Подрезка мидбаса снизу
- Откуда: Семикаракорск
Отправлено 22 November 2019 — 09:04
Всем привет, вопрос — как подрезать мидбас в пассивной системе снизу- первым порядком, на какой частоте и каким конденсатором это можно сделать?мидбаc alpine z17w
Сообщение отредактировал: Лирик+к — 22 November 2019 — 09:05
#2 
OFFLINE Teten54rus
Teten54rus
- Откуда: Новосибирск
Отправлено 22 November 2019 — 09:28
Решение с конденсатором достаточно сомнительное.
Сообщение отредактировал: Teten54rus — 22 November 2019 — 15:46
#3 OFFLINE pitbull777
pitbull777
- Откуда: Краснодар
Отправлено 22 November 2019 — 09:44
Всем привет, вопрос — как подрезать мидбас в пассивной системе снизу- первым порядком, на какой частоте и каким конденсатором это можно сделать?мидбаc alpine z17w
Лучше фильтрами усилителя .Если нету то номиналом конденсатора на входе усилителя вполне рабочий вариант правда порядок первый будет (вполне достаточно ) и потери качества нет совершенно в отличии от всех других вариантов . .Кондер на мидбас это самый последний вариант (а по сути невариант )
Сообщение отредактировал: pitbull777 — 22 November 2019 — 09:46
#4 OFFLINE Лирик+к
- Откуда: Семикаракорск
Отправлено 22 November 2019 — 09:45
Сопротивление 6 ом, нужно думаю со 130 подрезать, может даже выше, нужен человек который хоть раз пробовал , а не боялся) может есть такие, и со скольки первым порядком подрезать будет оптимально? 200 мкф, если резать со 130.
#5 OFFLINE Лирик+к
- Откуда: Семикаракорск
Отправлено 22 November 2019 — 09:47
Лучше фильтрами усилителя .Если нету то номиналом конденсатора на входе усилителя вполне рабочий вариант правда порядок первый будет (вполне достаточно ) и потери качества нет совершенно в отличии от всех других вариантов . .Кондер на мидбас это самый последний вариант (а по сути невариант )
можно поподробнее, какими номиналами? Фильтров на усилителе нет. На этом усилителе висят ещё пищалки, их это не затронет?
Сообщение отредактировал: Лирик+к — 22 November 2019 — 09:49
#6 OFFLINE pitbull777
pitbull777
- Откуда: Краснодар
Отправлено 22 November 2019 — 09:52
можно поподробнее, какими номиналами? Фильтров на усилителе нет. На этом усилителе висят ещё пищалки, их это не затронет?
Номинал зависит от схемы если очень примерно 0.47 мФ (там в усилке на входе стоят конденсаторы 10 -47 мф вот их заменить на 0.33 -0.68 мФ , пищалки никак не затронет просто нч подрежет .
Сообщение отредактировал: pitbull777 — 22 November 2019 — 09:53
#7 OFFLINE iskander80
iskander80
- Откуда: Саратов
Отправлено 22 November 2019 — 09:59
можно поподробнее, какими номиналами? Фильтров на усилителе нет. На этом усилителе висят ещё пищалки, их это не затронет?
Узнаем входное сопротивление усилителя и действуем:
подставляем входное сопротивлление, номинал конденсатора и видим частоту среза.
Если входное 20кОм, а срез надо в районе 150-160 гц, то номинал кондера 0.05 мкф
Сообщение отредактировал: iskander80 — 22 November 2019 — 10:02
«Существует две возможности: либо мы одиноки во вселенной, либо нет. Обе одинаково ужасны.»
#8 OFFLINE TVL
- Откуда: Казань
Отправлено 22 November 2019 — 14:12
Мидбасс снизу подрезают на определённой частоте ( и порядками фильтров ) для стыковки с сабвуфером по фазе.
С уважением, Владимир.
#9 OFFLINE Prof.Nimnul
Prof.Nimnul
- Откуда: Питер
Отправлено 22 November 2019 — 15:04
Лучше фильтрами усилителя .Если нету то номиналом конденсатора на входе усилителя вполне рабочий вариант правда порядок первый будет (вполне достаточно ) ≤≥ .Кондер на мидбас это самый последний вариант (а по сути — не вариант )
+1. При желании можно ещё добавить параллельно входу сдвоенный переменный резистор 47-100 кОм и таким образом регулировать частоту среза.
Помирать, так с Музыкой
#10 OFFLINE iskander80
iskander80
- Откуда: Саратов
Отправлено 22 November 2019 — 15:06
+1. При желании можно ещё добавить параллельно входу сдвоенный переменный резистор 47-100 кОм и таким образом регулировать частоту среза.
А что все же лучше?
Активный или пассивный по входу в усилителе ?
«Существует две возможности: либо мы одиноки во вселенной, либо нет. Обе одинаково ужасны.»
#11 OFFLINE pitbull777
pitbull777
- Откуда: Краснодар
Отправлено 22 November 2019 — 16:27
А что все же лучше?
Активный или пассивный по входу в усилителе ?
Режет конечно лучше активный .МЕньше звук портит пассивный на входе усилителя или выходе гу .
#12 OFFLINE prohozhi
- Откуда: Московия
Отправлено 22 November 2019 — 16:42
Хороший конденсатор на 100мкФ будет стоить в сто раз дороже хорошего конденсатора на 1мкФ. Шутка.
#13 OFFLINE Антип
- Откуда: г.Ковров
Отправлено 22 November 2019 — 16:45
Мы с таким фильтром, конденсатор 0.1 мкф на входе, в усилителе Poweramper Q2100 в полную полосу на двухполоске, ездили. Вполне подрезаемо и слушаемо было.)
#14 OFFLINE jeka1702
- Откуда: Краснодар
Отправлено 22 November 2019 — 17:09
Сопротивление 6 ом, нужно думаю со 130 подрезать, может даже выше, нужен человек который хоть раз пробовал , а не боялся) может есть такие, и со скольки первым порядком подрезать будет оптимально? 200 мкф, если резать со 130.
Я резал мидбас phass mw6512al снизу первым порядком кондером мундорф, частота среза была 71 гц
#15 OFFLINE iskander80
iskander80
- Откуда: Саратов
Отправлено 22 November 2019 — 17:15
Хороший конденсатор на 100мкФ будет стоить в сто раз дороже хорошего конденсатора на 1мкФ. Шутка.
в каждой шутке есть доля шутки.
«Существует две возможности: либо мы одиноки во вселенной, либо нет. Обе одинаково ужасны.»
#16 OFFLINE Лирик+к
- Откуда: Семикаракорск
Отправлено 22 November 2019 — 20:43
Вообщем все обсудили с питбулем по телефону, т, к и саб у меня висит на этом же усилителе( да такой дикий колхоз )и вы скажете будет ухудшение звука и все в этом роде))) но я это не слышу и мне пофигу) поэтому остаётся одно решение повесить кондер , подскажите кондер который с этим справиться за адекватные деньги. интересен сам эксперимент ,если даже не понравится, выкину и оставлю без подрезки. и ещё интересно со скольки лучше отрезать мидбас первым порядком, чтобы не перегружать его?
#17 OFFLINE Лирик+к
- Откуда: Семикаракорск
Отправлено 22 November 2019 — 21:15
Я резал мидбас phass mw6512al снизу первым порядком кондером мундорф, частота среза была 71 гц
кондер перед усилителем или после?
Сообщение отредактировал: Лирик+к — 22 November 2019 — 21:15
#18 OFFLINE Ден
- Откуда: Обнинск
Отправлено 22 November 2019 — 21:24
Вообщем все обсудили с питбулем по телефону, т, к и саб у меня висит на этом же усилителе( да такой дикий колхоз )и вы скажете будет ухудшение звука и все в этом роде))) но я это не слышу и мне пофигу) поэтому остаётся одно решение повесить кондер , подскажите кондер который с этим справиться за адекватные деньги. интересен сам эксперимент ,если даже не понравится, выкину и оставлю без подрезки. и ещё интересно со скольки лучше отрезать мидбас первым порядком, чтобы не перегружать его?
А в чем проблема- имплантировать фильтр нужного порядка в имеющийся усилитель? Питание для опера есть, место для размещения тоже найти не проблема. Место и пространство для творчества присутствует.
#19 OFFLINE jeka1702
- Откуда: Краснодар
Отправлено 22 November 2019 — 21:30
кондер перед усилителем или после?
Комфортное звучание с «эстрадки».
Целью данного поста является разобраться в причинах неприятности эстрадного звука и научиться с помощью простейших средств изначально получить более-менее комфортный звук.
В качестве примера будет выбрана акустика SWAT.
В заключении будет приложена таблица практических решений.
Начнем с банального. Чтобы изначально получить комфортный звук необходимо:
1.Получить ровную АЧХ.
2.Динамики НЧ и ВЧ должны быть сфазированы.
3.Чтобы не было искажений, динамики должны работать в условиях своей номинальной мощности.
Итак, почему «эстрадка» звучит грязно, навязчиво, выносит мозг и т.д.
Ответ однозначным быть не может, это, как правило комбинация причин:
1. Искажения мидбаса, связанные с избыточным механическим ходом диффузора на низких частотах.
Лечится повышением частоты раздела фильтра высоких частот мидбаса от его резонансной до удвоенной резонансной частоты и / или повышением крутизны фильтра
2. Большая неравномерность амплитудно частотной характеристики мидбаса в конце рабочего диапазона 3-8 кГц в виде горба от 4 до 10 дБ.
Эта проблема решается фильтром низких частот с частотой раздела до горба, использованием режекторного фильтра на частоте горба или искусным сопряжением мида с пищалкой.
3. Нестыковка мидбаса и пищалки по уровню, фазе суммарной неровной АЧХ.
Помогут согласовать «правильные» уши, спектроанализатор, хотя бы с телефона, и специальные технические записи типа свип-тона, розового шума и другие.
4. Искажения пищалки обусловленные большой подводимой мощностью к ней. Нужно помнить о распределении музыкальной мощности по диапазону частот в зависимости от жанра музыки и о настоящей номинальной мощности пищалки.
Здесь может помочь повышение частоты раздела и / или увеличение крутизны фильтра высоких частот для пищалки, использование аттенюатора.
Важно. в каждом конкретном случае будут свои проблемы и их решение.
Для новичка все это сложно и без профессиональных навыков практически не решается самостоятельно. А хочется изначально не наступить на грабли и изначально получить хоть какое то комфортное звучание от пары мидбас-рупор.
Поэтому был проведен ряд измерений и прослушиваний с учетом расположения динамиков с работой из двери и в поле (излучение под углом и на оси). А согласование динамиков свелось бы к приобретению минимального количества радиодеталей.
Была взята самая простейшая схема фильтрации. Мид в полную полосу, твиттер фильтруем емкостью и используем аттенюатор в виде резистора.
Но даже здесь три изменяемых параметра, которые влияют на итоговое звучание.
Резистор выступает в роли аттенюатора (ослабителя) уровня высоких частот. Подбирается из конкретных условий работы и пары компонентов. Экспериментально каждые 5 Ом соответствуют сопротивлению пищалки и ослабляют твиттер на 3 дБ. Соответственно, с последовательно включенным резистором 5 Ом, можно и мощности подать в 2 раза больше на твиттер.
Конденсатор выступает в роли фильтра ВЧ и определяет частоту с которой работает пищалка. Для простоты была выбрана емкость из комплекта 3,3 мкФ и меньшая 1 мкФ определена экспериментально. На твиттер, опять же, через емкость меньшую в 3 раза можно подать мощность большую в 3 раза.
Меняя полярность пищалки мы находим лучшую более гладкую АЧХ системы.
Начнем с измерения АЧХ мидбаса SWAT PRO80, в качестве примера, под углом (из двери) и на оси излучения (в поле).
Из графика видно почему надо по разному согласовывать мид и пищалку при разных установках.
Из данного графика видно что под углом мидбас работает до 3,5-4 кГц и твиттер придется согласовывать с мидом достаточно низко. Но при этом характеристика становится более ровной.
А вот на оси излучения мид с твиттером уже можно согласовывать на 5 — 6 кГц, что скажется в лучшую сторону для жизни твиттера. Но вот характерный горб на 3 кГц нам тембрально подпортит звучание. И с этим надо будет что то делать.
И еще хочу привести как влияют на АЧХ твиттера резисторы и конденсаторы.
Видно, что штатный конденсатор 3,3 мкФ это не самый лучший вариант. Желательно емкость поменьше или полноценный фильтр 3 и выше порядка (но это отдельная история).
А вот итоговая АЧХ на оси излучения.
Из графиков видно, чтобы получить достаточно ровную АЧХ и в итоге комфортное звучание требуется индивидуальный подход и достаточно бюджетное решение.
И, как обещал, сводная таблица для эстрадной акустики SWAT.
Бонусом в табличку добавил второй популярный твиттер SWAT 4N Pro и столбик с максимальной частотой среза для мидбаса в поканальной системе.
Всем удачи и КОМФОРТНОГО прослушивания музыки!
Фильтры. Отсекая лишнее. Журнал «Автозвук»
Профессиональный рецепт Огюста Родена наилучшим образом подходит для нашей темы. А тема была давно обещана читателям. Вновь разобраться с электрическими фильтрами во всех формах, в которых они применяются в нашей узкой отрасли.
. взять глыбу мрамора и отсечь от нее всё лишнее.
Огюст Роден
Любой фильтр, в сущности, делает со спектром сигнала то же, что Роден с мрамором. Но в отличие от творчества скульптора замысел принадлежит не фильтру, а нам с вами.
Нам с вами по понятным причинам больше всего знакома одна сфера применения фильтров — разделение спектра звуковых сигналов для последующего воспроизведения их динамическими головками (нередко мы говорим «динамиками», но сегодня материал серьёзный, поэтому к терминам будем тоже подходить со всей строгостью). Но эта область использования фильтров, наверное, всё же не основная и совершенно точно, что не первая в историческом плане. Не будем забывать, что электроника когда-то называлась радиоэлектроникой, и первоначальной её задачей было обслуживание нужд радиопередачи и радиоприёма. И даже в те детские годы радио, когда сигналы сплошного спектра не передавались, а радиовещание ещё называлось радиотелеграфией, возникла потребность повышения помехозащищённости канала, и решена эта задача была за счёт использования фильтров в приёмных устройствах. На передающей стороне фильтры применялись для ограничения спектра модулированного сигнала, чем также удалось повысить надёжность передачи. В конце концов, краеугольный камень всей радиотехники тех времён, резонансный контур — не что иное, как частный случай полосового фильтра. Поэтому можно сказать, что вся радиотехника началась с фильтра.
Конечно, первые фильтры были пассивными, состояли они из катушек и конденсаторов, а с помощью резисторов удавалось получить нормированные характеристики. Но все они обладали общим недостатком — их характеристики зависели от импеданса той цепи, которая стоит за ними, то есть цепи нагрузки. В простейших случаях импеданс нагрузки можно было поддерживать достаточно высоким, чтобы этим влиянием можно было пренебречь, в других случаях взаимодействие фильтра и нагрузки приходилось учитывать (между прочим, расчёты зачастую велись даже без логарифмической линейки, просто в столбик). Избавиться от влияния импеданса нагрузки, этого проклятия пассивных фильтров, удалось с появлением активных фильтров.
Изначально предполагалось посвятить этот материал целиком и полностью пассивным фильтрам, их в практике инсталляторов приходится рассчитывать и изготавливать своими силами несравнимо чаще, чем активные. Но логика потребовала, чтобы мы всё же начали с активных. Как ни странно, потому что они проще, что бы ни казалось при первом взгляде на приводимые иллюстрации.
Хочу быть понятым верно: сведения об активных фильтрах не призваны служить исключительно руководством по их изготовлению, такая надобность появляется далеко не всегда. Гораздо чаще возникает нужда понять, как работают уже имеющиеся фильтры (главным образом — в составе усилителей) и почему они не всегда работают так, как нам бы хотелось. И здесь, действительно, может прийти мысль о ручной работе.
Принципиальные схемы активных фильтров
В простейшем случае активный фильтр представляет собой пассивный фильтр, нагруженный на элемент с единичным коэффициентом передачи и высоким входным импедансом — либо на эмиттерный повторитель, либо на операционный усилитель, работающий в режиме повторителя, то есть с единичным усилением. (Можно реализовать и катодный повторитель на лампе, но ламп я, с вашего позволения, касаться не буду, если кому интересно — обратитесь к соответствующей литературе). По идее, не возбраняется таким способом построить активный фильтр любого порядка. Поскольку токи во входных цепях повторителя очень малы, то, казалось бы, элементы фильтра могут быть выбраны очень компактными. Все ли? Представьте себе, что нагрузкой фильтра является резистор 100 Ом, вы хотите сделать фильтр НЧ первого порядка, состоящий из единственной катушки, на частоту 100 Гц. Каков должен быть номинал катушки? Ответ: 159 мГн. Какая уж тут компактность. И главное, что омическое сопротивление такой катушки может оказаться вполне сравнимым с нагрузкой (100 Ом). Поэтому о катушках индуктивности в схемах активных фильтров пришлось забыть, другого выхода просто не было.
Для фильтров первого порядка (рис. 1) я приведу два варианта схемной реализации активных фильтров — с ОУ и с эмиттерным повторителем на транзисторе n-p-n типа, а вы уж сами при случае выберете, с чем вам проще будет работать. Почему n-p-n? Потому, что их больше, и потому, что при прочих равных условиях в производстве они получаются несколько «лучше». Моделирование проводилось для транзистора КТ315Г — единственного, наверное, полупроводникового прибора, цена на который до последнего времени была точно такая же, как и четверть века назад — 40 копеек. Фактически вы можете использовать любой n-p-n транзистор, коэффициент усиления которого (h21э) не намного ниже 100.
Рис. 1. Фильтры ВЧ первого порядка
Резистор в цепи эмиттера (R1 на рис. 1) задаёт ток коллектора, для большинства транзисторов его рекомендуют выбирать примерно равным 1 мА или немного меньше. Частоту среза фильтра определяет ёмкость входного конденсатора C2 и общее сопротивление параллельно включённых резисторов R2 и R3. В нашем случае это сопротивление составляет 105 кОм. Надо только следить, чтобы оно было значительно меньше, нежели сопротивление в цепи эмиттера (R1), умноженное на показатель h21э — в нашем случае это примерно 1200 кОм (в действительности при разбросе значений h21э от 50 до 250 — от 600 кОм до 4 МОм). Выходной конденсатор добавлен, что называется, «для порядка» — если нагрузкой фильтра будет входной каскад усилителя, там, как правило, уже стоит конденсатор для развязки входа по постоянному напряжению.
В схеме фильтра на ОУ здесь (как и в последующем) использована модель TL082C, поскольку этот операционный усилитель очень часто применяется для построения фильтров. Впрочем, можно брать едва ли не любой ОУ из тех, что нормально работают с однополярным питанием, предпочтительнее с входом на полевых транзисторах. Здесь также частота среза определяется соотношением ёмкости входного конденсатора C2 и сопротивлением параллельно включённых резисторов R3, R4. (Почему параллельно включённых? Потому, что с точки зрения переменного тока плюс питания и минус — одно и то же.) Соотношение резисторов R3, R4 определяет среднюю точку, если они будут немного различаться, это не трагедия, это лишь означает, что сигнал максимальной амплитуды начнёт ограничиваться с одной стороны несколько раньше. Фильтр рассчитан на частоту среза 100 Гц. Чтобы её понизить, надо увеличить либо номинал резисторов R3, R4, либо емкость C2. То есть номинал изменяется обратно пропорционально первой степени частоты.
В схемах фильтра НЧ (рис. 2) на пару деталей больше, поскольку входной делитель напряжения не используется как элемент частотно-зависимой цепи и добавляется разделительная ёмкость. Для понижения частоты среза фильтра надо увеличивать входной резистор (R5).
Рис. 2. Фильтры НЧ первого порядка
Разделительная ёмкость имеет нешуточный номинал, так что без электролита обойтись будет трудно (хотя можно ограничиться плёночным конденсатором 4,7 мкФ). Следует учитывать, что разделительная ёмкость совместно с C2 образуют делитель, и чем она меньше, тем выше ослабление сигнала. Как следствие, несколько смещается и частота среза. В некоторых случаях можно обойтись без разделительного конденсатора — если, к примеру, источником является выход другого каскада фильтра. А вообще стремление избавиться от громоздких разделительных конденсаторов и явилось, наверное, основной причиной перехода от однополярного питания к двухполярному.
На рис. 3 и 4 показаны частотные характеристики фильтров ВЧ и НЧ, схемы которых мы только что рассмотрели.
Рис. 3. Характеристики фильтров ВЧ первого порядка
Рис. 4. Характеристики фильтров НЧ первого порядка
Весьма вероятно, что у вас уже возникли два вопроса. Первый: а что это мы так плотно занялись изучением фильтров первого порядка, когда для сабвуферов они не годятся вовсе, да и для разделения полос фронтальной акустики, если верить высказываниям автора, они применимы, мягко говоря, не часто? И второй: а почему автор не упомянул ни Баттерворта, ни его однофамильцев — Линквица, Бесселя, Чебышева, в конце концов? На первый вопрос я пока отвечать не буду, чуть позже вам всё станет ясно. Сразу перехожу ко второму. Баттервортом со товарищи были определены характеристики фильтров от второго порядка и выше, а частотная и фазовая характеристика фильтров первого порядка всегда одна и та же.
Итак, фильтры второго порядка, с номинальной крутизной спада 12 дБ/окт. Такие фильтры повсеместно делаются с использованием ОУ. Можно, конечно, обойтись и транзисторами, но для того, чтобы схема работала точно, приходится учитывать много всего, и в результате простота оказывается чисто мнимой. Известно энное количество вариантов схемной реализации таких фильтров. Я даже не скажу какое, поскольку любое перечисление всегда может оказаться неполным. Да и нам оно мало что даст, поскольку по-настоящему углубляться в теорию активных фильтров нам вряд ли имеет смысл. Тем более что в построении фильтров усилителей участвуют по большей части лишь две схемные реализации, можно даже сказать, что полторы. Начнём с той, которая «целая». Это так называемый фильтр Саллена — Ки (Sallen — Key).
Рис. 5. Фильтр ВЧ второго порядка
Здесь, как и всегда, частота среза определяется номиналами конденсаторов и резисторов, в данном случае — C1, C2, R3, R4, R5. Обратите внимание, для фильтра Баттерворта (ну наконец-то!) номинал резистора в цепи обратной связи (R5) должен быть вдвое меньше номинала резистора, включённого в «землю». Как обычно, в «землю» получаются включенными резисторы R3 и R4 параллельно, и суммарный номинал их 50 кОм.
Теперь несколько слов как бы в сторону. Если у вас фильтр не перестраиваемый, проблем с подбором резисторов не будет. Но если вам надо плавно менять частоту среза фильтра, нужно одновременно изменять два резистора (у нас их три, но в усилителях питание двухполярное, и там один резистор R3, номинала такого же, как наши два R3, R4, включённые параллельно). Специально для таких целей выпускаются сдвоенные переменные резисторы разного номинала, но они и дороже, и не так их много. Кроме того, можно разработать фильтр с очень близкими характеристиками, но у которого оба резистора будут одинаковыми, а ёмкости C1 и C2 — разными. Но это хлопотно. А теперь давайте посмотрим, что будет, если взять фильтр, рассчитанный на среднюю частоту (330 Гц) и начать менять лишь один резистор — тот, который в «землю». (Рис. 6).
Рис. 6. Перестройка фильтра ВЧ
Согласитесь, нечто подобное мы многократно видели на графиках в тестах усилителей.
Схема фильтра НЧ похожа на зеркальное отображение фильтра ВЧ: в обратной связи стоит конденсатор, а в горизонтальной полке буквы «Т» — резисторы. (Рис. 7).
Рис. 7. Фильтр НЧ второго порядка
Как и в случае с фильтром НЧ первого порядка, добавляется разделительный конденсатор (C3). Величина резисторов в цепи создания локальной «земли» (R3, R4) влияет на величину затухания, вносимого фильтром. При указанном на схеме номинале аттенюация около 1,3 дБ, думаю, с этим можно мириться. Как всегда, частота среза обратно пропорциональна номиналу резисторов (R5, R6). Для фильтра Баттерворта номинал конденсатора в обратной связи (C2) должен быть вдвое больше, чем ёмкость C1. Поскольку номинал резисторов R5, R6 один и тот же, для плавной перестройки частоты среза подходит почти любой сдвоенный подстроечный резистор — именно поэтому во многих усилителях характеристики фильтров НЧ более стабильны, нежели характеристики фильтров ВЧ.
На рис. 8 показаны амплитудно-частотные характеристики фильтров второго порядка.
Рис. 8. Характеристики фильтров второго порядка
Вот теперь можно вернуться к тому вопросу, который остался без ответа. Схему фильтра первого порядка мы «проходили» потому, что активные фильтры создаются в основном путём каскадирования базовых звеньев. Так что последовательное соединение фильтров первого и второго порядка даст третий порядок, цепочка из двух фильтров второго порядка даст четвёртый и так далее. Поэтому я приведу лишь два варианта схем: фильтр ВЧ третьего порядка и фильтр НЧ — четвёртого. Тип характеристики — Баттерворт, частота среза — те же 100 Гц. (Рис. 9).
Рис. 9. Фильтр ВЧ третьего порядка
Предвижу вопрос: отчего вдруг изменились номиналы резисторов R3, R4, R5? А отчего бы им не измениться? Если в каждой «половинке» схемы уровню -3 дБ соответствовала частота 100 Гц, значит, совместное действие обеих частей схемы приведёт к тому, что спад на частоте 100 Гц составит уже 6 дБ. А мы так не договаривались. Так что самое привести методику выбора номиналов — пока только для фильтров Баттерворта.
1. По известной частоте среза фильтра задаться одним из характерных номиналов (R или C) и вычислить второй номинал, используя зависимость:
Поскольку ассортимент номиналов конденсаторов, как правило, более узкий, разумнее всего задаться базовым значением ёмкости C (в фарадах), а по нему определить базовое значение R (Ом). Но если у вас, к примеру, есть пара конденсаторов 22 nF и несколько штук на 47 nF, никто не мешает вам брать и те, и эти — но в разных частях фильтра, если он составной.
2. Для фильтра первого порядка формула (1.1) даёт сразу значение резистора. (В нашем конкретном случае получаем 72,4 кОм, округляем до ближайшего стандартного значения, получаем 75 кОм.) Для базового фильтра второго порядка вы точно так же определяете стартовое значение R, но для того, чтобы получить действительные значения резисторов, надо будет воспользоваться таблицей. Тогда номинал резистора в цепи обратной связи определится как
а номинал резистора, идущего в «землю», будет равен
| Порядок фильтра | Kp | Ks |
| 2 | 0,7070 | 1,414 |
| 3 | 0,5000 | 2,000 |
| 4 (1) | 0,3827 | 2,613 |
| 4 (2) | 0,9240 | 1,082 |
Единичкой и двойкой в скобках обозначены строки, относящиеся к первому и второму каскадам фильтра четвёртого порядка. Можете проверить: произведение двух коэффициентов в одной строке равно единице — это, действительно, обратные величины. Впрочем, мы договорились в теорию фильтров не лезть.
Расчёт номиналов определяющих компонентов фильтра НЧ осуществляется сходным образом и по той же таблице. С той только разницей, что в общем случае вам придётся танцевать от удобного номинала резистора, а номиналы конденсаторов подбирать по таблице. Конденсатор в цепи обратной связи определится как
а конденсатор, соединяющий вход ОУ с «землёй», как
Пользуясь вновь приобретёнными знаниями, рисуем фильтр НЧ четвёртого порядка, который уже вполне можно применить для работы с сабвуфером (рис. 10). На схеме я на этот раз привожу расчётные значения емкостей, без округления до стандартного номинала. Это чтобы вы могли себя проверить при желании.
Рис. 10. Фильтр НЧ четвёртого порядка
Я до сих пор ни слова не сказал о фазовых характеристиках, и правильно сделал — вопрос этот отдельный, отдельно им и займёмся. В следующий раз, вы же поняли, мы только начинаем.
Рис. 11. Характеристики фильтров третьего и четвёртого порядка
Подготовлено по материалам журнала «Автозвук», апрель 2009 г. www.avtozvuk.com
Вот теперь, когда у нас накопилось некоторое количество материала, можно заняться фазой. Надо с самого начала сказать, что давным-давно понятие фазы ввели для обслуживания нужд электротехники.
Когда сигнал представляет собой чистый синус (хотя степень чистоты бывает разная) фиксированной частоты, то вполне естественно представить его в виде вращающегося вектора, определяемого, как известно, амплитудой (модулем) и фазой (аргументом). Для звукового сигнала, в котором синусы присутствуют лишь в виде разложения, понятие фазы уже не столь наглядно. Однако не менее полезно — хотя бы потому, что звуковые волны от разных источников складываются векторно. А теперь посмотрим, как выглядят фазочастотные характеристики (ФЧХ) фильтров до четвёртого порядка включительно. Нумерация рисунков будет сохраняться сквозная, с прошлого выпуска.
Начинаем, стало быть, с рис. 12 и 13.
Сразу можно подметить любопытные закономерности.
1. Любой фильтр «крутит» фазу на угол, кратный ?/4, точнее говоря, на величину (n?)/4, где n — порядок фильтра.
2. ФЧХ фильтра НЧ всегда начинается от 0 градусов.
3. ФЧХ фильтра ВЧ всегда приходит на 360 градусов.
Последний пункт можно уточнить: «точка назначения» ФЧХ фильтра верхних частот кратна 360 градусам; если порядок фильтра выше четвёртого, то с ростом частоты фаза фильтра ВЧ будет стремиться к 720 градусам, то есть к 4? ?, если выше восьмого — к 6? и т. д. Но для нас это уже чистая математика, имеющая к практике весьма отдалённое отношение.
Из совместного рассмотрения перечисленных трёх пунктов нетрудно заключить, что ФЧХ фильтров ВЧ и НЧ совпадают лишь для чётвёртого, восьмого и т.д. порядков, а справедливость этого утверждения для фильтров четвёртого порядка наглядно подтверждает и график на рис. 13. Впрочем, из этого факта не следует, что фильтр четвёртого порядка «самый лучший», как, кстати, не следует и обратного. И вообще, выводы пока делать рано.
Фазовые характеристики фильтров не зависят от способа реализации — активные они или пассивные, и даже от физической природы фильтра. Поэтому мы не будем специально заострять внимание на ФЧХ пассивных фильтров, они по большей части ничем не отличаются от тех, что мы уже видели. Кстати говоря, фильтры относятся к числу так называемых минимально-фазовых цепей — их амплитудно-частотные и фазочастотные характеристики жёстко взаимосвязаны. К числу неминимально-фазовых звеньев относится, к примеру, линия задержки.
Совершенно очевидно (при наличии графиков), что чем выше порядок фильтра, тем его ФЧХ падает круче. А крутизну любой функции характеризуют чем? Её производной. Производная ФЧХ по частоте имеет специальное название — групповое время задержки (ГВЗ). Фазу надо брать в радианах, а частоту — не колебательную (в герцах), а угловую, в радианах в секунду. Тогда производная получит размерность времени, что объясняет (правда, частично) её название. Характеристики ГВЗ у однотипных фильтров ВЧ и НЧ ничем не отличаются. Вот так выглядят графики ГВЗ для фильтров Баттерворта с первого порядка по четвёртый (рис. 14).
Тут разница между фильтрами разных порядков кажется особенно заметной. Максимальное (по амплитуде) значение ГВЗ для фильтра четвёртого порядка примерно вчетверо больше, чем у фильтра первого порядка и вдвое больше — чем у фильтра второго. Встречаются высказывания, что по этому параметру фильтр четвёртого порядка как раз вчетверо хуже, чем фильтр первого. Для фильтра ВЧ — возможно. Но для фильтра НЧ минусы высокого ГВЗ не столь существенны в сравнении с плюсами высокой крутизны спада АЧХ.
Для дальнейшего изложения нам полезно будет представлять себе, как выглядит ФЧХ «по воздуху» электродинамической головки, то есть как зависит фаза излучения от частоты.
Примечательная картинка (рис. 15): на первый взгляд как у фильтра, но, с другой стороны, это вовсе и не фильтр — фаза всё время падает, причём с растущей крутизной. Не буду напускать лишнюю таинственность: так выглядит ФЧХ линии задержки. Люди опытные скажут: понятное дело, задержка обусловлена пробегом звуковой волны от излучателя до микрофона. И ошибутся опытные люди: микрофон у меня был установлен по фланцу головки; если даже брать в расчёт положение так называемого центра излучения, то это может вызвать погрешность 3 — 4 см (для данной конкретной головки). А тут, если прикинуть, задержка почти на полметра. А, собственно, почему её (задержки) не должно быть? Вот представьте себе на выходе усилителя такой сигнал: ничего-ничего, и вдруг синус — как ему и положено, из начала координат и с максимальной крутизной. (Мне, например, и представлять ничего не надо, у меня на одном из измерительных CD такое записано, мы по этому сигналу полярность проверяем.) Понятно, ток через звуковую катушку потечёт не сразу, у неё ещё какая-то индуктивность есть. Но это мелочи. Главное, что звуковое давление — это объёмная скорость, то есть диффузору надо сперва разогнаться, и только потом появится звук. Для величины задержки, наверное, можно вывести формулу, наверняка там будут фигурировать масса «подвижки», силовой фактор и, возможно, омическое сопротивление катушки. Кстати, подобные результаты я получал на разном оборудовании: как на аналоговом фазометре Bruel & Kjaer, так и на цифровых комплексах MLSSA и Clio. Точно знаю, что у среднечастотников задержка меньше, чем у басовиков, а у пищалок меньше, чем у тех и этих. Как ни удивительно, но в литературе я ссылок на подобные результаты не встречал.
Зачем я привёл этот поучительный график? А затем, что если дело действительно обстоит именно так, как мне видится, то многие рассуждения о свойствах фильтров теряют практический смысл. Хотя я их всё же изложу, а вы уже сами решите, все ли из них стоит принимать на вооружение.
Схемы пассивных фильтров
Думаю, мало кто удивится, если я заявлю, что схемных реализаций пассивных фильтров существует куда меньше, чем фильтров активных. Я бы сказал, что их примерно две с половиной. То есть если эллиптические фильтры выводить в отдельный класс схем, получится три, если этого не делать — то две. Причём в 90% случаев в акустике используются так называемые параллельные фильтры. Поэтому мы начнём не с них.
Последовательные фильтры, в отличие от параллельных, не существуют «по частям» — тут фильтр НЧ, а там фильтр ВЧ. А значит, вы не сможете подключить их к разным усилителям. К тому же по своим характеристикам это фильтры первого порядка. А между прочим, ещё вездесущий господин Смолл обосновал, что фильтры первого порядка для акустических применений непригодны, что бы там ни говорили ортодоксальные аудиофилы (с одной стороны) и сторонники всемерного удешевления акустической продукции (с другой). Однако у последовательных фильтров есть один плюс: сумма выходных напряжений у них всегда равна единице. Вот как выглядит схема двухполосного последовательного фильтра (рис. 16).
В данном случае номиналы соответствуют частоте среза 2000 Гц. Нетрудно понять, что сумма напряжений на нагрузках всегда в точности равна входному напряжению. Эта особенность последовательного фильтра используется при «подготовке» сигналов для их дальнейшей обработки процессором (в частности, в Dolby Pro Logic). На следующем графике вы видите АЧХ фильтра (рис. 17).
Можете поверить, что графики ФЧХ и ГВЗ у него точно такие же, как и у любого фильтра первого порядка. Науке известен и трёхполосный последовательный фильтр. Схема его на рис. 18.
Приведенные на схеме номиналы соответствуют той же частоте раздела (2000 Гц) между твитером (ВЧ) и среднечастотником и частоте 100 Гц — раздела между СЧ и НЧ-головками. Понятно, что трёхполосный последовательный фильтр обладает тем же свойством: сумма напряжений на его выходе в точности равна напряжению на входе. На следующем рисунке (рис. 19), где приведен набор характеристик этого фильтра, вы можете увидеть, что крутизна спада фильтра пищалки в диапазоне 50 — 200 Гц выше, чем 6 дБ/окт., поскольку его полоса тут накладывается не только на полосу СЧ, но и на полосу НЧ головки. Вот уж чего не умеют делать параллельные фильтры — у них перехлёст полос неизбежно преподносит сюрпризы, и всегда — нерадостные.
Параметры последовательного фильтра рассчитываются в точности так же, как и номиналы фильтров первого порядка. Зависимость всё та же (см. формулу 1.1). Удобнее всего ввести так называемую постоянную времени, через частоту среза фильтра она выражается как TO = 1/(2?Fc).
(Здесь RL — импеданс нагрузки, в данном случае 4 Ом).
Если, как во втором случае, у вас трёхполосный фильтр, то частот раздела будет две и постоянных времени тоже две.
Наверное, самые технически подкованные из вас уже заметили, что я слегка «передёрнул» карты и заменил реальный импеданс нагрузки (то есть динамика) омическим «эквивалентом» 4 Ом. В действительности, конечно, никакой он не эквивалент. На самом деле даже принудительно заторможенная звуковая катушка с точки зрения измерителя импеданса выглядит как последовательно соединённые активное и индуктивное сопротивление. А когда катушка обладает подвижностью, индуктивность возрастает на высокой частоте, а вблизи частоты резонанса головки у неё как бы возрастает омическое сопротивление, случается, и в десять раз, и больше. Программ, которые умеют учитывать такие особенности реальной головки, очень немного, мне лично известно три. Но мы никоим образом не ставили своей целью научиться работать, скажем, в программной среде Linearx. У нас задача иная — разобраться с основными особенностями фильтров. Поэтому будем по старинке имитировать присутствие головки резистивным эквивалентом, и конкретно — номиналом 4 Ом. Если в вашем случае нагрузка имеет другой импеданс, то и все входящие в схему пассивного фильтра импедансы должны быть пропорционально изменены. То есть индуктивности — пропорционально, а ёмкости — обратно пропорционально сопротивлению нагрузки.
(Прочтя это в черновике, главный редактор сказал: «Ты что, последовательные фильтры — это Клондайк, давай копнём как-нибудь». Согласен. Клондайк. Пришлось обещать, что в одном из грядущих номеров отдельно и специально копнём.)
Получившие наиболее широкое распространение параллельные фильтры называют ещё «лестничными». Думаю, всем будет ясно, откуда взялось это название после того, как вы взглянете на обобщённую схему фильтра (рис. 20).
Чтобы получить фильтр НЧ четвёртого порядка, надо все горизонтальные «планки» в этой схеме заменить индуктивностями, а все вертикальные — емкостями. Соответственно, для построения фильтра ВЧ нужно сделать всё наоборот. Фильтры более низких порядков получаются путём отбрасывания одного или более элементов, начиная с последнего. Фильтры более высокого порядка получают аналогичным способом, только наращиванием числа элементов. Но мы с вами договоримся: выше четвёртого порядка фильтров для нас не существует. Как мы увидим позже, одновременно с ростом крутизны фильтра углубляются и их недостатки, поэтому такая договорённость не является чем-то крамольным. Для полноты изложения надо бы сказать ещё вот что. Существует альтернативный вариант построения пассивных фильтров, где первым элементом всегда ставится резистор, а не реактивный элемент. Такие схемы применяют, когда требуется нормировать входной импеданс фильтра (например, операционные усилители «не любят» нагрузку менее 50 Ом). Но в нашем случае лишний резистор — это неоправданные потери мощности, поэтому «наши» фильтры начинаются реактивностью. Если, конечно, не требуется специально снизить уровень сигнала.
Самый сложный по устройству полосовой фильтр получается, если в обобщённой схеме каждый горизонтальный элемент заменить последовательным соединением ёмкости и индуктивности (в любой последовательности), а каждый вертикальный элемент должен быть заменён параллельно включёнными — также ёмкостью и индуктивностью. Наверное, я всё-таки приведу такую вот «страшную» схему (рис. 21).
Есть ещё одна маленькая хитрость. Если вам понадобится несимметричный «бандпасс» (полосовой фильтр), у которого, скажем, фильтр ВЧ имеет четвёртый порядок, а фильтр НЧ — второй, то лишние детали из приведённой выше схемы (то есть один конденсатор и одну катушку) надо убирать непременно с «хвоста» схемы, а не наоборот. Иначе вы получите несколько неожиданные эффекты от изменения характера нагружения предыдущих каскадов фильтра.
Мы не успели познакомиться с эллиптическими фильтрами. Ну, значит, в следующий раз с них и начнём.
Подготовлено по материалам журнала «Автозвук», май 2009 г. www.avtozvuk.com
То есть очень даже не совсем. Дело в том, что схематика пассивных фильтров довольно разнообразна. Мы сразу открестились от фильтров с нормирующим резистором на входе, поскольку в акустике они почти не применяются, если, конечно, не считать тех случаев, когда головку (пищалку или среднечастотник) надо «осадить» ровно на 6 дБ. Почему на шесть? Потому что в таких фильтрах (они ещё называются двунагруженными) номинал входного резистора выбирается таким же, как импеданс нагрузки, скажем, 4 Ом, и в полосе пропускания такой фильтр будет давать аттенюацию на 6 дБ. К тому же двунагруженные фильтры бывают П-типа и Т-типа. Чтобы представить себе фильтр П-типа, достаточно отбросить первый элемент (Z1) на схеме обобщённого фильтра (рис. 20, №5/2009). Первый элемент такого фильтра включён в землю, и если входного резистора в схеме фильтра нет (однонагруженный фильтр), то этот элемент не создаёт фильтрующего эффекта, а лишь нагружает источник сигнала. (Попробуйте источник, то есть усилитель, включить на конденсатор в несколько сотен микрофарад, а потом напишите мне — успела у него сработать защита или нет. На всякий случай пишите до востребования, дающим такие советы адресами лучше не сорить.) Поэтому П-фильтры мы тоже не рассматриваем. Итого, как нетрудно представить, мы имеем дело с одной четвёртой из схемных реализаций пассивных фильтров.
Эллиптические фильтры стоят особняком, потому хотя бы, что у них лишний элемент и лишний корень полиномиального уравнения. Мало того, корни этого уравнения распределены в комплексной плоскости не по кругу (как у Баттерворта, скажем), а по эллипсу. Чтобы не оперировать понятиями, прояснять которые здесь, наверное, нет смысла, эллиптические фильтры мы будем называть (как и все прочие) по имени учёного, которые описал их свойства. Итак…
Схемы фильтров Кауэра
Известно по две схемные реализации фильтров Кауэра — для ФВЧ и ФНЧ (рис. 1).
Те, которые обозначены у меня нечётными номерами, называются стандартными, две другие — дуальными. Почему так, а не иначе? Может, потому, что в стандартных схемах дополнительным элементом является ёмкость, а дуальные схемы отличаются от обычного фильтра присутствием дополнительной индуктивности. Кстати говоря, далеко не всякая схема, полученная таким способом, является эллиптическим фильтром, если всё делать по науке, надо строго соблюдать соотношения между элементами.
Фильтр Кауэра имеет изрядное количество недостатков О них, как всегда, во вторую очередь, давайте мыслить позитивно. Ведь есть у Кауэра плюс, который в иных случаях способен всё перевесить. Такой фильтр обеспечивает глубокое подавление сигнала на частоте настройки резонансной цепи (L1-C3, L2-C4, L4-C5, L6-C8 на схемах 1 — 4). В частности, если требуется обеспечить фильтрацию вблизи частоты резонанса головки, то с такой задачей только фильтры Кауэра и справляются. Вручную считать их довольно хлопотно, однако в программах-симуляторах существуют, как правило, специальные разделы, посвящённые пассивным фильтрам. Правда, не факт, что там найдутся однонагруженные фильтры. Впрочем, по моему мнению, не будет большого вреда, если вы возьмёте схему фильтра Чебышёва или Баттерворта, а дополнительный элемент рассчитаете по частоте резонанса по известной формуле:
Fр = 1/(2 ? (LC)^1/2), откуда
C = 1/(4 ? ^2 Fр ^2 L) (3.1)
Обязательное условие: резонансная частота должна находиться вне полосы прозрачности фильтра, то есть для фильтра ВЧ — ниже частоты среза, для фильтра НЧ — выше частоты среза «исходного» фильтра. С практической точки зрения наибольший интерес представляют собой фильтры ВЧ этого типа — случается, что полосу среднечастотника или пищалки желательно ограничить как можно ниже, исключая, однако, её работу вблизи частоты резонанса головки. Для унификации я привожу схему фильтра ВЧ для любимой нами частоты 100 Гц (рис. 2).
Номиналы элементов выглядят несколько диковато (особенно ёмкость 2196 мкФ — частота резонанса 48 Гц), но как только вы перейдёте к более высоким частотам, то и номиналы изменятся обратно пропорционально квадрату частоты, то есть — быстро.
Типы фильтров, плюсы и минусы
Как уже было сказано, характеристики фильтров определяются неким полиномом (многочленом) соответствующего порядка. Поскольку в математике описано энное количество специальных категорий полиномов, то и типов фильтров может быть ровно столько же. Даже на самом деле ещё больше, поскольку в акустике тоже было принято давать некоторым категориям фильтров специальные названия. Коль скоро существуют полиномы Баттерворта, Лежандра, Гаусса, Чебышёва (совет: пишите и произносите фамилию Пафнутия Львовича через «ё», как это положено — это самый лёгкий способ показать основательность собственного образования), Бесселя и проч., то существуют и фильтры, носящие все эти фамилии. К тому же полиномы Бесселя изучали с перерывами чуть ли не сто лет, поэтому их самих, как и соответствующие фильтры, немец назовёт по имени своего соотечественника, а англичанин, скорее всего, вспомнит Томсона. Особая статья — фильтры Линквица. Их автор (живёхонький и бодрый) предложил некую категорию фильтров ВЧ и НЧ, сумма выходных напряжений которых давала бы ровную частотную зависимость. Дело вот в чём: если в точке раздела спад выходного напряжения каждого фильтра составляет 3 дБ, то по мощности (квадрату напряжения) суммарная характеристика будет прямолинейна, а по напряжению в точке сопряжения появится горб 3 дБ. Линквиц предложил сопрягать фильтры по уровню -6 дБ. В частности, фильтры Линквица второго порядка — это те же самые фильтры Баттерворта, только для фильтра ВЧ у них выбирается частота среза в 1,414 раза выше, чем для фильтра НЧ. (Частота сопряжения находится точно между ними, то есть в 1,189 раза выше, чем у ФНЧ Баттерворта с теми же номиналами.) Поэтому когда мне встречается усилитель, в котором перестраиваемые фильтры специфицируются как фильтры Линквица, я понимаю, что авторы разработки и составители спецификации не были друг с другом знакомы. Впрочем, вернёмся к событиям 25 — 30-летней давности. Во всеобщем торжестве фильтростроения поучаствовал и Рихард Смолл, который предложил фильтры Линквица объединить (для удобства, не иначе) с последовательными фильтрами, которые тоже обеспечивают ровную характеристику по напряжению, и назвать всё вместе фильтрами постоянного напряжения (constant voltage design). Это притом что ни тогда, ни, кажется, и теперь, толком не установлено, является ли предпочтительной ровная характеристика по напряжению или же по мощности. Один из авторов даже вычислил промежуточные полиномиальные коэффициенты, так что фильтры, соответствующие этим «компромиссным» полиномам, должны были дать в точке сопряжения 1,5-децибельный горб по напряжению и такой же величины провал по мощности. Одним из дополнительных требований к конструкциям фильтров являлось то, что фазочастотные характеристики фильтров НЧ и ВЧ должны быть либо идентичными, либо расходиться на 180 градусов — а значит, при перемене полярности включения одного из звеньев будет опять же получена идентичная фазовая характеристика. В результате, кроме всего прочего, удаётся минимизировать область перехлёста полос.
Возможно, что все эти игры разума оказались очень кстати в разработках многополосных компрессоров, экспандеров и иных процессорных систем. Вот только в акустике применить их, мягко говоря, затруднительно. Во-первых, складываются не напряжения, а звуковые давления, которые связаны с напряжением через хитрую фазочастотную характеристику (рис. 15, №5/2009), так что не только фазы у них могут произвольно различаться, но и крутизна фазовой зависимости наверняка будет разной (если только вам не пришло в голову разводить по полосам однотипные головки). Во-вторых, напряжение и мощность связаны со звуковым давлением и акустической мощностью через КПД головок, а они тоже не обязаны быть одинаковыми. Поэтому, как мне кажется, во главу угла надо ставить не сопряжение фильтров по полосам, а собственные характеристики фильтров.
Какие характеристики (с позиций акустики) определяют качество фильтров? Некоторые фильтры обеспечивают гладкую частотную характеристику в полосе прозрачности, у других же спад начинается задолго до достижения частоты среза, но и после неё крутизна спада медленно выходит на нужную величину, у третьих на подходе к частоте среза наблюдается горб («зубец»), после которого начинается резкий спад с крутизной даже несколько выше «номинала». С этих позиций качество фильтров характеризуется «гладкостью АЧХ» и «избирательностью». Перепад фаз для фильтра данного порядка величина фиксированная (об этом было в прошлом выпуске), но изменение фазы может быть либо постепенным, либо быстрым, сопровождающимся значительным ростом группового времени задержки. Это свойство фильтра характеризуется гладкостью фазы. Ну и качество переходного процесса, то есть реакция на ступенчатое воздействие (Step Response). Фильтр НЧ переход с уровня на уровень отрабатывает (правда, с задержкой), но процесс перехода может сопровождаться выбросом и колебательным процессом. У фильтра ВЧ реакция на ступеньку — это всегда острый пик (без задержки) с возвратом к нулевой постоянной составляющей, но переброс через ноль и последующие колебания похожи на то, что можно увидеть у фильтра НЧ того же типа.
На мой взгляд (моё мнение может быть небесспорным, желающие спорить могут вступить в переписку, даже не до востребования), для акустических целей вполне достаточно фильтров трёх типов: Баттерворта, Бесселя и Чебышёва, тем более что последний тип на самом деле объединяет целую группу фильтров с разной магнитудой «зубцов». По части гладкости АЧХ в полосе прозрачности вне конкуренции фильтры Баттерворта — их частотную характеристику так и называют характеристикой наибольшей гладкости. А дальше, если взять ряд Бессель — Баттерворт — Чебышёв, то в этом ряду идёт возрастание избирательности с одновременным убыванием гладкости фазы и качества переходного процесса (рис. 3, 4).
Хорошо видно, что частотная характеристика у Бесселя самая плавная, у Чебышёва — самая «решительная». Фазочастотная характеристика у фильтра Бесселя тоже самая плавная, у Чебышёва — самая «угловатая». Для общности привожу ещё характеристики фильтра Кауэра, схема которого была показана чуть выше (рис. 5).
Обратите внимание на то, как в точке резонанса (48 Гц, как и обещал) фаза скачком меняется на 180 градусов. Конечно, на этой частоте подавление сигнала должно быть наивысшим. Но в любом случае понятия «плавность фазы» и «фильтр Кауэра» никак не совмещаются.
Теперь посмотрим, как выглядит переходная характеристика фильтров четырёх типов (все — фильтры НЧ на частоту среза 100 Гц) (рис. 6).
Фильтр Бесселя, как и все прочие, имеет третий порядок, но у него практически нет выброса. Наибольшая величина выбросов у Чебышёва и Кауэра, причём у последнего колебательный процесс имеет большую протяжённость. Величина выброса растёт с ростом порядка фильтра и, соответственно, падает по мере его снижения. Для иллюстрации привожу переходные характеристики фильтров второго порядка Батерворта и Чебышёва (с Бесселем проблем не возникает) (рис. 7).
Кроме того, мне попалась табличка зависимости величины переброса от порядка фильтра Баттерворта, которую я тоже решил привести (таб. 1).
Это одна из причин, по которым вряд ли стоит увлекаться фильтрами Баттерворта порядка выше четвёртого и Чебышёва — выше третьего, как, впрочем, и фильтрами Кауэра. Отличительная особенность последнего — крайне высокая чувствительность к разбросу параметров элементов. По моему опыту, точность подбора деталей в процентах можно определить как 5/n, где n — порядок фильтра. То есть, работая с фильтром четвёртого порядка, вы должны быть готовы к тому, что номинал деталей придётся подбирать с точностью 1% (для Кауэра — 0,25%!).
И вот теперь настала пора перейти к выбору деталей. Электролитов, конечно, следует избегать из-за их нестабильности, хотя, если счёт емкостей идёт на сотни микрофарад, иного выхода нет. Ёмкости, конечно, придётся подбирать и набирать из нескольких конденсаторов. При желании можно найти электролиты с малыми утечками, малым сопротивлением выводов и реальным разбросом ёмкости не хуже +20/-0%. Катушки, понятно, лучше «бессердечные», если без сердечника никак, я предпочитаю ферриты.
Для подбора номиналов предлагаю воспользоваться следующей таблицей. Все фильтры рассчитаны на частоту среза 100 Гц (-3 дБ) и номинал нагрузки 4 Ом. Чтобы получить значения номиналов для вашего проекта, надо каждый из элементов пересчитать по нехитрым формулам:
A = At Zs 100/(4*Fc) (3.2),
где At — это соответствующее табличное значение, Zs — номинальный импеданс динамической головки, а Fc, как всегда — расчётная частота среза. Внимание: номиналы индуктивностей приведены в миллигенри (а не в генри), номиналы емкостей — в микрофарадах (а не в фарадах). Наукообразия меньше, удобства — больше (таб. 2).
Впереди у нас ещё одна интересная тема — частотная коррекция в пассивных фильтрах, но её мы рассмотрим на следующем занятии.
В прошлой главе серии мы в первом приближении познакомились со схемами пассивных фильтров. Правда, не совсем.
АЧХ Чебышёва третьего порядка
АЧХ Баттерворта третьего порядка
АЧХ Бесселя третьего порядка
Помогите определить частоту среза для мидбаса-баса и бюджетные кроссоверы
В обсуждении: Помогите определить частоту среза для мидбаса-баса и бюджетные кроссоверы
Собираю бюджетную АС за 10-15к не включая ГУ и работы. Пока больше пытаюсь понять на сколько это реально вложиться.
Автомобиль не обычный:VW T4. Салон большой. К звуку не припособлен, но у меня и требования не велики: чуть лучше штатного чтоб играло и все.
Самое необычное — это фронт:
Есть динамики в дверях: 165мм. есть динамики в торпеде: 100мм.
бэк просто 2 динамика 120мм.
Магнитола поддерживает 4 выхода. 4х48вт.
2 фронтальных выхода надо разделить кроссоверами на 100 мм динамики и 165 мм в дверях. Отдельного сабвуфера не планируется.
100мм в торпеде мне советовали брать коаксиальные (с твитером на борту), в дверях обычные.
В двери побольше низких частот загнать, с остальным должны наверно справиться торпедные 100мм.
Так вот вопрос: по какой частоте лучше сделать срез кроссовером? у меня в голове крутятся числа от 200 до 500 Гц.
Сколько вообще такие кроссоверы могут стоить? может б/у взять где-то?
заранее спасибо за прояснение ситуации.
- Как определить частоту и крутизну среза кроссовера .
- Плиз помогите с частотами среза!
- как определить частоту среза
- Как определить частоты среза кроссовера?
- Выбираем частоту среза.
06.01.2022 00:58 # 0+
Если Вы впервые на нашем Форуме:
- Обратите внимание на список полезных тем в первом сообщении.
- Термины и наиболее популярные модели в сообщениях подсвечиваются быстрыми подсказками и ссылками на соответствующие статьи в МагВикипедии и Каталоге.
- Для изучения Форума не обязательно регистрироваться — практически весь профильный контент, включая файлы, картинки и видео, открыты для гостей.
С наилучшими пожеланиями,
Администрация Форума автозвука Магнитола
06.01.2022 02:35 #2
Репутация: 659198 Регистрация 03.11.2014 Город/село Россия-Орёл/Абхазия-Гулрипш ;). Сообщений 6,884 Спасибо (Раздал) 20454 Спасибо (Получил) 9671
Полученные ответы: 131
Re: Помогите определить частоту среза для мидбаса-баса и бюджетные кроссоверы
Помню, у друга был «Тэчик» и у него фронт был тооолько в торпеде.
У вас есть штатные места в дверях , или тоже придётся делать подиумы?
На это может потребоваться приличная часть бюджета , вкупе с шви дверей. Чтобы был реальный толк. (Особенно в Питере. )
Предлагаю отказаться от тыла полностью , чтобы , в двух словах , не было «тяни-толкая» , тем более в автобусе.
Это даст замечательную возможность, использовать 2 канала гу для дверей, а два — для торпеды!
А современная магнитола — очень часто имеет развитую активную кроссоверную часть и умеет поэтому , неплохо порезать сигнал для низкочастотника И для сч/вч звена сама , что убивает на корню , проблему поиска подходящих пассивных кроссоверов.
Так и ещё часто умеет задержать во времени , каждый из четырёх каналов , чтобы для вас звучали все динамики максимально слитно , на уровне микросекунд .
Правда , чаще всего, магнитолы режут нч и сч/вч сигналы в районе одного килогерца, но , кмк , это нормальная частота. Двушку бывает режут и на пяти, а у вас просто есть отличная возможность,использовать по полной данную функцию.
Поскольку двери могут потребовать значительных финансовых вливаний, да и процессорная магнитола может потребовать увеличить планируемые на гу затраты — возможно потребуется их отобрать из стоимости динамиков. Это не так плохо как кажется, если не планируетсяя усилитель. Значит, динамики в двери должны быть вовсе не обязательно с солидным запасом по мощности , но желательно с хорошей чувствительностью. Отличный вариант — блаупанкты с 4го гольфа. Они бывают и в октавиях тур. На питерских авторазборах можно найти весьма живые и по 1000-2000 за парочку. Дёшево, сердито и тем не менее ,вполне качественно.
Вот с сч/вч звеном чуть сложнее.
Штатные ширики в т4 и б3 — были очень даже неплохи сами по себе , чууть слабовато забирались вверх , но в живых их уже практически не осталось , к сожалению. Солнце ультрафиолетом убило подвесы последних выживших. Но сспросить на питерской мегаразборке можно. Как и от французов , там тоже были неплохие ширики, которые порезанные на 1кГц, будут очень даже чистенько звучать. В рено19, кангу и первых меганах вроде стояли. И не только в них.
А для саааамых верхних частот, можно над десточкой , прикрепить к грилю мааааленькую пищалочку (некотрые бмв и таже октавия тур) и параллельно десятке подцепить её через неполярную ёмкость в 0,5 мкФ.
Конечно, можно найти и бумажные коаксиалы , но коксы обращённые лицом к верху долго не живут — тут ихняя пылебоязнь проявляется максимально и во всей красе. Что нибудь с панели смахнули через решётку и всё, мусор в магнитной системе будет досаждать противными призвуками. Продувочный пистолет обычно помогает, но если туда залетят металлические опилки — это или разбор динамика , или очень быстрое его повреждение, требующее ремонта.
Если допустимо чуть изменить внешний вид грилей торпеды, то можно и не искать миниатюрные вч, чтобы они уместились над десяткой, а врезать покрупнее в сам гриль. Грильки для «взапас», тоже можно на разборе поискать.
Десяточки лёгенькие, можно в принципе поискать и в магазинах. Пионеров и кенвудов с дживисами раньше было в достатке таких . . .
Лучше всего чтобы они были из бумаги, с мягким подвесом. (Ато сейчас частенько в магазинах подсовывают по любому поводу «эстрадные» оралки, а они и в десятом размере тоже есть , но их вам тооочно не надо . )
