Немного о недостатках активной акустики. Акустические системы с активными фильтрами, описанные в соседней ветке, как и все активные АС, имеют существенный недостаток: они могут использоваться только с тем усилителем и активными фильтрами, для которых они сконструированы.
 Пассивные фильтры. Собственно сам расчет фильтров носит приблизительный характер и может быть произведен в любой программе.
 Здесь придется потратить больше времени на расчеты и на точность настройки путем подбора некоторых компонентов.
В первом и третьем рассмотренных фильтрах – первый путь, во втором фильтре – второй путь. В первом рассматриваемом фильтре (рис.1), для динамиков:
Эта пара динамиков позволила создать акустику с чувствительностью около 91 дБ – достаточно высокий уровень громкости обеспечивался даже с гибридным лампово-полупроводниковым усилителем мощностью около 25 ватт. При этом на высоких частотах звук имеет отчетливый, даже чуть суховатый характер (поэтому выбраны проходные конденсаторы VISATON MKP, имеющие мягкий характер звучания), а выбранный 3 порядок фильтра позволяет сохранить чистое неискаженное звучание даже на экстремальных уровнях громкости (АС испытывалась на мощности более 90 ватт).  Частота раздела фильтров выбрана около 4 кГц (верхняя граница рекомендуемого фирмой SEAS диапазона для этого динамика), так как НЧ динамик работает до столь высокой частоты без искажений – проверено. Плавный, без выбросов, скат АЧХ низкочастотного динамика в сторону высоких частот позволил обойтись фильтром первого порядка в НЧ звене фильтра. Высокая частота раздела позволяет легче согласовать динамики, без ювелирной подстройки фильтров. 
Для любителей более мягкого и ровного звучания на ВЧ (но менее живого и естественного) в эту схему фильтров можно добавить цепь Цобеля параллельно ВЧ динамику из резистора 6,2 Ом типа МЛТ-2 и конденсатора 1,2 мкФ типа MKP, исключив из схемы два последовательно включенных резистора по 18 Ом около ВЧ динамика. Второй фильтр (рис.2) для следующих динамиков:
Данная схема фильтра примечательна тем, что все компоненты фильтра – стандартные, без затрат труда и времени можно сделать фильтры за 15 минут. Но сделано это не в ущерб качеству, без каких- либо компромиссов. Динамики, как и большинство компонентов фильтра: конденсаторы M-CAP, катушки с воздушным сердечником MUNDORF, металлопленочные резисторы типа RM MR10 есть в Аркаде (http://www.arkada.com). Конденсаторы VISATON MKP – в AV-центре (http://www.avc.ru) . В НЧ звене можно также использовать конденсаторы MUNDORF, но это чуть дороже и они имеют большие габариты (если это существенно), Третий фильтр для динамиков:
ВВЕРХ, в раздел «АКУСТИКА» |
Разделительный фильтр для двухполосной акустической системы
Всем привет, продолжаю серию обзоров про самодельную акустику. Про динамики начало тут. Сегодня о том, как не надо делать разделительный фильтр.Что такое разделительный фильтр (для любителей англицизмов «кроссовер»)?
Это устройство, пропускающее определенные частотные составляющие в сигнале и ослабляющее остальные. Фильтр может быть реализован в виде аналоговой схемы (пассивные и активные фильтры), а также реализован программно или в виде цифрового устройства (цифровые фильтры).
Но есть главная особенность. Фильтр для акустической системы нельзя рассчитать, слишком много факторов будут влиять на конечную АЧХ акустики (параметры динамика, расположение их на корпусе, бафлстеп и пр.) Нужны измерения конкретных динамиков в конкретном корпусе. Конечно, это касается домашнего Hi Fi, а не low автозвука и поделок из отечественных динамиков в ящике для хранения картофеля.
Так как здесь все же сайт для
для обзоров товаров, заказанных в зарубежных интернет-магазинаха не форум по звукотехнике, я расписывать все подробно не буду, но очень рекомендую ознакомится с этой статьей и данным разделом форума.
Теперь посмотрим на то, что предлагают китайцы тем, кто все таки решился пойти по простому пути и поставить готовый фильтр.
Так как проект у меня ультрабюджетный, я выбрал самое дно рынка, самый дешевый и простой разделительный фильтр для двух полос.
Плата фильтра продается по одной.
Размеры платы и подключения:
Тут есть система перемычек:
- Без перемычек — «нормальный» режим.
- С1 перемычка — усиление высоких частот (ВЧ).
- С2 перемычка — усиление низких частот (НЧ).
- Обе перемычки — усиление всего и вся))
Внешний вид платы:
Клеммы: вход с усилителя, выход для НЧ динамика и выход для ВЧ динамика.
Так на вскидку, тут фильтр второго порядка (катушка+конденсатор) на НЧ и фильтр первого порядка на ВЧ (конденсатор).
Аттенюатор из резисторов отсутствует, если у Вас отличается чувствительность (громкость) динамиков, то это Ваши проблемы.
Примерно такую передаточную характеристику мы ждем от такого фильтра:
Но давайте рассмотрим подробнее, перевернув плату топология становится на свои места:
Это все же фильтр первого порядка на НЧ с сабсоник фильтром. Конденсатор тут стоит последовательно с катушкой. На ВЧ работают один либо пара конденсаторов.
Вот, собственно, и разница между НЧ фильтром второго порядка и первый порядок + сабсоник:
Сабсоник может быть полезен как раз для мелких динамиков, что бы низкие частоты не шли на динамик, не способный их воспроизвести.
Посмотрим теперь номиналы элементов:
Электролит 220 мкФ 50 В, пленка 1,5 мкФ 100 В 2 шт.
Индуктивность катушки я не смог определить, она очень мала.
Вот ее параметры: Ферритовый каркас 6 мм в диаметре 20 мм длиной, намотана 17 витков проводом 1 мм.
Измеренные графики работы этого фильтра:
По два графика — это работа перемычек.
Что же мы видим? Да то, что фильтр-то, нифига не фильтрует.
По НЧ индуктивность совсем не работает (зеленая линия), не заваливает АЧХ к середине (басовик будет играть весь диапазон), второй график (желтый) работа сабсоника. По ВЧ — обычный фильтр первого порядка. В принципе, все это плату можно заменить одним конденсатором 3,3 мкФ.
Результат (точнее отсутствие результата) вполне ожидаемо, фильтр по НЧ не работает, сэкономили на катушке. Но для моего проекта пойдет и этот)) Но, если задумаете делать много полосную систему, перечитайте еще раз эту статью.
Продолжение следует.
Спасибо за просмотр. Удачных покупок!
ФИЛЬТР ДЛЯ АКУСТИКИ
Тема сведения акустических систем довольно популярна среди радиолюбителей. Этому способствует не только желание созидать, благо динамиков нынче на любой бюджет, но также и неудовлетворительное качестве серийной акустики. Изготовление фильтров требует как правило большого опыта, отчасти эмпирического, так как строгий математический расчет в лице симуляций никак не отражает звучание, и тем более не может дать ответ как сводить. Примерная прикидка не всегда дает ожидаемые результаты.
Виной тому отсутствие внятной теории именно сведения, а не электрических фильтров, с ними все ясно, чего нельзя сказать про сведение, где все базируется на нюансах которые в литературе как правильно не описаны. Цель данной статьи поведать некоторые особенности проектирования фильтров на реальном примере. В этой статье, к величайшему сожалению, не будет полноценного расчета или инструкции как брать и делать, ибо каждый случай уникален и требует персонального рассмотрения, и в лучшем случае можно указать на что обратить внимание и задать вектор размышлений в целом.
Важные характеристики АС
Для начала разберёмся чем характеризуется акустическая система. Тут три характеристики: амплитудная, фазовая и импедансная.
- АЧХ считается наиболее важной, так как больше определяет звучание, впрочем не в ней счастье, ровная АЧХ еще не гарантия хорошего звука.
- ФЧХ сама о себе не слышна, может быть слышен резкий перегиб фазы в точке раздела.
- ИЧХ вовсе на звучание не влияет, зато влияет на усилитель, но не на каждый, а лишь на тот у которого высокое внутреннее сопротивление, в частности ламповые.
Из-за кривого импеданса многие колонки могут не спеться с лампой, вся неровность импеданса вылезет в АЧХ. В каком-то случае это может пойти на пользу, но надеяться на это не стоит, хотя бы потому, что такая акустика будет крайне чувствительна к усилителю, станут слышны лампы, их режимы, а сравнение с каменным усилителем становится вообще не корректным.
Потому, если задаться цель построить акустику мало чувствительную к усилителю, необходимо обеспечить постоянство импеданса во всем диапазоне частот, а это накладывает определенные ограничения. В частности это обязывает применять фильтра настроеные на равную частоту среза и имеющие равную добротность.
Это правило позволяет для настройки фильтра контролировать только линейность импеданса, что исключает необходимость измерения АЧХ фильтров и в случаи отсутствия хорошего микрофона в измерении ачх динамиков, то есть можно обойтись минимальным набором приборов: генератором (возможно программным) и вольтметром.
Практическая работа
Плавно переходим от теории к практике. Достались мне винтажные колонки под названием Kompaktbox B 9251. И первое что было сделано — произведено прослушивание.
С холодным камнем звук был в среднем не плох, а если говорить конкретно, то местами хороший, а местами как попало. С теплой лампой играть вообще отказались. На основе этих наблюдений был сделан вывод о наличии глубоко зарытого потенциала. Вскрытие показало, что немецкие инженеры решили обойтись одним единственным конденсатором последовательно с ВЧ головкой. Измерение АЧХ дало страшную картину. На рисунке АЧХ одной колонки, кривая с глубокой дыркой на 6 кгц из-за плохого контакта разъема, на нее внимание не обращать. АЧХ отдельно ВЧ и НЧ приведены ниже.
Частота раздела
Тут самое время задуматься о частоте раздела. Обычно частота раздела выбирается на ровных горизонтальных участках, вдали от резонансов и завалов, стараясь обойти внезапные неравномерности как потенциальные источники искажений… А если вспомнить что существует фаза, о которой мало известно, а если известно, то векторно ачх на бумажке не сложишь, а из-за кривизны фаз даже на идеально ровной ачх что-то вылезет, что-то провалится в большей или меньшей степени. Также надо помнить что может дать сам динамик, особенно ВЧ, скажем не надо заставлять дюймовый купольник играть от двух, а тем более одного килогерца, даже если он способен их отыграть по АЧХ.
Не забывайте, что большой ход порождает интермодуляционные искажения, поэтому каждому размеру динамика соответствует свой диапазон частот. В свете вышесказанного понятие частоты раздела размазывается на область, куда стоить сводить, а конечную точку подбирать иначе, например на слух. Или вовсе не подбирать, но про это чуть позже.
Итак, смотрим какие уникальные динамики нам достались. Высокочастотник начинает валить с 1,3 кгц, значит ниже его пускать нельзя. С другой стороны низкочастотник пытается играть по самые 10 кгц, с переменным успехом. Однако здравый смысл подсказывает, что выше килогерца его пускать плохая затея. И что спрашивается делать, если рабочие диапазоны динамиков не пересекаются?
Тут есть два варианта: если спады имеют адекватную крутизну, то лучше всего сводить в ямку, особенно если ямка получается широкой. В случае же нашем, когда спады круты как обрывы, надо держатся подальше от самого крутого из них. Чаще всего это может случится с высокочастотником, им всегда тяжко работать у нижней границы диапазона, поэтому им целесообразнее облегчить жизнь возлагая воспроизведение нижней части диапазона на НЧ динамик, который отыграет хоть плохо, но не нагадит. Поэтому ограничиваем диапазон участком от 1,5 кгц до 2,2 кгц.
Порядок фильтра и его добротность
Следующий параметр, с которым надо определиться — это порядок фильтра и его добротность. В данной статье будут рассматриваться два порядка, первый и второй.
- С первым все просто: есть катушка, есть конденсатор, считаем их параметры под требуемую частоту среза и при надобности корректируем значения до получения желаемой АЧХ, ФЧХ, ИЧХ.
- Со вторым порядком по-хитрее, там уже две катушки и два конденсатора. От значений номиналов зависит такой параметр как добротность, он определяет крутизну спада АЧХ и в некоторой степени сдвиг фазы. Поскольку влияние фазового сдвига и крутизны умозрительно не прикинешь, остается просто выбрать в какую сторону думать. А думать тут в сторону низкой добротности, читай больше индуктивности в катушках, меньше емкости в конденсаторах.
Как выбрать порядок. Тут руководствуются уже знакомыми соображениями о том, на что способны излучатели, в особенности высокочастотник. Если большой ход ему противопоказан (как в нашем случае) то предпочтение отдаем второму порядку.
Для полноты картины следует упомянуть, что порядок также определяет степень совместной работы динамиков, но это уже информация для самостоятельного размышления.
Импедансная характеристика динамиков
Когда с примерными параметрами все более или менее ясно, самое время переходить к практике. Снимаем импедансную характеристику динамиков. С целью оценки сопротивления на графике имеется лесенка с шагом в один Ом. Скачек на 110 герцах это переключение с 10 Ом на 20.
Разумеется с такими горбами ни один фильтр нормально, и уж тем более расчетно работать не будет, особенно фильтр НЧ. Фильтру ВЧ этот подъем работать в общем то не мешает, однако как упоминалось ранее такой подъем на конце диапазона приведет к подъему высоких частот, в случае если усилитель имеет высокое сопротивление. Это можно использовать и во благо, оставив подъем небольшим.
Для выравнивания этих подъемов применяют так называемую цепочку Цобеля. Она состоит из последовательно включенных резистора и конденсатора. Проще всего ее подобрать методом научного тыка: берется реостат, горсть конденсаторов, и все это двигается пока не получится ровная линия.
Для примерного представления что от чего зависит привожу набор графиков для различных емкостей и сопротивлений. Ступенька начинается с 10 Ом.
Зная минимальное сопротивление НЧ звена, нужно привести к такому же и ВЧ звено. Тут много вариантов как соединить два резистора и цепочку Цобеля, и каждый кто решился на такой отважный шаг как сведение сам способен определить вид подключения и номиналы резисторов, поэтому описывать данную процедуру здесь излишне. Конкретно в данных колонках по результатам предварительного прослушивания решено было оставить родные резисторы на 2,2 ома и цепочку Цобеля параллельно ВЧ динамику.
Сведение фильтров
Теперь начинается финальный этап — сведение фильтров. Пора намотать катушки… или не намотать? Мотать всегда лень, нет провода, каркасов, конкретных значений индуктивности. В виду этих причин поискав в хламе нашлись пары катушек на 0,8 мкг и 3 мкг — на них и пришлось строить. В крайнем случаи всегда же можно домотать или отмотать лишнее.
По графику видно, что раздел попал в район 1,8 кгц, что вполне вписывается в задуманные границы. Подбором конденсаторов удалось добиться следующего импеданса. На частоте раздела имеется два бугорка, но их высота меньше полу ома — это не критично. Это не конечный его вид, в последствии был несколько увеличен резистор в цепочке Цобеля пищалки.
На приведенных выше картинках АЧХ как самого фильтра, так и АЧХ динамиков с его включением.
Фазировка динамиков
На этом сведение подходит в концу. Остается только определиться с фазировкой динамиков. Тут есть как минимум три способа: на слух, по форме АЧХ и по фазовому сдвигу на частоте раздела. Если у динамиков АЧХ и ФЧХ в меру линейная, и фильтр фазу на разделе сильно не накручивает, то при смене правильной фазы на неправильную на частоте раздела появится глубокий провал, пропустить его сложно. В таком случае стоит подгонять фазу по по ее сдвигу. Сделать это можно осциллографом подавая на горизонтальную развертку сигнал с усилителя, а на вертикальное отклонение с микрофона.
Подают на вход усилителя синус с частотой раздела и не меняя взаимного расположения микрофона и колонки переключают ВЧ и НЧ динамики. По одинаковости фигур Лиссажу делается вывод о равенстве фаз излучателей. Этот метод хорошо подходит для фильтров первого порядка. С кривизной наших динамиков этот метод себя не оправдывает, поэтому сравниваем АЧХ при разной фазировке.
Второй вариант заметно хуже. Однако и первый не предел мечтаний, но так как двигать индуктивности катушек не просто, а ковыряться дальше уже лень, то все было оставлено как есть.
Сборка фильтров
В завершение пару слов про сборку. В фильтре применяются сравнительно большие емкости, 20 мкф, 27 мкф, а места в корпусе и так не много, бумаги или пленки не набрать. Приходится ставить электролиты. И если в фильтре НЧ звучание от их применения пострадает не сильно, а в цобеле их можно и вовсе не услышать, то в фильтре ВЧ звучанием конденсаторов пренебрегать опасно. Именно по этой причини были применены бумажный МБГЧ и пленочный К73-16, а все электролиты зашунтированы бумажными МБГО на 4 мкФ.
Не стоит увлекаться параллеленьем сильно разных конденсаторов. Основной критерий здесь тангенс угла потерь. Если к примеру поставить в шунт к бумажному конденсатору аудиофильский полипропилен, то скорее всего вылезут верха и будут они кислотные. Вероятно тут можно составить аналогию с внутренним сопротивлением, сравнив с ним тангенс угла потерь: чем он меньше, тем больше через конденсатор пройдет сигнала, а поскольку емкость у такого высококачественного конденсатора меньше, то через него пройдет только высокочастотная часть сигнала, отсюда и имеем повышенные уровень верхов. Но это только аналогия, для лучшего понимания влияния шунтов на звук.
Про то как надо разносить катушки и какой толщины применять провода статей написано предостаточно, повторяться здесь не буду. Проще показать картинку (тут неправильно припаян цобель высокочастотника, он должен стоять после резистора).
Звучание системы
И конечно же надо сказать про звук. Стало лучше, сцена получилась очень недурственная. Кривизна АЧХ особо не слышна, даже наоборот, подъем на середине поддает детальности, верхов как ни странно хватает. Был замечен интересный эффект на басу. Как можно заметить по АЧХ на сотне герц большой подъем, а за ним завал, разумеется качающего баса нет, но есть мид бас. К примеру партия гитары кажется немного просаженным, а нижний бас, партия бас гитары, переходит как бы в слышимую область и читается очень четко, создается впечатление наличия того самого низкого баса.
Конечно ящики маловаты, и порой слышно подбубнивание, для устранения этого эффекта в каждую колонку было добавлено по 30 грамм натуральней шерсти. В целом данная акустика играет тепло и мягко даже без лампового усилителя, сохраняя в звуке строгость и точность камня, а вот с теплой лампой получается перебор мягкости. Все же им нужен усилитель по-строже — триод или двухтакт, но это тема для следующих экспериментов. Специально для сайта Радиосхемы — SecreTUseR.
Форум по аудио
Форум по обсуждению материала ФИЛЬТР ДЛЯ АКУСТИКИ
Конструкция двухполосной акустической системы (AC)
Вниманию предлагается описание малогабаритной двухполосной акустической системы, построенной на основе отечественных динамических головок МВ1324.8 производства ASA Lab (г. Калуга) и SEAS Н1189-06 (Норвегия).
Идея создания такой акустической системы и использование в качестве НЧ-СЧ звена динамиков ASA Lab появилась после прослушивания акустической системы , построенной с использованием НЧ-СЧ динамиков SEAS Н149.
Было решено создать подобную систему, отвечающую следующим немаловажным требованиям: качество звуковоспроизведения, не уступающее системам, созданным полностью на базе импортных динамиков, меньшие материальные затраты.
Технические характеристики
- Номинальная (максимальная) мощность, Вт…………….. 75(150)
- Номинальное электрическое сопротивление, Ом ……………… 4
- Диапазон воспроизводимых частот по уровню-3 дБ . .55…20000
- Неравномерность АЧХ, дБ ……….. ±2,5
- Частота разделения полос, кГц…… 3
- Порядок фильтра НЧ/ВЧ……………. 1/3
- Габариты (без подставок), мм…….. 194x454x324
- Масса, кг……………………………….. 20.
Конструкция
В качестве НЧ-СЧ звена были выбраны динамические головки MB 1324.8 производства ASA Lab. Они имеют оптимальные электромеханические параметры, достаточно ровную АЧХ в необходимом диапазоне частот, вполне доступны по цене, а разброс параметров Тиля-Смолла между динамиками не превышает 5 %.
Внешнее магнитное поле магнитной системы НЧ-СЧ головок снижено с помощью компенсирующего магнита, по размеру аналогичного магниту самих динамиков, приклеенного с помощью эпоксидной смолы.
При таком компенсационном способе снижения внешнего магнитного поля достигается некоторое усиление магнитной индукции в рабочем зазоре при минимальном изменении электромеханических параметров.
Конструктивно акустическая система представляет собой фазоинвертор. К конструктивным ее особенностям относятся двухслойный корпус, наклонные перфорированные перегородки внутри корпуса, небольшое смещение ВЧ головки относительно оси НЧ-СЧ, выведение трубы фазоинвертора на заднюю панель, фаски по всему периметру передней панели.
Следует подробно остановиться на каждой из конструктивных особенностей и пояснить их необходимость. Так, двухслойный корпус необходим для обеспечения прочности, жесткости, снижения вибраций.
При увеличении жесткости корпуса его собственные резонансы смещаются в более высокочастотный диапазон, что дает снижение амплитуды вибраций и увеличивает их затухание.
Перфорированные наклонные перегородки практически исключают стоячие волны в прямоугольном корпусе и тем самым устраняют переотражения на заднюю часть диффузоров.
Выведение трубы фазоинвертора на плоскость задней панели дает следующие преимущества: уменьшение габаритных размеров акустической системы, увеличение отдачи в нижней части диапазона за счет отражения от стены, отсутствие влияния фазоинвертора на работу головок.
За счет смещения ВЧ головки относительно оси НЧ—СЧ головок достигается более ровная АЧХ и ФЧХ. Снятие фасок по всему периметру передней панели способствует сглаживанию диаграммы направленности.
Рис. 1. Конструкция самодельной двухполосной акустической системы (AC).
Конструкция корпуса показана на чертежах рис. 1. Использование двухслойных стенок из материалов с различным декрементом затухания способствует лучшему подавлению вибраций в полосе звуковых частот.
В корпусе вклеены две перфорированные перегородки из фанеры, исключающие возникновение стоячих волн. По краям передней панели корпуса сняты фаски.
В отверстии для высокочастотной головки фрезеровано два паза для выводов звуковой катушки. На рис. 2 показана разметка отверстий на задней стенке корпуса.
Изготовление корпуса и его сборка по технологии аналогичны акустической системе, описываемой в статье [2]. Сборку и склейку верхней, нижней и боковых панелей, а также внутренних перегородок проводят до установки передней и задней панелей. Последней устанавливают заднюю панель в сборе.
Рис. 2. Размеры панели.
Рис. 3. Конструкция подставок.
Конструкция подставок показана на рис. 3. Виброразвязка подставок осуществляется с помощью шипов. На нижней панели корпуса приклеены четыре самоклеющихся диска из фетра диаметром 20 мм и толщиной 3…4 мм.
Следует отдельно остановиться на некоторых деталях, которые не показаны на чертежах. В качестве звукопогло-тителя использован полугрубошерстный войлок толщиной 8 мм; его приклеивают в отсеках НЧ—СЧ на боковых стенках.
Внутри корпуса стенки покрыты слоем ПВА толщиной 1,5…2 мм для снижения вибраций, так как образуется еще один переходный слой между материалами разной плотности.
В качестве фазоинвертора был использован готовый конструктивный узел Visaton BR19.24 с длиной трубы 120 мм и сечением отверстия 20 см2 (частота настройки 63 Гц). При повторении рекомендуется вести точную настройку по характеристике модуля импеданса Z с помощью программы Speaker Workshop.
Для подключения двух акустических кабелей к каждой колонке (bi-wire) установлена специальная клеммная сборка (с четырьмя клеммами), при повторении возможно использование любых других клемм надлежащего качества.
Рис. 4. Принципиальная схема двухполосного фильтра для акустической системы.
Схема одного из громкоговорителей показана на рис. 4. При проектировании разделительных фильтров было использовано компьютерное моделирование различных вариантов фильтра, макетирование, измерение и прослушивание каждого из вариантов, в результате чего удалось получить оптимальный по АЧХ, ФЧХ, ИЧХ и звучанию вариант фильтра. Частота разделения полос — 3 кГц. ВЧ головка включена в противофазе.
Рис. 5. Внешний вид самодельной двухполосной акустической системы.
В фильтрах использованы отечественные конденсаторы К73-16 на напряжение 160 и 63 В (в цепи Цобеля), с допуском 5 %, в результате чего можно сделать конденсаторные сборки требуемой емкости: С1, С2 — отобранные из номинала 22 мкФ на 63 В (2 шт.), C3—С5 — 1 мкФ (2 шт.), плюс 3,9 мкФ на 160 В, С6—C10 — 3,3 мкФ на 160 В (5 шт.).
Эти конденсаторы не уступают по качеству импортным аналогам, а в ряде случаев и превосходят их по объективным данным и субъективному прослушиванию.
Применение сборок (вместо одиночных) конденсаторов также способствует улучшению звучания акустической системы. Катушки индуктивности намотаны проводом ПЭВ-2 с двухслойной лаковой изоляцией: для L1 — диаметром 0,8 мм, для L2, L3 — диаметром 0,56 мм. Между слоями провода проложена фторопластовая лента (фум). Резисторы в фильтрах — С5-16В мощностью 8 Вт (безындукционные).
К достоинствам данной акустической системы можно отнести достаточно ровные АЧХ, ФЧХ и малую неравномерность в характеристике импеданса (минимум 3,36 Ом), что делает эти громкоговорители несложной нагрузкой для УМЗЧ. Здесь следует отметить, что АЧХ и ФЧХ не являются абсолютным показателем качества акустической системы.
Есть множество промышленных систем со сложными фильтрами и ровными АЧХ и ФЧХ, при этом их звучание нравится далеко не всем. Из этого следует, что инструментальный метод обеспечения качества является лишь одним из методов в руках разработчика при построении высококачественных акустических систем.
Можно привести в пример изделия некоторых фирм, у которых АЧХ имеет неравномерности (провалы) до 4…6 дБ с учетом особенностей кривых равной громкости. При этом большое число потребителей отдадут предпочтение такой АС, нежели системам с более ровными АЧХ и ФЧХ, спроектированными с использованием лишь программных методов моделирования.
При повторении данной АС возможны некоторые замены. Трубу фазо-инвертора можно заме нить любой аналогичной и близкой по сечению отверстия (20 см2). ВЧ головка заменима более дешевой Visaton SC10 N/8, но при этом потребуется коррекция параметров фильтра.
Оптимальное расположение громкоговорителей (фото на рис. 5) представляется следующим образом: расстояние от стены — не менее 30 см, расстояние между громкоговорителями АС — 2…3 м, расстояние до слушателей — 2,5…3,5 м.
При сравнении данной системы с АС на головках SEAS Н149 она показала лучшую микродинамику в звучании, более высокое звуковое давление в нижней части диапазона и перегрузочную способность.
Такая АС обладает «быстрым», динамичным звучанием, подходит для прослушивания различных жанров музыки и воспроизводит их не хуже аналогичных промышленных моделей ценой 2000 долл. США и более. Немаловажным фактором является и цена на используемые динамические головки.
А. Седов, г. Москва. Радио-12-2009.
⚡️Фильтры для акустических систем без конденсаторов
На чтение 7 мин Опубликовано Обновлено
Конденсаторы — это неизбежное “зло”, которое вынуждены, стиснув зубы, терпеть аудиофилы. Многие типы конденсаторов “плохо звучат”.
Например, пресловутая керамика Н90 — из-за пьезоэлектрического эффекта. А как другие типы, скажем, пленочные? Тут можно написать целую поэму. Но можно ли строить частотнозависимые цепи без них, только с помощью дросселей (индуктивностей)? Оказывается, можно. И не только можно, но и нужно!
Мои старые акустические колонки постройки до 1980 г. изредка подвергались доработкам. Из-за порванного диффузора головка 4ГД8-Е была заменена на 5ГДШ5-4 (это почти одно и то же), а заодно и вторая. Головки 25ГД-26 были включены “дублетом” (“лицом к лицу”) (1). И рамку с защитной радиотканью пришлось окончательно снять. А вот фильтры оставались прежние.
На низких частотах — второго порядка, на средних и высоких — третьего. И АЧХ по звуковому давлению была неплохой. Но звучание…! Не чувствовалось разницы между разными усилителями, а не то что между проводами из меди и серебра.
Настало время заменить фильтры. А какие выбрать? За эти годы появилась масса противоречивой информации. Аудиофилы особенно ругали конденсаторы. Сначала советовали делать фильтры не выше первого порядка, потом отказывались делать такие фильтры и строили четвертого, а кое-кто дошел и до шестого порядка.
Анализировали групповое время задержки (ГВЗ) и ФЧХ, двигали ВЧ-излучатель вперед, назад… и даже в сторону. Полнейший “разброд”: от однополосных АС на 4А28 до 4-5-6-полосных… и т.п. Как-то, разгребая распечатки материалов из Интернета, наткнулся на статью А. Юренина о последовательных кроссоверах.
Там автор говорит, что они появились в 1969 г. Но сами схемы я встречал еще в 1961 г. (2). где автор ссыпается на немецкий журнал по технике связи за 1959 г. Суть дела не в этом, а в том. что Юренин привел схему кроссовера для акустики, в которой нет конденсаторов (схема запатентована и используется в производимых фирмой Acoustic Reality акустических системах).
Вот эта схема (рис.1). Она очень проста. Так как мои АС тоже трехполосные, я решил начать переделку фильтров именно с этой схемы. Проведем небольшой анализ. Нарисуем простейший последовательный кроссовер, “первого порядка” так, как его принято изображать (рис.2). Здесь присутствует конденсатор С1. а на рис.1 такого конденсатора нет Но зато там добавлено звено L1-R1. представляющее собой для СЧ- и НЧ-излучателей фильтр нижних частот.
На L1 выделяются верхние частоты и попадают в ВЧ-излучатель BA1. L2-Rваз — это еще один фильтр нижних частот, которые выделяются в ВАЗ, а выделяющиеся на L2 средние частоты попадают в СЧ-излучатель ВА2. Вот и вся премудрость! Главное, чтобы сопротивление излучателей было чисто активным.
Но излучатели (головки) электродинамического типа не могут иметь чисто активного сопротивления, поскольку у них имеется катушка с железным сердечником. Повторение схемы по рис.1 приводит к печальному результату: средних частот явно мало из-за индуктивности головки ВАЗ. Займемся НЧ-излучателем.
Для проведения этой работы понадобятся генератор звуковых частот с Uвых.max = 10В, электронный вольтметр (например, B3-38) или мультиметр. Известно, что для выравнивания входного сопротивления динамика в попосе частот требуется применение цепи Цобеля и последовательного контура на частоте резонанса [3].
Но на НЧ резонансный контур почти никогда не ставится из-за своей громоздкости и отдаленности резонанса динамика от частот раздела НЧ-СЧ/ВЧ (0.3.. .3 кГц). Для выбора R1 иС1 (рис.3) нужно знать сопротивление динамика ВА по постоянному току Re: и индуктивность его катушки Lк.
Рекомендуются такие формулы:
Re моих двух последовательно включенных динамиков составляет 7.2 Ом. Таким образом, R1=9 Ом, а С1 =?. т.к. Lк неизвестна. Чтобы определить Lк, нужно измерить сопротивление динамика на разных частотах.
Схема измерения проста и показана на рис.4. Результаты сведены в табл.1. Поделив показания вольтметра PV1 в милливольтах на 10 (вторая строка таблицы), получаем сопротивление Zва в омах (третья строка).
Из табл.1 находим Fz— частоту, на которой индуктивное и активное сопротивления динамика примерно равны, т.е. частоту, где
Некоторые авторы предлагают брать R1=Rе. Я взял R1=8 Ом, тогда С1 =30 мкФ. Можно использовать бумажный конденсатор типа МБГО 30,0×160 В. В нижней строке табл.1 приведены результаты измерения сопротивления НЧ-динамика с RC- цепью Цобеля (8.2 Ом, 30 мкФ). Неплохая, однако, получилась компенсация! Теперь НЧ излучатель можно включить в схему по рис.1. Провала на средних частотах не будет.
СЧ-излучатель 5ГДШ5-4 имеет Rе=3.5 Ом и отдачу почти в 3 раза большую, чем НЧ-головка, и здесь требуется выравнивание отдачи. Проделав измерения по определению Lк для этой головки, найдем частоту Fz. с которой начинает расти Z.
Это примерно 4…5 кГц. Для выравнивания отдачи целесообразно включить последовательный резистор, как показано на рис.5. не используя цепь Цобеля. Образуется делитель с коэффициентом передачи на НЧ Кп:
Частота Fz такой цепи увеличится в 4 раза и составит 16…20 кГц, так что цепь Цобеля и не понадобится. А входное сопротивление доведем до приемлемой величины, включив параллельный резистор R1 сопротивлением 15 Ом, как показано на рис.6.
При этом эквивалентное сопротивление Z составит:
Это позволяет включить СЧ-иэлучатель в схему на рис.1. Включение последовательного резистора с сопротивлением, почти в 4 раза большим, чем Rе, уменьшает нелинейные искажения СЧ-головки, приближая эквивалентное сопротивление генератора к источнику тока.
Варьируя R1 и R2 (рис.6), можно точно подобрать коэффициент деления, нужный для одинаковой отдачи СЧ- и НЧ-головок. Очень важно отметить, что на средних частотах действительно нет конденсаторов (кроме С1 в НЧ-звене, рис.З), а частоту раздела НЧ-СЧ можно сдвигать, изменяя только одну индуктивность —L2 на рис. 1.
ВЧ-излучатель — 6ГД11. Его Re=5,6 ОМ. Zва =7,3 ОМ на частоте 5 кГц и далее растет до 12,5 Ом на частоте 20 кГц. Чаще всего цель Цобеля не ставят, т.к.частота раздела — 4…8 кГц, а рост Zва с увеличением частоты незначительно сказывается на звучании.
Выбор частот раздела НЧ-СЧ и СЧ-ВЧ производится из следующих соображений. Так как использованы фильтры первого порядка, частоты разделов должны отстоять от резонанса соответствующего излучателя не менее, чем на 2 октавы [3], т.е. fнч-сч>600 Гц (fpeз~150 Гц у 5ГДШ5-4), а fсч-вч > 6 кГц (fрез = 1,5 кГц у 6ГД11).
Для лучшей защиты ВЧ-излучателя от НЧ-колебаний пришлось поставить последовательно с излучателем 6ГД11 дополнительный конденсатор емкостью 2.2 мкФ (К73-16, Umax=160 В). Без него на повышенной громкости появлялись какие-то призвуки.
В СЧ-излучателе я применил открытое оформление (бокс без задней стенки размерами 220x140x75 мм). Теперь его можно легко разворачивать под нужным углом к слушателю. Заклеил окна диффузородержателя (корзины) хлопчатобумажным ватином и довел таким образом полную добротность до 0,65. Окончательная схема громкоговорителя приведена на рис.7а.
Конструктивно катушка L2 выполнена бескаркасной и имеет сопротивление постоянному току RL2=0.4 ОМ. При желании индуктивность катушки можно легко изменять (увеличивать), вдвигая в нее ферритовый сердечник (кусок магнитной антенны от радиоприемника “Океан”) диаметр 10 мм., длина 100 мм. При этом частота fнч-сч меняется в 2.4 раза. Катушка L1 на мотана на не замкнутом сердечнике ШЛ40х10 (одна скоба), RL1=0,4 Ом.
Входное сопротивление Z громкоговорителя с таким фильтром на разных частотах представлено в табл.2. Из таблицы видно, что Z3 значительно меняется: на частоте 2,5 кГц — 5.6 Ом, а на 20 кГц — 11 Ом. Для выравнивания Z на этих частотах ко входу фильтра нужно подключить RC-целочку (рис.76).
Тогда Z3 изменяется на этих частотах так, как показано в последней строке табл.2. Общее изменение Z во всей полосе от 80 Гц до 20 кГц не выходит за пределы 4,4…6 Ом и только на частоте 3150 Гц составляет 6,3 Ом. Такая ровная Z-характеристика дает возможность сравнивать усилители с разным выходным сопротивлением (ламповые и транзисторные).
Прослушав АС, я с удовлетворением отметил прекрасное звучание своего лампового “однотактника”, заметно лучшее, чем звучание транзисторного УМЗЧ, тоже, впрочем, неплохое. АЧХ с помощью измерительного микрофона я. конечно, проверил, насколько это возможно в жилой комнате.
А вот ФЧХ и ГВЗ измерять не стал. Просто послушал “звук” и решил, что еще лет на 10 мне этих фильтров хватит. А может, фирменные АС резко подешевеют, тогда и куплю себе что-либо, лучше звучащее, без конденсаторов.
Читайте также статьи: Конденсаторы для акустических систем
Доработка фильтра 35 АС-018 с родными динамиками (Nivaga)
Описание акустической системы 35 АС-018 “Амфитон”
Часть I
В исходном виде сей опус советской промышленности звучит мощно, но невыразительно. Только на отдельных композициях удаётся поймать стереопанораму и приблизительно локализовать кажущиеся источники звука (КИЗ). С приходом DVD и домашнего кинотеатра захотелось улучшить пространственные параметры системы. Стал смотреть – что думают люди по этому поводу. Предложения на сайте сводятся в основном к замене среднечастотного динамика. Прикинул – дорого и хлопотно. Стал анализировать схему фильтра в части средних и высоких частот. Обнаружил, что на среднечастотник приходит только 20% подводимой энергии. С чего же ему петь-то, если суммарное реактивное сопротивление С1 и L2 (по родной схеме) составляет примерно 33 Ома в диапазоне от 500 до 5000 Гц и держит бедолагу на голодном пайке. Пришлось увеличить ёмкость конденсатора С1 до 40 мкФ, уменьшить индуктивность дросселя L2 до 0,43 мГн и совместить его с L3, чтобы обеспечить среднечастотник энергией на уровне около 50% от подводимой, т.е. в 2,5 раза больше исходного. И он запел! И ещё как запел! Стереопанорама по всей комнате, а не только по оси между колонками, чёткая локализация КИЗ, эффект присутствия, даже какая-то объёмность.
Рис. 1. Схема фильтра громкоговорителя 35АС-018. Этап 1
Я постарался использовать все родные элементы исходного фильтра. Дополнительно пришлось докупать конденсатор С1.1 ёмкостью 30 мкФ и устанавливать его на место удалённого L2 (по родной схеме), для чего в шасси кроссовера пришлось сверлить 2 отверстия d3,3 и нарезать резьбу М4. Всё остальное – паяльничком с пинцетиком. По пути увеличил сечение проводов, по которым бегает ток низкочастотного звена, до 1 мм2 и исправил схемную ошибку: оторвал резистор R2 от L3 (по моему – это ошибка копировщицы) и установил его параллельно высокочастотному динамику – там его присутствие логично и оправданно.
И да простят меня гуру от акустики, но я не обнаружил прока в звене Цобеля ни в низкочастотном звене, ни в среднечастотном. Может я заблуждаюсь, но в своих колонках я закоротил резисторы R3, R4 и R1, что на схеме показано пунктиром. Кто верит – пусть оставляет, кто сомневается – пусть проверяет, благо через трубу фазоинвертора можно вывести переключатели и пощёлкать ими.
25.05.2009
Часть II
Когда я написал, что в результате доработки «среднечастотник запел и ещё как запел», то я немного слукавил. Ибо запел он не один, а вместе с высокочастотником, причём синхронно и синфазно, что пока не может обеспечить ни один из известных мне фильтров для трёхполосных акустических систем. А в паре динамики работают в самом чувствительном для человеческого уха диапазоне 3 – 6 кГц, где малейшие искажения терзают слух. Здесь же расположен спектр большинства музыкальных инструментов и обертоны человеческого голоса. Поэтому здесь очень важна синхронность и синфазность работы динамиков, которая обеспечивается автоматически при нагрузке обоих элементов фильтра.
Теперь подумаем и пойдём дальше. На высоких частотах конденсаторы С2 и С5 (Рис.1. в Части I) фактически работают параллельно, но с небольшим фазовым сдвигом, создаваемым С1+С1.1. Следуя предложенному механизму взаимодействия становится ясно, что конденсатор С2 уже не нужен. Его функции вполне может выполнять С5, так как воздействие С1+С1.
Рис. 4. Схема фильтра 35АС-018. Этап2.2
В варианте Рис.4 индуктивность дросселя L3 уменьшается до 0,27 мГн путем сматывания 20 витков, а конденсатор С5.1 удаляется. Частота раздела между СЧ и ВЧ динамиками приближается к 5 кГц. Я бы предпочёл такой.
Во всех вариантах схем диапазон воспроизводимых частот СЧ динамика ограничен параметрами фильтра, что нивелирует индивидуальные особенности разных моделей. Разница только в громкости (чувствительности), под которую приходится подстраивать НЧ и ВЧ звенья громкоговорителя. Поэтому я не сторонник без особой нужды менять динамики в колонках.
И профессионалы и любители, занимающиеся усовершенствованием акустических систем, гоняются в основном за линейностью АЧХ, упуская другие параметры. Я же решил погоняться за стереоэффектом, за объёмом, за панорамой, даже в ущерб линейности АЧХ.
Как известно, мысль не стоит на месте. Идея получения диффузного звукового поля во всём диапазоне воспроизводимых частот ищет новые решения.
Рис. 5. Схема альтернативного фильтра 35АС-018. Этап 3.1
Это та же самая схема, только с перевёрнутым порядком подключения СЧ +ВЧ звена. При этом все динамики подключаются синфазно. По звучанию колонки с этой схемой ничем не отличаются от исходных, собранных по схеме рис.2.
Анализ полученной схемы показывает, что конденсатор С1+С1.1 в общем-то лишний. Его функции на средних и высоких частотах вполне может выполнять батарея конденсаторов С2-С5. Но вот дроссель L1 будет сильно шунтировать СЧ+ВЧ звено. Так его индуктивность можно увеличить. При этом частота раздела между НЧ и СЧ звеньями снизится, но не выйдет за пределы диапазона СЧ динамика, а диапазон работы НЧ динамика сузится до сабвуферного. Полученная схема представлена на рис.6. Все конденсаторы и резисторы берутся от родного фильтра. Дроссель индуктивностью 0,3 мГн получается из исходного в 0,43 мГн путём смотки с него 16 витков. С дросселем индуктивностью 3 мГн сложнее. Я доматывал основную катушку в 1,2 мГн проводом с освобождённой ранее катушки L2 в 1 мГн до полного заполнения (примерно 60-70 витков), мерил индуктивность и подгонял под 3 мГн.
Рис. 6. Схема альтернативного фильтра 35АС-018. Этап 3.2
15.02.2010
Часть IV
Последний вариант фильтра, предложенный в части III, вызвал заметный интерес среди любителей музыки, умеющих держать в руках паяльник. Но почему-то больше всего им заинтересовались юные радиолюбители, не знающие как и чем померить индуктивность катушек индуктивности, ёмкость конденсаторов, сопротивление резисторов и вообще с трудом читающие электрические схемы (по их собственным признаниям). Ну прямо «детский сад» какой-то. Чтобы уйти от технологических дискуссий о том, как что сделать, как соединить и как померить, я разработал специальный «детсадовский» вариант фильтра, который можно реализовать из деталей исходного фильтра, ничего не дорабатывая, не докупая и не меряя. Для оценки предлагаемой структуры фильтра этого варианта вполне достаточно. После определённого этапа прослушивания и накопления статистики достоинств и недостатков можно постепенно переходить к решению по рис.6 в части III или более оптимальному по собственному усмотрению (если понадобится).
В этой схеме для получения индуктивности почти вдвое большей, чем исходная, но достаточной для развязки с СЧ звеном фильтра, использовано последовательное соединение имеющихся штатных индуктивностей L1+L2=1,2+1,0=2,2 мГн. При этом сами катушки остаются на своих местах, а подсоединить L2 к L1 можно в любом направлении – как удобнее. Делитель R1/R2 изменён в сторону увеличения потока энергии в ВЧ динамик. Практика показала, что такой делитель более оптимален, а совсем отказываться от него нельзя – ВЧ шум заметно возрастает. Структура фильтра не изменилась. Перепаять фильтр – полдела. Надо найти оптимальное решение для собственных ушей в конкретных условиях прослушивания. Как это делается? Примерно так: Берём отвёртку, разбираем колонки, берём паяльник, перепаиваем фильтры в обоих колонках, собираем, подключаем к аппаратуре, ставим любимую музыку без улучшайзеров, тихо балдеем одну, две, три , пять, десять композиций. Постепенно в голове формируется образ разногласий между желаемым и действительным.
Рис. 7. Альтернативный фильтр 35АС-018 начального уровня
11.06.2010
Часть V и последняя
Последняя схема фильтра (рис.6 в Части III моих статей) всё же произвела некоторое впечатление на сообщество любителей хорошего звука. Кто поверил и доработал свои колонки, те наслаждаются новым качеством звука, недостижимым в исходной структуре фильтра. Кто не поверил – остались пока при своих заблуждениях. У них всё ещё впереди. Всё это время мои колонки постоянно тестировались новыми ушами, новыми композициями, сравнивались с другими решениями. Волей случая пришлось столкнуться с активными мониторами, в которых разделение по полосам производится на уровне предварительного усилителя, а динамики подключаются на выходы УМ безо всяких промежуточных фильтрующих элементов. В результате сравнения стало понятно, что всякий резистор последовательно с СЧ или ВЧ динамиком влияет на звук в худшую сторону, и от него желательно избавляться.
Стал думать. Резистивный делитель на ВЧ динамике в упомянутой выше схеме подгоняет чувствительность этого звена под СЧ динамик с сохранением общего сопротивления нагрузки.
Схема альтернативного фильтра 35АС-018. Этап 6
Здесь R1 управляет отдачей СЧ звена, а R2 – отдачей ВЧ звена. Колонки с этой схемой показали самые лучшие качественные параметры из всех представленных в предыдущих моих статьях о доработках фильтра. Всё, дальше некуда. Можно подводить итоги.
Что я получил в результате всех этапов разработки своего фильтра “Nivaga”?
- Во-первых: Диффузность создаваемого звукового поля позволяет находясь рядом с одной колонкой слышать другую, а находясь посередине между колонками без напряжения представлять всю звуковую панораму. В исходном виде (до всех доработок) этих эффектов не было.
- Во-вторых: Легко и свободно идёт классика. От фортепиано до большого симфонического оркестра, от пианиссимо до фортиссимо. Голос просто осязаем. Слышно всё, включая ошибки. Эмоциональное воздействие колоссальное. В исходном виде (до всех доработок) слушать классику на этих колонках было сплошным насилием над слухом.
- В-третьих: Пришлось пересмотреть свои взгляды на тонкомпенсацию. Это был шок. Десятки лет во всех встречавшихся системах упорно не хватало баса и его приходилось добавлять с помощью довольно глубокой тонкомпенсации. И вдруг не надо добавлять! Я вынужден был передвинуть частоту начала НЧ коррекции с 200 до 100 Гц, а на современных блюзовых композициях вообще от неё отказываться. Рушится стереотип. Мозги кипят. Ищут новую точку опоры.
В общем, только через 50 лет после разработки стандартов и запуска в жизнь стереофонической звукозаписи удалось реализовать голубую мечту её создателей – перенести атмосферу концертного зала или студии звукозаписи в место прослушивания. Что же раньше то мешало? Наверное заблуждения, особенно коллективные.
Например: Как в самом начале создания 3-полосных акустических систем было предложено использовать три независимых фильтра (НЧ, ВЧ и полосовой), так до сих пор эта структура и остаётся неизменной при их производстве, несмотря на многочисленные исследования отклонений фазовых характеристик и их влияния на качество звука. И все 50 лет идёт поиск компромиссов между АЧХ и ФЧХ в рамках однажды заданной неоптимальной структуры. Или ещё, в те же незапамятные времена кто-то написал, что предпочтительней использовать фильтры 2-го порядка, а то и выше. И до сих пор этот тезис периодически всплывает, хотя давно показано, что они сильно искажают импульсную передаточную характеристику акустической системы. Но самое коварное заблуждение затаилось в применении формул расчёта фильтра, которые выводились из условия одновременной нагрузки обоих плеч LC-фильтра, а применяются для схем с нагрузкой одного из плеч, что не корректно и приводит к искажённым результатам. И это не считая мелких брызг про специальные кабели, суперконденсаторы, хитро намотанные катушки индуктивности, золочёные разъёмы и т.п., которые все вместе может и дают 0,1% прироста качества, но их роль всячески раздувается. Преодоление этих заблуждений – процесс тяжёлый, длительный, драматический, потому и затянулся.
Сей трактат составлен 28.10.2011
Автор: Николай Васильевич ник: Nivaga
Заключение
На одной из выставок «Русский Hi-End» я разговорился с Александром Сырицо, патриархом звукоусилительной техники. Его статьи ещё в журнале «Радио» Советского времени вызывали много размышлений и дискуссий. Так вот, он рассказал о своих исследованиях по оптимизации условий работы СЧ и ВЧ динамиков. Я запомнил его выводы: оптимальный режим для динамических СЧ и ВЧ головок – по току, а вот для ленточных ВЧ излучателей лучше по напряжению. Его аргументация показалась мне убедительной, и возразить было нечего. Позже я проверил на своей системе приведённые доводы и убедился в их справедливости. Этот разговор помог мне посмотреть на фильтр для любимых 35АС-018М, который я тут упорно предлагал и совершенствовал, с необычного ракурса.
Я долго размышлял над феноменом яркого и чистого звучания СЧ динамика после доработки фильтра по предлагаемой в предыдущих своих статьях структуре. В какой-то момент до меня дошло, что вероятно это может быть из-за отсутствия в этой структуре специального фильтра для СЧ динамика, в отличие от всех серийно выпускаемых трёхполосных акустических систем. Когда я начал говорить об этом на последней выставке «Русский Hi-End», на меня смотрели как на идиота, несущего ахинею.
Рис. 6.1. Структурная схема альтернативного фильтра 35АС-018
В чистом виде эта схема не готова к эксплуатации. Здесь отсутствуют элементы выравнивания звукового давления всех составляющих. Я их убрал для наглядности. На рисунке хорошо видно, что на низкой частоте СЧ динамик закорочен низким сопротивлением L1, на высокой частоте он закорочен малым сопротивлением С2, на средней частоте СЧ динамик подключён к линии через L2 и С1, суммарное сопротивление которых не больше половины сопротивления СЧ динамика. То есть все условия для нормальной работы СЧ динамика соблюдаются. А поскольку последовательно ему всегда подключено какое-то комплексное сопротивление, то рекомендации Александра Сырицо о режиме по току автоматически выполняются. И ещё немного теории. В курсе электротехники при рассмотрении LC контура указывается, что его вырождение в фильтр происходит при нагрузке обоих реактивных элементов на сопротивление, равное характеристическому. Из этого условия вытекают все формулы расчётов акустических фильтров, которыми мы все пользуемся. Но на практике обычно нагружается один из элементов (L или С), а другой остаётся без нагрузки, что приводит к отклонениям от задуманных параметров. Моя попытка нагрузить эти элементы балластными резисторами (смотрите мои предыдущие статьи) провалилась, так как вылезли подводные камни в виде снижения общего сопротивления системы. А вот в описываемой здесь структуре сопротивление СЧ динамика является такой недостающей нагрузкой как для L1 в контуре L1C1, так и для С2 в контуре L2C2, что выравнивает фазовые и переходные характеристики обоих фильтров.
Перейдём к практике. Поскольку низкочастотный спектр является самым энергонасыщенным, то НЧ динамик должен работать на всю свою мощь безо всяких ограничителей. А вот СЧ и ВЧ динамики должны под него подлаживаться для выравнивания АЧХ всей системы. Для этого используются обычные резистивные делители. Моя попытка регулировать отдачу СЧ и ВЧ динамиков простым шунтированием не выдержала испытания опытом, и я вынужден от неё отказаться. Делитель эффективнее, и звук лучше.
Схема мне представляется достаточно универсальной. Вместо делителей R1/R2, R4/R3 вполне можно поставить переключатели с наборами делителей, и получится схема для 35 АС-212 (S-90) или аналогов. А если поставить переменные резисторы с подпоркой, то получится схема для S-90B,D,F, а также для 75 АС-065 и им подобных. Правда, для этих наборов динамиков придётся перестроить ещё и фильтры L1C1 и L2C2.
Схема фильтра отличается от предыдущих моих вариантов только подключением С2 к общему проводу: через С1 или непосредственно. На звук это влиять не должно, так как емкостное сопротивление С1 на ВЧ очень мало и оказать влияние на С2 уже не может. Хотя… у некоторых товарищей и провода поют.
Результат доработки довольно точно оценил мой приятель музыкант: колонки звучат как наушники. А наушники – это широкополосники, в которых фазовые искажения просто не могут появляться. Значит и в доработанных АС фазовые искажения очень малы, а синхронность работы всех трёх динамиков высока. Результат – объём и детальность. Можете проверить.
Автор: Николай Васильевич (Nivaga) 24.06.15
35ac-018.ucoz.ru
Источник
139, 2
Расчет активного фильтра трехполосной акустики
Фазировка динамиков
На этом сведение подходит в концу. Остается только определиться с фазировкой динамиков. Тут есть как минимум три способа: на слух, по форме АЧХ и по фазовому сдвигу на частоте раздела. Если у динамиков АЧХ и ФЧХ в меру линейная, и фильтр фазу на разделе сильно не накручивает, то при смене правильной фазы на неправильную на частоте раздела появится глубокий провал, пропустить его сложно. В таком случае стоит подгонять фазу по по ее сдвигу. Сделать это можно осциллографом подавая на горизонтальную развертку сигнал с усилителя, а на вертикальное отклонение с микрофона.
Подают на вход усилителя синус с частотой раздела и не меняя взаимного расположения микрофона и колонки переключают ВЧ и НЧ динамики. По одинаковости фигур Лиссажу делается вывод о равенстве фаз излучателей. Этот метод хорошо подходит для фильтров первого порядка. С кривизной наших динамиков этот метод себя не оправдывает, поэтому сравниваем АЧХ при разной фазировке.
Второй вариант заметно хуже. Однако и первый не предел мечтаний, но так как двигать индуктивности катушек не просто, а ковыряться дальше уже лень, то все было оставлено как есть.
Расчет пассивного излучателя
Другим положительным качеством фазоинвертора с закрытым отверстием является несколько большая синфазность движений обоих диффузоров в области резонанса по сравнению с движением объема воздуха в отверстии и диффузора громкоговорителя в обычном фазоинверторе. Резонансная частота фазоинвертора с закрытым отверстием равна (также как и обычного):
где mф — масса подвижной системы пассивного радиатора плюс соколеблющаяся с ним масса воздуха, присоединенная к диффузору, г; Сф — результирующая гибкость (величина, обратная упругости) объема воздуха в ящике и дополнительной подвижной системы, см/дин.
Расчет фазоинвертора с закрытым отверстием производят следующим образом: выбрав объем ящика Vф и, зная эффективный диаметр диффузора пассивного радиатора Dэф определяют гибкость воздушного объема из выражения:
Здесь объем ящика Vф выражен в см3, а эффективный диаметр диффузора пассивного радиатора Dэф в см. Напомним, что эффективный диаметр диффузора равен Dэф =0,85–0,9 Dдиф, где Dдиф — полный диаметр диффузора.
Эквивалентный эффективный диаметр диффузора эллиптической (овальной) формы равен:
где Dб — большой, а Dм — малый диаметр эллипса. Поскольку гибкость подвеса диффузора пассивного радиатора Спод много больше, чем гибкость воздушного объема ящика Сф, ее влияние на суммарную гибкость крайне мало и им можно пренебречь.
Общая гибкость определяется по формуле:
И когда Спод>>Cф, Собщ≈Cф.
Приняв, как обычно, резонансную частоту закрытого фазоинвертора, равной основной резонансной частоте громкоговорителя, находят массу мф, соответствующей этой частоте и гибкости выбранного объема:
Как указывалось выше, в эту массу входит масса диффузора пассивного радиатора mрад и присоединенная масса соколеблющегося с ним воздуха Δm, т.е. mф = mрад + Δm. Величина Δm зависит от эффективного диаметра диффузора и определяется выражением Δm = 8*10-4D3эф г. Таким образом, диффузор радиатора должен обладать массой mрад = mф – Δm; практически этой величине и будет равняться масса груза, который необходимо установить на диффузоре. Для облегчения необходимых расчетов в таблице приводятся значения гибкости объема Сф для ящиков объемом от 20 до 80 литров и диффузоров пассивного радиатора с эффективным диаметром от 15 до 22 см, там же указанна величина присоединенной массы воздуха Δm для тех же диаметров диффузоров.
| Vф, л | Гибкость объема ящика, см/дин 10-6 при Dэф, см | ||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 15 | 16 | 17 | 18 | 19 | 20 | 22 | |
| Δ m, г | 1,7 | 3,3 | 3,9 | 4,7 | 5,5 | 6,4 | 8,6 |
| 20 | 0,45 | 1,35 | 0,27 | 0,22 | 0,17 | 0,14 | 0,1 |
| 30 | 0,67 | 0,52 | 0,41 | 0,32 | 0,26 | 0,24 | 0,15 |
| 40 | 0,9 | 0,69 | 0,55 | 0,43 | 0,35 | 0,29 | 0,19 |
| 50 | 1,12 | 0,87 | 0,68 | 0,54 | 0,44 | 0,366 | 0,24 |
| 60 | 0,35 | 1,04 | 0,82 | 0,65 | 0,52 | 0,43 | 0,29 |
| 70 | 1,57 | 1,21 | 0,95 | 0,76 | 0,61 | 0,5 | 0,34 |
| 80 | 1,8 | 1,4 | 1,09 | 0,87 | 0,7 | 0,57 | 0,39 |
Величина гибкости объема воздуха в ящиках с промежуточными значениями и эффективного диаметра диффузора радиатора определяют методом интерполяции по двум соседним значениям гибкости, между которыми находятся принятые размеры.
Для примера определим массу груза, который должен быть укреплен на диффузоре пассивного радиатора диаметром Dдиф=22 см, устанавливаемом в ящике ФИ объемом Vф=50 л при резонансной частоте ФИ 45 Гц. Эффективный диаметр Dэф=0,87* Dдиф=0,87*22=19 см. Находим по таблице гибкость объема воздуха в ящике при таком эффективном диаметре диффузора; это гибкость равна Сф=0,44*10-6 см/дин. Полная масса диффузора должна быть:
Присоединенная масса воздуха, согласно таблице, равна Δm=5,5 г. Следовательно, для получения заданной резонансной частоты необходимо установить дополнительный груз mрад = mф – Δm = 28,4-5,5 ≈ 23 г. Дополнительный груз представляется собой стальной или медный (латунный) диск толщиной h, которая для стали в зависимости от диаметра диска d, равна
Как указывалось выше, магнитная система и центрирующая шайба удаляются из громкоговорителя, предназначенного для работы в качестве пассивного радиатора. Это делается для того, чтобы увеличить гибкость и линейность движения подвижной системы, и устранить опасность касания звуковой катушки.
При этом не уменьшается действующий объем ящика.
Как разбавить самогон водой
Завершив вторичную перегонку, мы получим алкоголь большой крепости, около 70 градусов, но в употреблении это не слишком приятно. Поэтому обязательно стоит разбавить продукт водой в пропорции, которую можно посчитать, используя калькулятор самогонщика. В случае с крепкими напитками достаточно понизить содержание спирта до 40 градусов, для настойки – до 25 градусов.
Требования к воде просты: прозрачность, малая жёсткость, она должна быть не дистиллирована и не быть водопроводной.
В онлайн калькулятор самогонщика введена следующая формула:
(А/Б)*В-В=Г
Где:
- А – начальный процент спирта.
- Б – желаемая крепость.
- В – объем алкоголя в миллилитрах.
- Г – Необходимое количество воды в миллилитрах.
Как разбавить самогон до 40 градусов
Помимо калькулятора можно воспользоваться таблицей самогонщика:
| % спирта на 1л | Желаемое процентное содержание спирта после разбавления | ||||||||||||
| 30 | 35 | 40 | 45 | 50 | 55 | 60 | 65 | 70 | 75 | 80 | 85 | 90 | |
| 35 | 168 | ||||||||||||
| 40 | 336 | 145 | |||||||||||
| 45 | 504 | 291 | 128 | ||||||||||
| 50 | 675 | 435 | 256 | 115 | |||||||||
| 55 | 846 | 584 | 385 | 230 | 104 | ||||||||
| 60 | 1018 | 731 | 515 | 345 | 208 | 96 | |||||||
| 65 | 1190 | 879 | 645 | 459 | 312 | 191 | 89 | ||||||
| 70 | 1359 | 1028 | 775 | 578 | 416 | 286 | 174 | 82 | |||||
| 75 | 1536 | 1178 | 907 | 695 | 522 | 381 | 265 | 164 | 75 | ||||
| 80 | 1710 | 1328 | 1040 | 813 | 629 | 481 | 354 | 247 | 154 | 73 | |||
| 85 | 1885 | 1477 | 1173 | 933 | 739 | 579 | 444 | 330 | 232 | 145 | 69 | ||
| 90 | 2062 | 1629 | 1306 | 1051 | 848 | 678 | 536 | 415 | 311 | 219 | 139 | 64 | |
| 95 | 2240 | 1786 | 1444 | 1175 | 958 | 780 | 630 | 502 | 392 | 294 | 210 | 134 | 65 |
Расчет кроссовера
Кроссоверы для акустики авто самодельные
Чтобы подключить 2-полосную(см.Акустическая двухполосная система и ее преимущества) или другую акустику с большим количеством полос к 1 каналу усилителя или ГУ, нужно некое отдельное устройство, разделяющее сигнал. При этом оно должно выделять для каждой полосы свои частоты. Именно такие устройства и называются фильтрами или кроссоверами.
Но что делать, если нужно разделить частоты по иной схеме (к примеру, если комплект акустики собран из отдельных компонентов)? В этом случае речь идет о расчете кроссовера.Отметим сразу, что рассчитать кроссовер совершенно не сложно и даже можно самостоятельно изготовить его.
Кроссоверы для акустики на авто Пионер профессиональные
Ниже приводится инструкция о том, как рассчитать кроссовер:
Скачиваем специальную программу. Это может быть Crossover Elements Calculator на компьютер;
Специальная программа для расчета кроссовера Crossover Elements Calculator
- Вводим сопротивления низкочастотного и высокочастотного динамиков. Сопротивление – это номинальное значение сопротивления акустики, выражаемое в Ом. Как правило, средним значением является 4 Ом;
- Вводим частоту раздела кроссовера. Здесь полезно будет знать, что частоту надо вводить в Гц, но ни в коем случае не в кГц.
Как работать в WinISD
Автор программы видимо исходил из следующей методики: вы открываете программу и выбираете из списка тот динамик который у вас есть в наличии, и корпус для которого вы хотите посчитать. Это тупиковая методика. Так как в большинстве случаев вы обнаружите, что динамика который вы хотите посчитать, нет в списке программы.
Существует более простой и быстрый путь. Выбрать из списка динамик с близкими размерами, а после это перебить его основный параметры. Можете взять взять эту болванку нового проекта WinISD – Динамик с рамой 180mm
В большинстве случаев достаточно перебить:
Fs — Резонансная частота динамической головки. Qts — Полная добротность головки на частоте Fs. Vas — Эквивалентный объем.
Что делает программа. Не даже особого смысла описать, как работать с программой WinISD. Главное достоинство программы WinISD это простота. И все и так понятно их скриншотов:
Открываем программу WinISDОткрываем новый проект WinISD
Если номиналы динамика не показываться – кликнете мышью по слову Parameters. Параметры динамика можно изменять. Двойной клик мыши по их номиналу открывает окошко ввода.
Далее походив по вкладкам вы уведите все что может программа. Почти все, что нужно для расчета АС. Дополнительно есть калькулятор активных и пассивных кроссоверов. А так же генератор синусов.
В дальнейшем мы сделаем обзор на более продвинутые программы для расчета акустических систем. Но это только для тех кто хочет очень глубоко погрузится в тему.
| OТТО SX-P1 (Fisher 1200) и их клоны в СССР «Торий» выпустил 4-6 (как считать) вариации АС. | |
| Искажения все меньше, АЧХ все ровней. А звучание почему-то все хуже и хуже. | |
| «Характер» звучания АС задается в основном способом сведения динамических головок, – специфическим набором фазовых искажений и задержек. |
Измерение крепости самогона
Бытовой спиртометр, называемый также ареометром, это незаменимый инструмент самогонщика. Его наличие поможет в проверке данных, рассчитанных с помощью калькулятора.
Хранить прибор необходимо в упаковке, ведь он выполнен из стекла, которое легко бьётся. Такой выбор материала продиктован тем, что стекло химически нейтрально. Понятно, что при наличии механических повреждений измерять верно прибор перестанет.
Перед началом замера подготовьте жидкость. Во-первых, температура раствора должна составлять около 20 градусов Цельсия с допуском 5 градусов в обе стороны. Если температура будет ниже 20 градусов, то крепость будет занижаться и наоборот. Во-вторых, в жидкости должно быть минимальное количество примесей, поэтому замеряя крепость вин или ликеров, купите оптический или электрический спиртометр.
Процесс измерений производится согласно алгоритму:
Подготовьте тестовый образец жидкости – добавьте воды и подождите несколько минут. Обязательно, что бы напиток стал равномерным, и химическая реакция прекратилась.
Удостоверьтесь, что спиртометр чистый, его поверхность не загрязнена. Т.е различные остатки и разводы на поверхности могут сильно повлиять на процедуру.
Проконтролируйте, что раствор имеет необходимую температуру.
Налейте раствор в сосуд для измерения.
Не торопясь, аккуратно опустите измерительный прибор по центру сосуда и оставьте, дабы он плавал как поплавок
Важно, чтобы были исключены касания стенок стакана. Если измеритель спокойно держится на поверхности, то всё идёт по плану.
В соответствии с прилагаемой инструкцией снимите результат
Этот процесс выполняется либо с нижней части, либо с верхней. Необходимой найти место, где линия становится в горизонтальной.
Завершите процесс, верните ваш спиртометр в коробку. Соотнесите полученные данные с теми, что получил калькулятор самогонщика.
На видео ниже представлен принцип работы бытового спиртометра:
Дозволенная норма алкоголя в крови у водителей
До не давних пор, а именно с 2010 до 2013 года, законодательство Российской Федерации не предусматривало нахождения алкогольных веществ у шофера за рулём автотранспорта. Но 23.07.2013 года было введено новообразование в законе России о том, что водителю разрешается наличие спирта до 0, 16 промилле при выдыхаемом воздухе и 0,35 в крови. Данный факт подтверждает поправка в правилах дорожного движения и в кодексе об административных правонарушениях.
Почему же так произошло? Дело в том, что существуют такие продукты питания, которые по своему составу содержат алкогольные вещества и у людей, которые употребляли их, может выявиться небольшое количество промилле алкоголя на специальном тестовом аппарате. К таким относится: безалкогольное пиво, квас, некоторые шоколадные конфеты, кефир, зефир, тёплые соки, сигареты, апельсины, освежители для рта, переспелые бананы.
В 0,5 литровой бутылке б/пива содержится всего 0,2 промилле, а в квасе 0,4 при таких показателях сотрудник ГИБДД имеет право отправить на медицинское освидетельствование.
Все вышеперечисленные продукты содержат небольшой объем спирта. И именно из-за этого у многих водителей, которых проверяют на наличие алкоголя, может обнаружиться некоторое количество единиц промилле.
Употребление алкогольных напитков автолюбителями
Чтобы узнать сколько алкогольных веществ будет содержаться после принятия того или иного вида алкоголя, необходимо посмотреть на этикетку бутылки, где обязательно указывается, какое количество процентов в ней содержится. Также большую роль играют индивидуальные особенности организма. Для того чтобы утром показатели были в норме, вечером можно позволить себе небольшое количество алкоголя.
Мужчинам можно выпить весом около 80 кг: не больше 25 мл водки; 240 мл не крепкого пива; 50 мл вина. Женщинам можно выпить весом около 80 кг: не больше 20 мл водки; 200 мл пива; 40 мл вина.
Для тех, кому интересно знать, сколько промилле спирта находится в безалкогольном пиве и квасе! В 0,5 литровой бутылке б/пива содержится всего 0,2 промилле, а в квасе 0,4.При таких показателях сотрудник ГИБДД имеет право отправить на медицинское освидетельствование. Поэтому стоит аккуратно относиться к напиткам данного рода, когда находишься за рулем.
Водители обязаны помнить, что современные алкотестеры по выявлению алкоголя в организме человека обмануть не возможно. Нельзя слабо выдохнуть или вдохнуть в себя. Схитрить с данными приборами не получится. Нельзя обманывать в первую очередь себя, лучше отказаться от спиртного на время, пока Вы за рулем, и не платить потом штрафы и лишаться прав.
FAQ по динамикам и сабвуферам
В последнее время стало слышно очень много вопросов про динамики и сабвуферы. Подавляющее большинство ответов можно получить на первых трех страницах любой книги, написанной профессионалами. Материал адресован в первую очередь начинающим, ленивым;) и сельским самодельщикам, подготовлен на основе книг И.А. Алдощиной, В.К. Иоффе, отчасти Эфрусси, журнальных публикаций в Wireless World , АМ и (немного) личного опыта . Не использовалась информация из Интернета и ФИДОнета.
Материал никоим образом не претендует на полноту освещения проблемы, а представляет собой попытку объяснить на пальцах азы акустики.
Чаще всего вопрос звучит примерно так: «нашел динамик, что с ним делать?», или «Товарищ, а говорят такие сабвуферы бывают…». Здесь мы рассмотрим только один вариант решения этой проблемы: По имеющемуся динамику сделать ящик, с оптимальными параметрами на HЧ, насколько это возможно. Этот вариант сильно отличается от задачи заводского конструктора-натянуть нижнюю частоту системы до необходимой по ТУ величины
Звучание системы
И конечно же надо сказать про звук. Стало лучше, сцена получилась очень недурственная. Кривизна АЧХ особо не слышна, даже наоборот, подъем на середине поддает детальности, верхов как ни странно хватает. Был замечен интересный эффект на басу. Как можно заметить по АЧХ на сотне герц большой подъем, а за ним завал, разумеется качающего баса нет, но есть мид бас. К примеру партия гитары кажется немного просаженным, а нижний бас, партия бас гитары, переходит как бы в слышимую область и читается очень четко, создается впечатление наличия того самого низкого баса.
Конечно ящики маловаты, и порой слышно подбубнивание, для устранения этого эффекта в каждую колонку было добавлено по 30 грамм натуральней шерсти. В целом данная акустика играет тепло и мягко даже без лампового усилителя, сохраняя в звуке строгость и точность камня, а вот с теплой лампой получается перебор мягкости. Все же им нужен усилитель по-строже — триод или двухтакт, но это тема для следующих экспериментов. Специально для сайта Радиосхемы — SecreTUseR.
Обсудить статью ФИЛЬТР ДЛЯ АКУСТИКИ
PSU Designer
| Очень полезная программа. С ее помощью легко рассчитываются любые источники питания — мостовые, одно- и двухполупериодные, на кенотронах и диодах, с L и C-фильтром. В базе данных уже содержатся необходимые данные наиболее популярных выпрямителей, вам остается лишь задать напряжение на вторичной обмотке сетевого трансформатора и ток (сопротивление) нагрузки. Программа симулирует форму напряжения и тока в любой точке схемы и предупреждает, если какое-нибудь предельно допустимое значение для выпрямителя превышено. Новая версия PSU Designer позволяет сохранять файлы и редактировать их (информация с сайта «Салон AV»)Посетить сайт создателей программы PSU Designer |
Звук в конце тоннеля
Когда АвтоЗвук был еще маленьким и сидел под крылом Салона АВ, вышли в свет две первые части трилогии о сабвуферах — о том, чего ждать от разных типов акустического оформления и как подобрать динамик для закрытого ящика.
Значительная часть тех, кто, обдумывая житье, решил с пониманием отнестись к басовому вооружению своего автомобиля, этим, в принципе, уже могла бы обойтись. Но не все. Поскольку существует как минимум еще один, чрезвычайно популярный тип акустического оформления, по распространенности не уступающий закрытому ящику.
Фазоинвертор в отечественной литературе, bass reflex, ported box, vented box — в англоязычной — все это, по сути, звукотехническая реализация идеи резонатора Гельмгольца. Идея проста — замкнутый объем соединяется с окружающим пространством с помощью отверстия, содержащего некоторую массу воздуха. Вот именно существование этой массы — того самого столба воздуха, который, по утверждению Остапа Бендера, давит на любого трудящегося, и производит чудеса, когда резонатор Гельмгольца нанимают на работу в составе сабвуфера. Здесь мудреная вещь имени германского физика приобретает прозаическое имя тоннеля (по-буржуйски port или vent) .
Сборка фильтров
В завершение пару слов про сборку. В фильтре применяются сравнительно большие емкости, 20 мкф, 27 мкф, а места в корпусе и так не много, бумаги или пленки не набрать. Приходится ставить электролиты. И если в фильтре НЧ звучание от их применения пострадает не сильно, а в цобеле их можно и вовсе не услышать, то в фильтре ВЧ звучанием конденсаторов пренебрегать опасно. Именно по этой причини были применены бумажный МБГЧ и пленочный К73-16, а все электролиты зашунтированы бумажными МБГО на 4 мкФ.
Не стоит увлекаться параллеленьем сильно разных конденсаторов. Основной критерий здесь тангенс угла потерь. Если к примеру поставить в шунт к бумажному конденсатору аудиофильский полипропилен, то скорее всего вылезут верха и будут они кислотные. Вероятно тут можно составить аналогию с внутренним сопротивлением, сравнив с ним тангенс угла потерь: чем он меньше, тем больше через конденсатор пройдет сигнала, а поскольку емкость у такого высококачественного конденсатора меньше, то через него пройдет только высокочастотная часть сигнала, отсюда и имеем повышенные уровень верхов. Но это только аналогия, для лучшего понимания влияния шунтов на звук.
Про то как надо разносить катушки и какой толщины применять провода статей написано предостаточно, повторяться здесь не буду. Проще показать картинку (тут неправильно припаян цобель высокочастотника, он должен стоять после резистора).
Важные характеристики АС
Для начала разберёмся чем характеризуется акустическая система. Тут три характеристики: амплитудная, фазовая и импедансная.
АЧХ считается наиболее важной, так как больше определяет звучание, впрочем не в ней счастье, ровная АЧХ еще не гарантия хорошего звука.
ФЧХ сама о себе не слышна, может быть слышен резкий перегиб фазы в точке раздела.
ИЧХ вовсе на звучание не влияет, зато влияет на усилитель, но не на каждый, а лишь на тот у которого высокое внутреннее сопротивление, в частности ламповые.
Из-за кривого импеданса многие колонки могут не спеться с лампой, вся неровность импеданса вылезет в АЧХ. В каком-то случае это может пойти на пользу, но надеяться на это не стоит, хотя бы потому, что такая акустика будет крайне чувствительна к усилителю, станут слышны лампы, их режимы, а сравнение с каменным усилителем становится вообще не корректным.
Потому, если задаться цель построить акустику мало чувствительную к усилителю, необходимо обеспечить постоянство импеданса во всем диапазоне частот, а это накладывает определенные ограничения. В частности это обязывает применять фильтра настроеные на равную частоту среза и имеющие равную добротность.
Это правило позволяет для настройки фильтра контролировать только линейность импеданса, что исключает необходимость измерения АЧХ фильтров и в случаи отсутствия хорошего микрофона в измерении ачх динамиков, то есть можно обойтись минимальным набором приборов: генератором (возможно программным) и вольтметром.
Сдвоенные динамические головки
Выпускаемые в Советском союзе громкоговорители с динамическими головками 6ГД-6, 10ГД-30, З0ГД-1-25 и др. способны удовлетворить взыскательного слушателя. Однако построить такие громкоговорители под силу далеко не каждому радиолюбителю из-за дефицитности и сравнительно высокой стоимости головок.
Использование же более доступных широкополосных головок (4ГД-28, 4ГД-8, 4ГД-1, БГД-1, 4ГД-35, 4ГД-36 и др.) не позволяет сконструировать малогабаритную акустическую систему с высокими качественными показателями.
Обойти эти трудности можно, применив несколько необычные способы установки широкополосных головок в ящиках громкоговорителей.
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.
С целью снижения интермодуляционных искажений при звуковоспроизведении громкоговорители Hi-Fi систем составляют из низкочастотных, среднечастотных и высокочастотных динамических головок. Их подключают к выходам усилителей через разделительные фильтры, представляющие собой комбинации LC фильтров нижних и верхних частот.
Ниже приведена методика расчета трехполосного разделительного фильтра по наиболее распространенной схеме.
Частотная характеристика разделительного фильтра трехполосного громкоговорителя в общем виде показана на рис. 1. Здесь: N – относительный уровень напряжения на звуковых катушках головок: fн и fв – нижняя и верхняя граничные частоты воспроизводимой громкоговорителем полосы; fр1 и fр2 – частоты раздела.
В идеальном случае выходная мощность на частотах раздела должна распределяться поровну между двумя головками. Это условие выполняется, если на частоте раздела относительный уровень напряжения, поступающего на соответствующую головку, снижается на 3 дБ по сравнению с уровнем в средней части ее рабочей полосы частот.
Предназначение
Сделать фильтр для сабвуфера
Фильтр или кроссовер(см.Самодельные кроссоверы для акустики и их предназначение), как его еще называют, сегодня выполняет важнейшую функцию. Дело в том, что практически все современные динамики, включая и сабвуфер, воспроизводят эффективно только определенную долю частот. К примеру, тот же басовик воспроизводить хорошо в состоянии только низкие басы.
Фильтр для автомобильного сабвуфера
За границами «родной» полосы (эффективно воспроизводимой), звуковое давления, идущее из динамика, заметно снижается и возрастает одновременно с этим уровень искажений. В таком случае говорить о каком-то качестве звука просто глупо и следовательно, чтобы решить проблему, приходится использовать в аудиосистеме несколько динамиков(см.Как выбрать динамики для автомагнитолы своими силами). Такова реалия: это происходит и в домашней акустике, и в автомобильной. Это не новость.
Типичные схемы расположения динамиков в авто и роль фильтров
Динамики в авто
Касательно автомобильной акустики хотелось бы выделить две типичные схемы построения системы звука, с которыми знакомы, наверное, все, кто много мало знаком с автозвуком.Речь идет о следующих схемах:
Наиболее популярная схема подразумевает три динамика. Это басовик (нацеленный исключительно на низы), динамик средних и низких частот (мидбасс) и отвечающий за воспроизведение ВЧ, твитер.
Фильтр низких частот сделать самому для сабвуфера
Именно для того, чтобы не нарушать это требование, предназначены электрические фильтры, в роль которых входит выделение конкретных «родных» частот и подавление «чужих».
Типы фильтров
Фильтры(см.Как сделать самому фильтр для автомагнитолы) частот различаются по типам.Принято выделять следующие варианты:
Обычные фильтры, принцип действия которых сводится к тому, чтобы у их катушек индуктивности сопротивление возрастало с ростом частоты сигнала и спадало у конденсаторов, которыми они наделены. Несложно догадаться, что в таких фильтрах эффективно пропускают НЧ катушки индуктивности, а ВЧ – конденсаторы.
Полосовой фильтр
- Режекторный фильтр – полная противоположность полосовому. Здесь та полоса, которая ПФ пропускается без изменений, подавляется, а полосы вне этого интервала усиливаются;
- ФИНЧ или фильтр подавления инфранизких частот стоит особняком. Принцип его действия основывается на подавлении высоких частот с низким показателем среза (10-30Гц). Предназначение этого фильтра – непосредственная защита басовика.
Нч фильтр для сабвуфера самому
Параметры
Кроме типов фильтров, принято разделять и их параметры.К примеру такой параметр, как порядок, свидетельствует о количестве катушек и конденсаторов (реактивных элементов):
- 1-ый порядок содержит только один элемент;
- 2-ой порядок два элемента и т.д.
Другой, не менее важный показатель – крутизна спада АЧХ, показывающая, насколько резко фильтр подавляет «чужие» сигналы.
Для сабвуфера
В принципе, любой фильтр, в том числе и этот, представляет собой сочетание нескольких элементов. Обладают компоненты эти свойством избирательно пропускать сигналы определенных частот. Принято разделять три популярные схемы этого разделителя для басовика.Они представлены ниже:
Первая схема подразумевает самый простой разделитель (изготовить который своими руками, не составит никакой сложности). Он выполнен в виде сумматора и стоит на одном транзисторе. Конечно, серьезного качества звука с таким простейшим фильтром не добиться, но из-за своей простоты, он прекрасно подходит любителям и начинающим радиоманам;
Простая схема
Две другие схемы намного сложны, чем первая. Построенные по эти схемам элементы, размещаются между местом выхода сигнала и входом усилителя басовика.
Каким бы ни был разделитель, простейшим или сложным, он должен иметь следующие технические характеристики.
| Питание/напряжение | 12-35 В |
| Частота среза | 100 Гц |
| Потребление тока | 5 мА |
| Усиление «родной» частотной полосы | 6 дБ |
| Подавление «чужой» полосы | 12 дБ |
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.
Оцените статью:Пассивные кроссоверы / фильтры— как они работают? »Speakerwizard.co.uk
Некоторые основы кроссоверов были рассмотрены в этой статье: https://speakerwizard.co.uk/loudspeaker-basics-crossovers-why-do-we-need-them/ — здесь мы рассмотрим более подробно о том, как работают пассивные фильтры, и дадут вам инструменты для создания собственных.
Кроссоверы и фильтры
Давайте начнем с напоминания об основах, кроссовер — это комбинация фильтров высоких и низких частот, которые разделяют сигнал на полосы.Самый простой кроссовер — это двухполосный кроссовер, который разделяет сигнал на 2 полосы. Обычные конфигурации — 3-полосные и 4-полосные, что позволяет лучше согласовывать динамики с их соответствующим рабочим диапазоном. 5-полосные активные кроссоверы не редкость в широкоформатных акустических системах, чтобы помочь охватить как можно более широкий частотный диапазон с максимальной эффективностью, чтобы максимизировать различные факторы, такие как качество, дисперсия, громкость, в соответствии с критериями проектирования. Можно продолжать разбивать звуковой диапазон на все меньшие и меньшие полосы, но это может стать упражнением по уменьшению отдачи.
Основные строительные блоки: конденсаторы и индукторы
Конденсаторы: А Конденсатор имеет высокое «сопротивление» (обычно называемое реактивным сопротивлением) низкочастотным сигналам и низкое «сопротивление» высокочастотным сигналам. В сочетании с резистором вы получаете схему фильтра, как показано на схеме ниже.
Если вы когда-нибудь смотрели на фильтр верхних частот и обращали внимание на его компоненты, вам может быть интересно, почему у вас нет резистора, потому что резистор в приведенной выше схеме является вашим громкоговорителем.При использовании пассивных фильтров следует помнить, что фильтр НЕ РАБОТАЕТ независимо от громкоговорителя, громкоговоритель является частью схемы. Если вы измените сопротивление нагрузки с 8 Ом на 4 Ом или 16 Ом, вы измените принцип работы схемы фильтра.
На диаграмме ниже показана относительная величина сигнала в точке V 1 с 0 дБ на диаграмме, указывающей полный сигнал. V 1 — это напряжение, которое будет приложено к громкоговорителю (R 1 ).Частота среза на диаграмме составляет 1 кГц. Мы используем шкалу дБ для звуковых целей из-за того, как мы воспринимаем разницу в громкости звука, удвоение или уменьшение вдвое величины является достаточно значительным изменением, чтобы быть заметным.
Фильтр имеет частоту среза, обычно известную как F C . Ниже частоты среза конденсатор имеет высокое сопротивление, эффективно блокируя сигнал. Фиолетовая линия представляет величину сигнала, который проходит через фильтр.Вы можете видеть, что по мере уменьшения частоты величина сигнала, проходящего через конденсатор, уменьшается. Точка, где фиолетовая линия пересекает -3 дБ, находится на частоте отсечки, где «сопротивление» конденсатора будет примерно равно резистору в цепи. Если конденсатор и резистор примерно равны, система будет работать как делитель напряжения с примерно половиной входного напряжения на конденсаторе и половиной напряжения на резисторе (громкоговорителе). F C иногда называют точкой -3 дБ, где -3 дБ обозначают половину величины.За пределами частоты среза реактивное сопротивление конденсатора уменьшается, позволяя беспрепятственно проходить более высокочастотным сигналам. На этих более высоких частотах «чистый» конденсатор не окажет никакого влияния на прохождение сигналов, к сожалению, чистые конденсаторы являются теоретическими и их невозможно изготовить — любой конденсатор, используемый в схеме фильтра, также будет иметь небольшой постоянный резистивный компонент и некоторую индуктивность. — они способствуют искажению сигнала, а также потерям мощности. Конденсаторы более высокого качества разработаны так, чтобы быть ближе к «чистому» конденсатору и минимизировать потери и искажения внутри конденсатора.
Расчеты для фильтров верхних частот 1-го порядка
Значение сопротивления (измеряется в омах) и емкость (измеряется в фарадах) определяют частоту среза по следующей формуле:
В приведенных выше примерах R 1 составляет 8 Ом, а C 1 — 20 мкФ (микрофарад). Чтобы использовать приведенную выше формулу, вам нужно использовать емкость конденсатора в фарадах, 20 мкФ = 0,000020 фарад. Пи — математическая константа, вы можете использовать число Пи с точностью до 2 десятичных знаков (3.14) для расчета фильтров. Если вы подставите числа в формулу, вы получите F C с частотой 994 Гц.
Как упоминалось ранее, импеданс громкоговорителя является частью схемы, если вы попробуете формулу, вы заметите, что увеличение импеданса с 8 Ом до 16 Ом уменьшит вдвое частоту среза и уменьшит импеданс с 8 Ом до 4 Ом. удвоит частоту среза. Вот почему вы должны использовать только пассивный кроссовер или фильтр с правильной нагрузкой по сопротивлению, для которой он был разработан.
Мы можем изменить формулу, чтобы сделать ее более полезной, так как обычно мы знаем, какую частоту среза мы хотим, и каково сопротивление (импеданс), но нам нужно рассчитать емкость конденсатора. Эта формула даст правильные результаты:
Вы должны использовать F C в герцах, а НЕ в килогерцах, чтобы получить правильный ответ.
Если вы не слишком увлечены математикой, воспользуйтесь нашим калькулятором (единицы кГц / мкФ обрабатываются автоматически)
Фильтр первого порядка обычно достаточен в качестве протектора твитера в активной системе.Вы можете добавить конденсатор последовательно для защиты от неисправностей постоянного тока и / или случайного подключения к усилителю низких частот. Вы должны сделать Fc конденсатора на одну октаву ниже, чем частота кроссовера на вашем активном кроссовере, чтобы избежать каких-либо проблем. На одну октаву ниже — это ровно половина частоты, поэтому, если ваши компрессионные драйверы работают от 2 кГц и выше, необходимо выбрать протектор твитера для работы на частоте 1 кГц. Калькулятор выше даст подходящие результаты для этого приложения. Некоторые люди утверждают, что лучше использовать фильтр 2-го порядка из-за фазового сдвига, вызванного фильтром (мы обсудим это в другой статье).
Несколько конденсаторов:
При использовании конденсаторов в цепи фильтра вы должны знать, что сумма конденсаторов последовательно / параллельно суммируется по-разному с сопротивлениями, на самом деле правила для конденсаторов противоположны тому, как сочетаются последовательно / параллельные сопротивления. Два одинаковых резистора, подключенных параллельно, уменьшат общее сопротивление вдвое, однако два конденсатора, подключенных параллельно, суммируются. Таким образом, два конденсатора на 10 мкФ, включенные параллельно, эквивалентны одному конденсатору на 20 мкФ. Два последовательно подключенных резистора суммируются для увеличения сопротивления, конденсаторы, включенные последовательно, дают меньшую общую емкость: два последовательно включенных конденсатора по 10 мкФ дают общую емкость 5 мкФ.Параллельное подключение конденсаторов — удобный способ получить значения емкости, которые нелегко найти с полки. Обычно конденсаторы не включаются последовательно в цепь фильтра.
Фильтр высоких частот 1-го порядка:
Один конденсатор при использовании с громкоговорителем образует базовый фильтр высоких частот, известный как фильтр 1-го порядка. Однако одних конденсаторов недостаточно для образования кроссоверов, нам также нужны индукторы.
Катушки индуктивности: Чаще всего это катушки с проводом, чаще всего используется медь, поскольку она имеет низкое сопротивление постоянному току.Фактически, прямой медный провод — это то, что вы обычно используете для подключения динамиков, так как же он является частью фильтра? Когда ток течет через провод, вокруг него образуется электромагнитное поле, в прямом проводе это поле не легко взаимодействует с другими частями провода, поэтому эффекты незначительны, однако наматывание провода в катушку создает большее магнитное поле. поле. Это магнитное поле индуцирует в проводе напряжение, которое противодействует потоку тока, который его создает, это часто известно как обратная ЭДС (электродвижущая сила) .Поэтому каждый раз, когда происходит изменение тока, индуктор создает обратную ЭДС, чтобы попытаться остановить. изменение тока.
Катушка индуктивности имеет низкое сопротивление низким частотам. Самое низкое сопротивление индуктора — это сопротивление постоянному току, вы можете думать о постоянном токе как о сигнале 0 Гц. Катушки индуктивности позволяют проходить постоянному току, так как после установления тока обычно нет изменений в токе. Катушки индуктивности блокируют или противостоят переменному току или переменному току, а звуковой сигнал можно рассматривать как форму переменного тока.
На схеме ниже показаны катушка индуктивности и резистор, образующие простой фильтр нижних частот.
Опять же, R 1 представляет собой громкоговоритель, а L 1 представляет собой индуктор.В нашем примере мы сделаем L1 равным 1,27 мГн (миллигенри), что записывается как 0,00127 H. С 8-омным громкоговорителем для R1 мы получим следующую частотную характеристику:
Катушки индуктивности ведут себя как резисторы при суммировании их значений. Два последовательно включенных индуктора суммируются, чтобы создать эквивалентную большую индуктивность, почти так же, как два последовательно включенных резистора эквивалентны более высокому сопротивлению. Таким образом, формула для расчета частоты среза отличается от формулы для конденсаторов:
Вы можете проверить формулу для нашего примера, где R = 8 Ом, а L = 0.00127 Генри. Вы получите ответ, очень близкий к 1000 Гц.
Изменение расположения формулы делает ее более полезной, позволяя рассчитать требуемую индуктивность для желаемой частоты среза.
Точно так же, как не удалось создать «идеальный» конденсатор, до сих пор не было создано «идеального» индуктора. Ближайшее, что было достигнуто, — это переохлажденный индуктор. Все катушки индуктивности в реальном мире имеют последовательное сопротивление, создаваемое медным (или другим металлическим) проводом, из которого состоит катушка.Это последовательное сопротивление выделяет некоторое количество тепла и вызывает потери в цепи. Использование индуктора с более тонким проводом приведет к большим потерям, поэтому лучше всего выбрать индуктор с самым толстым проводом, который доступен и доступен по цене, чтобы минимизировать потери.
Один индуктор, соединенный последовательно с громкоговорителем, образует основной фильтр нижних частот, известный как фильтр 1-го порядка. Фильтр низких частот (катушка индуктивности) и фильтр высоких частот (конденсатор) вместе образуют кроссовер, разделяя звук на два направления, при этом низкие частоты проходят через фильтр низких частот, а высокие частоты проходят через фильтр высоких частот.
Простой кроссовер 1-го порядка:
R1 представляет собой высокочастотный динамик, работающий только на более высоких частотах, а R2 представляет собой низкочастотный динамик, работающий только на более низких частотах. Чтобы создать вышеуказанную схему, мы просто объединили схемы для отдельного фильтра нижних частот и фильтра верхних частот. Мы продолжим с теми же значениями компонентов 20 мкФ и 1,27 мГн, которые дадут ту же частоту среза, и объединим две частотные характеристики в один график.
Синяя линия представляет собой частотную характеристику фильтра низких частот, а фиолетовая линия — частотную характеристику фильтра высоких частот. Вы, вероятно, уже осознали важность частоты кроссовера, когда фиолетовая и синяя линии «пересекаются» друг с другом, и график, вероятно, начинает казаться довольно знакомым, если вы когда-либо изучали, как работают кроссоверы в прошлом. Во всяком случае, вы должны заметить, что точка пересечения двух линий находится на -3 дБ (половинная величина), если вы суммируете два ответа вместе, вы вернетесь на 0 дБ.Таким образом, на частоте кроссовера и низкочастотный, и высокочастотный динамик должны воспроизводить один и тот же звук, но каждый с половинной величиной.
В типичном кроссовере сложение низких и высоких частот должно дать вам ровную характеристику по всему частотному спектру — за исключением того, что есть проблема, катушки индуктивности и конденсаторы вызывают фазовый сдвиг, а фильтр 1-го порядка вызывает сдвиг на 90 ° — катушки индуктивности и конденсаторы вызывают сдвиг фаз в противоположных направлениях, что означает, что низкие и высокие частоты прямо не совпадают по фазе друг с другом.В нижней части частотного спектра у вас будут только низкие частоты, выходящие из вашего низкочастотного динамика. В верхней части у вас будут только высокие частоты, выходящие из твитера. В некоторой степени не имеет значения, если они не совпадают по фазе друг с другом, поскольку они независимы друг от друга и не взаимодействуют, однако вокруг частоты среза низкочастотный динамик и высокочастотный динамик создают одинаковые частоты, и если они прямо не совпадают по фазе друг с другом, они могут компенсировать друг друга — плохая новость для создания плоской частотной характеристики.Для фильтров первого порядка это довольно важно.
Если вы не уверены, что такое фаза или что это означает в отношении звука, мы расскажем об этом в другой статье, которая будет опубликована позже.
Другая проблема с фильтрами 1-го порядка заключается в том, что они не так эффективны при разделении звука, они уменьшают величину стоп-полосы всего на 6 дБ на октаву, может потребоваться две или более октав, чтобы уменьшить передаваемый звук в достаточной степени, это означает что довольно много высоких частот все еще просачивается в басы, а изрядное количество басов просачивается в высокие частоты.Для лучшего качества звука желательно ограничить частоты соответствующими динамиками, и для этого нам нужно использовать фильтры более высокого порядка. Для пассивных кроссоверов фильтры 2-го порядка обычно считаются достаточными, иногда фильтры 3-го порядка используются только на высоких частотах, чтобы защитить твитеры от нежелательных низких частот.
Так как же сделать фильтр 2-го порядка?
Если это все ново для вас, вы можете подумать, что можете просто соединить два фильтра 1-го порядка последовательно, чтобы создать фильтр 2-го порядка — в некоторых частях электроники это сработает, пассивные RC-фильтры можно каскадировать для создания фильтров более высокого порядка. .В фильтрах громкоговорителей R — это громкоговоритель, и у вас есть только один из них, и он является частью схемы, поэтому мы должны быть немного умнее.
Невозможно просто использовать два конденсатора последовательно, так как они просто эквивалентны одному конденсатору с другой емкостью. Два последовательно подключенных конденсатора просто изменят частоту среза, это не даст вам фильтр 2-го порядка
.Чтобы сделать фильтр верхних частот 2-го порядка, мы начинаем с нашего конденсатора, но затем добавляем фильтр нижних частот (индуктор) параллельно нашему громкоговорителю, как показано на схеме ниже.
Частоты ниже частоты среза блокируются конденсатором, интересно то, что происходит вокруг частоты среза. При правильно выбранной катушке индуктивности на частоте среза индуктор блокирует высокие частоты, поэтому они вынуждены проходить через громкоговоритель, но индуктор пропускает частоты, равные или ниже частоты среза, создавая короткое замыкание, минуя громкоговоритель. Результатом совместной работы конденсатора на частоте среза является увеличение крутизны с 6 дБ / октава до 12 дБ / октава, что является значительным улучшением.
Фиолетовая линия — это отклик от фильтра высоких частот 1-го порядка, а синяя линия — отклик от фильтра высоких частот 2-го порядка. Оба являются фильтрами Баттерворта. Фильтр 1-го порядка представляет собой отдельный конденсатор на 20 мкФ, фильтр 2-го порядка — это конденсатор на 14 мкФ и индуктивность 1,8 мГн.
Вы заметите, что точка, в которой ответы проходят через точку -3 дБ, остается одинаковой для обоих фильтров. Для правильной работы важен выбор правильных значений емкости и индуктивности.Если и индуктор, и конденсатор активны около частоты среза, значения индуктивности и конденсатора должны быть отрегулированы, чтобы фильтр работал желаемым образом. Математика становится все более сложной, и, если вы не хотите вникать в тонкости конструкции кроссовера, вероятно, проще всего использовать один из калькуляторов кроссовера, доступных в Интернете (мы скоро сделаем наш)
В более сложных конструкциях можно настроить значения для получения другого значения Q.В фильтре Баттерворта Q составляет 0,707, и это наиболее часто используемые фильтры в пассивных кроссоверах.
Среди прочего, различные фильтры Q изменяют форму «изгиба» или изгиба, при котором отклик фильтров меняется с полосы заграждения на полосу пропускания. Изменение формы наклона вокруг частоты среза может существенно повлиять на суммирование сигналов низких и высоких частот. Более пологий и мягкий наклон (например, фильтр Бесселя с Q = 0,5) может привести к появлению «дыры» в ответе.Оптимальная крутизна, такая как Linkwitz-Riley или Butterworth, направлена на то, чтобы общий суммарный отклик был равномерным по всей частоте кроссовера. Фильтры с высокой добротностью, такие как фильтры Чебышева, используются редко, так как они будут давать пики в частотной характеристике, а также другие нежелательные эффекты.
Фильтры высшего порядка:
Мы можем продолжить добавление конденсаторов и катушек индуктивности поочередно для создания фильтров более высокого порядка, как показано на схемах ниже:
C2 добавлен для создания фильтра высоких частот 3-го порядка.
, а затем добавляется L2, чтобы создать фильтр верхних частот 4-го порядка.
В кроссоверах пассивных громкоговорителей редко можно увидеть фильтры выше 4-го порядка, и даже фильтры 4-го порядка не очень распространены из-за повышенной стоимости дополнительных компонентов.
Фильтры нижних частот более высокого порядка также могут быть сконструированы аналогично фильтрам верхних частот, при этом компоненты работают аналогично фильтрам верхних частот. В фильтре нижних частот 2-го порядка конденсатор действует как байпас через громкоговоритель, создавая короткий путь для пропуска высоких частот через громкоговоритель.Там, где катушки индуктивности и конденсаторы эффективно «противоположны» друг другу в целях пассивной фильтрации, чтобы создать фильтр нижних частот, положения катушек индуктивности и конденсаторов в цепи меняются местами. На диаграмме ниже показан фильтр нижних частот 2-го порядка.
Вы можете следовать той же схеме, чтобы разработать конфигурацию фильтров нижних частот 3-го и 4-го порядка.
В зависимости от конструкции кроссовера вы используете соответствующий фильтр нижних и верхних частот для достижения желаемого результата.Если вы новичок в этом, я бы посоветовал придерживаться фильтров 2-го порядка как на низких, так и на высоких частотах.
Кроссоверы Beyond Passive? ..
Если вы все это поняли, теперь вы должны знать, как работают пассивные фильтры и кроссоверы. Многие ранние активные кроссоверы использовали те же принципы, но использовали только RC-фильтры с операционными усилителями, чтобы разделить сигнал до того, как он достигнет каскада усилителя мощности. Многие ранние активные кроссоверы имели фиксированные частоты и не могли быть легко отрегулированы, обычным средством настройки было использование подключаемых модулей с разными конденсаторами и резисторами, относящимися к разным частотным конфигурациям.Инновации в схемотехнике и улучшение доступности компонентов позволили построить активные кроссоверы с регулируемой частотой, еще в 1990-х годах, я помню, как стал доступен Rane AC23, это считалось высококачественным, но доступным по цене активным кроссовером с регулируемой частотой, я, кажется, припоминаю, что они стоила около 300 фунтов, что еще в середине 90-х было недешево! Спустя несколько лет подобные конструкции стали обычным явлением в отрасли и теперь используются практически во всех аналоговых активных кроссоверах с регулируемой частотой , которые коммерчески доступны сегодня, по ценам в настоящее время в диапазоне от 50 до 100 фунтов стерлингов.
Революция в цифровой обработке теперь превзошла это, и большинство людей предпочитают цифровую обработку сигналов для активных кроссоверов, в основном из-за значительно возросшей универсальности.
30 ноября 2014 @ 21:27
Пример конструкции трехполосного кроссовера
Пример дизайна трехполосного кроссовера
Обратите внимание: в этом примере кроссовера используются многие калькуляторы, которые можно найти на меню слева.Вам также следует ознакомиться с Руководством по кроссоверу. за помощь с этим примером.
Для этого примера я выбрал 3 драйвера ScanSpeak для 3-полосного динамика. (тот же 3, что и в примере с динамиком. Примечание. Этот пример старый, и характеристики этих драйверов с тех пор изменились. Эти драйверы были выбраны не из-за того, насколько хорошо они работали вместе, а, скорее, из-за того, что они потому что у них есть проблемы, которые можно решить с помощью правильной схемы. Я выбрал следующие драйверы:
| Драйвер | Модель | Диапазон частот | Импед | Чувствительность | Fs | Кривая отклика |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Твитер | D2008 / 85 Ом12 | 3016 кГц 8 кГц-902 кГц-902Гц SPL | 1000 Гц | Диаграмма | ||
| Середина | 13M / 8636 | 200-4k Гц | 8 Ом | 88 дБ SPL | Диаграмма | 85216|
| 8 Ом | 89 дБ SPL | Диаграмма |
Все драйверы на 8 Ом. Нет никаких различий в выходе, вызванных разные импедансы с драйверами. Твитер имеет чувствительность 2 дБ в среднем, а НЧ-динамик имеет чувствительность 1 дБ в среднем. Резисторы будут использоваться для балансировки из-за проблем с чувствительностью / нагрузкой. Будет использована схема ослабления L-Pad / Driver. для понижения выходного сигнала высокочастотного динамика на 1 дБ и низкочастотного динамика на 2 дБ.
Fs (резонанс в свободном воздухе) твитера составляет 1000 Гц. Это частота, на которой твитер будет резонировать и производить большой положительный всплеск в частотной характеристике. Для удаления этого всплеска будет использован режекторный фильтр.
Вы хотите выбрать точки пересечения между двумя драйверами. Помните, что это логарифмическая шкала с основанием 2. Для кроссовера среднего и низкочастотного динамиков есть 4 октавы между 200-3,2 кГц, 200-400-800-1600-3200. 800 Гц — средняя частота, с 2 октавами в обоих направлениях.Для кроссовера твитера / мид есть всего 1 октава, 2000-4000. 3 кГц — точка кроссовера с 1/2 октавой, стабильной в в любом направлении. Эти два драйвера мало пересекаются и обычно не пересекаются. используется вместе.
В комбинации среднечастотного и низкочастотного динамиков частотный диапазон / характеристика стабильны. На 2 октавы дальше точки кроссовера, а для твитера / мид только 1/2 октавы. Следовательно, кроссовер более высокого порядка должен использоваться с твитером / средним динамиком, чем с мид / вуфер. Кроссовер 2-го порядка, может быть, даже 1-го порядка может быть использован с Комбинация среднечастотного и низкочастотного динамиков, в то время как кроссовер не менее 3-го порядка должен использоваться с средним / высокочастотным динамиком.
Некоторые люди считают, что лучше всего использовать кроссоверы низкого порядка, когда это возможно, желательно только 1-го порядка. У этого есть некоторые преимущества. С большей частотой перекрываются, голоса не будут переходить от одного водителя к другому так быстро, как бы с крутым кроссовером. Он также следует минималистскому подходу, когда более простой схемы, тем меньше искажений и модификаций вносится сигнал. Проблема с кроссоверами 1-го порядка в том, что частота в драйверах перекрывается. всегда должно быть не менее 2 октав (или более) в каждом направлении от точка пересечения.Вероятно, потребуется как минимум 4 драйвера.
Другое мнение состоит в том, что кроссоверы четного порядка (2, 4, 6 …) должны быть избегали. Кроссоверы четного порядка, как правило, имеют пики или провалы в частотной характеристике. вокруг точки пересечения. Эти шипы могут достигать -30 дБ, но легко могут быть решается путем изменения полярности только одного из динамиков, ограничивая спайк до около + — 3 дБ.
В этом примере кроссоверы 3-го порядка на 3000 Гц и кроссоверы 1-го порядка на Будет использоваться 800 Гц.Калькулятор кроссовера использовался для определения компонентов кроссовера. Это результаты 2 кроссоверов расчеты:
Теперь эти две диаграммы необходимо объединить в трехстороннюю диаграмму. При работе с 3 или более динамиков, хотя бы один динамик должен быть с полосой пропускания. Bandpass означает, что динамик имеет фильтр высоких частот (HPF), который отфильтровывает низкие частоты и позволяет пропускаются высокие частоты, и фильтр нижних частот (LPF), который отфильтровывает высокие частоты и пропускает низкие частоты.В этой системе только средний будет полосой пропускания. При подключении нескольких динамиков вы обычно начинаете с самого большого оратор. Все громкоговорители выше этого проходят через HPF. В нашем 3-х стороннем В системе СЧ и ВЧ динамик управляются через HPF кроссовера НЧ / СЧ.
Эта схема была упрощена, и показан только положительный (+) вывод, но вы поняли. Причина перехода с вуфера на твитер заключается в том, что ФВЧ перед ФНЧ для каждого полосового динамика. Катушки индуктивности в ФНЧ имеют сопротивление.Это сопротивление влияет на полное сопротивление всей цепи. Если вы поместите LPF перед HPF, у усилителя не будет стабильной нагрузки для работы.
Хотя диаграммы в этом документе показывают, что каждый из высоких динамиков проходит через несколько фильтров верхних частот, в этом нет необходимости. На приведенной выше диаграмме вход второй и третий кроссовер можно было бы напрямую привязать к основному входу. высокой мощности от другого кроссовера.
Следующим шагом в разработке схемы кроссовера является разработка L-образных контактных площадок для уравнять чувствительность различных драйверов.2 дБ нужно снять с твитера, и 1 дБ от низкочастотного динамика. Калькулятор затухания L-Pad / Driver был использован для определения компонентов L-Pad.
Последним этапом разработки является режекторный фильтр серии. Fs находится на частоте 1000 Гц, а точка кроссовера находится на 3000 Гц с кроссовером 3-го порядка. Резонансный всплеск превышает единицу октаву от точки кроссовера и может быть достаточно демпфированным, чтобы его не заметили, но он все равно будет добавлен в схему. В Калькулятор серийных режекторных фильтров был использован для определения необходимых компонентов.
Теперь кроссоверы, l-pads и режекторный фильтр серии должны быть объединены в один схема. Не существует стандарта относительно того, какие части идут в первую очередь, но общий метод кроссовер, затем l-pad, затем режекторный фильтр серии.
Это полная схема 3-ходовой системы. Примечание: двухканальный / двухпроводной система будет выглядеть примерно так это.
Следующим шагом с разработкой кроссовера является приобретение деталей: конденсаторов, резисторы и катушки индуктивности. См. Пояснения в Руководстве по кроссоверу. на различные типы этих компонентов (майлар vs.полипропиленовые конденсаторы …). В конце концов, речь идет о том, сколько денег вы хотите потратить, что не должно превышать половину стоимости драйверы.
Когда вы покупаете катушки индуктивности, конденсаторы и резисторы, обычно есть только определенные значения. доступный. Эти значения относятся к диапазонам E, обсуждаемым в Цвета резистора. Вот почему значения в таблицах кроссовера для 1-й, 2-й, Кроссоверы Баттерворта 3-го порядка имеют значения немного отличаются от тех, которые дает калькулятор кроссовера.В таблицах используются общедоступные катушки индуктивности и конденсаторы. Конденсатор емкостью 16,58 мкФ (требуется для первого кроссовера) это не то, что вы можете найти в магазине, но вы сможете найти что-то близкое. Вы также можете использовать несколько разных конденсаторы, катушки индуктивности и резисторы, включенные последовательно или параллельно для достижения желаемого значения.
Следующим шагом с разработкой кроссовера и запчастями является создание кроссовера. Для этого шага вам понадобится кусок дерева для крепления деталей, пистолет для горячего клея и несколько клеевых стержней. паяльник и припой, и, наконец, провод.В качестве монтажной доски подойдет любая деревяшка. Вы даже можете использовать МДФ для самого динамика. Сначала расположите компоненты на плате в соответствии с к сделанной вами схеме кроссовера. Постарайтесь разместить компоненты достаточно близко друг к другу. так что перемычки не требуются для соединения различных компонентов вместе. После того, как вы определились с макетом, отрежьте доску нужного размера.
Как только компоненты будут на месте, используйте пистолет для горячего клея, чтобы прикрепить их к плате. Убедитесь, что катушки индуктивности расположены не рядом друг с другом, и каждая из них находится на разных осях, чтобы исключить «индуктивная связь» (дополнительную информацию см. в Руководстве по кроссоверу).
Теперь спаяйте различные компоненты вместе. Если возможно, припаяйте компоненты напрямую друг к другу. В противном случае используйте короткие перемычки для их соединения. Я предпочитаю использовать для кроссовера 12AWG, но это не обязательно.
Наконец, установите кроссовер в динамик, подключите выводы кроссовера к задней части крепежной стойки, и подключите колонки к кроссоверу. Положительный (+) на красный. Отрицательный (-) к черному. При тестировании динамика обратите внимание на возможные проблемы с фазовым сдвигом. (См. Руководство по кроссоверу) где громкость звука значительно падает в одной из точек кроссовера.Если вы подозреваете, что у вас фазовый сдвиг проблема, поменяйте местами провода (+/-) на одном из динамиков, чтобы увидеть, становится ли система громче. Если да, то вы нашли и решили вашу проблему.
Последний шаг в любом дизайне — экспериментирование. Помните, что каждый компонент (конденсаторы, катушки индуктивности и резисторы) каждый демонстрирует все 3 свойства (емкость, индуктивность и сопротивление). Вот почему для индукторов желательна более толстая медная проволока — чтобы снизить ее сопротивление. Никакой дизайн не идеален, и улучшения можно внести, внеся небольшие изменения в кроссовер.Это может быть невозможно, если у вас нет магазина электроники, заполненного запчастями. Заказ индукторов из фольги по одному может оказаться дорогостоящим. Лучшей альтернативой может быть намотайте свои собственные катушки индуктивности с помощью Калькулятора индуктивности. Начните с большого, а затем раскрутите (но не обрезайте) индуктор, чтобы поэкспериментировать с разными значениями.
Калькулятор кроссовера
Этот калькулятор кроссовера поможет вам создать набор динамиков с потрясающим звучанием. Он скажет вам, какие конденсаторы и катушки индуктивности вам нужны для создания пассивного кроссовера либо для двух динамиков (двухполосный пассивный кроссовер), либо для трех динамиков (трехполосный пассивный кроссовер).
В 2-полосном режиме калькулятор использует импеданс высокочастотного и низкочастотного динамиков для создания кроссовера для двухполосных динамиков . Выбрав три динамика, он превращается в калькулятор 3-полосного кроссовера , если вы также хотите включить в свой дизайн среднечастотный динамик.
Также есть пара дополнительных цепей для одного динамика. Один для стабилизации импеданса динамика при изменении частоты (Zobel), а другой для уменьшения громкости (L-pad).
Из этой статьи вы узнаете, почему, если вы хотите добиться наилучшего звука, вам нужно более одного динамика, и как, используя правильные электронные компоненты, вы можете передавать только наиболее подходящие частоты на каждый динамик. К концу вы узнаете кроссовер низких частот от кроссовера высоких частот.
Почему больше динамиков лучше, чем один
Если вы новичок в области дизайна акустических систем Hi-Fi, вам может быть интересно, , почему мы не можем использовать только один динамик? В конце концов, вы, вероятно, найдете в своем доме устройства, в которых есть только один динамик, например, небольшой переносной радиоприемник или мобильный телефон.Но отлично ли они звучат на всех частотах?
Распространенной жалобой на конструкции с одним динамиком является отсутствие низких частот. Это означает низкий уровень громкости и искажения звука на низких частотах, например, басовый инструмент в музыкальной дорожке. Чтобы решить эту проблему, вы можете увеличить громкоговоритель, но тогда громкость высоких частот будет низкой. Для дизайна Hi-Fi динамиков мы ищем одинаковой громкости звука в максимально широком диапазоне частот .
Решение состоит в том, чтобы иметь два или три (может быть, больше, но они встречаются реже) специализированных громкоговорителей внутри каждого громкоговорителя. Громкоговоритель, который выводит высокие частоты, называется высокочастотным динамиком , а тот, который воспроизводит низкие частоты, называется низкочастотным динамиком .
Для установки с тремя динамиками у вас также будет среднечастотный динамик для покрытия диапазона частот между высокочастотным и низкочастотным динамиками более высокого качества.
Однако, когда дело доходит до подключения нашего решения с несколькими динамиками к усилителю, возникает проблема.Кабель динамика содержит всех частот (как электронные сигналы), поэтому низкочастотный динамик по-прежнему будет получать высокие частоты, а высокочастотный динамик — низкие частоты. Это несоответствие частот приведет к искажению звука и даже может повредить динамик, если он получит достаточно громкий сигнал на неправильной частоте.
Конструкция пассивного кроссовера
Одним из решений этой проблемы является разделение сигнала , поступающего от усилителя, в соответствии с частотой сигнала. Тогда, например, низкочастотные сигналы пойдут на низкочастотный динамик, а высокочастотные сигналы — на высокочастотный динамик.Комбинация правильных конденсаторов и катушек индуктивности создает фильтры , которые позволяют передавать только правильный диапазон частот на правильный динамик (или драйвер).
Когда задействованы два динамика, это называется конструкцией 2-полосного пассивного кроссовера . Для трех водителей он известен как 3-полосный пассивный кроссовер . Он называется «пассивным», так как динамик не требует дополнительного источника питания.
Еще одно решение, с которым вы можете столкнуться, — это конструкция активного кроссовера , которая включает разделение сигнала перед усилением, при этом каждая специализированная акустическая система имеет усилитель, требующий включения динамиков.Обратите внимание, что этот калькулятор применим только к конструкциям пассивного кроссовера.
Для двухполосного кроссовера у вас есть кроссоверный фильтр нижних частот и кроссоверный фильтр верхних частот . Фильтр нижних частот пропускает частоты на меньше, чем определенное количество , тогда как фильтр верхних частот пропускает только более высоких частот . Частота кроссовера — это то место, где фильтр нижних частот начинает затухать, а фильтр верхних частот начинает увеличивать амплитуду сигнала.Типичное значение для частоты 2-полосного кроссовера составляет 2000–3000 Гц.
Трехполосный кроссовер добавляет полосовой фильтр , который выбирает средние частоты для среднечастотного динамика. Теперь, когда музыка воспроизводится через динамик, каждый диапазон частот имеет одинаковый уровень звука с минимальными искажениями.
Заказ и тип фильтра
Этот калькулятор позволяет выбрать порядок кроссовера и характеристики фильтра. Самым простым является кроссовер 1-го порядка , в котором используется только один конденсатор и одна катушка индуктивности.Он имеет крутизну 6 дБ / октаву , что является наименьшей возможной крутизной. Значение наклона говорит нам, сколько внимания уделяется фильтру при изменении частоты. Эта простая конструкция сводит к минимуму потери мощности.
Тем не менее, по-прежнему позволяет сигналам попадать не в тот динамик (из-за низкого значения крутизны фильтра), поэтому повреждение высокочастотного динамика все же может быть нанесено, если он получает значительный сигнал с более низкой частотой, чем он может обрабатывать.
Подведем итог по характеристикам проектов более высокого порядка.Дизайн кроссовера второго порядка:
- Имеет крутизну 12 дБ / октаву , что обеспечивает большее ослабление нежелательных сигналов.
- Обычно используется, поскольку в нем по-прежнему используется относительно небольшое количество компонентов.
- Обеспечивает адекватную защиту высокочастотного динамика.
- Имеет широкий выбор характеристик фильтра, включая Butterwork, Bessel, Linkwitz и Chebyshev.
Кроссовер третьего порядка:
- Имеет крутизну 18 дБ / октаву , что обеспечивает еще большее ослабление внеполосных частот.
- Все еще не слишком сложен, чтобы внести значительную потерю мощности.
- Доступен с фильтрами Баттерворта или Бесселя.
Наконец, для кроссовера четвертого порядка:
- Имеет очень крутой наклон 24 дБ / октаву .
- Это сложная конструкция с большим количеством компонентов.
- Содержит компоненты, которые могут начать взаимодействовать друг с другом, влияя на качество звука.
- Возможны заметные потери мощности, снижающие уровень звука динамика.
Как использовать калькулятор кроссовера динамиков
Выберите количество динамиков в вашем дизайне, которое вы найдете в верхней части калькулятора кроссовера. Для кроссоверов выберите два динамика (высокочастотный динамик и низкочастотный динамик) или три динамика (высокочастотный динамик, среднечастотный динамик и низкочастотный динамик).
Для пары дополнительных схем (Zobel и L-pad) выберите один динамик . См. Ниже более подробную информацию о схемах Zobel и L-pad.
Выберите желаемый порядок и отфильтруйте характеристики . Напомним, что кроссоверный фильтр 2-го порядка предлагает хороший компромисс между сложностью и качеством.
Введите импеданс каждого из ваших динамиков, который вы должны найти в соответствующих листах технических характеристик.
Введите частоту кроссовера . Для настройки с двумя динамиками найдите диапазоны частотных характеристик динамиков и выберите частоту, которая перекрывается обоими динамиками.
При проектировании для трех динамиков вам необходимо установить низкую и высокую частоту кроссовера, используя один и тот же метод. Обратите внимание, что вы можете выбрать только разброс между этими частотами в 3 или 3,4 октавы.
Теперь вы увидите значений компонентов конденсатора и катушки индуктивности , которые вам понадобятся для вашей конструкции пассивного кроссовера в разделе результатов. Вы также получаете принципиальную схему , так что вы знаете, как соединить компоненты для создания фильтра кроссовера.
Пример расчета двухполосного пассивного кроссовера
Теперь давайте рассмотрим, как рассчитать относительно простой двухполосный кроссовер 2-го порядка с характеристиками Баттерворта, состоящий из двух конденсаторов и двух катушек индуктивности. Уравнения для четырех компонентов следующие:
конденсатор 1 = 0,1125 / (полное сопротивление твитера * частота кроссовера)
конденсатор 2 = 0,1125 / (полное сопротивление вуфера * частота кроссовера)
индуктор 1 = 0.2251 * импеданс твитера / частота кроссовера
индуктор 2 = 0,2251 * импеданс низкочастотного динамика / частота кроссовера
Уравнения для других порядков и типов фильтров аналогичны приведенным выше, но с разными константами. Вы можете найти все это в книге Вэнса Дикасона под названием The Loudspeaker Design Cookbook , 7th edition (2006), pages 163-169.
Допустим, у нас есть импеданс твитера 6 Ом, импеданс вуфера 4 Ом и частота кроссовера между ними 3000 Гц.Затем вы должны рассчитать каждый компонент как:
конденсатор 1 = 0,1125 / (6 * 3000) = 6,25 * 10 -6 F = 6,25 мкФ
конденсатор 2 = 0,1125 / (4 * 3000) = 9,375 * 10 -6 F = 9,375 мкФ
индуктор 1 = 0,2251 * 6/3000 = 0,0004502 H = 0,4502 мГн
индуктор 1 = 0,2251 * 4/3000 = 0,0003001 H = 0,3001 мГн
Этот пример был относительно простым, но для кроссоверов более высокого порядка этот калькулятор кроссовера позволяет легко определить, какие компоненты вам понадобятся для создания индивидуальной конструкции динамиков.
Дополнительные цепи — Zobel и L-pad
Если вы установите количество динамиков в калькуляторе равным одному, вы сможете выбрать одну из двух дополнительных схем, включающих один динамик — Zobel и L-pad . Давайте кратко рассмотрим эти схемы.
Схема Зобеля
Динамик содержит катушку с проводом, которая действует как индуктор. Это поведение затем приводит к изменению импеданса динамика на в зависимости от частоты звука.Однако расчеты для схемы кроссовера предполагают постоянное сопротивление динамика .
Решение состоит в том, чтобы разместить схему Zobel между схемой кроссовера и динамиком, которая стабилизирует импеданс динамика, как видно из схемы кроссовера.
Схема Зобеля довольно проста и состоит из резистора и конденсатора, подключенных параллельно динамику (как показано на принципиальной схеме).
Введите индуктивности динамика и сопротивления (эти значения должны быть в спецификации динамика), и калькулятор выдаст значения конденсатора и резистора для этой цепи.
Уравнения для номиналов конденсатора и резистора в цепи Зобеля следующие:
-
R z = 1,25 * R s -
C z = L s / R z 2
где:
-
R z— номинал резистора в цепи Зобеля -
R s— сопротивление динамика -
C z— значение конденсатора в цепи Зобеля -
L s— индуктивность динамика
Например, если динамик имеет сопротивление 6 Ом и индуктивность 1.3 мГн, расчеты будут следующими:
R z = 1,25 * 6 = 7,5 Ом
C z = 0,0013 / 7,5 2 = 0,000023 = 23 мкФ
L-образный контур
Эта схема используется для ослабления сигнала, поступающего на динамик, и состоит из двух резисторов в расположении, которое напоминает букву «L» (как показано на принципиальной схеме). Введите импеданс динамика и величину ослабления , требуемую в децибелах (дБ), чтобы рассчитать значения двух резисторов.
Формулы для двух резисторов:
-
R 1 = Z с * ((10 (Убыток / 20) - 1) / 10 (Убыток / 20) ) -
R 2 = Z с / (10 (Потеря / 20) - 1)
где:
-
R 1— последовательный резистор (резистор 1 на принципиальной схеме) -
Z s— сопротивление динамика -
Loss— затухание сигнала в дБ -
R 2— параллельный резистор (резистор 2 на принципиальной схеме)
В качестве примера предположим, что мы хотели ослабить динамик с импедансом 8 Ом на 5 дБ.Расчет для двух резисторов:
R 1 = 8 * ((10 (5/20) - 1) / 10 (5/20) ) = 3,5 Ом
R 2 = 8 / (10 (5/20) - 1) = 10,28 Ом
| Построй свой собственный
| Главная панель | Дипольный НЧ-динамик | Кроссовер / эквалайзер
| Принадлежности | Вот каталог схем линейного уровня, которые я нашел полезно для создания активных громкоговорителей.Возможны многие другие топологии, но перед выбором схемы всегда следует анализировать способность схемы обрабатывать сигнал и ее вклад в общий шум системы. Пакет программного обеспечения САПР, например CircuitMaker. наиболее удобен для анализа и проектирования активных фильтров. LspCAD ПО позволяет увидеть, как активный фильтр изменяет измеряет частотную характеристику драйвера и позволяет оптимизировать ее до целевого отклик. Все фильтры линейного уровня ниже включены в стандарт LspCAD. и профессиональные версии.Значения компонентов для всех фильтров ниже и для двойной источник питания можно определить по схеме таблица дизайна предоставлено Бернхардом Фаульхабером. Она охватывает больше случаев, чем предыдущая таблица по Алистер Сиббальд. 1 — Ступень буфера ————————————————- —————- 1 — Ступень буфераБуфер как первая ступень активного кроссовер / эквалайзер обеспечивает необходимый низкий импеданс источника для следующих фильтровать сети.Буфер также обеспечивает высокую импедансную нагрузку на предусилитель. выходная цепь и опция фильтра верхних частот для блокировки постоянного тока. (w-xo-lp2.gif, pmtm-eq1.gif, 38xo_eq.gif) Вверх 2 — 12 дБ / окт. Кроссовер Linkwitz-Riley Два выхода кроссоверного фильтра LR2 — 180 градусов.
не в фазе на всех частотах, что требует использования одного из драйверов с
обратная полярность, так что два акустических выхода суммируются по фазе.На
Частота кроссовера на выходах фильтров на 6 дБ ниже. Схема LR2 использует топологию активного фильтра Саллена-Ки. для реализации передаточной функции 2-го порядка. Ответ определяется как w 0 и Q 0 , который устанавливает расположение пары полюсов в комплексе частотной s-плоскости и двумя дополнительными нулями при s = 0 для фильтра верхних частот.в в случае фильтров LR2 Q 0 = 0,5 и Q 0 = 0,71 для каждого двух каскадных фильтров 2-го порядка, которые образуют фильтр LR4. Частота ответ получается установкой s = jw и решение передаточной функции для величины и фазы. Формулы ниже можно использовать для создания фильтров с разными значениями для w 0 или Q 0 , или проанализировать данную схему на предмет ее w 0 и Q 0 значений. Фильтры Линквица-Райли любого порядка могут быть реализованы с помощью каскад фильтров Саллена-Ки 2-го порядка.Значения Q 0 для каждого этапа перечислены в таблице ниже. Значения компонентов каждого этапа для данного частоту кроссовера f 0 можно рассчитать, используя Q 0 и выбор удобного значения для C 2 или R 2 в формулах выше.
Фильтры кроссовера более высокого порядка, чем LR4, вероятно, являются
бесполезно из-за увеличения пика групповой задержки около f 0 . Разделительный фильтр LR4 24 дБ / окт. выходы со смещением по фазе на 360 градусов на всех частотах. На частота перехода Fp отклик на 6 дБ ниже. Электрическая сеть будет давать целевой точный отклик акустического фильтра, только если драйверы плоские и имеют широкое перекрытие. Это бывает редко. Крутые наклоны фильтра делают комбинированный акустический отклик менее чувствителен к ошибкам величины в драйвере отклики, но ошибки фазового сдвига обычно необходимо исправлять с помощью дополнительная сеть allpass.(xo12-24b.gif, 38xo_eq1.gif, models.htm # E) Верх
Секция всепроходного фильтра первого порядка с плоской амплитудой отклик, но сдвиг фазы, который изменяется от 0 градусов до -180 градусов, или -180 градусов до -360 градусов, часто используется для коррекции разницы фазовых характеристик между водителями. Несколько секций могут задерживать выход твитера и компенсировать для драйвера, установленного впереди СЧ.Схемы активного кроссовера которые не включают схему фазовой коррекции, применимы лишь в незначительной степени. (allpass.gif, allpass2.gif, models.htm # E, 38xo_eq1.gif) Вверх 5 — Стеллаж lowpassСхема этого типа полезна для повышения уровня низких частот. частотной характеристики для компенсации повышения высоких частот от дифракция края передней панели. Он также может служить для выравнивания низких частот. спад с открытой перегородки динамика.(shlv-lpf.gif, 38xo_eq1.gif) Вверх Показана пассивная RC-версия полочного фильтра нижних частот. ниже. 6 — Стеллаж высокий
Схема, используемая для усиления высоких частот или сглаживания переход между установленным на полу низкочастотным динамиком и отдельно стоящим среднечастотным динамиком. (shlv-hpf.gif, 38xo_eq1.gif, models.htm # F) Верх Показана пассивная RC-версия полочного фильтра верхних частот. ниже. 7 — Узкий фильтрРежекторные фильтры используются для создания провалов в частоте. отклик для устранения резонансов водителя или помещения. Три схемы выше такой же ответ. А) сложно реализовать из-за большого индуктор. B) используется для удаления пика дипольного отклика 6 дБ / окт. C) дает удобные значения компонентов для комнатного эквалайзера ниже 100 Гц. (комната EQ, индуктр1.гифка индуктр2.gif, 38xo_eq1.gif ) Топ Дипольный эквалайзер 8-6 дБ / окт.Выравнивание спада АЧХ диполя обычно требует не только усиления на 6 дБ / октаву в сторону низких частот, но и удаление пика в ответе. (Модели A2) Три схемы различаются по своей способности снимите такой козырёк. A) Полочный фильтр нижних частот не может корректировать пики. Большинство драйверов имеют фильтр верхних частот второго порядка.
поведение, потому что они состоят из механических систем демпфирования податливости массы.Они описываются парой нулей в начале s-плоскости и парой
комплексные полюса с положением, определяемым Fs и Qt. Схема выше позволяет
поместите пару комплексных нулей (Fz, Qz) поверх пары полюсов, чтобы точно компенсировать
их эффект. Затем можно разместить новую пару полюсов (Fp, Qp) на более низком или более высоком уровне.
частота, чтобы получить другую, более желательную частотную характеристику. Отображаются соответствующие отклики фазовой и групповой задержки. ниже. Увеличена не только частотная характеристика, но и время отклик также улучшается, на что указывает уменьшение перерегулирования и звона нижняя отсечка ступенчатой характеристики фильтра верхних частот. Это видно из описания s-плоскости передаточные функции, которые отменяются сложными полюсами водителя в коробке набором комплексных нулей в эквалайзере. Указанные действительные полюсы оси эквалайзер вместе с нулями драйвера в начале координат s-плоскости определяют общий отклик громкоговорителя по частоте и времени. Действие эквалайзера трудно визуализировать во времени. домен, потому что форма выходного сигнала драйвера является сверткой входного сигнал s (t) с импульсной характеристикой эквалайзера h 1 (t), который в свою очередь должен быть свернут с импульсной характеристикой h 2 (t) водителя.Свертка — это процесс, при котором текущее значение временного отклика определяется взвешенным по времени интегралом по прошлому поведению. Ниже приведены ответы комбинации драйвера, эквалайзера и драйвера-эквалайзера, если входной сигнал s (t) это импульс. Более наглядными являются ответы на 4-тактный, прямоугольная огибающая 70 Гц тонального сигнала s (t). Например, вывод драйвера свертка пакета s (t) с импульсной характеристикой драйвера h 2 (t).Обратите внимание, что фаза драйвера опережает входной сигнал, как и следовало ожидать. для высокочастотного отклика. При отключении входной пачки на 57,14 мс реакция драйвера кольца к нулю, регулируемые Fp = 55 Гц и Qp = 1,21. Отклик выхода эквалайзера отстает от импульсного входного сигнала. Этот
сигнал заставит водителя откорректировать отклик, чтобы он больше не
преобладает Fp
= 55 Гц и Qp = 1,21. Выходной сигнал эквалайзера свернут с
импульсная характеристика h 2 (t) драйвера для получения желаемого уравновешенного
вывод драйвера.Теперь затухание выходного сигнала драйвера следует за характеристикой фильтра верхних частот 2-го порядка, определяемой Qp = 0,5 и Fp = 19.
Гц эквалайзера, после прекращения возбуждения. Вышеупомянутая схема также может использоваться для коррекции спада низких частот твитера, чтобы эквализованный твитер становится секция фильтра в точном акустическом фильтре верхних частот LR4.(f0Q0fpQp.gif, pz-eql.xls, f0Q0.gif, FAQ15, sb80-3wy.htm, sb186-48.gif , sb186-50.gif) КЛЛ
Конструктор преобразований Линквица с анализом чувствительности Монте-Карло »автор:
Чарли Лауб упрощает выбор значений компонентов и демонстрирует влияние
допуски компонентов на частотную характеристику. Имейте в виду, что LT — это
на основе измерения параметров драйвера Fs и Qt. Только слабый сигнал
параметры легко определить. Fs и Qt изменяются с увеличением уровня сигнала и
в разной степени для разных драйверов.Это делает выравнивание неточным,
но на практике он остается эффективным. Основным преимуществом активных кроссоверов линейного уровня является эффективность, с которой драйверы разной чувствительности могут быть объединены в акустическая система. В трех схемах используются потенциометры с линейным конусом, но изменение усиления примерно линейно в дБ.Схемы B и C предполагают 10k Ом нагрузки, такой как входное сопротивление усилителя мощности. Цепь A оптимален между ступенями фильтра из-за низкого выходного сопротивления. Размещение каскада с регулируемым усилением в цепи фильтра должны быть тщательно продуманы, потому что это влияет на шумовые характеристики и обработку сигналов. (gain-adj.gif, attnrout.gif, 38xo_eq1.gif) Топ Иногда требуется фиксированное затухание A дБ или A для входного напряжения V2 каскада с входным сопротивлением R3 при возбуждении от операционного усилителя с выходным напряжением V1.В примере ниже 3 Требуется затухание дБ (a = 1,41). Нагрузка Rin, которую видит операционный усилитель должно быть около 2000 Ом. Следующий каскад усилителя имеет входное сопротивление 10кОм. Для разработки аттенюатора с заданным выходом импеданс Rout см .: attnrout.gif 11 — Линейный драйверВыходной каскад фильтра должен обеспечивать управление кабели, которые обычно имеют емкость порядка 150 пФ на метр длины, не заходя в колебания.Резистор 196 Ом поддерживает резистивную компонент нагрузки и привязка выхода к отрицательному входу для внеполосных частот (> 100 кГц) снижает усиление контура. Все вышеперечисленные схемы могут управлять кабелями. если операционные усилители, такие как OPA2134 или OPA2604. В большинстве случаев нет необходимости в отдельной строке Водитель. Работоспособность активных цепей всегда следует проверять на наличие межкаскадных клиппирования, а также для генерации с помощью широкополосного (> 10 МГц) осциллографа.Топ 12 — Блок питанияРекомендую оставить усилие создание регулируемого источника питания для одного из многих поставщиков, предлагающих розетки и настольные модели. Выходные характеристики от +/- 12 В до +/- 15 В постоянного тока при> 250 мА и при <1% пульсации и шума будет достаточно. Часто такие принадлежности могут быть можно найти в магазинах электронных излишков. Топ 13 — Печатная плата платы WM1 и MT1Для упрощения построения активной линии уровня эквалайзеры и кроссоверы Предлагаю три печатные платы, ORION / ASP, WM1 и MT1.В дорожки схемы расположены так, чтобы можно было использовать различные конструкции фильтров. Это до пользователю, чтобы определить фактическую конфигурацию схемы и значения компонентов. Затем необходимые компоненты и перемычки загружаются в соответствующие места на плате, чтобы получить желаемый отклик фильтра. я буду предоставьте конкретную информацию для сборки кроссовера / эквалайзера PHOENIX на плату ORION / ASP и преобразование Linkwitz на плате WM1. WM1 предназначен для реализации функциональности схемы 1, 5, 6, 7, 8, 9 или 10 и их различные комбинации.Схема Плата обеспечивает две из указанных ниже топологий для двух каналов эквализации или для более сложная коррекция отклика одного канала. Плата WM1 может использоваться для:
MT1 предназначен для реализации функциональность цепей 1, 2, 3, 4, 5, 10 или 11 и различные комбинации эти. На печатной плате две топологии, указанные ниже. На плате MT1 можно построить:
Платы — это практические инструменты для экспериментов. и узнать об активной электронике. Вы обнаружите, что активный громкоговоритель системы дают вам свободу подбирать драйверы самых разных чувствительности, легче проектировать и может обеспечить большую точность звука воспроизведения, чем это возможно с пассивными кроссоверами высокого уровня и фильтры. См. Страницу с печатной платой. Информация для заказа.Топ . 14 — ЛитератураМожно получить много полезной информации из указаний по применению различных производителей операционных усилителей. Если вам нужен переподготовьте или ознакомьтесь с схемами, затем прочтите: [1] Мартин Хартли Джонс, A практическое введение в электронные схемы , Cambridge University Press, 1995. Это хорошо иллюстрированный, легко читаемый, но технически прочный текст. Это охватывает широкий спектр устройств — от ламп до микросхем — и многие базовые схемы функции. Следующие книги охватывают ряд концепций и углубиться в конкретные актуальные темы, чтобы лучше понять электронные схемы и электроакустические модели. [2] Герман Блинчиков и Анатолий Зверев, Фильтрация во временной и частотной областях , John Wiley, 1976. Широкий и
фундаментальный взгляд на фильтры. ————————————————- —————— | Построй свой собственный
| Главная панель | Дипольный НЧ-динамик | Кроссовер / эквалайзер
| Принадлежности | |
Ограничивать или не ограничивать? Твитеры в системах с активными кроссоверами — Технические советы — Форумы
Допустим, вы припарковали машину на холме.Допустим, это стандартная трансмиссия, и вы оставляете ее включенной. Он должен быть там, когда ты вернешься, верно? Конечно. Коробка передач ДОЛЖНА удерживать его на месте. Но что, если случится несчастный случай? Что, если кто-то попытается припарковаться параллельно вам, столкнется с вашей машиной, и коробка передач выйдет из строя? Ваша машина скатывается с холма и врезается в столб. И что? Вы звоните производителю автомобиля и ожидаете, что он покроет его по гарантии?
Удачи с этим.
Вот для чего нужен стояночный тормоз.Это безотказно. Влияет ли наличие стояночного тормоза на характеристики автомобиля? Что ж, если вы хотите быть придирчивым, я полагаю, это так. Снятие его уменьшит вес, что увеличит отношение мощности к весу автомобиля. Это значимое улучшение производительности? Стоит ли повышать производительность риска? Если вы не платите за ущерб, причиненный непредвиденной неисправностью, то, возможно, и так.
Итак, при чем тут твитеры? Продолжай читать.
Во-первых, давайте на минутку задумаемся о работе твитера. Он должен воспроизводить высокие частоты. Чтобы создать высокочастотный динамик, который хорошо справляется с этой задачей, требуется небольшая оптимизация. Поскольку нам не нужен высокочастотный динамик для воспроизведения низких частот, мы устраняем все элементы, которые потребовались бы для создания низких частот, поскольку они пагубно сказываются на характеристиках высоких частот. Два самых больших недостатка высоких частот — это диаметр диафрагмы и вес. В дальнейшем мы будем называть вес «массой».
Во-первых, одно из правил для громкоговорителей состоит в том, что для любой заданной входной мощности экскурсия (насколько далеко должен переместиться конус или купол) увеличивается в четыре раза при каждом уменьшении частоты вдвое.Например, если конус перемещается на 1 мм при 100 Гц, он должен перемещаться на 4 мм при 50 Гц и 8 мм при 25 Гц. Акустические системы, предназначенные для воспроизведения низких частот, должны иметь большую подвижность. Громкоговорители, предназначенные для воспроизведения высоких частот, этого не делают.
Звуковая катушка — это часть динамика, которая определяет, насколько далеко двигатель может перемещать диафрагму. Ниже представлено изображение звуковой катушки сабвуфера и звуковой катушки твитера. Довольно легко определить, какая из них предназначена для воспроизведения низких частот, а какая — нет. Длина звуковой катушки сабвуфера составляет почти 2 дюйма, а длина звуковой катушки твитера — около 1/32 дюйма.Применение низкочастотного сигнала к высокочастотному динамику с достаточной мощностью приведет к тому, что он попытается выйти далеко за свои пределы, и высокочастотный динамик будет поврежден. Ограниченная (механическая) мощность твитера НАМНОГО ниже, чем у сабвуфера.
Мощность, которую может выдержать динамик, также определяется способностью звуковой катушки рассеивать тепло. Сопротивление катушки определяет, сколько тока проходит через нее, и это сопротивление превращает часть энергии в тепло. Остальная мощность превращается в движение.Способность катушки рассеивать тепло определяется, в основном, ее площадью поверхности. На картинке выше довольно легко увидеть, какой из них будет работать с наибольшей мощностью.
Итак, в чем разница между 100 Вт при 50 Гц и 100 Вт при 5 кГц? В плане экскурсий большая разница. При 50 Гц динамику приходится двигаться намного дальше. Что касается тепловой мощности, не так много, если мы говорим о тестовых тонах. А как насчет музыки?
Ниже представлена частотная характеристика песни, которую мы все слышали тысячу раз: Hotel California.Вы можете видеть, что в записи на высоких частотах намного больше басов, чем информации.
Если мы подумаем о распределении энергии с точки зрения мощности усилителя, все станет немного яснее. На картинке ниже я указал количество мощности усилителя, необходимое для воспроизведения этой дорожки. Если ваш усилитель выдает 100 Вт на низких частотах, для воспроизведения этой дорожки ему нужно всего лишь около 6 Вт в диапазоне от 1 кГц до 2,5 кГц. На действительно высоких частотах достаточно 1/10 ватта.Итак, каким бы мощным ни был ваш усилитель, когда вы слушаете Hotel California, ваш усилитель на самом деле не вырабатывает много мощности на действительно высоких частотах, и это нормально для маленькой звуковой катушки в твитере.
В простом пассивном кроссовере мы используем конденсатор, чтобы ограничить количество низких частот, которые попадают в твитер. Это делает две вещи: 1) защищает твитер от приложения слишком большой мощности на низких частотах, и 2) помогает нам формировать отклик твитера, чтобы он соответствовал отклику среднего диапазона.Ниже представлено изображение АЧХ твитера с конденсатором и без него.
Довольно легко увидеть, что низкочастотный выход твитера уменьшился. Мы можем изменить значение конденсатора, чтобы изменить частоту, на которой начинается ослабление низких частот. Чем больше крышка, тем меньше частота.
Колпачок устанавливается последовательно с твитером, как на схеме ниже,
Вот как это работает. Как я уже упоминал выше, сопротивление звуковой катушки определяет, сколько тока проходит от усилителя через динамик.Проще говоря, конденсатор увеличивает сопротивление цепи на низких частотах. Если сопротивление цепи увеличивается, течет меньше тока. Усилитель вырабатывает меньшую мощность на частотах, где сопротивление выше.
Ниже приведен график кривой импеданса твитера с крышкой и без нее. На низких частотах сопротивление намного выше.
Вот как это влияет на мощность, производимую усилителем. Это формирует частотную характеристику и защищает твитер.
В активной системе мы используем разные средства для формирования отклика твитера и удаления низких частот из сигнала. Ставим фильтр высоких частот ПЕРЕД усилителем. Это дает множество преимуществ. Нам гораздо проще настроить систему, и мы можем реализовать практически любой фильтр, особенно если мы используем DSP. Ниже показано, как выглядит эта схема — я вставил активный фильтр перед усилителем и после головного устройства (источника сигнала).
Итак, с помощью активного фильтра мы формируем отклик твитера, как показано на графике ниже.Это фильтр высоких частот Linkwitz-Riley со скоростью 24 дБ / октава на частоте 2,5 кГц. Выглядит отлично.
Мы надеемся, что ничего плохого не произойдет ни с DSP, ни с усилителем, потому что все, что производится ВНУТРИ этих компонентов ПОСЛЕ активного фильтра, будет передано прямо на твитер. Включить и выключить всплывающие окна? Сразу к твитеру. Неисправность усилителя? Сразу к твитеру. Шум двигателя? Сразу к твитеру. Ошибочная настройка кроссовера или эквалайзера в DSP? Сразу к твитеру. Если какой-либо из этих ошибочных сигналов попадет на твитер, он, скорее всего, будет поврежден.Это повреждение не потому, что твитер неисправен. Это потому, что мы подали слишком большое напряжение на твитер на частотах, для работы с которыми он никогда не был предназначен. Должно ли это покрываться гарантией?
Подает ли Ford вам новую машину, если вы забываете включить стояночный тормоз?
Но никто не сказал вам включать стояночный тормоз.
Есть простой стояночный тормоз для твитера и это конденсатор. Использование конденсатора в активной системе обеспечивает отказоустойчивость. Выше я упоминал, что большая крышка начинает ослаблять низкочастотную энергию на более низкой частоте.Что, если мы выберем значение, которое не влияет на частотную характеристику в диапазоне частот, в котором мы хотим, чтобы твитер играл, но ограничивал подверженность ошибкам, которые могли бы повредить твитер?
Ниже представлена полная схема, включающая активный фильтр и защитный конденсатор.
Теперь мы сформировали отклик с помощью активного фильтра и защитили твитер крышкой, которая очень мало влияет на характеристики твитера. Вы можете увидеть разницу между частотной характеристикой с крышкой и без нее.
Есть разница? Ну да. Есть небольшая разница. Около 1/2 дБ между 1,8 кГц и 2,5 кГц. Имеет ли смысл эта разница? Нет, если учесть, что отклик твитера на этих частотах ослаблен примерно на 12 дБ. Влияет ли колпачок на более высокие частоты, где важна производительность твитера? Нет. Нет. Пшик. Нада.
Для того, чтобы это сработало, мы должны выбрать значение ограничения, чтобы его эффекты выходили за пределы диапазона частот, в котором мы хотим, чтобы только активный фильтр влиял на производительность твитера.Для этого твитера с номинальным сопротивлением 4 Ом я выбрал конденсатор на 68 мкФ. Это стандартное значение, и они доступны на сайте Parts-express.com.
Наконец, есть много разных видов крышек. Какой выбрать? Некоторые люди скажут вам, что вам нужен один из этих супер-пуперских полипропиленовых колпачков и что вы НИКОГДА не должны использовать электролитический колпачок. Для этого приложения это фигня. Для этого упражнения я использовал электролитический колпачок. Ниже приведены изображения двух крышек, которые можно приобрести в Parts Express.Первый — электролитический. Это стоит около 1,75 доллара.
Второй — колпачок полипропиленовый. Стоит около 29 долларов.
Обязательно выбирайте НЕПолярные колпачки. Это те, без полосы и (-).
Любой из них подходит для этого приложения. С технической точки зрения тратить дополнительные 27,25 доллара совершенно необязательно. Вместо этого помойте машину пару раз или возьмите любимую в кино.
Но … всем пищалкам нужны заглушки. Они похожи на стояночный тормоз, а не на презервативы.Использование защиты твитера не помешает вам получить удовольствие от вашей системы, и вам никогда не придется бежать в магазин за новыми твитерами, прежде чем вы сможете насладиться своей системой.
Лучшая схема активного кроссоверного фильтра для акустических систем
В этом посте мы подробно обсуждаем, как сделать схему пассивного кроссоверного фильтра, 2-полосную схему кроссоверного фильтра и 3-полосную схему кроссоверного фильтра.
Схема предоставлена: Midlan Bosch
Введение
Воспроизведение высококачественного диапазона звуковых частот невозможно с помощью одного стандартного громкоговорителя.Именно здесь возникает необходимость в нескольких акустических системах, при этом каждый драйвер разрабатывается для управления одной частью большего звукового спектра. Чтобы это произошло, необходимо следовать определенному методу, чтобы каждый драйвер получал только ту полосу частот, для которой он был создан.
Размещение сабвуферов, среднечастотных динамиков и динамиков твитера очень удобно для управления отдельными частотами. Однако к каждому драйверу должны применяться только частоты ниже допустимого предела.
Пассивные кроссоверы
Цепи пассивных кроссоверов обеспечивают требуемую отсечку и спад на заданных высоких, средних и низких частотах, но поскольку в них не используются активные компоненты, такие как микросхемы или транзисторы, отклик не очень резкий и Hi-Fi.
В типичных системах одиночный конденсатор может использоваться для ограничения низких частот и пропускания только высоких частот для твитера. К сожалению, этот тип конденсатора обеспечивает ослабление только на 6 дБ на октаву. У некоторых твитеров этого затухания недостаточно для удержания резонансной частоты твитера. В результате привод мог быть поврежден при работе на высоких уровнях мощности. Кроме того, поскольку другие частоты присутствуют над желаемой полосой пропускания, это вызывает высокие уровни интермодуляционных искажений и общее искажение воспроизведения звука.
В связи с этим каждая многонаправленная система развертывает сети, которые обеспечивают затухание не менее 12 дБ на октаву в полосе задерживания, чтобы управлять звуковой полосой, представленной каждому блоку привода. Обычная сеть для трехпроводной системы показана на рисунке 1.
Важно, чтобы катушки были закреплены на постоянном токе с сопротивлением менее 1 Ом, чтобы потери мощности в таких сетях были очень низкими. Кроме того, нам также потребуется включить высокое значение емкости, которое используется для неполяризованных электролитических выводов.Одним из недостатков является положительный или отрицательный допуск на 50% на этих неполяризованных электролитических клеммах!
Это означает, что при их использовании можно легко получить систему с выступами и / или глубокими отверстиями в реторте. У таких конденсаторов есть недостатки, такие как ограниченный срок службы, относительно низкое рабочее напряжение и проблемы из-за утечки. Поэтому во всех приличных кроссоверах используются полиэфирные конденсаторы, но, к сожалению, они дороги.
Проще говоря, для многополосной высококачественной системы кроссовер стоит дорого, а в некоторых случаях он может стоить столько же, сколько и низкочастотный динамик.Многие пытаются решить эту проблему, применяя более легкие провода и электролитические клеммы, но затем задаются вопросом, почему звук не такой хороший. Важно помнить, что получение приличного кроссовера является самым важным, даже если вам пришлось пойти на компромисс с низкочастотным динамиком.
Как это работает
Вначале входной сигнал усиливается IC1 / 1. Переключатель S1, а также R3 и C2 обеспечивают максимальное усиление на 10 дБ ниже 50 Гц со скоростью 6 дБ на октаву. Частота, на которой происходит усиление, может быть изменена путем выбора такого значения C2, чтобы его реактивное сопротивление составляло 220 кОм на частоте.На этом этапе значение низкочастотного динамика обычно будет на 3 дБ ниже. Следовательно, если желательно, чтобы частота переключения составляла 100 Гц, вы должны вдвое уменьшить емкость C2.
Если функция усиления не требуется, R3, C2 и SW1 должны быть удалены и соединение между точками B и C. Значение R1, которое составляет 47 кОм.
Схема активного кроссовера
В схемах активного кроссовера используется активная электронная часть, такая как ИС или транзисторы, для реализации различных пороговых значений среза для низких, высоких и средних частот, позволяя только согласовывать диапазоны отдельных полос частот и Hi-Fi музыкальный выход для низкочастотных, среднечастотных и высокочастотных динамиков.
Поскольку теперь мы понимаем, что эффективный переход может быть дорогостоящим, мы могли бы рассмотреть другие варианты, которые позволили бы использовать дополнительные деньги более практично. Подход в обсуждении заключается в использовании электронного кроссовера после предусилителя, за которым следуют отдельные усилители мощности для каждого драйвера. Это надежно, потому что усилитель мощности может быть построен с тем же бюджетом, что и пассивный кроссовер. Этот метод работает хорошо, потому что у некоторых хорошо разработанных кроссоверов есть серьезные проблемы.Помимо того, что они дороги, они тратят впустую мощность, снижают коэффициент демпфирования (в пределах переходной области коэффициент демпфирования может упасть до менее единицы), и они могут работать должным образом только при их описанном импедансе нагрузки. Практические драйверы демонстрируют свой нормальный импеданс, превышающий крошечную часть их полосы пропускания, а импеданс может существенно возрасти в несколько раз по сравнению с нормальным значением на верхнем конце диапазона. Мы можем компенсировать это до некоторой степени, используя дополнительные сети через драйвер (последовательные сети RC, как показано на рисунке 1.Однако сложно изменить частоту кроссовера, а также довольно сложно разрезать крест для достижения наилучших результатов.
Тем не менее, если мы хотим использовать электронный кроссовер с активными фильтрами, мы устраняем многие проблемы, упомянутые в одном обращении. Удаляются большие и дорогие катушки индуктивности и громоздкие и дорогостоящие конденсаторы. Фактор демпфирования восстанавливается (из-за того, что отдельные усилители используются для непосредственного питания каждого динамика), и становится довольно просто изменить или уменьшить частоту кроссовера по мере необходимости.
Кроме того, поскольку электронные кроссоверы могут обладать усилением, мы можем легко сопоставить различные драйверы системы по чувствительности. Это возможно только в пассивных конструкциях, если ослабить сверхчувствительные элементы до уровня наименьшей чувствительности. К сожалению, этот метод может привести к потере мощности усилителя.
Есть недостатки даже у активных кроссоверных схем. Обычно мы используем операционные усилители для реализации фильтров в активных компонентах. В связи с этим необходимо учитывать полосу пропускания и шум.Более того, как упоминалось ранее, индивидуальный усилитель необходим для каждого драйвера или группы драйверов, что возвращается к вопросу о дорогостоящих последствиях.
Тем не менее, этот метод относительно устойчив и определенно стоит вашего времени. В результате мы разработали подход с минимальными затратами к построению почти идеальной системы, основанной на активных процедурах фильтрации.
Конструктивные особенности
Существуют различные различные методы, которые можно использовать при разработке активных фильтров.Во-первых, наиболее часто используемый подход — это использование индивидуальных фильтров для низкочастотных, средне- и высокочастотных динамиков. Этот метод может компенсировать амплитуду, если компоненты правильно выбраны, но не фазу. Для удаления отверстия между фильтрами должен быть сдвиг фазы на 180 °. В противном случае отверстие будет в точке пересечения. Именно поэтому твитер перевернут по фазе, когда классическая схема кроссовера используется в двухполосной системе.
Другой метод проектирования (который мы использовали) заключается в использовании активного фильтра верхних частот для создания сигнала для твитера.Более того, это также приведет к вычету сигнала из входного сигнала в дифференциальном усилителе для получения выходного баса. Этот процесс вычитания дает обязательную характеристику кроссоверной сети с учетом как амплитуды, так и фазы.
Вначале мы наблюдали, что выходной сигнал низких частот имел небольшой пик перед точкой отсечки, но это необходимо для сохранения этого отклика при рассмотрении фазы. Когда добавляются выходные сигналы всех каналов, комбинированный отклик находится в пределах 25% дБ от плоского во всем диапазоне.
Используя этот вид активного фильтра, можно изменить начальный наклон, настроив резистор обратной связи (R13, R32), чтобы обеспечить медленный спад (фильтр Бесселя) или дать короткий пик и быструю отсечку (Чебишев). Чем резче первая обрезка, тем лучше очевидный пик в басовой обратной связи.
Учитывая, что для реализации этой конструкции необходимы некоторые операционные усилители, мы решили использовать тройной операционный усилитель TCA 220. Эта ИС не только оснащена тремя операционными усилителями в одном корпусе, но и очень рентабельна по сравнению с тремя отдельными операционными усилителями типа 741 или аналогичными.В отличие от них, TCA 220 требует понижающего резистора на каждом выходе и цепи компенсации. Дополнительный резистор необходим для смещения каждой полной ИС. Следовательно, применение TCA 220 существенно снижает и сокращает затраты на строительство системы фильтрации.
С помощью схем кроссовера активного фильтра довольно легко изменить частотные характеристики фильтра в пределах его полосы пропускания, чтобы компенсировать нелинейности в соответствующем драйвере.Простым примером такого типа компенсации является включение низкочастотной коррекции для низкочастотного динамика. Большинство из них начинают падать в диапазоне от 50 до 100 Гц. В некоторой степени это можно исправить, включив повышение частоты вращения. В нашу схему мы включили усиление на 6 дБ, которое можно включить при необходимости. Кроме того, усиление ограничено пиком 10 дБ, что важно для защиты усилителя от перегрузки на низких частотах даже при относительно слабых средних уровнях прослушивания.
Частота оборота может быть выбрана путем замены стандартного компонента в соответствии с используемым драйвером. Этот метод эквализации может эффективно расширить низкочастотную характеристику на другую октаву, например, с 50 Гц до 25 Гц.
2- и 3-полосные активные схемы кроссовера
Первый фильтр верхних частот содержит IC1 / 3, где R13, C7 и C8 определяют частоту среза. Значения C7 и C8 можно получить из Таблицы 1.
Этот выходной сигнал представляет собой верхний диапазон в 2-ходовой системе или средний плюс высокий для 3-ходовой системы.Этот сигнал, если его вычесть из входного сигнала с помощью IC1 / 2, обеспечивает выходной диапазон низких частот. Второй фильтр верхних частот, где C21, C22, R32 и R33 составляют сеть, определяющую частоту. Они также обеспечивают выход для твитера в 3-полосной системе. После вычитания из среднего и высокого сигнала он оставляет желаемую середину.
Каждый выход подключается к потенциометру установки уровня и в конечном итоге буферизуется усилителями IC2 / 1 и IC3 / 1, 2, 3. Эти выходы могут управлять нагрузкой с превышением 500 Ом.Если вам нужно использовать активную 3-полосную кроссовую сеть для питания постоянной и известной нагрузки (один тип усилителя), буферные усилители можно не использовать, а выходы получить прямо с потенциометров.
Источник питания
Двухполупериодный источник питания выдает плюс или минус 13 В, который регулируется до положительного или отрицательного 7,5 В последовательными регуляторами Q1 и Q2. В то же время стабилитроны ZD1 и ZD2 выдают необходимый эталон.
Если устройство должно приводиться в действие от усилителя мощности, C11, C12 и D1 – D4 должны быть удалены.Резисторы R19 и r20 изменены в соответствии с таблицей 2. Коллектор Q1 теперь переходит на положительную дорожку питания усилителя, а коллектор Q2 — на отрицательную дорожку питания. Вы должны убедиться, что к Q1 и Q2 добавлен радиатор, если напряжение на дорожке питания усилителя выше положительного и отрицательного 20 В, или если используются обе печатные платы (трехполосная система с буферизацией).
PCB Design
Калькулятор конструкции режекторного фильтра — для динамиков, использующих Re, Qes, Qms и fs
Сделайте пожертвование, чтобы сохранить этот сайт…| Функция режекторного фильтра серии заключается в ослаблении влияния резонанса драйвера.
имеет на фильтрующих сетях. Большинство драйверов имеет большой пик импеданса на резонансе. Чтобы кроссоверы работали должным образом, важно иметь почти резистивный импеданс, при минимум в области частот кроссовера.Большинство драйверов выигрывают от использования режекторных фильтров, особенно высокочастотные и среднечастотные динамики, где значения компонентов могут быть небольшими. С использованием этот фильтр на басовых драйверах требует очень больших (и дорогих) компонентов. Многие современные твитеры используют магнитное масло (феррожидкость) в зазоре звуковой катушки, чтобы механически влажный резонанс. Эти твитеры, вероятно, не нуждаются в такой схеме, или не зависят так много на нем. |
|
.
