр нижних частот 2 и порядка со спадом -40 дБ / декада .
Угловая частотаУгловая частота или частота среза f c из 2 nd Фильтр нижних частот порядка задается.
f c = {√ (R 1 R 2 )} / {2π√ (L 1 L 2 )}
Если резистор R = R 1 = R 2 и индуктор L = L 1 = L 2 , затем
f c = R / (2πL)
Коэффициент усиления на угловой частоте: Коэффициент усиления приугловая частота определяется по формуле:
Усиление = (1 / √2) n
Где n — порядок фильтра.Таким образом, усиление 2 nd фильтр нижних частот порядка:
Усиление = (1 / √2) 2 = 0,5
Усиление дБ составляет
Усиление (дБ) = 20 log (0,5) = -6 дБ
-3 дБ ЧастотаФактическая частота среза фильтра находится на уровне –3 дБ при усилении . Для расчета частоты -3 дБ мы будем использовать:
f (-3 дБ) = f c √ (2 (1 / n) -1)
Где n — порядок фильтр.
Пример:Возьмем резистор R 1 = 1K , R 2 = 10K & Индуктор L 1 = 3 мГн , L 2 =. 30
Мы взяли R 2 > 10R 1 и L 2 > 10L 1 из-за эффекта нагрузки, описанного ранее. Импеданс следующей ступени должен быть как минимум в 10 раз выше, чем на предыдущей ступени.
Частота среза этого фильтра составляет
f c = {√ (R 1 R 2 )} / {2π√ (L 1 L 2 )}
f c = {√ (10 3 * 10 * 10 3 )} / {2π√ (3 * 10 -3 * 30 * 10 -3 )}
f c = 53 кГц
Частота находится на уровне -6 дБ , поэтому мы рассчитаем частоту -3 дБ , которая определяется по формуле:
f (-3 дБ) = f c √ (2 (1 / 2) -1)
f (-3 дБ) = 53 * 10 3 √ (2 (1/2) -1)
f (-3 дБ) = 34.11 кГц
Это частота -3 дБ этого фильтра. Моделирование этого фильтра Proteus приведено ниже.
На графике показано усиление -3 дБ , частота 34,11 кГц . и вы можете ясно видеть разницу между спадом фильтров нижних частот 1 st и 2 и .
Ограничения пассивного фильтра нижних частот:- В пассивном фильтре нижних частот нет усиления входного сигнала.
- Его коэффициент усиления остается меньше или равным 1.
- Каскадные каскады для пассивных фильтров более высокого порядка приводят к потере амплитуды сигнала.
- Импеданс нагрузки влияет на характеристики фильтра.
Связанное сообщение: Резисторы и типы резисторов | Фиксированные, переменные, линейные и нелинейные
6 способов использования фильтра низких частот при микшировании
Используемые намеренно, фильтры нижних частот могут направлять дикие аранжировки к более полированным результатам и преобразовывать одномерные звуки в более глубокие и темные версии.Но если их использовать наугад, они могут лишить яркость микса и создать грязный, в остальном приятный звук. Учитывая это, мы составили следующее руководство: шесть способов использования фильтра нижних частот при микшировании.
Фильтры нижних частот дают нам возможность убрать высокочастотный контент, который является либо ненужным, либо подавляющим. Это довольно простой инструмент, поскольку есть только один основной элемент управления — точка отсечки фильтра, но его звуковой отпечаток на миксе огромен.
Точно так же, как грохот и грязь могут помешать прохождению низких частот через микс, сибилянты и шипение, плавающие в районе 10 кГц, могут отвлечь внимание от более важной высокочастотной информации в другом месте.
Сделайте следующий снимок экрана с басовой линией в Neutron 3. Хотя меня интересует только то, что происходит ниже 2 кГц, устойчивый слой пуха, собранный во время стадии записи, сохраняет спектр довольно активным, пока он намного выше.Если я подниму бас на более высокий уровень или хочу продвинуть его вперед в миксе, фуз будет сопровождать его и замаскировать другие инструменты в процессе.
Энергия басов в нейтроне 3
В этом сценарии фильтр нижних частот позволяет нам сузить фокус для слушателя. Им не нужно слышать пух или даже знать, что он вообще был записан. Смещение точки отсечки вниз до того места, где исчезает нежелательная часть сигнала — без слишком сильного изменения основного звука — позволит нам добиться этого.
Для более комплексного устранения шума вам может быть лучше пропустить звук через проход RX 7. Он будет интеллектуально анализировать ваш звук и предлагать настройку, которая дает вам максимально чистый сигнал. Узнать больше о RX 7:
2. Создайте ощущение глубины
Глубина микса позволяет нам ощутить физическое расстояние между передней и задней частью звуковой сцены.
Если мы подумаем о том, как мы воспринимаем звуки в повседневной жизни, то чем дальше что-то находится от нас, тем менее ярким и менее громким оно становится. Мы можем с трудом слышать собственные мысли, когда идем по городскому потоку, но обнаруживаем, что моторы и гудки сливаются в более контролируемый тон в квартале или около того от места действия.
Эту же идею можно воплотить в студии. Отфильтровывая верхнюю часть и понижая уровень инструментов, мы подталкиваем их к задней части микса.Как правило, вокал, барабаны и гитары остаются впереди, а перкуссия, пэды и клавиши расположены немного дальше.
Вы также можете автоматизировать перемещение отдельного инструмента от большого расстояния до близкого, поместив фильтр нижних частот на его полосу канала и автоматизируя отсечку вверх. Получите максимальную отдачу от автоматизации DAW с творческими подходами или, если вам нужно освежиться, получите ответы на вопросы автоматизации, которые вы, возможно, боитесь задать.
3. Уменьшить конфликты между похожими по звучанию инструментамиПо замыслу, фильтрация лучше всего используется для освобождения места для звуков.В случае фильтра нижних частот это означает выборочное удаление высоких частот, чтобы можно было слышать инструменты верхнего диапазона.
Проект с несколькими свип-синтезаторами и вокальными слоями будет звучать беспорядочно, поскольку все эти элементы конкурируют за одни и те же частоты. Новый звукоинженер может попытаться бороться с этим, подняв верхние частоты вокальных треков, чтобы они выделялись, еще больше усугубив проблему и создав слишком яркий микс.
С другой стороны, если вы избавитесь от высоких частот на звуке, который на самом деле не нужен, вы получите гораздо более безупречный результат, который фактически увеличит общую энергию.Если то, что вам нравится в синтезированном треке, происходит в среднем диапазоне, убавьте эти максимумы, чтобы вокал звучал легче. Хрустящие малые барабаны также могут конфликтовать с вокалом и могут лучше служить общему груву, когда они слегка приглушены.
Мы часто прислушиваемся к тому, что нам следует добавить в микс, но не менее важно прислушиваться к тому, что мы должны удалить или набрать номер.
Отличный способ научиться слышать эти дисбалансы — это управление тональным балансом, которое сопоставляет частотное содержание вашего микса с эталонной целью по вашему выбору — либо отдельной песней, либо сборником песен, либо жанром.Узнайте, как эталонные треки влияют на микс, десятилетие за десятилетием.
Взгляните на приведенный ниже снимок экрана для справки — синие границы дают приблизительное представление о том, где ваша музыка должна находиться в различных точках спектра, а белые линии отражают сравнение вашей музыки.
Регулятор тонального баланса
Верхний совет: Если ваши средние и высокие частоты постоянно остаются около или выше верхних границ, возможно, необходимо убрать более яркие элементы в вашем миксе.Если они приземляются около или ниже нижних границ, вы можете открыть эти фильтры.
4. Баланс ведущего и бэк-вокалаЧем больше вокальных треков вы добавите, тем больше перекрываются частоты и тем сложнее все услышать. Возможно, одно из величайших столкновений, с которыми вы столкнетесь при миксе, происходит между лидами и фоном.
Чтобы освободить место для ведущей партии, пропустите нижний бэк-вокал, чтобы он больше походил на тень, чем на конкурента.Для усиления разделения обычно требуются дополнительные разрезы по спектру.
Если вам сложно сбалансировать соло и фон, попробуйте уменьшить количество вокальных треков в вашей DAW. Слишком много стеков сузят ваш микс и в конечном итоге будут стоить вам драгоценного запаса мощности и динамики.
Узнайте больше о вокале и о том, как создать бэк-вокал, дополняющий соло.
5. Добавить кромку и прикусХотя обычно фильтры нижних частот используются для удаления частот, вы также можете использовать их, чтобы добавить к сигналу больше того, что вам нравится.
Может быть, в вашем звуке есть интересные верхние гармоники, но они слишком тихие. Поместите обрезку фильтра нижних частот вокруг точки, в которой они теряют энергию, и слегка увеличьте ее, чтобы выделить их, как показано на скриншоте ниже с узлом 8. Вы не хотите заходить слишком далеко, что создает ощущение прямоугольности в средних и низких частотах. резкость на высоких частотах.
Верхний совет: Чтобы предотвратить это, используйте более широкое усиление вместо узкого — первое более естественное по ощущениям и с меньшей вероятностью приведет к появлению артефактов.
Форсирование около точки отсечки в Neutron 3
Попробуйте то же самое на противоположном конце спектра с фильтром высоких частот. Вы можете аккуратно приручить самые дикие инструменты в своем миксе, одновременно улучшая качества, которые вам больше всего нравятся в них, очень музыкальным способом.
6. Опасно! Соблюдайте осторожность!Как и со всеми инструментами микширования, с фильтрами низких частот можно переборщить, особенно новичок.Но как узнать, что вы зашли слишком далеко?
В качестве эксперимента разместите фильтр нижних частот на выходном канале сеанса, а затем сдвиньте фильтр вниз к его самой низкой точке. Вы заметите яркость выходящего микса (особенно после того, как вы превысите 15 кГц), пока все, что у вас не останется, — это мутный суп низких частот. Снова переместите отсечку вверх и послушайте, как возвращается яркость. Это должно показать вам, сколько энергии может быть потеряно при опрометчивом проходе нижних частот.
Хотя маловероятно, что кто-то применит такую резкую фильтрацию ко всему миксу, чувствительность нашего уха к средним и высоким частотам может привести к тому, что мы упадем больше, чем нам нужно, на богатых гармонических инструментах.Наша естественная чувствительность еще больше ослабевает, когда мы проводим много часов в студии и утомляемся слух.
Долгие часы в студии — это еще и многократное прослушивание микса. Если для начала используется слишком большая фильтрация низких частот, мы можем привыкнуть к приглушенному звуку и сочтем добавление высоких частот слишком резким по сравнению с этим. Вы можете предотвратить оба этих сценария, сделав перерывы. Удивительно, насколько больше вы замечаете в миксе после 10 минут перерыва.
Чтобы подчеркнуть важность сдержанности при фильтрации, послушайте следующий пример, где у меня есть синтезаторный бас, работающий рядом с барабанным лупом.В первой части клипа частота среза слишком высока, а басы слишком яркие, что отвлекает от его ритмической функции. Во второй части клипа более четко работает НЧ; бас звучит басово и кажется округлым, но он также потерял часть исходного сигнала. Если вернуть немного яркости, бас вернется в исходное положение, не выходя за рамки своей роли — что вы можете услышать в третьей части.
ЗаключениеС помощью всего лишь одного параметра фильтры нижних частот дают нам творческий и корректирующий контроль над нашими миксами.По этой причине они используются во всех стилях музыки для улучшения баланса и ясности.
Я уже сделал подробное предупреждение об опасности чрезмерной фильтрации, поэтому я не буду вдаваться в подробности, кроме как повторить, что low-pass может создать столько же проблем, сколько решает при неограниченном использовании. Приложив немного терпения, потренировав слух и получив визуальную обратную связь от Tonal Balance Control, у вас должно быть более чем достаточно, чтобы принимать наилучшие решения для вашего микса.
Справочные статьи: Приложение для управления сабвуфером MartinLogan
«Вернуться на главную страницу поддержкиПриложение для управления сабвуфером: фильтр низких частот (кроссовер)
Создано: 17 июля 2018 г. | Обновлено: 24 августа 2018 г.
Экран фильтра нижних частот позволяет настроить частоту нижних частот для левого и правого (RCA или уровень динамика) входов.Этот параметр не применяется к входам LFE (RCA или XLR), вместо этого задача управления низкими частотами возлагается на ваш аудио / видеопроцессор.
СабвуферыDynamo обеспечивают исключительную производительность как в 2-канальных (Left In / Right In) системах, так и в многоканальных (LFE In) системах домашнего кинотеатра. Dynamo 800X, 1100X и 1600X предлагают возможность подключения как Left In / Right In, так и LFE In, что позволяет достичь оптимальной настройки для 2-канального прослушивания, сохраняя при этом возможность прослушивания в многоканальном (кино) режиме.При прослушивании стереозвука система достигает оптимальной интеграции музыки с сабвуфером, играющим на частотах ниже самой низкой частоты отклика переднего динамика. Во время просмотра фильма трек LFE и низкие частоты из окружающих звуков могут подаваться на сабвуфер с использованием настроек кроссовера (низких частот) из системы управления басами процессора.
Как правило, фильтр нижних частот должен быть установлен на значение, приблизительно равное (или ниже) 70% самой низкой частотной характеристики основного динамика.Например, частотная характеристика вашего динамика упала до 43 Гц. 70% от 43 Гц равняется 30,1, поэтому вам следует установить фильтр нижних частот сабвуфера на 30 Гц. Мы советуем, что после того, как вы попробуете рекомендуемые настройки, используя приведенную выше формулу, вы также должны попробовать окружающие настройки. Если вы не уверены в низкочастотной характеристике основного динамика, начните с настройки 35 Гц. Экспериментируя с разными настройками, вы ничему не навредите.
Помните, потому что эта настройка применяется только к левому / правому входам.Этот параметр не используется, если ваш сабвуфер подключен только через вход LFE. Однако, если вы используете беспроводную систему SWT-X для подключения канала LFE или Dynamo 600X в качестве канала LFE (подключенного через правый вход / вход LFE), вам нужно будет установить фильтр низких частот в положение Bypass.
Bypass: Выберите эту опцию, если вы планируете использовать управление низкими частотами вашего ресивера / процессора для установки фильтра низких частот.
Третий порядок: Если вы используете левый / правый входы сабвуфера, выберите эту опцию, чтобы использовать кроссовер третьего порядка для регулировки характеристик спада верхних частот вашего сабвуфера по мере приближения к настройке частоты фильтра нижних частот.Фильтр третьего порядка имеет крутизну 18 дБ на октаву — более медленный спад, чем фильтр четвертого порядка. Для большинства приложений идеально подходит кроссовер третьего порядка.
Четвертый порядок: Если вы используете левый / правый входы сабвуфера, выберите эту опцию, чтобы использовать кроссовер четвертого порядка для регулировки характеристик спада верхних частот вашего сабвуфера по мере приближения к настройке частоты фильтра нижних частот. Фильтр четвертого порядка имеет крутизну 24 дБ на октаву — более быстрый спад, чем фильтр третьего порядка.
границ | Таламус как фильтр нижних частот: фильтрация на клеточном уровне не означает фильтрацию на сетевом уровне
Введение
Таламус находится на перекрестке дорог между внешним миром и корой головного мозга (Steriade, 2003). Все чувства, за исключением обоняния, проходят через таламус, где они подвергаются некоторой обработке, прежде чем попасть в кору. Действие таламуса в этом контексте можно сравнить с воротами, то есть пропусканием информации только в соответствии с требованиями более высоких областей (Wang et al., 2006; Макалонан и др., 2008; Заальманн и Кастнер, 2011). Также было высказано предположение, что таламус действует как частотно-чувствительный фильтр, генерируя спайки более легко, когда некоторый зависящий от времени компонент сенсорных стимулов является правильным (Heggelund et al., 2003).
Утверждение о том, что таламус действует как фильтр верхних частот, было наиболее тщательно изучено в вибротактильной таламокортикальной системе: таламическом вентро-заднем медиальном ядре (VPm) и бочкообразной коре головного мозга. Здесь есть четкое свидетельство того, что, когда усы приводятся в движение синусоидальным отклонением, кортикальные и таламические спайки тем выше, чем выше частота стимулов (Arabzadeh et al., 2003; Khatri et al., 2004). Однако этот эффект нельзя полностью приписать таламической фильтрации из-за чувствительности сенсорного органа к скорости (Hartings et al., 2003; Gerdjikov et al., 2010). Напротив, как нейроны латерального коленчатого ядра (LGN), так и первичной зрительной коры наиболее часто было показано, что они вызывают низкочастотное или полосатое поведение (Hawken et al., 1996; Van Hooser et al., 2013). Опять же, этот результат затрудняется тем фактом, что обработка сетчатки сама по себе действует либо как фильтр нижних частот, либо как полосовой фильтр (Shapley and Victor, 1978).
Тот факт, что отдельные нейроны в таламусе действуют как фильтры верхних частот с точки зрения скорости ввода по сравнению со скоростью вывода, является необходимым следствием того, что нервная мембрана является негерметичным конденсатором. В частности, определенное количество заряда должно быть доставлено в нейрон в заданное время, чтобы довести его до порогового значения для срабатывания, и это может быть достигнуто только тогда, когда входы нейрона срабатывают выше определенной частоты. Однако фильтрацию в контексте скорости активации необходимо рассматривать отдельно от фильтрации с точки зрения того, какие данные нейронная цепь извлекает из своего входа.Другими словами, можно представить себе гипотетическую нейронную систему, которая кодирует определенное свойство сенсорных стимулов, где увеличение скорости изменения этого свойства вызывает значительное увеличение скорости активации нейронов в системе, но сама система теряет возможность кодировать это свойство. Например, рассмотрим стимулы, которые могут находиться в двух состояниях, и две популяции нейронов, кодирующие эти два состояния: когда одна популяция активна, нейронная система кодирует одно состояние, когда другая популяция активна, система кодирует другое состояние. .Наконец, если обе популяции активны одновременно, кодировка системы неоднозначна. Когда стимулы медленно меняются между двумя своими состояниями, нейроны в каждой популяции могут срабатывать медленно, но до тех пор, пока две популяции не активны одновременно, нейронная система должна быть способна кодировать два стимула. Однако, когда стимулы быстро переключаются между этими двумя состояниями, нейроны в нашей гипотетической системе начинают активироваться быстрее. Если стимулы переключаются достаточно быстро, две популяции клеток станут активными одновременно, и нервная система потеряет способность кодирования.Таким образом, при рассмотрении на основе отдельной ячейки сеть, кажется, ведет себя как фильтр верхних частот (то есть нейроны срабатывают быстрее, поскольку свойство стимула изменяется быстрее), но если рассматривать с точки зрения популяции, сеть на самом деле является ведет себя как фильтр нижних частот (сеть теряет способность кодировать стимул, поскольку свойство стимула изменяется быстрее).
Здесь мы сообщаем, используя вычислительный подход, основанный на сильно упрощенной, но биологически разумной модели, что таламус обязательно работает для стабилизации сенсорных представлений в присутствии шума аналогично фильтру нижних частот.
Методы
In vitro Электрофизиологиякрыс Wistar любого пола на 20–30-е сутки после рождения были анестезированы изофлураном и обезглавлены в соответствии с Законом Соединенного Королевства о животных (научные процедуры) 1986 года и с одобрения местного этического комитета. Как описано ранее Turner and Salt (1998), мозг был быстро удален, и срезы толщиной 300 мкм, содержащие дорсальные латеральные ядра коленчатого тела и интактный путь ретиногеникулята, были разрезаны в непрерывно оксигенированной сахарозе aCSF (Errington et al., 2010). Срезы инкубировали не менее 1 часа перед переносом в записывающую камеру, где они непрерывно перфузировали (~ 2 мл / мин) нагретым (32–34 ° C) оксигенированным записывающим aCSF, содержащим следующее (в мМ) 125 NaCl, 5 KCl, 25 NaHCO 3 , 1,25 NaH 2 PO 4 , 1 MgCl 2 , 2 CaCl 2 , 25 глюкоза. Регистрацию целых клеток проводили с помощью пипеток (сопротивление, 2–4 МОм), содержащих следующее (в мМ): 135 K-метилсульфонат, 10 HEPES, 10 Na-фосфокреатин, 4 MgCl2, 4 Na-ATP, 0.4 мМ Na-GTP, pH 7,3, 300 мОсм. Токовые зажимы выполнялись с помощью предусилителя Multiclamp 700B (Molecular Devices). Экспериментальные данные были отфильтрованы при 6 кГц, оцифрованы на 20 кГц (Digidata 1322A; Molecular Devices) и получены с использованием программного обеспечения pClamp 10 (Molecular Devices). Электрическая стимуляция вызывалась изолятором стимула постоянного тока (DS3, Digitimer) через биполярный вольфрамовый электрод (Frederick Haer) в присутствии антагониста рецептора GABA A габазина (10 мкм) и антагониста рецептора GABA B 55845 (1 мкм; Tocris).
Вычислительное моделирование
Сетевая модель реализована на Python 2.7. Все клетки были простыми протекающими нейронами, объединяющими и запускающими, без явного принудительного рефрактерного периода. Когда Vm достигал порога, генерировался пик длительностью 1 мс, после чего Vm сбрасывался до мембранного потенциала покоя. Модель состояла из двух отдельных слоев: сенсорного слоя, который реагировал на стимулы, называемых слоем ганглиозных клеток сетчатки (RGC), и интегративного слоя, называемого слоем таламокортикальных клеток (TCC), который получал входные данные от RGC. слой (рисунок 1).
Рис. 1. Схема модели, уравнения, управляющие ее поведением и анализом, а также типичное поведение модели . (A) A Схема модели и основные уравнения, определяющие ее поведение и анализ. Уравнение (1) дает текущий шум, тогда как уравнение (2) показывает, что полный ток, который получает мембрана, является суммой шума OU и «сенсорного» тока, который является гауссовой функцией разницы между положением клеток и стимулами.Уравнение (3) демонстрирует, как рассчитывалась оценка положения стимулов. Уравнение (4) показывает, как σ T , которое использовалось в качестве меры стабильности кодирования во времени, вычислялось как стандартное отклонение P (t). Уравнение (5) показывает, как вычислялась σ P , мера пространственной точности кодирования в слое. Обратите внимание, что цвет уравнений используется для связывания похожих терминов. E [X] представляет собой математическое ожидание выражения X. (B) Типичные примеры мембранного потенциала RGC в ответ на различные амплитуды шума OU. (C) Средняя частота срабатывания RGC в ответ на различные амплитуды шума OU. (D) Передаточная функция TCC, представленная как скорость ретиногеникулированных EPSP в зависимости от отношения выхода (скорость всплеска) к входу (скорость EPSP), демонстрируя поведение TCC на высоких частотах. (E) Сенсорное поведение RGC, показывающее их скорость активации как функцию расстояния до стимула (ΔD) и амплитуды шума OU.
Для RGC ток мембраны был рассчитан как сумма двух токов, шумового тока и сенсорного тока.Шумный ток представлял собой процесс Орнштейна-Уленбека с постоянной времени (1/ k OU ) 5 мс и амплитудой (σ или ), которая варьировалась от 0 до 120 пА (рисунки 1A, B, C ; Destexhe et al., 2001). Сенсорный ток был разработан для моделирования зрения и представлял собой ток, амплитуда которого изменялась по гауссовскому закону с расстоянием от зрительных стимулов [ D (n, t) ]. Максимум, которого достиг этот ток, составлял 200 пА, что означало, что максимальная скорость воспламенения, вызываемого визуально, для RGC составляла ~ 80 Гц (Рисунки 1A, E; Croner and Kaplan, 1995).Этот гауссов ток имел стандартное отклонение (σ D ) 2,5% визуального пространства. Визуальное пространство было определено как максимальное поле, в котором могут кодироваться RGC, где 0 представляет один конец, а 1 — другой. С 200 RGC центр рецептивного поля каждого RGC [ p (n) ] был сосредоточен на 0,5% визуального пространства от его соседей. RGC имели сопротивление мембраны 260 МОм и емкость мембраны 96 пФ, что давало им постоянную времени мембраны 25 мс (O’Brien et al., 2002). RGC имели порог деполяризации 20 мВ до состояния покоя. Следует отметить, что эти свойства намеренно придают RGC относительно ровный профиль частотной характеристики, что позволяет нам разрешить фильтрующие свойства слоя TCC без затруднений, связанных с фильтрацией на уровне сетчатки.
TCC имели сопротивление мембраны 70 МОм и емкость мембраны 160 пФ, что давало им постоянную времени мембраны 11 мс (Crunelli et al., 1987; White and Sur, 1992). Возбуждающий вход в TCC был смоделирован как ток, который синаптический вход вызвал мгновенное увеличение на 750 пА и который затухал с кинетикой первого порядка и постоянной времени 1.6 мс (Чен и Регер, 2000). Это произвело единый возбуждающий постсинаптический потенциал (ВПСП) амплитудой 3,5 мВ. Порог выброса был установлен на уровне 9 мВ (см. Раздел «Результаты»).
Чтобы декодировать информацию в заданном слое в заданное время [ P (t) ], мы попытались использовать метод оценки максимального правдоподобия (MLE), то есть вычислить значение D (t) что максимизирует вероятность получения определенного паттерна нейронной активности. Однако, если предположить, что вероятность срабатывания любого нейрона в данном слое является произвольной гауссовой функцией его расстояния до стимулов, мы остались с выражением, которое было математически несовместимым и, по крайней мере, в наших руках могло быть решено только численными методами.Учитывая это, мы попытались применить гораздо более простой подход, при котором информация о местоположении, закодированная в любом слое в момент времени t , была просто средним значением p (n) всех нейронов с пиками в момент времени t , заданным уравнением.
P (t) = 1∑n = 1Nu (n, t) ∑n = 1Nu (n, t) p (t), где u (n, t) равно 1 или 0 в зависимости от того, срабатывает ли нейрон n в момент времени t или нет. К счастью, MLE P (t) , рассчитанный численно для всех возможных паттернов небольшой популяции нейронов ( n = 24), дает значения, почти идентичные значениям, вычисленным с помощью метода среднего (линейная регрессия: наклон = 0.95, R 2 = 0,96, n = 8388608). Таким образом, был использован метод среднего. Чтобы дать некоторую меру стабильности кодирования во времени, мы вычислили стандартное отклонение P (t) во времени (σ T ). Мы также стремились получить некоторую меру пространственной точности кодирования. Таким образом, мы использовали среднее во времени среднее расстояние между p (n) всего нейрона с импульсами и мишенью (σ P ), то есть
δP = E [1∑n = 1Nu (n, t) ∑n = 1Nu (n, t) △ D (n, t)]Моделирование проводилось с фиксированным временным шагом 0.5 мс. Информация о фазе (φ) была извлечена путем выполнения быстрого преобразования Фурье на P (t) , и результаты представлены как фаза в слое ячеек за вычетом фазы цели. Фазовые характеристики соответствовали следующей функции:
, где 1 / 2πτ дает угловую частоту фильтра или π / 4 точки. Статистические тесты были выполнены с использованием линейной регрессии через Matlab R2014b (Mathworks).
Результаты
Чтобы создать разумную модель таламического поведения, были изучены нативные свойства передачи ретиногеникулята in vitro .TCC ( n = 26) в dLGN были закреплены заплатой, и вход из зрительного тракта был вызван с использованием нарастающей интенсивности стимуляции для набора минимальных событий и исследования порога генерации потенциала действия (рисунки 2A, B, C). Вызванные ВПСП имели отличительные черты ретиногенерирующих ВПСП в том смысле, что у них были ответы «все или ничего» в отличие от градуированного набора, типичного для кортикоталамических ВПСП (Turner and Salt, 1998). По всем клеткам и интенсивностям стимуляции распределение амплитуд ВПСП ( n = 461 событие) четко сформировало два пика, один на 3.2 мВ и один при 5,9 мВ (95% доверительный интервал 3,1–3,2 мВ и 5,7–6,0 мВ, соответственно), а самый большой зарегистрированный подпороговый ВПСП составил 7,9 мВ (рис. 2D). Мы полагаем, что эти пики представляют собой набор одного и двух ретиногенетических аксонов, соответственно. Поскольку ни один подпороговый ВПСП никогда не наблюдался с амплитудой, которая в три раза соответствовала бы событию одиночного аксона, мы полагаем, что это демонстрирует, что TCC dLGN в состоянии покоя требует, в среднем, совпадающего входа трех ВПСП на сетчатке, чтобы вызвать спайк.Эти результаты согласуются с другими, которые сообщали, что одно или два подпороговых единичных события могут быть задействованы в нейронах dLGN, и доказательствами развития того, что TCC dLGN получают входные данные от 3 до 5 RGC (Turner and Salt, 1998; Chen and Regehr, 2000; Tavazoie and Рейд, 2000; Хонг, Чен, 2011).
Рис. 2. Основные свойства таламокортикальных нейронов LGN и их ретиногенетических ВПСП . (A) Наложенные кривые, показывающие реакцию ячейки LGN на подачу тока. (B) Наложенные кривые, показывающие рекрутированные ретиногенетические ВПСП в ответ на стимуляцию зрительного нерва. События, отмеченные красным овалом, представляют собой усеченные шипы. (C) Рассчитанный размер EPSP в зависимости от интенсивности стимуляции для клетки, показанной в (B) , что ясно показывает отсутствие градуированного набора амплитуды EPSP. (D) Гистограмма амплитуд ВПСП по всем ячейкам и событиям, очищенная, показывая два пика, где амплитуда большего пика по существу вдвое больше амплитуды меньшего пика.Ячейка в (C) имела события только из пика меньшей амплитуды.
На основе этих данных мы разработали простую модель (см. Раздел Методы), включающую 120 нейронов с интеграцией и запуском, представляющих упрощенный слой RGC, подключенный к 60, 120 или 240 TCC, в соответствии с соотношением нейронов RGC и LGN. (Spear et al., 1996). Клетки в слое RGC были связаны визуотопическим способом с нейронами в слое TCC, так что каждый TCC получал входные данные от четырех (если не указано иное) «ближайших» RGC, при этом для всплеска требовалось три совпадающих EPSP (рис. 1A).RGC управлялись суммой двух токов. Первым компонентом был мембранный шум, смоделированный как процесс Орнштейна-Уленбека, параметр которого σ OU диктовал величину шума и последующую интенсивность возбуждения, вызванную шумом (рисунки 1B, C; уравнение 1). Второй ток имел гауссовское рецептивное поле с полной шириной на полувысоте ~ 6% поля зрения, так что во время полной визуальной активации RGC срабатывали с максимумом ~ 80 Гц (рис. 1E; уравнение 1; Кронер и Каплан, 1995).Как и ожидалось для простого протекающего нейрона, объединяющего и включающего, если рассматривать скорость входящего ВПСП в сравнении с отношением скорости всплеска выходного сигнала к входной скорости ВПСП, каждая отдельная ячейка функционирует как фильтр верхних частот (рис. 1D). Важно отметить, что, хотя эта модель явно относится к визуальной системе, не следует предполагать, что мы пытались заставить эту модель копировать все особенности визуальной системы. В самом деле, мы намеренно сделали модель простой, чтобы ее можно было обобщить на другие сенсорные системы.Таким образом, хотя мы назвали сенсорный слой слоем RGC, его следует больше рассматривать как набор сенсорных клеток с произвольным рецептивным полем, и, следовательно, его можно также назвать «слоем ядра тройничного нерва», где каждая клетка имеет предпочтительное направление отклонения усов (Minnery et al., 2003).
Информация о положении в любое время для каждого слоя клеток [ P (t) ] была рассчитана, когда моделирование подвергалось одиночным стационарным визуальным стимулам, занимающим 20% визуального пространства (рис. 1; уравнение 3).Стандартное отклонение P (t), σ T , служило мерой стабильности представления во времени (рисунок 1; уравнение 4). Более высокие значения σ T рассматриваются как индикатор более низкой производительности сети из-за разумного предположения, что информация, закодированная в сети, не должна изменяться, если входные данные не меняются. По мере увеличения шума мембраны слоя RGC, σ T увеличивалось как в слоях RGC, так и в слоях TCC ( P <1 × 10 −28 ) (Рисунки 3A – C).Учитывая, что в этой модели TCC получают свой единственный вход от RGC, может показаться разумным предположить, что таламический слой может сообщать только о положении стимула так же точно, как слой TCC (полуширины рецептивного поля были почти идентичны между отдельными RGC и TCC, при 2,5 и 2% соответственно). Однако, за исключением случая, когда RGC имели подпороговый уровень шума и таламический слой состоял из меньшего количества клеток, чем слой RGC, таламический слой имел значительно более низкие значения σ T , ( P <1 × 10 — 12 ).Кроме того, при рассмотрении σ T только в TCC, увеличение отношения ячеек на уровне TCC к уровню RGC (при сохранении количества входов, которые получает каждый TCC, что означает, что каждый RGC проецирует больше TCC) вызвало значения σ T , чтобы упасть ( P = 0,003), по-видимому, из-за того простого факта, что было больше TCC, доступных для непосредственного управления посредством визуальной стимуляции RGC. Однако, что более важно, результат, заключающийся в том, что σ T был ниже в слое TCC, чем в слое RGC, не зависел от отношения TCC к RGC в этом диапазоне (рис. 3C).Это ясно показывает, что интеграция слоем TCC увеличивает стабильность визуального представления во времени, однако как это влияет на пространственную точность? Поэтому, чтобы измерить, как интеграция слоем TCC влияет на пространственную точность, мы вычислили σ P , меру, которая, по сути, представляла собой среднее расстояние между каждой активной ячейкой и центром визуальной цели (рисунок 1; уравнение 5).
Рис. 3. Интеграция с помощью TCC повышает точность сенсорного кодирования в присутствии шума.(A) Слева и справа от тепловой карты расположены гистограммы, показывающие распределение декодированного положения стимулов [P (t)] в слое RGC при отсутствии шума сетчатки (σ OU = 0 ) и большой степени шума сетчатки (σ ОЕ = 120 пА). Центральная тепловая карта показывает распределение P (t) в диапазоне шума сетчатки. Обратите внимание на расширение распределения P (t) по мере увеличения амплитуды шума сетчатки. (B) Те же данные, что представлены в (A) , но для уровня TCC.Опять же, когда шум в слое RGC увеличивается, распределение P (t) расширяется, но в меньшей степени. (C) Влияние сетевой архитектуры (отношение TCC к RGC) и шума сетчатки на распределение P (t) (σ T ). По мере увеличения шума сетчатки как в слоях RGC, так и в TCC, σ T увеличивается, но на большей части пространства параметров слой TCC имеет значительно более низкое значение σ T , то есть кодирование позиции более стабильно с течением времени. (D) Влияние сетевой архитектуры и шума сетчатки на точность кодирования (σ P ). Опять же, шум сетчатки вызывает худшую производительность в обоих слоях, но таламический слой работает лучше на всех уровнях, кроме самых низких уровней шума сетчатки. Однако соотношение TCC и RGC не влияет на производительность.
Увеличение амплитуды шума мембраны RGC значительно увеличило σ P в обоих слоях ( P <1 × 10 −30 ), но в отличие от σ T , изменение отношения RGC к TCC не влияет на σ P ( P = 0.9). Снова, однако, слой TCC оказался более точным, имея значительно более низкое значение σ P ( P <5 × 10 −18 ; Рисунок 3D). Проще говоря, эти данные показывают, что интеграция на уровне TCC позволяет уровню TCC обеспечивать более стабильное во времени и пространственно точное представление, чем уровень RGC, путем фильтрации «случайных» вызванных шумом всплесков из уровня RGC. Можно рассматривать случайные всплески как высокочастотный вход, не в смысле высокочастотных EPSP, а как высокочастотное изменение информации о местоположении, которая передается на уровень TCC.То есть, если стимулы быстро перемещаются в новое положение, а затем обратно в исходное положение, это может создать паттерны всплесков в слое RGC, очень похожие на шум: один или два всплеска в истории молчаливых всплесков. Если слой TCC не реагирует на эти высокочастотные изменения в стимулах, то мы можем видеть, что слой TCC действует как фильтр нижних частот.
Если слой TCC фактически действует как фильтр нижних частот для сенсорной информации, то, как и все фильтры нижних частот, он должен иметь свою цену с точки зрения скорости отклика.Этот эффект можно было четко увидеть, когда визуальные стимулы мгновенно переходили из одной части визуального пространства в другую, так как слою RGC потребовалось всего около 4 мс для кодирования новой позиции, в то время как слою TCC потребовалось 8 мс (рис. 4A). Этот эффект был исследован более количественно, путем перемещения визуальных стимулов по визуальному пространству в виде синусоиды с возрастающими частотами до 50 Гц (рис. 4B). Слой RGC мог точно следовать за визуальными стимулами и ни разу не кодировал дальше π / 4 радиан позади стимулов (рис. 4C).С другой стороны, слой TCC отстал в этой степени на частоте менее 20 Гц (рис. 4D). Увеличение шума на уровне RGC позволило TCC следовать на более высоких частотах (σ OU = 30 пА: π / 4 балла: 12 ± 0,5 Гц; σ OU = 100 пА: π / 4 балла: 36 ± 0,3 Гц , P <1 × 10 −10 ). Тот факт, что увеличение шума в слое RGC позволяет слою TCC быстрее реагировать на вход RGC, по-видимому, связан с повышенным синаптическим возбуждением, которое слой TCC получает из-за вызванных шумом спайков сетчатки.Это приближает TCC к пороговому значению, а это означает, что им необходимо интегрировать меньше стимулов для возгорания. Таким образом, слой TCC не может точно представить сенсорный ввод, который изменяется выше ~ 10 Гц.
Рис. 4. Эффект фильтрации таламического слоя достигается за счет скорости отклика. (A) Положение, закодированное уровнями RGC и TCC в ответ на ступенчатое изменение положения стимулов, обратите внимание, что ответ уровня TCC значительно задерживается по сравнению с откликом уровня RGC. (B) Два участка отклика слоев RGC и TCC на синусоидальный вход увеличивающейся пространственной частоты (σ или = 0,03). (C) Фаза ответа слоя RGC по отношению к стимулам, демонстрирующая минимальный фазовый сдвиг и общую независимость от величины шума сетчатки. (D) Фаза ответа TCC по отношению к стимулам, демонстрирующая большой фазовый сдвиг, чем тот, который наблюдается в слое RGC, и эффект, заключающийся в том, что увеличение шума сетчатки уменьшает фазовый сдвиг, наблюдаемый в слое TCC.
Мы уже продемонстрировали, что эффект фильтрации таламического слоя устойчив к изменениям численного отношения RGC к TCC, однако мы не исследовали, как изменения в конвергенции на TCC влияют на их способность фильтровать входной шум. Чтобы исследовать это, мы изменили конвергенцию RGCs на TCC в тандеме с изменением амплитуды EPSC сетчатки. Мы сделали это таким образом, что отдельный TCC мог бы получать, например, ввод от вдвое большего количества RGC, но каждый из них имел половину синаптического веса, таким образом сохраняя общий синаптический привод примерно равным.Увеличивая сходимость RGC к TCC, слой TCC становился все более устойчивым к шуму в ячейках RGC, как с точки зрения σ T ( P = 0,0004), так и σ P ( P <1 × 10. −7 ; рисунки 5A, B). Однако это произошло за счет все более медленной частотной характеристики (TC: RGC = 1: 1, σ OU = 30 пА, EPSC × 0,5: π / 4 балла: 6,0 ± 0,5 Гц; EPSC × 4: π / 4 точка: 60 ± 0,3 Гц; P <1 × 10 −16 ; рисунки 5C, D).Следовательно, в различных конфигурациях схем, включая те, в которых одиночные пики RGC способны управлять пиками TCC (EPSC × 4), таламический слой по-прежнему действует как фильтр нижних частот.
Рис. 5. Эффект нижних частот уровня TCC устойчив к изменениям в конвергенции RGC на TCC и размер EPSP . (A) В диапазоне размеров конвергенции / EPSP стабильность кодирования на уровне TCC была более устойчивой к шуму сетчатки, чем на уровне RGC.Кроме того, увеличение сходимости / уменьшение размера EPSP привело к большей устойчивости к шуму. (B) Точность кодирования была выше на уровне TCC, чем на уровне RGC, в диапазоне размеров сходимости / EPSP. Опять же, чем выше сходимость / чем меньше размер EPSP, тем выше устойчивость к шуму. (C) Импульсный отклик уровней RGC и TCC в диапазоне размеров конвергенции / EPSP, показывая, что задержка отклика увеличивалась по мере того, как конвергенция становилась больше / размер EPSP становился меньше. (D) Фаза ответа TCC по отношению к стимулам в диапазоне размеров конвергенции / EPSP, ясно демонстрируя более медленную реакцию сетей с большей конвергенцией и меньшими EPSP.
Обсуждение
Острота зрения такая же высокая или выше, чем предсказывает плотность RGC (Wässle et al., 1981; Gauthier et al., 2009; Rossi and Roorda, 2010), что может быть неожиданным, учитывая характерный шум Разряды RGC и тот факт, что RGC сходятся в TCC (Croner and Kaplan, 1995).Здесь мы показываем, что TCC действуют как фильтр нижних частот, уменьшая последствия вызванных шумом всплесков в RGC. Однако такое поведение имеет свою цену: снижение скорости реакции.
Хотя эта модель явно была моделью зрительной системы, мало что говорит о том, что такой же эффект не будет наблюдаться в других сенсорных путях, поскольку другие сенсорные пути имеют много общего. Например, вход от ядер тройничного нерва в VPM также опосредуется очень большими унитарными событиями, и что каждый TCC в VPM, вероятно, контактирует с небольшим количеством нейронов тройничного нерва (Spacek and Lieberman, 1974; Castro-Alamancos, 2002).Кроме того, мы показали, что эффект фильтрации устойчив к изменениям в базовом подключении.
Несмотря на то, что этот результат был непротиворечивым даже тогда, когда параметры модели были вытеснены за пределы того, что было продемонстрировано в собственной системе, необходимо задаться вопросом, соответствуют ли эти результаты опубликованным данным. Известно, что ответ LGN и VPM-клеток отстает по фазе относительно входного сигнала от RGCs и клеток ядра тройничного нерва, соответственно. Однако заявленная задержка между активацией RGC и LGN (измеренная как наклон фазовой задержки в циклах в зависимости от частоты) больше in vivo (~ 15 мс), чем указано здесь (~ 5 мс), хотя и аналогична сообщенной для тройничного нерва к VPM (~ 3–6 мс; Lee et al., 1981; Hartings et al., 2003). Кроме того, есть свидетельства того, что таламические клетки действительно фильтруют сенсорный шум. Hartings et al. (2003) продемонстрировали, что шумная (немодулированная) составляющая скорости спайков ядра тройничного нерва увеличивается почти в 10 раз по мере увеличения скорости стимуляции усов, однако шумная составляющая скорости возбуждения в нейронах VPM практически не изменяется. .
Мы показали, что уровень TCC нашей модели точно кодирует информацию в слое RGC примерно до 10 Гц.Хотя это может показаться далеко не оптимальным, стоит рассмотреть характер информации, которую может предоставить RGC. Исследования на кошках показали, что сетчатка не может кодировать изменяющуюся информацию до произвольно высоких частот, и на самом деле разряды RGC значительно сдвинуты по фазе относительно зрительных стимулов выше 10 Гц и имеют точку π / 4 ~ 3 Гц (Шепли и Виктор, 1978). Таким образом, фазовый сдвиг, вызванный TCC, вполне может быть минимальным в пределах зрительного пути.
Необходимо рассмотреть терминологию, используемую в этой статье.Если мы определяем канал как набор входов в сеть, которые кодируют почти идентичные характеристики стимулов, то мы описываем таламический слой как действующий как фильтр нижних частот в области изменения скорости канала, а не в области скорость ввода в данном канале. Конкретно, канал может быть набором нейронов ядра тройничного нерва, которые реагируют на отклонение уса в заданном направлении, в то время как другой канал может быть набором нейронов, которые реагируют на отклонение уса в направлении, перпендикулярном первому направлению.Затем мы описываем таламус как ограничивающую скорость, с которой может передаваться информация о том, насколько быстро усы переключаются между движением в этих двух направлениях, обеспечивая при этом помехозащищенность и стабильность кодирования. Действительно, если мы рассмотрим область скорости изменения канала (например, скорость смещения усов между перемещением в двух перпендикулярно ориентированных направлениях) и область скорости ввода в данном канале (например, механосенсорный ток), тогда эти две области можно рассматривать почти как противоположные, поскольку стимулы, которые вызывают активизацию только одного канала (смена низкочастотного канала), должны вызывать согласованное воздействие на определенный набор ячеек (высокочастотный вход в данном канале).И наоборот, стимулы, которые быстро меняются, какие каналы управляются, будут приводить к нечастому входу в любой данный канал. Это означает, что низкочастотное поведение таламического слоя в области скорости изменения канала является прямым следствием высокочастотного поведения отдельных клеток в слое.
Используемый здесь алгоритм декодирования, который был средним из центров рецептивных полей всех активных ячеек и по существу эквивалентен MLE, был очень простым и не принимал во внимание временную структуру нейронного разряда или корреляцию. между ячейками (Usrey et al., 1998; Рейнагель и Рейд, 2000). Этот метод был выбран из-за его простоты и легкости интерпретации получаемых им результатов. Более того, мы сомневаемся, что использование другого метода изменит фундаментальную природу результата: таламический слой не будет вспучиваться в ответ на редкий входной сигнал, тем самым отфильтровывая шум. Этот результат был продемонстрирован на другой модели (Martinez et al., 2014). Однако из-за того, что эта модель была намного ближе к случаю in vivo , эта модель была гораздо более сложной и применима только к зрительной системе.
В заключение, мы показали, что в широком диапазоне параметров цепи, с точки зрения изменений в природе стимулов, таламические нейроны действуют как фильтр нижних частот для сенсорной информации. Такое поведение является следствием того факта, что клетки в таламусе действуют как фильтры верхних частот с точки зрения скорости их работы. Только за счет пиков во время устойчивого высокочастотного входа таламические клетки отфильтровывают шум со своих входов, обеспечивая более высокую точность и стабильность декодирования стимулов.Однако за это приходится платить, поскольку приводит к задержке передачи информации. Мы не предполагаем, что это единственная функция таламуса, а просто то, что это необходимое следствие того факта, что TCC должны интегрировать заряд перед скачком.
Авторские взносы
WC провел моделирование и анализ данных. ML и AE выполнили и разработали экспериментов in vitro . Рукопись написали WC, ML, AE и VC.
Финансирование
Работа поддержана грантом программы Wellcome Trust (, В.Крунелли).
Заявление о конфликте интересов
Авторы заявляют, что исследование проводилось при отсутствии каких-либо коммерческих или финансовых отношений, которые могут быть истолкованы как потенциальный конфликт интересов.
Список литературы
Арабзаде Э., Петерсен Р. С. и Даймонд М. Э. (2003). Кодирование вибрации усов нейронами коры ствола крысы: последствия для различения текстур. J. Neurosci. 23, 6011–6020.
PubMed Аннотация | Google Scholar
Кастро-Аламанкос, М.А. (2002). Свойства первичных сенсорных (лемнискальных) синапсов вентробазального таламуса и реле высокочастотных сенсорных входов. J. Neurophysiol. 87, 946–953. DOI: 10.1013 / jphysiol.2001.013283
PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar
Крунелли В., Лереше Н. и Парнавелас Дж. Г. (1987). Мембранные свойства морфологически идентифицированных клеток X и Y в латеральном коленчатом ядре кошки in vitro . Дж.Physiol. 390, 243–256. DOI: 10.1113 / jphysiol.1987.sp016697
PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar
Destexhe, A., Rudolph, M., Fellous, J. M., and Sejnowski, T. J. (2001). Колеблющиеся синаптические проводимости воссоздают in vivo -подобную активность в нейронах неокортекса. Neuroscience 107, 13–24. DOI: 10.1016 / S0306-4522 (01) 00344-X
PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar
Эррингтон, А.К., Ренгер, Дж.Дж., Убеле В. Н., Крунелли В. (2010). Зависимое от состояния возбуждение определяет внутреннюю дендритную передачу сигналов Ca2 + в таламокортикальных нейронах. J. Neurosci 30, 14843–14853. DOI: 10.1523 / JNEUROSCI.2968-10.2010
PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar
Готье, Дж. Л., Филд, Г. Д., Шер, А., Грешнер, М., Шленс, Дж., Литке, А. М. и др. (2009). Рецептивные поля в сетчатке приматов скоординированы для более однородного отбора зрительного пространства. PLoS Biol. 7: e1000063. DOI: 10.1371 / journal.pbio.1000063
PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar
Герджиков Т. В., Бергнер К. Г., Штюттген М. К., Вайблингер К. и Шварц К. (2010). Дискриминация вибротактильных раздражителей в системе усов крысы: поведение и нейрометрия. Нейрон 65, 530–540. DOI: 10.1016 / j.neuron.2010.02.007
PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar
Hartings, J. A., Temereanca, S.и Саймонс Д. Дж. (2003). Обработка периодических отклонений усов нейронами вентропередних медиальных и таламических ретикулярных ядер. J. Neurophysiol. 90, 3087–3094. DOI: 10.1152 / jn.00469.2003
PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar
Хеггелунд, П., Буракас, Г. Т., Руксенас, О., Бойнтон, Г. М., и Томас, Д. А. (2003). Обработка сигналов в латеральном коленчатом ядре . Амстердам: IOS Press.
Хатри, В., Хартингс, Дж. А., и Саймонс, Д. Дж. (2004). Адаптация баррелоидных нейронов таламуса и нейронов кортикального ствола к периодическим отклонениям усов, различающимся по частоте и скорости. J. Neurophysiol. 92, 3244–3254. DOI: 10.1152 / jn.00257.2004
PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar
Ли Б. Б., Элепандт А. и Вирсу В. (1981). Фаза ответов на движущиеся синусоидальные решетки в клетках сетчатки кошки и латерального коленчатого ядра. J. Neurophysiol. 45, 807–817.
PubMed Аннотация | Google Scholar
Мартинес, Л. М., Молано-Мазон, М., Ван, X., Соммер, Ф. Т., и Хирш, Дж. А. (2014). Статистическая проводка таламических рецептивных полей оптимизирует пространственную выборку изображения сетчатки. Neuron 81, 943–956. DOI: 10.1016 / j.neuron.2013.12.014
PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar
Миннери, Б. С., Бруно, Р. М., и Саймонс, Д. Дж. (2003). Трансформация ответа и синтез рецептивного поля в тригеминоталамическом контуре лемниска. J. Neurophysiol. 90, 1556–1570. DOI: 10.1152 / jn.00111.2003
PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar
О’Брайен Б. Дж., Исаяма Т., Ричардсон Р. и Берсон Д. М. (2002). Внутренние физиологические свойства ганглиозных клеток сетчатки кошки. J. Physiol. 538, 787–802. DOI: 10.1113 / jphysiol.2001.013009
PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar
Рейнагель П. и Рейд Р. К. (2000). Временное кодирование зрительной информации в таламусе. J. Neurosci. 20, 5392–5400.
PubMed Аннотация | Google Scholar
Шепли Р. М. и Виктор Дж. Д. (1978). Влияние контраста на переносящие свойства ганглиозных клеток сетчатки кошки. J. Physiol. 285, 275–298. DOI: 10.1113 / jphysiol.1978.sp012571
PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar
Спейсек Дж. И Либерман А. Р. (1974). Ультраструктура и трехмерная организация синаптических клубочков соматосенсорного таламуса крыс. J. Anat. 117, 487–516.
PubMed Аннотация | Google Scholar
Копье, П. Д., Ким, К. Б., Ахмад, А., и Том, Б. В. (1996). Связь между количеством ганглиозных клеток сетчатки и латеральных коленчатых нейронов у макаки-резуса. Vis. Neurosci. 13, 199–203. DOI: 10.1017 / S0952523800007239
PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar
Тавазой, С. Ф., и Рид, Р. К. (2000). Разнообразные рецептивные поля в латеральном коленчатом ядре во время таламокортикального развития. Nat. Neurosci. 3, 608–616. DOI: 10.1038 / 75786
PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar
Тернер, Дж. П., и Солт, Т. Э. (1998). Характеристика сенсорных и кортикоталамических возбуждающих входов в таламокортикальные нейроны крысы in vitro . J. Physiol. 510 (Pt 3), 829–843.
PubMed Аннотация | Google Scholar
Ван Хузер, С. Д., Рой, А., Родс, Х. Дж., Калп, Дж. Х., и Фицпатрик, Д. (2013). Трансформация свойств рецептивного поля от латерального коленчатого ядра к поверхностному V1 у бурозубки. J. Neurosci. 33, 11494–11505. DOI: 10.1523 / JNEUROSCI.1464-13.2013
PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar
Ван В., Джонс Х. Э., Андолина И. М., Сальт Т. Е. и Силлито А. М. (2006). Функциональное согласование эффектов обратной связи от зрительной коры к таламусу. Nat. Neurosci. 9, 1330–1336. DOI: 10.1038 / nn1768
PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar
Уайт, К. А., и Сур, М. (1992). Мембранные и синаптические свойства развивающихся нейронов латерального коленчатого ядра во время сегрегации ретиногенных аксонов. Proc. Natl. Акад. Sci. США 89, 9850–9854. DOI: 10.1073 / pnas.89.20.9850
PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar
Что такое фильтр нижних частот?
Фильтр нижних частот, также известный как фильтр сглаживания или «размытия», был разработан производителями камер для устранения проблемы муара за счет размытия того, что на самом деле достигает сенсора. Хотя при этом теряются крайние детали, проблема муара полностью решена. Поскольку большинство камер предназначены для использования в повседневной фотографии, где муаровый узор очень распространен, большинство камер, представленных сегодня на рынке, используют фильтр нижних частот / сглаживание.
Хотя это, безусловно, приносит пользу большинству фотографов, это большой удар для пейзажных фотографов, которые никогда не видят муар, но в итоге получают размытые детали. Из-за этой проблемы некоторые компании на рынке начали специализироваться на удалении фильтра низких частот / сглаживания с современных цифровых зеркальных фотоаппаратов, особенно нацелившись на пейзажных фотографов. Большинство цифровых среднеформатных и некоторые высококачественные камеры не имеют фильтра нижних частот, потому что они хотят обеспечить максимальную производительность своих датчиков.Хотя на эти камеры влияет муар, производители оставляют на усмотрение фотографа, как его избежать или как справиться с ним при постобработке. Ниже вы найдете два примера фильтров нижних частот, используемых в типичных зеркальных фотокамерах Nikon и в Nikon D800E.
Типичный фильтр нижних частот состоит из 3 или более различных слоев, как показано на верхнем рисунке ниже:
Когда световые лучи достигают первого «горизонтального фильтра нижних частот», они разделяются на два по горизонтали.Затем они проходят через фильтр поглощения инфракрасного излучения (показан зеленым цветом). После этого световые лучи проходят через «второй вертикальный фильтр нижних частот», который дополнительно разделяет световые лучи по вертикали. Этот процесс преобразования световых лучей по существу вызывает размытие деталей.
В модели Nikon D800E DLSR компания Nikon применила другой подход. Полный фильтр нижних частот не может быть полностью удален, потому что это приведет к смещению фокальной плоскости; Кроме того, камера по-прежнему должна отражать инфракрасные лучи.Вместо того, чтобы создавать один фильтр с одним слоем, Nikon решил по-прежнему использовать три слоя, но с двумя слоями, подавляющими друг друга.
