Site Loader

Содержание

Собственная акустика: простые правила • Stereo.ru

Наконец закончил долгострой. Четыре полосы, метр ростом, 90 Дб, 35 Гц – 30 кГц, 6–8 Ом. Самым важным при проектировании было следовать самым простым и банальным правилам акустики. И при этом избежать тех компромиссных решений, которые несмотря на то, что стали и стандартными, но ощутимо снижают качество звука.

• АС сейчас единственная электромеханическая часть аудиосистемы, если не рассматривать виниловые проигрыватели. Отсюда и самые большие искажения вносят именно они, опять таки с оговоркой. Но вместе с тем вложения в них дают самый заметный эффект. То, что это зачастую игнорируется следствие того, что искать несомненно проще под фонарем, а не там, где потерял.

• Сама по себе музыка звучит в диапазоне от 200 Гц до 5 кГц. Поэтому средние частоты должны быть безупречны.

• Кевларовые динамики всем лучше бумаги, за исключением жестких верхов 3-4кГц.

• Покрасить кевлар толком нельзя. Скорее испортить можно чем покрасить.

• СНЧ динамик слишком большой, чтобы чисто отыграть верх середины, но при этом слишком мал, чтобы играть басы.

• Точнее ленточника динамика пока не придумали.

• Низкочастотник должен быть размером в 15″, можно и 12″, но лучше 15″.

• Фазоинвертор настраивается на одну ноту. На ней и играет. Громко играет, но с задержкой как по нарастанию, так и по затуханию. Биения и фазоинвертор всегда вместе.

• Нижняя частота задается либо бочкой либо бас-гитарой. 60 и 35Гц соответственно. Для того, чтобы ровно играть от 35 Гц объем закрытого ящика должен быть около 100 литров.

• Фильтры первого порядка гораздо меньше влияют на передачу импульса, чем более высоких порядков. Соответственно атака, тембры, стыки гораздо чище.

• Последовательный фильтр первого порядка обладает способностью выравнивать АЧХ в местах стыков при подключении к усилителю напряжения.

• Почерк источника и усилителя в системе, где АС позволяют им работать не надрываясь, почти не проявляется.

• Влияние резонансов корпуса сильно преувеличено. Достаточно, чтобы они не накладывались на другие резонансы системы.

• Бытовые аудиосистемы разрабатываются в первую очередь маркетологами, как впрочем и все остальные товары.

• Провода влияют на звук куда меньше, чем контакты. Контакты меньше, чем элементы кроссовера. Кроссовер, меньше, чем блок питания.

• Если говорить о звуке, то самый важный элемент во всей системе это среднечастотник и возможность удачно расположить его перед слушателем.

• Восприятие звука крайне субъективно, на него влияет не только чистая передача записи. АС обмотанные пузырящейся самоклейкой, будут восприниматься куда хуже, чем ровно такие же, но отделанные вишневым деревом и кожами рептилий.

Доработка фильтра колонок 35АС-018 с родными динамиками. Часть II. — Статьи участников — Каталог статей

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.предыдущей статьи) 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+С1.1 на высоких частотах ничтожно мало. 
Теперь о стыковке с низкочастотным звеном. Чтобы точнее состыковать фильтр низкочастотного звена (120мкФ х 4 Ом =480мс) и фильтр СЧ +ВЧ, необходимо сблизить их постоянные времени, для чего пришлось увеличить ёмкость конденсатора С1+С1. 1 до 60мкФ (60мкФ х 8 Ом =480мс).
Получившаяся схема показана на рис.2. Она уже значительно отличается от исходной.

Резисторы R3,R4 я предпочитаю закорачивать, но это не обязательно.В процессе обсуждения выяснилось, что многие заменили в своих колонках СЧ и ВЧ динамики советского производства на импортные фирмы Visaton, и на основании этого утверждали, что моя доработка им не подходит. Почему же?  Подходит! Специально для такого случая разработаны схемы на Рис.3 и Рис.4.

В варианте Рис.3 индуктивность дросселя L3 остаётся без изменений, но частота раздела между СЧ и ВЧ динамиками — около 3,5 кГц, что ведёт к повышению нагрузки на ВЧ динамик.

В варианте Рис.4 индуктивность дросселя L3 уменьшается до 0.27мГн путем сматывания 20 витков, а конденсатор С5.1 удаляется. Частота раздела между СЧ и ВЧ динамиками приближается к 5кГц. 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. Но об этом в следующий раз.
Сей трактат составлен 08.07.09 г.
Автор: Николай Васильевич.
Вопросы в форум
 

Схемы фильтров в 35 АС 021

Схемы фильтров в 35 АС 021


Первым делом снял все динамики.  Отремонтировал и немного доработал все динамики.  Настроил фазоинвертора для каждого низкочастотного динамика. Измерил параметры динамиков и на основе измерений рассчитал и изготовил новый кроссовер. Схема кроссовера необычна, в фильтре СЧ применен полосовой фильтр первого порядка и параллельный контур. Параллельный контур зашунтирован сопротивлением громкоговорителя, что дало нужную полосу пропускания.


Схема фильтра №1

Нажми на картинку, чтобы увеличить ее

 


АЧХ фильтра №1 в процессе настройки

Нажми на картинку, чтобы увеличить ее

 


АЧХ акустической системы с фильтром №1

Нажми на картинку, чтобы увеличить ее


Общее впечатления на слух низкие частоты зазвучали, необходимость выкручивать тембр НЧ до конца в плюс отпала, что очень хорошо. Сравнивая при прослушивании модернизированную АС с не модернизированной (с заводским фильтром и настроенным фазоинвертором), модернизированная АС звучала вяло не было живости и драйва. Хотя звук был сбалансирован и чист, но средние частоты звучали сами по себе, низкие сами по себе, высокие частоты сами по себе.

Звуковая сцена раздроблена и нет локализации инструментов.
Принято решение сделать ещё несколько кроссоверов.

Схема фильтра №2

Нажми на картинку, чтобы увеличить ее

 


АЧХ фильтра №2

Нажми на картинку, чтобы увеличить ее

 


АЧХ акустической системы с фильтром №2

Нажми на картинку, чтобы увеличить ее


 

Схема фильтра №3

Нажми на картинку, чтобы увеличить ее

 

АЧХ акустической системы с фильтром №3

Нажми на картинку, чтобы увеличить ее


Схема фильтра №4

Нажми на картинку, чтобы увеличить ее

 


АЧХ фильтра №4

Нажми на картинку, чтобы увеличить ее


АЧХ акустической системы с фильтром №4

Нажми на картинку, чтобы увеличить ее


Последняя схема, на мой взгляд, самая удачная для данной АС.


Звучание, сбалансированное живое, чистое, естественное и натуральное. При прослушивании сравнивали звучание на двух усилителях модернизированный и настроенный Одиссей 010 и модернизированный и настроенный Radiotehnika 101. На усилителе  Одиссей 010  разницу в звучании было очень трудно услышать она была не значительна в нюансах. На усилителе Radiotehnika 101 разницу в звучании всех экземпляров фильтров слышно сразу даже неподготовленному слушателю, отбор фильтров производился по звучанию на усилителе Radiotehnika 101.

На основе изготовленных, настроенных, и прослушанных фильтров

можно сказать, что акустические системы с одним и тем же набором динамиков сильно отличаются   по звучанию. И не равномерность частотной характеристики в приделах 5-10 дБл в рабочем диапазоне не является  критерием качественного звучания. При изготовление фильтра нужно учитывать  переходную и фазочастотную характеристики, групповое время запаздывания (ГВЗ), импеданс фильтра.   Которые сильно влияют на воспроизведение музыкальных произведений при работе усилителя на сложную нагрузку (АС). Порой приходится оставить неравномерность АЧХ 10 дБл, но улучшить переходную и фазочастотную  характеристики, что приведет к более естественному, натуральному и качественному звучанию. 

 
 Стоит заметить, что  важную роль в воспроизведение музыкальных произведений играет усилитель и источник сигнала. Качество которых должно быть на высоком уровне, иначе разницы можно не услышать.

г. Абакан  29.01.2014

  • < Назад
  • Вперёд >
Добавить комментарий

3. Фильтры верхних частот | 8. Фильтры | Часть2

3. Фильтры верхних частот

Фильтры верхних частот

Принцип работы фильтров верхних частот противоположен принципу работы фильтров нижних частот: они эффективно пропускают частотный спектр сигнала выше некоторой частоты (частоты среза), и уменьшают (подавляют) частоты сигнала ниже этой частоты. Исходя из вышесказанного, можно сделать вывод, что конструкции индуктивного и емкостного фильтров верхних частот противоположны соответствующим конструкциям фильтров нижних частот:

Емкостной фильтр верхних частот

С уменьшением частоты импеданс конденсатора возрастает. Этот высокий импеданс, при последовательном включении, блокирует низкочастотные сигналы от поступления на нагрузку. Проверить данное утверждение можно при помощи SPICE анализа:

capacitive highpass filter    
v1 1 0 ac 1 sin 
c1 1 2 0.5u     
rload 2 0 1k    
.ac lin 20 1 200
.plot ac v(2)   
.end   

 

Индуктивный фильтр верхних частот

С уменьшением частоты импеданс катушки индуктивности уменьшается. Этот низкий импеданс, при параллельном включении с сопротивлением нагрузки, имеет тенденцию «закорачивать» низкочастотные сигналы, пропуская большую часть напряжения через последовательный резистор R1.

 

inductive highpass filter  
v1 1 0 ac 1 sin 
r1 1 2 200      
l1 2 0 100m     
rload 2 0 1k    
. ac lin 20 1 200
.plot ac v(2)   
.end    

 

На этот раз конструкция емкостного фильтра верхних частот является самой простой, для ее изготовления нужен всего один компонент — конденсатор. И опять же, конденсаторы являются более «чистыми» реактивными компонентами, чем катушки индуктивности, а следовательно, их использование в конструкции фильтров предпочтительнее. Применение индуктивных фильтров верхних частот может создать дополнительные проблемы, поскольку высокие частоты иногда способствуют не совсем адекватному поведению катушек индуктивности (благодаря скин-эффекту и электромагнитным потерям в сердечнике).

Фильтры верхних частот, как и фильтры нижних частот, имеют номинальную частоту среза, при превышении которой величина выходного напряжения увеличивается выше 70,7% по отношению к входному напряжению. Рассчитать частоту среза простого емкостного фильтра верхних частот можно по той же формуле, по которой рассчитывается частота среза простого емкостного фильтра нижних частот:

 

На приведенной в примере схеме нет никакого сопротивления кроме сопротивления нагрузки. Именно это сопротивление мы и будем подставлять в формулу вместо значения R.

Давайте в качестве примера рассмотрим стереосистему. В этой системе конденсатор, соединенный последовательно с высокочастотным динамиком (твиттером), будет служить фильтром верхних частот, налагающим высокий импеданс на низкочастотные сигналы (басы), тем самым предотвращая их поступление на динамик, неэффективный для воспроизведение таких звуков. Катушка индуктивности, соединенная последовательно с низкочастотным динамиком, будет служить фильтром нижних частот, предотвращающим поступление высоких частот на этот динамик. На среднечастотный динамик будет поступать весь спектр частот, производимых стереосистемой. В реальной аппаратуре могут использоваться более сложные схемы фильтров, но для ознакомительных целей изложенного материала вам будет достаточно. Так же примите во внимание, что мы показали вам только один канал стереосистемы (левый или правый). Реальная стереосистема содержит 6 динамиков: 2 НЧ-динамика, 2 СЧ-динамика и 2 ВЧ-динамика.

 

В целях повышения производительности нам неплохо было бы иметь фильтр, способный пропускать на СЧ-динамик все частоты, кроме высоких и низких. Такой фильтр называется полосовым, и его мы рассмотрим в следующей статье.

Two Way Active Audio Crossover Filter

Существуют различные типы громкоговорителей, такие как твитеры, среднечастотные динамики, сабвуферы и низкочастотные динамики, которые могут воспроизводить голос только в своих конкретных частотных диапазонах. В устройстве воспроизведения аудио все аудиосигналы разделяются на разные полосы и подаются на громкоговоритель соответствующего типа. На твитеры обычно подаются частоты выше 5 кГц, на среднечастотные динамики подаются частоты в диапазоне от 300 Гц до 5 кГц, на сабвуферы — от 300 Гц до 40 Гц, а на низкочастотные динамики — частоты ниже 40 Гц.

Весь спектр слышимого голоса простирается примерно от 20 Гц до 20 кГц, и не существует конструкции громкоговорителя, которая может воспроизводить все эти частоты с одинаковым эффектом. Низкочастотные динамики предназначены для воспроизведения дозвуковых звуков (ниже 20 Гц), а существуют музыкальные инструменты, которые могут воспроизводить частоты выше 18 кГц. Для воспроизведения всех этих звуков в разные типы громкоговорителей подается их собственная полоса частот, извлеченная из музыки.

Схемы фильтров, которые используются на выходной стороне аудиоустройства, которые отфильтровывают различные полосы частот и используют их для управления громкоговорителями различных типов, называются Цепями кроссовера аудио . Трехполосные перекрестные цепи очень распространены на выходной стороне аудиоустройств, которые отфильтровывают полосы частот для твитеров, среднечастотных динамиков и сабвуферов. В этом учебном пособии обсуждается конструкция и реализация схемы двустороннего аудио кроссовера с использованием активных фильтров для качественной фильтрации.

Рис. 1: Схема двухполосного фильтра кроссовера на макетной плате

 

Двухсторонние аудио кроссоверы используются для раздельного управления среднечастотными динамиками и сабвуферами. На среднечастотные динамики подаются частоты в диапазоне от 300 Гц до 5 кГц, а на сабвуферы — от 300 Гц до 40 Гц. Так как музыкальный звук обычно приходится на максимальную частоту от 5 до 8 кГц, для управления среднечастотными динамиками достаточно фильтра верхних частот с частотой среза около 300 Гц. Басовые ритмы песен появляются в диапазоне сабвуфера, и можно использовать полосовой фильтр, чтобы отделить эти частоты от всего аудиосигнала. Двухполосную кроссоверную схему можно рассматривать как комбинацию HPF (фильтр высоких частот) и BPF (полосовой фильтр), как показано на следующей блок-схеме;

 

Рис.2: Блок-схема схемы двухполосного фильтра кроссовера с активным аудио

 

HPF и BPF могут быть реализованы с использованием только пассивных компонентов, таких как катушки индуктивности и конденсаторы, но здесь для улучшения качества фильтров используются схемы активных фильтров. Опять же, для HPF используется фильтр на основе активной синтетической катушки индуктивности, чтобы избежать громоздкой катушки индуктивности в цепи. BPF разработан на основе фильтра MFB для качественной, но простой схемы.

Цепь синтетического индуктора

Основная концепция схемы Synthetic Inductor заключается в использовании конденсатора и инвертировании его свойств, чтобы он вел себя как индуктор.Преимущества этой схемы по сравнению с реальными индукторами заключаются в очень низком внутреннем сопротивлении, легком изменении значения индуктивности в широких пределах, возможности проектирования высококачественных цепей фильтров и т. д. Принципиальная схема схемы синтетического индуктора приведена ниже;

Рис. 3: Принципиальная схема и эквивалентная схема синтетического индуктора

 

Здесь свойство конденсатора «C» в приведенной выше схеме было инвертировано с помощью схемы операционного усилителя с единичным коэффициентом усиления.Значение индуктивности зависит также от номиналов резисторов R1, R2 и конденсатора С. Индуктивность цепи синтетического индуктора определяется следующим уравнением;

Л = Р1 * Р2 * С

Фильтр высокой частоты может быть реализован с использованием одного конденсатора и синтетического индуктора, соединенных последовательно, в котором один конец индуктора заземлен, вход подается со свободного конца конденсатора, а отфильтрованный выход берется из точки, где конденсатор и катушка индуктивности соединены последовательно. Принципиальная схема и эквивалентная схема фильтра верхних частот на основе синтетического индуктора приведены на следующей диаграмме;

Рис. 4: Принципиальная схема и эквивалентная схема фильтра верхних частот на основе синтетического индуктора

 

Схема содержит последовательно включенный конденсатор «Cf», который образует фильтр верхних частот с цепью синтетического индуктора. Если индуктивность синтетического индуктора равна, скажем, «L», то полоса пропускания фильтра высоких частот начинается с частоты, определяемой следующим уравнением;

 

Большинство звуковых частот, кроме басовых частот, появляются выше средней частоты 700 Гц, поэтому фильтр верхних частот рассчитан на частоту среза 700 Гц.

Рис. 5: Принципиальная схема фильтра верхних частот, предназначенного для ограничения частоты

 

Фильтры MFB очень часто используются в цепях из-за того, что они обеспечивают разумную производительность с простейшей схемой. Они могут быть спроектированы так, чтобы получить узкую полосу пропускания и высокий коэффициент усиления. Они подходят для разработки полосовых фильтров, поскольку полоса пропускания, средняя частота могут быть легко отрегулированы или изменены. Эти схемы имеют усилитель с более чем одной обратной связью, отсюда и название.Принципиальная схема полосы пропускания MFB с использованием одного резистора и конденсаторной обратной связи приведена ниже;

Рис. 6: Принципиальная схема полосового пропускания MFB с обратной связью с одним резистором и конденсатором

Уравнения, связывающие значения компонентов с коэффициентом усиления, добротностью, шириной полосы и средней частотой, приведены ниже;

Поскольку этот фильтр будет использоваться для управления громкоговорителем, необходимо добавить буферную схему на выходе полосового фильтра MBF, который будет управлять громкоговорителем, не влияя на характеристики фильтра.Буфер также можно легко сделать с помощью другого операционного усилителя. Был разработан полосовой фильтр MFB с Fm = 70, Q = 15, Am = 100, полная схема которого приведена ниже;

Рис. 7: Принципиальная схема полосового фильтра MBF с буферным контуром

 

Фильтр высоких частот на основе синтетического индуктора и полосовой фильтр на основе MFB были разработаны отдельно, и для создания схемы аудио кроссовера необходимо соединить входы обеих схем вместе и подать звук на общую точку входа обеих схем.Полная принципиальная схема аудио кроссовера приведена ниже;

 

Рис. 8: Принципиальная схема двухполосного фильтра кроссовера с активным аудиосигналом

 

Аудиовход подается с ПК, а отфильтрованный звук в этом эксперименте демонстрируется на видео с использованием обычной гарнитуры, поскольку динамики гарнитуры рассчитаны на качественное воспроизведение как высокочастотного звука, так и низкочастотного баса.

Видео:


Рубрика: Схема

 


Книга Дуга Селфа Active xo: вопрос о фильтрах allpass

кривая задержки для обоих ccts одинакова, но один из них инвертирует сигнал.

Да, это было ключевым недоразумением, которое у меня было. Теперь я понимаю, благодаря вашему ответу и ответу Чарли Лауба. Большое спасибо.

Нет. Вклад кроссоверных фильтров в задержку часто намного больше, чем задержка, возникающая из-за физического смещения между акустическими центрами драйвера.

Да, я знаю, для LR4 есть разница в задержках на всю длину волны (на Fc). Низкочастотный динамик «отстает» от твитера по времени на одну длину волны Fc.

Для типичной пары фильтров верхних и нижних частот (например,грамм. вашего кроссовера) задержка для секции твитера (высоких частот) в его полосе пропускания (имеется в виду не вокруг точки кроссовера) будет МЕНЬШЕ, чем для вуфера (низкочастотных частот) в его полосе пропускания. Это свойство кроссоверов практически без исключения. Также почти без исключения будет пик групповой задержки системы в точке кроссовера. Чем выше порядок, тем выше этот пик групповой задержки выше номинальных уровней групповой задержки низкочастотного и высокочастотного динамика.

Да, я знаю об этом.

Правильный. Вы можете представить, что «кривая отклика» фильтра allpass задержки в зависимости от частоты будет очень похожа на то, как выглядит отклик SPL фильтра нижних частот.

Это был кусок. Это было корнем моего непонимания. Кривая зависимости задержки от частоты в фильтрах RC allpass и CR allpass всегда имеет форму фильтра нижних частот . Я думал, что форма кривой задержки CR allpass будет похожа на SPL фильтра верхних частот .

Цель состоит в том, чтобы получить фазовое выравнивание в точке кроссовера.Это основа этих эвристик.

Понятно.

И теперь, когда я это понял, я понимаю, почему аналоговые активные всепроходные фильтры никогда не дадут мне той кривой задержки, которую даст настройка задержки цифрового активного xo — задержку, постоянную в полосе пропускания твитера.

Как я упоминал выше, групповая задержка фильтра allpass имеет форму, аналогичную SPL фильтра нижних частот. Фильтр нижних частот плоский вокруг постоянного тока, а выше, где вы достигаете его Fc, SPL падает до нуля.Это единственная форма, которую вы можете получить от фильтра нижних частот. И это единственная форма, которую вы можете получить от фильтра allpass для его групповой задержки.

Теперь, когда я это понял, я до сих пор не понимаю, почему в описаниях Дуга Селфа говорилось: «можно позволить задержке изменяться в зависимости от частоты, потому что в этих частотных диапазонах уровень звукового давления в любом случае падает из-за фильтра». На самом деле, это область, когда уровень звукового давления вообще не падает — он плоский, потому что фильтр задержки всегда применяется к твитеру .Итак, мой вопрос об объяснении Дуга Селфа остается.

Учитывая это, если вы не используете какие-либо сверхвысокие фильтры (например, 70-го порядка!) Allpass фильтры, лучшее, на что вы можете надеяться с allpass первого или второго порядка, это использовать задержку от allpass фильтра для выравнивания твитера и вуфера вокруг точки кроссовера.

Да, это я тоже понимаю. Сейчас. Спасибо.

Это, говоря моим языком, «выравнивание фазы», ​​чтобы вуфер и твитер правильно суммировались в переходной зоне кроссовера.Это также не единственный способ сделать это.

Знаете что, все это заставляет меня задуматься. Если это все, что я получаю, используя фильтр с полным проходом в моем активном xo, я не понимаю, почему я вообще буду использовать фильтр с полным проходом. Я разрабатываю динамики более десяти лет с пассивным xo, и я всегда добиваюсь фазовой когерентности двух драйверов, настраивая добротность LPF и HPF на Fc. Я полагаю, что все мы, кто разрабатывал традиционный пассивный XO с помощью старых инструментов, таких как Speaker Workshop, делали это, используя функцию оптимизации, которая настраивает значения компонентов, чтобы акустическая кривая (а не электрическая кривая) совпадала с Fc.

Я могу сделать то же самое с помощью такого инструмента, как VituixCAD, и активного аналогового линейного уровня xo, верно? Я могу легко оптимизировать передаточные функции фильтров, чтобы оптимизировать окончательные акустические кривые, чтобы они соответствовали теоретическим LR2 или LR4 или чему-то еще, и тогда я получу идеальную фазовую когерентность (или выравнивание, как бы это ни звучало) на Fc. Итак, я закончу с электрическими передаточными функциями, которые не будут учебниками Бесселя или LR или кем-то еще, но акустические кривые будут (почти) учебниками.

Если бы я использовал цифровой активный xo, то все было бы по-другому — возможно, я бы использовал настройку задержки, чтобы получить равномерную задержку через полосу пропускания твитера.Это то, что я теперь понимаю, что не могу получить с аналоговым активным xo и его фильтрами allpass.

И если вы попытаетесь наивно сделать это с помощью allpass, вы повысите уровень пика групповой задержки для системы, увеличив групповую задержку твитера в точке его кроссовера. По этой причине задержка allpass, применяемая к твиттеру, не так уж и полезна.

Последнее я не понял. Я думал, что вы можете использовать задержку allpass, чтобы заставить твитер выровняться по фазе с мидбасом в Fc, не так ли? Кроме того, если вы хотите получить свою задержку путем каскадирования, скажем, трех или четырех каскадов allpass второго порядка, вы можете на самом деле получить «колено» каждой задержки довольно далеко от Fc, поэтому пик групповой задержки не наступит. в ФК, да? Я думаю, что этот фрагмент хорошо проиллюстрирован примерами Дуга Селфа.

Дуг Селф — великолепный разработчик аудиоэлектроники, но это не относится к акустическим системам. Вся его книга на самом деле о том, как спроектировать ту или иную схему для фильтрации, эквалайзера и т. д.

Да, вы правы, но я нахожу его книгу фантастической коллекцией схем, которые я могу затем загрузить в активную программу xo sim, такую ​​как VituixCAD, и смоделировать окончательные акустические кривые с точностью до миллиметра от того, что я хочу. Это, конечно, будет означать, что я использую топологию Дуга Селфа, но использую его формулы для вычисления значений только в качестве первого приближения.Как только эти значения вводятся в программное обеспечение симулятора, они корректируются.

Очень важно знать реакцию драйвера с высокой степенью точности, и это так же важно, как этапы фильтра в общей конструкции кроссовера. Вы должны разработать систему драйверов + кроссоверные фильтры вместе как единое целое, чтобы сделать это правильно.

Да, конечно. Если вы не можете смоделировать фактически измеренные кривые SPL, вы не сможете спроектировать окончательный активный xo.

Еще раз спасибо. Был очень полезен.Он полностью очистил блокпост.

У меня три вопроса:

  • Правильно ли я понимаю, что могу полностью отказаться от всепроходного фильтра для моего активного xo, если оптимизирую передаточную функцию с помощью программного обеспечения для моделирования динамиков, как описано?
  • Почему Дуг Селф говорит, что изменение задержки при превышении Fc не имеет значения? Это удар в полосе пропускания твитера, а схема задержки (почти) всегда применяется к ветви HPF. Означает ли его утверждение, что плавные изменения задержки динамика в его полосе пропускания не слышны?
  • Если бы вы разрабатывали XO с НЧ-СЧ на низкой частоте, например 150 Гц (где оба должны были быть установлены на одной перегородке), как бы вы выравнивали фазу в активном XO? Будут ли точны относительные фазовые данные измерений SPL в ближней зоне двух драйверов? Если нет, то будет ли единственным способом выровнять их фазы создание всепроходного фильтра с потенциометром и настройка потенциометра серией измерений? Или фазовая синхронизация не будет иметь значения на таких низких частотах?

Активные кроссоверы и режекторные фильтры

Привет,

Когда вы строите активный кроссовер линейного уровня для двухканального усиления динамика, вы также ставите туда режекторные фильтры? Или лучше оставить режекторные фильтры в качестве цепей уровня динамиков? У меня есть режекторный фильтр в кроссовере моего динамика (надеюсь, я правильно понял название, это тот, где компоненты RLC включены последовательно, а все это параллельно драйверу). Если я все правильно понимаю, это должно обрабатывать пик импеданса драйвера, который также вызвал бы резкий пик отклика на этой частоте, если бы режекторный фильтр не присутствовал. Пока правильно?

Теперь, если XO перемещается перед усилителями, что делать с этим режекторным фильтром? Кажется, имеет смысл оставить его с драйвером, потому что это сгладит импеданс, воспринимаемый усилителем. Перемещение его в активный XO, вероятно, приведет к выравниванию частотной характеристики (я не знаю, как сделать режекторный фильтр с операционным усилителем, но я уверен, что смогу найти где-нибудь схему), и не является одним из Преимущества активного XO в том, что усилитель имеет прямой контроль над драйвером, и вы не так сильно беспокоитесь о колебаниях импеданса?

Я знаю, что это, вероятно, безумно амбициозно, но я думаю, что попробую активный XO и биампинг моих колонок.Используйте мой 2A3 SET сверху и создайте клон усиления для вуфера. Динамики являются коаксиальными (сильно урезанными Adire HE12. 1s), поэтому я думаю, что пока могу игнорировать проблемы временной задержки (исходя из документов, акустические центры выровнены на 60 мкс). S, я думаю, что у меня есть шанс сделать довольно приличный XO, если я начну с дублирования наклонов пассивного фильтра. Я, вероятно, перейду на аналоговый, потому что я не хочу отказываться от своего TVC и не хочу покупать еще 4 трансформатора, чтобы подать на DCX2496 необходимый уровень сигнала, и поставить регулятор громкости после XO, где он должен быть.

В любом случае… если это действительно глупо и я не должен даже начинать пробовать это, пожалуйста, дайте мне знать. Любые другие советы также приветствуются.

Спасибо,
Саурав

 

Основы аудиофильтров

Дикша Нама, сотрудник Engineers Garage

Аудиосистема предназначена для приема аудиосигналов (через микрофон), записи звука в какое-либо хранилище, передачи звука (по проводным или беспроводным каналам связи), воспроизведения аудиосигналов (через динамики).Таким образом, аудиосхемы выполняют обработку сигналов для представления звука в виде электрических сигналов, манипулируют электрическими (аудио) сигналами, например, усиливают, фильтруют или микшируют, воспроизводят звук из аудиосигналов, сохраняют звук в компьютерных файлах или воспроизводят звук из аудиофайл. Следующая блок-схема может представлять общую аудиосистему.

Рис. 1. Блок-схема аудиосистемы

Подобно микрофонам или источникам звука и динамикам, аудиофильтры также являются основным строительным блоком аудиосистемы.Звуковые фильтры на самом деле являются усилителями или пассивными цепями, имеющими различные частотные характеристики. Они могут усиливать или ослаблять диапазон частот аудиовхода. Это отличается от простого аудиоусилителя или источника входного сигнала, работа которого не зависит от частоты. Любой простой аудиоусилитель усиливает весь входной аудиосигнал независимо от его частоты, или источник звука подает аудиосигнал независимо от частот в сигнале.

Усиливая или ослабляя определенный диапазон частот в аудиосигнале, вы можете творчески улучшить тон аудиовхода.Аудиокроссовер и эквалайзер также являются типами аудиофильтров. Audio Crossover — это электронный фильтр, используемый для разделения входного аудиосигнала на разные частотные диапазоны для отправки на разные драйверы (Twitter, Mid Range и Woofers). Аудиоэквалайзер представляет собой электронный фильтр, используемый для усиления аудиосигнала в соответствии с частотно-зависимой функцией. Таким образом, выходной сигнал эквалайзера имеет разные уровни усиления для разных частот. Кроссовер и эквалайзер играют важную роль в аудиоустройствах.В этом уроке мы обсудим различные типы фильтров и термины, связанные с ними.

Что такое аудиофильтр?

Звуковые фильтры представляют собой электронные схемы, предназначенные для усиления или ослабления определенного диапазона частотных составляющих. Это помогает устранить нежелательный шум из аудиосигнала и улучшить тон выходного звука. Фильтры играют важную роль в телекоммуникациях и аудиоэлектронике.

Типы фильтров

Фильтры представляют собой особый тип усилителей или пассивных цепей, выходной сигнал которых зависит от частоты.Фильтры можно классифицировать по многим признакам, таким как конструкция, частотная характеристика или и то, и другое.

В зависимости от конструкции аудиофильтры классифицируются следующим образом:

1) Пассивный фильтр
2) Активный фильтр

Термины «пассивный» и «активный» обычно используются в контексте электронных компонентов. Компонент, который нуждается в источнике питания для своей работы, называется активным компонентом, таким как транзисторы и OPAM. Те электронные компоненты, которые не требуют источника питания для своей работы, называются пассивными компонентами, такими как резистор, конденсатор и катушка индуктивности.

Пассивный фильтр – Пассивный фильтр разработан с использованием пассивных компонентов, таких как резистор и конденсатор или резистор и индуктивность. Импеданс конденсаторов и индуктивностей зависит от частоты, что позволяет создавать фильтры с использованием комбинаций резистор-конденсатор, резистор-индуктивность или резистор-конденсатор-индуктор. Эти фильтры не требуют для своей работы источника питания, поэтому их называют пассивными фильтрами.

Активные фильтры – Активные фильтры разработаны с использованием активных компонентов, таких как транзисторы или операционные усилители.Транзисторы или операционные усилители требуют источника питания постоянного тока для их смещения. При использовании активных компонентов отпадает необходимость в использовании индуктивности для построения фильтра. Это уменьшает размер и стоимость схемы и повышает эффективность фильтра. Поскольку эти фильтры требуют источника смещения постоянного тока для своих активных компонентов, они называются активными фильтрами.

Фильтры также можно классифицировать по их частотным характеристикам. Диапазон частот, которые усиливаются или пропускаются фильтром, называется его полосой пропускания.Полоса пропускания — это область на частотной кривой фильтров, где напряжение или мощность цепи максимальны. В зависимости от полосы частот, пропускаемой фильтрами, они подразделяются на следующие категории:

1) Фильтр верхних частот
2) Фильтр нижних частот
3) Полосовой фильтр
4) Полосовой фильтр
5) Режекторный фильтр
6) Всечастотный фильтр
7) Выравнивающий фильтр

Фильтр верхних частот — этот фильтр пропускает все частоты выше частоты среза и блокирует все частоты ниже частоты среза.Частота среза — это когда напряжение или амплитуда сигнала падает до 0,707 или 3 дБ напряжения в полосе пропускания. В этот момент выходная мощность схемы начинает падать. Типичная частотная кривая фильтра верхних частот показана ниже.

Рис. 2: Изображение, показывающее частотную характеристику фильтра верхних частот

Рис. 2: Изображение, показывающее частотную характеристику фильтра верхних частот

Как видно из графика АЧХ, низкочастотные сигналы не полностью затухают на частоте среза.Частоты ниже частот среза также пропускаются этим фильтром высоких частот, но с очень меньшим усилением. Таким образом, происходит спад частоты среза. Вот почему это иногда называют частотой спада.

Фильтр нижних частот — этот фильтр пропускает все частоты ниже частоты среза и блокирует частоты выше нее. Частотная характеристика фильтра нижних частот выглядит следующим образом:

Рис. 3: Изображение, показывающее частотную характеристику фильтра нижних частот

Из графика частотной характеристики видно, что на частоте среза высокочастотные сигналы не полностью ослабляются.Частоты выше частот среза также пропускаются этим фильтром нижних частот, но с очень меньшим усилением.

Полосовой фильтр – этот фильтр пропускает только полосу частот в своем диапазоне частот среза. Полосовой фильтр имеет две частоты среза: одна — нижняя, а другая — верхняя частота среза. Центральная частота и полоса пропускания фильтра определяют нижнюю и верхнюю частоты среза, показанные на графике частотной характеристики ниже.

Рис. 4: Изображение, показывающее частотную характеристику режекторного аудиофильтра

Полосовой фильтр — Полосовой фильтр пропускает все частоты, кроме определенного диапазона частот.Он пропускает все частоты ниже нижнего порога и все частоты выше верхнего порога, но не пропускает частоты между нижним и верхним порогом. Верхняя и нижняя частоты среза представляют собой отклонения от центральной частоты, для которых усиление схемы фильтра идеально равно нулю (практически минимально).

Режекторный фильтр – Режекторный фильтр представляет собой полосовой режекторный фильтр с очень узкой полосой задерживания. Благодаря очень узкой полосе задержания эти фильтры имеют очень высокий коэффициент качества.

Allpass Filter – Allpass фильтр позволяет пропускать все частоты, но изменяет фазовое соотношение между ними. Таким образом, на выходе многополосного фильтра разные частотные диапазоны имеют разность фаз друг с другом. График АЧХ всепропускающего фильтра имеет частоты, сдвинутые по фазе, как показано на графике ниже.

Рис. 5: Изображение, показывающее сдвинутую по фазе частотную характеристику всепропускающего аудиофильтра

Фильтр эквалайзера — Фильтр эквалайзера не полностью ослабляет или пропускает определенный диапазон частот, но переменно усиливает частоты в соответствии с частотно-зависимой функцией.

На основании частотной характеристики и конструкции фильтры можно классифицировать следующим образом:

1) Пассивный фильтр верхних частот
2) Активный фильтр верхних частот
3) Пассивный фильтр нижних частот
4) Активный фильтр нижних частот
5) Пассивный полосовой фильтр
6) Активный полосовой фильтр
7) Пассивный полосовой фильтр
8) Активный полосовой фильтр

Пассивный фильтр верхних частот — Фильтр верхних частот блокирует низкочастотные компоненты и пропускает высокочастотные компоненты.Пассивный фильтр верхних частот может быть построен с использованием RC-цепи. Этот тип фильтра обычно используется для направления высокочастотных компонентов аудиосигнала на твитер. Ниже показан простой пассивный фильтр высоких частот.

Рис. 6: Принципиальная схема пассивного фильтра верхних частот первого порядка

Для RC-цепи, показанной выше, частота среза связана с резистором и конденсатором следующим образом:

fh = 1/(2πRC)

Таким образом, установив номинал резистора и конденсатора, можно разработать фильтр верхних частот с желаемой частотой среза.В приведенной выше схеме частота среза будет приблизительно равна 160 Гц. Приведенный выше фильтр верхних частот пропускает все частоты выше 160 Гц и ослабляет частоты ниже него.

Пассивный фильтр не имеет ограничений по полосе пропускания и может быть разработан путем выбора резистора и конденсатора подходящего номинала. Он не требует никакого источника питания для смещения постоянного тока. Такой фильтр требует меньше компонентов для разработки и имеет высокий выходной ток. Однако эти фильтры не могут усиливать звуковой сигнал, а если в их конструкции используется катушка индуктивности, они являются дорогостоящими и громоздкими.

Активный фильтр верхних частот – Активный фильтр верхних частот может быть разработан с использованием транзисторов или операционных усилителей. Простой активный фильтр верхних частот (фильтр первого порядка) показан ниже

. Рис. 7: Принципиальная схема активного фильтра верхних частот первого порядка

Этот фильтр использует OPAM (операционный усилитель) на выходе RC-цепи, что делает его активным фильтром. Пока сеть RC блокирует низкочастотные компоненты, OPAM усиливает разрешенный частотный диапазон.Поскольку RC-цепочка подключена к неинвертирующему входу операционного усилителя, ее выход не инвертируется. Однако, если бы он был подключен к инвертирующему контакту OPAM, выходной аудиосигнал был бы не в фазе на 180 градусов относительно входного аудиосигнала.

Этот фильтр не имеет эффекта загрузки. OPAM имеет высокое входное сопротивление и низкое выходное сопротивление, поэтому они не страдают от нагрузки источника и нагрузки. Фильтр имеет неединичный коэффициент усиления, который обычно очень высок.Таким образом, выходной аудиосигнал не только бесшумный, но и хорошо усиленный. Эти фильтры также имеют небольшие размеры, и, как правило, микросхемы или транзисторы, используемые в их конструкции, не являются громоздкими. Однако конструкция активного фильтра включает в себя больше компонентов, для смещения которых требуется источник постоянного тока. Итак, схема фильтра требует для своей работы внешнего источника питания. Также из-за использования операционного усилителя схема фильтра имеет ограничения по полосе пропускания.

Пассивный фильтр нижних частот – Пассивный фильтр нижних частот может быть построен с использованием RC-цепи или RL-цепи (для фильтра первого порядка).Фильтр нижних частот второго порядка может быть построен с использованием сети RLC. Фильтры нижних частот более высокого порядка, которые более точно фильтруют звуковой сигнал, могут быть разработаны путем последовательного объединения множества фильтров первого порядка. В простом пассивном фильтре нижних частот входной аудиосигнал проходит через резистор (вместо конденсатора, как в фильтре верхних частот). Конденсатор подключается между резистором и землей.

Рис. 8: Принципиальная схема пассивного фильтра нижних частот первого порядка

Следующее уравнение дает частоту среза такого фильтра:

фл = 1/(2πRC)

Фильтр пропускает все частоты ниже частоты среза, но ослабляет частоты выше частоты среза.Эти фильтры не имеют ограничений по полосе пропускания и не требуют для своей работы источника питания. Обычно они используются для подачи низкочастотных компонентов аудиосигнала на вуферы.

Активный фильтр нижних частот – Активный фильтр нижних частот использует операционный усилитель или транзисторный усилитель на выходе перед фильтрами нижних частот RC, RL, RLC или пассивными фильтрами нескольких порядков. Операционный усилитель усиливает разрешенные низкочастотные компоненты перед подачей на усилитель мощности или динамик.Усиление, обеспечиваемое OPAM, является основным преимуществом такого фильтра. Однако такой фильтр имеет ограничение полосы пропускания и требует источника постоянного тока для смещения схемы OPAM или транзистора.

Пассивный полосовой фильтр – Полосовой фильтр представляет собой комбинацию фильтра нижних и верхних частот. Обычно он строится с использованием сети RLC. Ниже показан простой пассивный полосовой фильтр.

Рис. 9: Принципиальная схема пассивного полосового аудиофильтра первого порядка

В полосовом фильтре, показанном выше, фильтр верхних частот подключен последовательно с фильтром нижних частот.Частота среза фильтра верхних частот на самом деле является нижней частотой среза этого полосового фильтра. Частота среза фильтра нижних частот на самом деле является более высокой частотой среза этого полосового фильтра. Так, на выходе пропускают только частоты, лежащие между срезом частот комбинированного ФВЧ и ФНЧ.

Эти фильтры обычно используются для направления определенного диапазона частот на среднечастотные драйверы. Из-за увеличенного количества компонентов в конструкции эти фильтры имеют довольно громоздкие размеры.

Активный полосовой фильтр – Активный полосовой фильтр имеет операционный усилитель или транзисторный усилитель, подключенный перед выходом после пассивной полосовой цепи. Операционный усилитель усиливает разрешенную полосу частот. В таком фильтре полоса пропускания OPAM должна совпадать с желаемой полосой пропускания полосового фильтра.

Пассивный полосовой режекторный фильтр — Полосовой режекторный фильтр ослабляет диапазон частот и позволяет пропускать частоты ниже его нижней границы отсечки и выше верхней границы отсечки.Пассивный режекторный фильтр (первого порядка) обычно создается с использованием RLC-цепи, в которой входной сигнал проходит через резистор. Сеть LC подключается между резистором и землей. Ниже показан простой пассивный полосовой фильтр.

Рис. 10: Принципиальная схема пассивного режекторного аудиофильтра первого порядка

Такая схема представляет собой параллельную комбинацию фильтров верхних и нижних частот. Частота среза фильтра верхних частот — это более высокая частота среза этого полосового режекторного фильтра, а частота среза фильтра нижних частот — это нижняя частота среза этого режекторного фильтра.Таким образом, на выходе могут проходить только частоты, за исключением частот между частотами среза комбинированного фильтра верхних и нижних частот. Эти фильтры также называются фильтрами подавления полос, фильтрами исключения полос и фильтрами T-Notch.

Активные режекторные фильтры — активный режекторный фильтр имеет на выходе операционный усилитель или транзисторный усилитель, который усиливает сигналы разрешенной частоты перед тем, как они поступают на усилитель мощности или звуковой драйвер.OPAM, использующий такой усилитель, должен иметь подходящую полосу пропускания, чтобы соответствовать желаемой частотной кривой полосового фильтра.

Некоторые термины часто используются в контексте аудиофильтров. Некоторые из этих терминов объясняются ниже.

1) Полоса пропускания – это диапазон частот, пропускаемых фильтром. Полоса пропускания может быть определена как разница между верхней и нижней частотой среза. Иногда его также называют полосой пропускания. Полоса пропускания определяет частотную характеристику фильтра в заданном диапазоне частот.Полоса пропускания фильтра нижних частот по его частотной характеристике показана на рисунке ниже –

. Рис. 11: Изображение, показывающее полосу пропускания аудиофильтра, показанную на его частотной кривой

2) Коэффициент добротности (Q-Factor) – Коэффициент качества описывает потери в контуре резонатора. Отношение энергии, запасенной в резонаторе, к энергии, подводимой к нему за цикл для поддержания постоянной амплитуды сигнала. Чем больше Q, тем меньше потерь и наоборот.

Q = (Накопленная энергия / Потеря энергии за цикл)

Что касается полосы пропускания, Q определяется следующим уравнением:

Q = (fc/BW)

Где,

fc = резонансная частота
BW = ширина полосы или ширина резонанса
Коэффициент добротности можно определить, используя частотную характеристику аудиофильтра:

Инжир.12: Изображение, показывающее добротность аудиофильтра, наблюдаемую по его частотной кривой

Audio Crossovers and Filters MTX Audio

Кроссовер — это компонент или группа компонентов, которые ограничивают частоты, достигающие динамика. Если в системе используются «отдельные динамики» (сабвуферы, вуферы, среднечастотники и/или твитеры), они не должны принимать частотный диапазон, превышающий их расчетные пределы. Кроссоверы будут использоваться для ограничения частотного диапазона для каждого «отдельного».

Диаграмма 1 — Описание кроссовера

Точки пересечения

Диапазон частот, через который фильтр пропускает полную мощность, называется полосой пропускания.Частота, при которой фильтр начинает снижать мощность, называется точкой отсечки. Диапазон между двумя соседними точками отсечки является зоной пересечения.

По мере того, как частоты удаляются от области полосы пропускания (начиная с точки отсечки), снижается мощность. Когда уровень снижения достигает 3 дБ, точка кроссовера достигнута.

Все кроссоверы и фильтры оцениваются по их точке кроссовера (или частоте кроссовера). Эта точка минус 3 дБ также известна как точка половинной мощности.

Существует два основных типа кроссоверных фильтров: фильтр верхних частот и фильтр нижних частот. Фильтр верхних частот пропускает высокие частоты, ограничивая низкие частоты. Низкочастотный фильтр делает прямо противоположное, пропуская низкие частоты и ограничивая высокие частоты.

Объединяя последовательно схемы верхних и нижних частот, мы создаем полосовой контур, который пропускает определенную полосу частот, ограничивая при этом как высокие, так и низкие частоты.

Диаграмма 2 — перекрестный наклон

Склоны

Кроссоверные фильтры могут быть сконструированы с различной степенью снижения мощности.Наклон — это термин, используемый для описания этой скорости.

Фильтр 6 дБ на октаву снизит мощность на 6 дБ в каждой октаве, начиная с точки отсечки. Например, фильтр нижних частот 6 дБ на октаву с отсечкой 200 Гц уменьшит мощность на 9 дБ (6+3) на частоте 400 Гц (200 умножить на 2). В конце следующей октавы, 800 Гц, было бы достигнуто дополнительное снижение мощности на 6 дБ.

Фильтр 12 дБ на октаву будет иметь в два раза больше подавления на октаву. Фильтр 18 дБ на октаву будет иметь в три раза большее подавление, чем фильтр 6 дБ на октаву.

Если все частотные диапазоны (низкие, средние, высокие) находятся на одном акустическом уровне, а громкоговорители каждой секции воспринимают частотный диапазон в пределах своих характеристик, крутизна кроссоверного фильтра не имеет большого значения. С другой стороны, если одна секция находится на гораздо более высоком уровне, чем соседняя секция, или диапазон, направленный на динамик, очень близок к его возможностям максимального диапазона, или динамик получает большую мощность, более крутой наклон может быть полезно.

Диаграмма 3 — Акустический дисбаланс

На диаграмме 3 показан низкочастотный участок, который намного громче соседнего. Это происходит, когда для низкочастотной секции используется гораздо более высокий уровень, чем для среднечастотной секции.

Результатом является выпуклость или широкий пик в комбинированном акустическом выходе двух секций в области кроссовера и выше. Точку пересечения, наклон или и то, и другое можно изменить, чтобы исправить выпуклость.

Фильтр 6 дБ на октаву снизит мощность на 6 дБ в каждой октаве, начиная с точки отсечки.Например, фильтр нижних частот 6 дБ на октаву с отсечкой 200 Гц уменьшит мощность на 9 дБ (6+3) на частоте 400 Гц (200 умножить на 2). В конце следующей октавы, 800 Гц, было бы достигнуто дополнительное снижение мощности на 6 дБ.

Фильтр 12 дБ на октаву будет иметь в два раза больше подавления на октаву. Фильтр 18 дБ на октаву будет иметь в три раза большее подавление, чем фильтр 6 дБ на октаву.

Если точка кроссовера близка к концу диапазона отклика динамика, динамик может искажаться или работать плохо в области кроссовера или рядом с ней.Эта проблема может стать критической по мере того, как подается больше энергии или когда в системе изначально используется больше энергии.

Более крутой наклон может решить эту проблему за счет более быстрого снижения мощности низких частот. Более высокая скорость снижения (12 дБ на октаву или выше) используется, когда изменение частоты кроссовера нежелательно.

Например, небольшой среднечастотный динамик может плохо работать на частоте ниже 200 Гц, но из соображений постановки вам не следует поднимать низкочастотные динамики выше 200 Гц. Более высокая скорость снижения с помощью фильтра верхних частот для средних частот может позволить ему работать с точкой кроссовера 200 Гц.

Количество энергии, подаваемой на среднечастотный (или высокочастотный) динамик, может сократить его полезный диапазон, особенно на низких частотах. По мере увеличения мощности практический диапазон динамика будет сжиматься. Следовательно, если одни и те же точки кроссовера используются при мощности 50 Вт, они могут оказаться неприемлемыми при мощности 100 Вт. Изменение точек кроссовера и/или увеличение наклона фильтра позволит динамику работать хорошо без искажений.

Пассивные фильтры

6 дБ на октаву обычно используются в мобильных аудиосистемах и работают вполне удовлетворительно.Точки кроссовера должны находиться в пределах диапазона используемых динамиков. Кроме того, они стоят вдвое меньше, чем 12 дБ на октаву, и втрое меньше, чем 18 дБ на октаву, пассивные фильтры.

Пассивный фильтр с коэффициентом усиления 18 дБ на октаву предпочтительнее для твитеров, поскольку его больший наклон обеспечивает некоторую защиту этого маленького и хрупкого динамика.

Электронные кроссоверы

Электронный кроссовер работает на уровне предусилителя, ограничивая частоты усилителя или усилителей, подключенных к нему.Таким образом, динамики, подключенные к усилителю(ям), будут получать ограниченный частотный диапазон.

Электронная схема с питанием, которая ограничивает или разделяет частоты. Схема работает независимо и не заботится о импедансе динамика и не создает заметных потерь сигнала.

В активных кроссоверах фильтры встроены в печатную плату. Смена фильтров (или точек кроссовера) осуществляется поворотом внешней ручки, сменой частотных модулей с помощью переключателя или сменой кроссоверов, если используются фиксированные типы.

Активные кроссоверы обычно составляют 12 дБ на октаву. Есть некоторые доступные, которые имеют 18 дБ на октаву и выше. Как правило, 12 дБ на октаву — это нормально.

Кроссовер без регулировки частоты кроссовера обычно называется «Фиксированная частота». Там, где изменение частоты кроссовера возможно с помощью переключателя, ручки или модуля, они называются «регулируемыми» или «переменными». Преимущество фиксированной стоимости; переменных, возможность изменения точек кроссовера только с одной моделью кроссовера.

Регулируемый кроссовер позволяет пользователю легко менять кроссовер и сразу же слышать результат изменений.

Большинство электронных кроссоверов имеют регуляторы выхода для каждого отдельного канала. Это позволяет вам устанавливать коэффициенты усиления для всех усилителей в одном удобном месте, а также дает возможность «соответствовать уровню» системы.

Некоторые кроссоверы позволяют отдельно настраивать фильтры низких и высоких частот, что позволяет «отключить» акустические пики или впадины на частотах кроссовера или рядом с ними.

Одним из преимуществ электронных кроссоверов является то, что вносимые потери минимальны или отсутствуют вовсе. Пассивные немного уменьшают мощность усилителя из-за их сопротивления.

Еще одним преимуществом электронных кроссоверов является возможность выделения низких частот в собственный эксклюзивный усилитель, что уменьшает искажения, слышимые при высокой громкости в высокочастотных динамиках. Для усиления низких частот требуется большая мощность, чем для высоких частот. Когда усилитель находится на пиковой мощности или близко к ней, может возникнуть отсечение, которое может вывести из строя твитеры и другие динамики с небольшими звуковыми катушками.Отдельный усилитель низких частот позволяет всей системе играть громче и с меньшими искажениями.

Пассивные кроссоверы

Пассивный кроссоверный фильтр изготавливается исключительно с катушками и/или конденсаторами. Пассивные фильтры меняются с использованием различных катушек и конденсаторов для получения желаемой точки кроссовера.

Низкочастотный фильтр 6 дБ на октаву — это просто катушка, последовательно подключенная к проводу динамика. 12 дБ на октаву — катушка последовательно и конденсатор параллельно динамику.Фильтр нижних частот 18 дБ на октаву представляет собой последовательно соединенную катушку, за которой следует параллельно конденсатор и еще одна катушка (с другим значением) последовательно.

Схема верхних частот может быть создана таким же образом, за исключением того, что везде, где есть катушка, есть конденсатор, а где конденсатор, там и катушка.

На диаграммах 4, 5 и 6 показаны различные схемы нижних частот.
На диаграммах 7, 8 и 9 показаны различные схемы верхних частот.

Диаграмма 4 — Низкочастотный фильтр 6 дБ

Диаграмма 5 — Низкочастотный фильтр 12 дБ

Диаграмма 6 — Низкочастотный фильтр 18 дБ

Диаграмма 7 — фильтр высоких частот 6 дБ

Диаграмма 8 — фильтр высоких частот 12 дБ

Диаграмма 9 — 18 дБ высоких частот

Полосовые фильтры

представляют собой последовательно соединенные фильтр верхних частот и фильтр нижних частот.На диаграммах 10, 11 и 12 показаны полосовые фильтры 6, 12 и 18 дБ на октаву.

Диаграмма 10 — полоса пропускания 6 дБ

Диаграмма 11 – полоса пропускания 12 дБ

Диаграмма 12 – полоса пропускания 18 дБ

Одно из представлений о кроссоверах, которое обычно неправильно понимают, состоит в том, что наряду с изменением акустического отклика также изменяется импеданс. Это означает, что вы можете иметь 4-омный твитер и 4-омный низкочастотный динамик, использовать правильный кроссовер и создать 4-омную нагрузку. Очень легко ошибиться, думая, что это создаст нагрузку 2 Ом из-за параллельного подключения драйверов.

Диаграмма 13 — Цепь ослабления

Затухание

Высокочастотные драйверы обычно более эффективны, чем низкочастотные. Это создает необходимость в настройке уровней драйверов для создания однородной общей частотной характеристики.

Г-образные контактные площадки

, описанные здесь, лучше всего подходят для добавления в схемы кроссовера, поскольку они не изменяют резистивную нагрузку, указанную для кроссовера.

На диаграмме 13 показано подключение аттенюационной сети.

Диаграмма 14 — Сеть Цобеля

Зобель

Все драйверы со звуковой катушкой имеют возрастающий импеданс, вызванный индуктивным сопротивлением звуковой катушки. Чтобы схемы кроссовера работали должным образом, вы можете выровнять этот возрастающий импеданс, используя схему CR, показанную на диаграмме 14. Вы также можете использовать эту схему для куполов твитеров, но не для облегчения работы сети, а для устранения резкости и обеспечения аккуратное применение стеллажных сетей Г-образного типа.

Диаграмма 15 — Режекторный фильтр серии

Режекторный фильтр

Основная функция схемы, показанной на диаграмме 15, заключается в демпфировании и устранении эффектов резонанса драйвера в кроссоверных сетях. Предполагая, что драйвер имеет незатухающий пик резонанса, и пик расположен менее чем в двух октавах от точки пересечения верхних частот, эта схема значительно улучшит характеристики драйвера. Это особенно полезно для куполов твитеров, куполов СЧ и СЧ-динамиков конического типа, резонанс корпуса которых превышает 200 Гц.

Как собрать схемы аудиофильтров

Если вы когда-либо использовали регулятор тембра на радио, стереосистеме или гитаре, вы использовали аудиофильтр. Аудиофильтр — это схема, которая была разработана для того, чтобы пропускать определенные звуковые частоты в сигнале, но блокировать другие частоты.

Одним из примеров аудиофильтра является модуль кроссовера в корпусе громкоговорителя. Он посылает низкочастотные звуки на низкочастотный динамик и блокирует их от твитера. Другие области применения могут включать в себя блокировку низкочастотного грохота проигрывателя, устранение шипения магнитофонной деки или устранение сетевого шума.

Типы аудиофильтров

Существует три основных группы фильтров:

  • Пассивные фильтры – используйте только пассивные компоненты, такие как резисторы, конденсаторы и катушки индуктивности, и подходят для работы с высокими уровнями напряжения и мощности. Производят очень мало искажений или электрических шумов.
  • Цифровые фильтры – сигнал оцифровывается аналого-цифровым преобразователем, обрабатывается микроконтроллером, затем отправляется на цифро-аналоговый преобразователь.
  • Активные фильтры – используются активные компоненты, такие как транзисторы и операционные усилители. Мы подробно рассмотрим эту группу.

Наиболее полезными фильтрами с простотой использования и лучшими универсальными характеристиками являются активные фильтры Sallen Key. Фильтры Sallen Key являются двухполюсными фильтрами, что означает наличие двух реактивных компонентов (конденсаторов). Все приведенные ниже схемы основаны на этой конструкции.

Фильтр нижних частот

В фильтре нижних частот блокируются частоты выше определенной точки:

Фигура 1.Отклик фильтра нижних частот

На рисунке 1 выше вы видите, что частоты от нуля до fc проходят без затухания. Но при fc сигнал начинает спадать и становится на 3 дБ ниже или 0,707 от исходного значения.

Например, мы хотим ослабить отклик усилителя после слышимого диапазона (около 20 кГц), чтобы предотвратить колебания. Мы можем сделать это, подключив фильтр нижних частот к выходу усилителя.

Вот схема фильтра нижних частот 20 кГц:

Фигура 2.Фильтр нижних частот

Коэффициент усиления задается резисторами R3 и R4. С R3 на 27k и R4 на 47k коэффициент усиления (A):

А = (R3 + R4) / R4

А = (27к + 47к) / 47к

А = 1,6

Таким образом, выигрыш равен 1,6.

Частота среза (Fc) рассчитывается по следующей формуле:

Fc = 1 / (2 * Pi * R1 * C1)

При R1 на 10 кОм и конденсаторе C1 на 680 пФ частота среза становится следующей:

Fc = 1/(2 * Пи * 10к * 680 пФ)

Fc = 23 кГц

Таким образом, все частоты выше 23 кГц будут ослаблены.Это не идеально, но достаточно близко. Если вы замените R1 и R2 потенциометрами, отсечку можно немного отрегулировать. Обратите внимание, что единицы измерения в приведенной выше формуле должны быть преобразованы в Омы и Фарады перед выполнением расчета.

Фильтр высоких частот

В фильтре высоких частот блокируются частоты ниже определенной точки:

Рисунок 3. Фильтр высоких частот

На рисунке 3 выше видно, что частоты выше fc проходят без затухания. Но при fc и ниже сигнал начинает спадать и становится на 3 дБ ниже или 0.707 от исходного значения и продолжает снижаться по мере снижения частоты.

В качестве другого примера, мы можем ослабить отклик усилителя на частотах ниже слышимого диапазона (около 20 Гц), подключив фильтр верхних частот к выходу усилителя.

Это схема фильтра верхних частот 20 Гц:

Рисунок 4. Фильтр высоких частот

Коэффициент усиления устанавливается резисторами R3 и R4 как и в предыдущей схеме.

С этим фильтром C1 равен 1 мкФ, а R1 равен 8.2 кОм, поэтому частота среза:

Fc = 1/(2 * Пи * 8,2 кОм * 1 мкФ)

Fc = 19,4 Гц

Не забудьте преобразовать значения сопротивления и емкости в омы и фарады перед выполнением расчета.

Таким образом, все частоты ниже 19,4 Гц будут ослаблены.

Полосовой фильтр

В полосовом фильтре блокируются частоты выше и ниже двух точек:

Рисунок 5. Полосовой фильтр

На рисунке 5 выше видно, что частоты между f1 и f2 проходят без затухания.

Одно из применений полосового фильтра может заключаться в уменьшении звукового диапазона микрофона перед его подачей на записывающее устройство.

Это схема полосового фильтра 1 кГц:

Рисунок 6. Полосовой фильтр

Это классический двойной т-фильтр. В цепи обратной связи от контакта 6 к контакту 2 есть фильтр низких частот (R2, R3 и C1) и фильтр высоких частот (C2, C3 и R5). Два фильтра работают вместе, пропуская только узкую полосу частот.Усиление этой узкой полосы максимально на центральной частоте .

Центральная частота (Fo) рассчитывается по следующей формуле:

Fo = 1 / (2 * Пи * R * С)

Например, при R на 100 кОм и C на 1600 пФ центральная частота становится:

Fo = 1/(2 * Пи * 100к * 1600 пФ)

Fo = 1 кГц

Для правильной работы полосового фильтра емкость конденсатора в фильтре низких частот (C1) должна быть в два раза больше емкости конденсаторов в фильтре высоких частот (C2 и C3).Кроме того, резисторы в фильтре низких частот (R2 и R3) должны в два раза превышать номинал резистора в фильтре высоких частот (R5).

Режекторный фильтр

В режекторном фильтре блокируются частоты между двумя точками:

Рисунок 7. Режекторный фильтр

На рисунке 7 видно, что частоты ниже f1 и выше f2 проходят без затухания.

Режекторные фильтры

можно использовать для избавления от определенных частот в аудиосигнале. Например, их можно использовать для удаления сетевого шума частотой 60 Гц с выхода аудиоусилителя.

Вот схема для создания режекторного фильтра 60 Гц:

Рисунок 8. Режекторный фильтр

Это тоже классический твин-фильтр. Есть фильтр низких частот (R2, R3 и C1) и фильтр высоких частот (C2, C3 и R5). Два фильтра действуют вместе, чтобы исключить только узкую полосу частот. В режекторном фильтре усиление минимально на центральной частоте.

Например, при R на 100 кОм и C на 0,027 мкФ центральная частота становится:

Fo = 1 / (2 * Пи * 100k * 0.027 мкФ)

Fo = 59 Гц

Для правильной работы режекторного фильтра емкость конденсатора в фильтре низких частот (C1) должна в два раза превышать емкость конденсаторов в фильтре высоких частот (C2 и C3). Также резисторы в фильтре низких частот (R2 и R3) должны быть в два раза больше резистора в фильтре высоких частот (R5).

На этом статья об активных аудиофильтрах заканчивается. Надеюсь, вы создадите один (или все) из этих фильтров для себя, с ними действительно весело играть! Дайте нам знать в комментариях ниже, если у вас есть вопросы о чем-либо.


Проект 123

Проект 123
Продукция Elliott Sound Проект 123 

© август 2009 г., Род Эллиотт (ESP)

Верхняя

Для этого проекта доступны печатные платы (P09 Revision C). Нажмите на картинку для более подробной информации. (Подробнее о версии 12 дБ/октаву см. также в Проекте 81).


Введение

Кроссовер Linkwitz-Riley — одна из самых популярных топологий в наши дни, и нет никаких сомнений в том, что она хорошо себя ведет и обеспечивает превосходную производительность.Он также имеет очень хорошую защиту водителя, потому что спуск происходит очень быстро. Однако именно этот быстрый спад заставляет некоторых людей насторожиться — в конце концов, быстрый спад также означает столь же быстрый фазовый сдвиг. Во многих случаях фильтр 18 дБ на октаву может просто идеально соответствовать всем требованиям. Он имеет лучшую характеристику спада, чем фильтр 12 дБ, но менее радикален, чем типы фильтров 24 дБ. На частоте кроссовера секции высоких и низких частот составляют -3 дБ, а не -6 дБ, как в конфигурации Линквица-Райли.Кроссоверы нечетного порядка по-прежнему суммируются, потому что между двумя выходными сигналами имеется фазовый сдвиг на 90°, который устраняет пик, который в противном случае был бы создан. Стоит отметить, что твитер (в частности) будет иметь на 3 дБ больше мощности на частоте кроссовера, чем с конструкцией 24 дБ/октава L-R, и это необходимо учитывать, если вы пытаетесь установить частоту кроссовера слишком низко.

Обратите внимание, что операционные усилители показаны как TL072, но вы можете использовать любые операционные усилители по своему усмотрению. Они не критичны, но рекомендуется использовать малошумящие типы.

Печатные платы проекта 09 легко адаптируются для использования в этом проекте. Это не требует ничего более сложного, чем изменение нескольких частей и повторный расчет значений необходимой частоты кроссовера. Поскольку печатная плата не была предназначена для этого, есть немного возни, но это не так уж здорово.


Описание

Модифицированный фильтр 18 дБ показан на рис. 1. Поскольку второй операционный усилитель сконфигурирован с коэффициентом усиления, равным двум, это имеет большое преимущество, заключающееся в использовании одинаковых номиналов резисторов и конденсаторов.Для каждого выхода предусмотрено усиление 2 (6 дБ), но это редко будет проблемой. Обычно предусмотрены подстроечные потенциометры для установки выходных уровней для секций высоких и низких частот, поэтому усиление легко удаляется. Если стоимость имеет решающее значение или желателен минимальный размер, вариант, показанный на рис. 1, идеален. Схема, показанная на рисунке, дает абсолютно ровный суммарный выходной сигнал без пиков и провалов.


Рис. 1. Фильтры верхних и нижних частот 3-го порядка

Выше показан полный двухполосный кроссовер с использованием конденсаторов 10 нФ и 6.Резистор 8k имеет частоту кроссовера 2,34 кГц. Обратите внимание, что значения одинаковы для фильтров высоких и низких частот. Формулы представлены ниже, и опять же, они упрощены, чтобы упростить определение правильных значений для вашего приложения. По возможности я предлагаю, чтобы конденсаторы были не менее 2,2 нФ, а резисторы — не менее 4,7 кОм, чтобы минимизировать нагрузку на операционные усилители. Максимальное сопротивление в идеале должно быть ниже 100 кОм для минимального шума. Вы можете сначала выбрать сопротивление или емкость, а затем рассчитать остальные.Используйте таблицу ниже, чтобы выбрать разумное начальное значение.

Частота кроссовера …

C1 = C2 = C3 = 1 / ( 2 × π × f × R ) … или
R2 = R3 = R4 = 1 / ( 2 × π × f × C )

(Где R и C являются основными компонентами, определяющими частоту.)

Как это обычно бывает с кроссоверами нечетного порядка, два выхода сдвинуты по фазе на 90° на всех частотах. На любой частоте, достаточно далекой от кроссовера, это несущественно. Наклон составляет 60 дБ/декада по полосе задерживания, как и ожидается от фильтра 18 дБ/октаву.

Обратите внимание, что в каждой цепи, показанной здесь, R1 используется для обеспечения наличия части постоянного тока на землю. Без этого фильтр нижних частот не имеет опорного напряжения земли, поэтому будет качаться на одну или другую шину питания. Его можно не использовать, если кроссовер подключен непосредственно к другому операционному усилителю (например, к входному буферу или к несимметричному входному каскаду). Выходные резисторы на 100 Ом не должны быть исключены, так как многие операционные усилители будут колебаться при прямом подключении к экранированному (коаксиальному) кабелю из-за емкости кабеля.

Для вашего удобства я включил следующую таблицу, которая охватывает некоторые распространенные частоты кроссовера. Есть много, много других комбинаций, но расчет совсем не сложен, поэтому легко вычислить значения самостоятельно, если в таблице нет предпочитаемой частоты кроссовера.

6 емкости

6 Сопротивление

6 емкости

Частота

7

6 Сопротивление

Частота
72 Гц 22 кОм 100 нФ 603 Гц 22 кОм 12 нФ
88 Гц 18 кОм 100 нФ 737 Гц 18 кОм 12 нФ
106 Гц 15 кОм 100 нФ 884 Гц 15 кОм 12 нФ
133 Гц 12 кОм 100 нФ 1.105 кГц 12 кГц 12 нФ
159 Гц 10 кОм 100 нФ 1,326 кГц 10 кОм 12 нФ
219 Гц 22 кОм 33 нФ 1,592 кГц 10 кОм 10 нФ
268 Гц 18 кГц 33 нФ 1,941 кГц 8,2 кГц 10 нФ
322 Гц 15 кОм 33 нФ 2.341 кГц 6,8 кГц 10 нФ
402 Гц 12 кОм 33 нФ 2,842 кГц 5,6 кОм 10 нФ
482 Гц 10 кОм 33 нФ 3,386 кГц 4,7 кОм 10 нФ
Таблица 1. Некоторые примеры частот кроссовера и значений компонентов

Все приведенные выше значения очень удобны для операционных усилителей и не вызовут значительной нагрузки на выходе, что может привести к увеличению искажений.Точно так же все значения согласуются с низким уровнем шума, поскольку номиналы резисторов никогда не превышают 22 кОм. Конечно, существует бесчисленное множество других комбинаций, некоторые из которых будут очень близки к показанным примерам, а другие будут давать промежуточные частоты.


Использование платы P09

При использовании платы P09 значения R3, R4 и C5, C6 необходимо пересчитать, т.к. не предусмотрен вариант использования ОУ с усилением. Это не должно вызвать больших затруднений. На первый взгляд это может показаться не таким, но плату P09 настолько легко адаптировать, что я должен был подумать об этом раньше.Также можно сделать кроссовер асимметричным (например, для твитера используется 24 дБ/октава, а для средних частот — 18 дБ/октава). В этом нет никакого реального преимущества, но некоторым людям нравятся асимметричные кроссоверы.

Значения для R3, R4 и C5, C6 «интересны». R3 должен быть вдвое меньше R2, а R6 вдвое больше. Точно так же C6 вдвое меньше C4, а C6 вдвое больше. Резисторы и конденсаторы имеют соотношение 4:1. Это необходимо для увеличения добротности второго фильтра для получения отклика Баттерворта.Этого не особенно легко достичь, но к этому можно приблизиться.


Рис. 1a. Фильтры верхних и нижних частот 3-го порядка (единичное усиление)

Схема, показанная выше, имеет частоту 2,85 кГц и небольшой (менее 0,5 дБ) провал вблизи частоты кроссовера. Расположение оптимальных конденсаторов 5 нФ, 20 нФ и резисторов 2,8 кОм, 11,2 кОм немного неудобно, но это можно сделать с небольшой хитростью (например, 2 × 10 нФ последовательно, чтобы получить 5 нФ, и два параллельно, чтобы получить 20 нФ).Его можно установить на плату P09, добавив заглушку на нижнюю сторону печатной платы. Если вы используете 22 нФ для C5 и 4,7 нФ для C6 (как показано), вы получите небольшой провал на частоте кроссовера. Тогда резисторы 3,3к и 12к (R3, R4). Очень немногие динамики будут такими хорошими, поэтому ошибка, вероятно, несущественна для большинства систем.

Для фильтра на 300 Гц вам нужно всего лишь увеличить емкость конденсатора в 10 раз. Другие частоты можно рассчитать достаточно легко, а поскольку соотношения резисторов достаточно постоянны, большинство из них не вызовет проблем.Например, если вам нужна частота кроссовера 800 Гц, вы должны удвоить номинальную емкость (22 нФ) и рассчитать, что резисторы должны быть 10 кОм (фактическая частота будет 723 Гц). Остальные конденсаторы будут 47 нФ и 10 нФ (C5, C6 соответственно), а резисторы 4,7 кОм и 22 кОм (R3, R4 соответственно).

Это не совсем удобно, как использование операционных усилителей фильтра с коэффициентом усиления, равным двум, но позволяет довольно легко использовать плату P09 и получать очень хорошие результаты без необходимости использования «экзотических» значений компонентов.


«Традиционный» кроссовер 18 дБ/октава

Традиционный фильтр с единичным коэффициентом усиления Саллена-Кея 18 дБ показан на рис. 2. Он имеет явный недостаток, заключающийся в том, что часто требуются невозможные значения резисторов и конденсаторов, а входное сопротивление часто намного ниже, чем хотелось бы. Чтобы проиллюстрировать это, фильтр, показанный ниже, имеет входное сопротивление менее 400 Ом на частоте 10 кГц и всего 850 Ом на частоте 1 кГц. Входное сопротивление не превышает моего рекомендуемого минимума 2.2k, пока частота не упадет ниже 350 Гц. Немногие (если вообще есть) нормальные источники сигнала смогут работать с таким низким импедансом без чрезмерных искажений и/или серьезного снижения уровня сигнала (обычно менее 1 В RMS на любой частоте). При использовании в качестве кроссовера источник должен управлять двумя фильтрами, а низкий импеданс на высоких частотах особенно проблематичен для большинства операционных усилителей.

Даже в специальном блоке это неприемлемо, потому что лишь немногие операционные усилители могут работать с таким низким импедансом при более чем одном вольте или около того (среднеквадратичное значение).Нагрузка также увеличивает искажения задолго до того, как операционные усилители ограничатся. Хотя сопротивления можно увеличить, а конденсаторы соответственно уменьшить, это может увеличить шум, особенно если в операционных усилителях используются входы биполярных транзисторов (например, NE5532). Сопротивление действительно станет очень высоким для низкочастотной кроссоверной сети, в противном случае значения емкости будут очень большими.

Хотя нечетные значения могут быть созданы путем использования последовательных и параллельных цепей по мере необходимости, это увеличивает стоимость компонентов и, что более важно, делает плату больше и увеличивает вероятность ошибок.Если критична стоимость или желателен минимальный размер, следует использовать альтернативную версию, показанную на рис. 1. Хотя он использует дополнительный операционный усилитель, дополнительные затраты незначительны, а производительность улучшена. «Традиционный» фильтр также (обычно) имеет небольшой провал в суммированной характеристике (около 0,5 дБ), потому что настройка не совсем идеальна. Это связано с тем, что выходной импеданс первой секции фильтра не равен нулю, поэтому следующий фильтр воздействует, а также нагружает первый — поэтому эффект усугубляется.


Рис. 2. «Традиционный» кроссовер 3-го порядка

Хотя применяется та же базовая формула, что и для модифицированной версии, из приведенного выше видно, что …

R2 = R / 10, R3 = R / 2 и R4 = R × 2     и …
C1 = C4 = C × 10, C5 = C × 2, C6 = C / 2

(где R и C — основные компоненты определения частоты.)

Провал отклика и низкий входной импеданс можно устранить, добавив буфер после первой ступени фильтра, как показано на рис. 1.Затем C1, R2 и R5, C4 восстанавливаются до того же значения, которое диктует частота настройки (в данном случае 6,8 кОм и 10 нФ). У вас все еще есть недостаток, заключающийся в том, что вам нужны значения R и C × 2 и R и C / 2. Использование ближайших компонентов серии E12 может не дать приемлемого отклика на частоте кроссовера. Однако в приведенном выше примере создание R3 = 3,3 кОм, R4 = 12 кОм, C5 = 22 нФ и C6 = 4,7 нФ дает очень хорошие результаты. Как отмечалось выше, об этом заботится плата P09.

Для показанной схемы максимальное отклонение от плоской характеристики меньше 0.2 дБ, используя эти значения, но вы не можете гарантировать, что так будет всегда. Некоторые комбинации значений просто не обеспечат удовлетворительной «подгонки» к фильтрам, особенно для конденсаторов, которые обычно доступны только в серии E12.


Минимально возможная стоимость кроссовера 18 дБ/октава

Наконец, мы можем взглянуть на устройство, которое изначально выглядит так, как будто оно вообще не может работать должным образом. Путем модификации первой секции фильтра (пассивной) для обеспечения более высокого импеданса источника сигнала фильтр становится пригодным для использования без риска перегрузки исходного операционного усилителя.Это увеличивает импеданс второй (активной) секции, так что есть компромиссы.

Обратите внимание на комментарии выше о втором фильтре, загружающем первый и имеющем ненулевое входное сопротивление, чтобы понять, что я имею в виду. Таким образом, если (пассивный) входной фильтр использует те же значения, что и активный фильтр, мы должны ожидать, что конечный результат будет довольно плохим, но несколько лучше, чем можно было бы себе представить. Схема показана ниже, и это действительно самый простой кроссовер на 18 дБ. Это не точность, но для «быстрой и грязной» сети, подходящей для базового усиления звука или, возможно, активного динамика объемного звучания, он должен работать довольно хорошо.


Рис. 3. Простейший кроссовер 3-го порядка

Применяются те же формулы частоты, что и для приведенных выше, но чтобы выяснить, насколько мы ввели компромисс, необходимо показать кривые отклика. Хотя вы не можете измерить точные отклонения от плоской АЧХ на графике ниже, пики по обе стороны от частоты кроссовера составляют +0,9 дБ, а провал при кроссовере составляет -1,9 дБ (при точных значениях для всех кепок и резисторы). На частоте кроссовера каждый выход составляет -7 дБ по отношению к уровню на пару октав по обе стороны от кроссовера.Хотя это может показаться довольно странным, именно так это и работает.

Кроме того, каждый фильтр имеет пик 1 дБ непосредственно перед спадом. Хотя это и не совсем идеально, неразумно ожидать, что многие бюджетные драйверы громкоговорителей хотя бы приблизится к такой степени плоскостности. В целом, это абсолютно самый простой и дешевый способ построить активный фильтр 18 дБ/октаву, но он может дать удивительно хорошие результаты для такого простого устройства.


Рис. 4. Простейшая возможная характеристика кроссовера 3-го порядка

Обратите внимание, что (электрическая) сумма двух выходов показана смещенной на 6 дБ для ясности.Вы можете видеть пики на каждом фильтре и легкое «колебание» в суммированном отклике. Есть очень много дорогих громкоговорителей, которые работают намного хуже, и основной артефакт — это очень широкий провал — провалы гораздо менее слышны, чем пики, и вы можете даже не заметить их в двойном слепом тесте. Естественно, фактически используемые драйверы будут либо улучшать, либо ухудшать общий отклик, в зависимости от их поведения на частоте кроссовера.

Важно отметить, что «простейшая из возможных» схема работает, как описано, только , если операционные усилители рассчитаны на коэффициент усиления 6 дБ.Если вы попробуете использовать традиционную топологию фильтра, производительность будет намного хуже, с очень выраженным провалом около 4 дБ на частоте кроссовера, а не с легким «колебанием».


Заключение

Для серьезных приложений схема на рис. 1 близка к идеальной. Хотя он и проявляет некоторую чувствительность к компонентам, в этом отношении он не лучше и не хуже любого другого типа фильтра. Как хороший компромисс между (сравнительно) очень медленным спадом фильтра 12 дБ и (также сравнительно) радикальным наклоном кроссовера Линквица-Райли 24 дБ, его трудно превзойти.Устраняя все нечетные значения, сопоставление компонентов становится намного проще, если вы решите это сделать, и нет необходимости в том, чтобы последовательные и параллельные компоненты получали точные значения, которые вам нужны. Усиление, равное двум (6 дБ), при необходимости легко убрать с помощью делителя напряжения, но, поскольку большинство людей в любом случае будут использовать потенциометры или подстроечные регуляторы для установки уровней выходного сигнала, это незначительное возражение не имеет значения.

Традиционный подход на самом деле мало что может порекомендовать, так как он требует нечетных значений и имеет входной импеданс, который обычно слишком низок, чтобы его можно было легко использовать с большинством операционных усилителей.Если пассивная секция входного фильтра выполнена с использованием более высоких значений, то активная секция в конечном итоге будет использовать слишком высокие значения, что может вызвать проблемы с шумом.

Существует других способов получить фильтр 18 дБ/октаву с использованием идентичных частотно-определяющих компонентов и трех операционных усилителей. Я не включил здесь этот проект, так как он не имеет существенных преимуществ по сравнению с другими подходами, но использует больше операционных усилителей.

alexxlab

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.