Активный фильтр для двухполосной ас: Снова о простом активном фильтре для АС

Снова о простом активном фильтре для АС


Предлагаю обсудить тему активных фильтров для АС. Просьба высказаться тех, кто имеет практический опыт изготовления и прослушивания таких фильтров, а я покажу, что получилось у меня.

Активные фильтры, на мой взгляд, предпочтительны именно двухполосные, но для трехполосных АС. Частота раздела двухполосных АС всегда находится в области максимальной чувствительности слуха – несколько кГц т. к. пищалки не могут работать до частоты 100…500 Гц, а басовики из-за большого диаметра диффузора выходят из поршневого диапазона и на частотах 4…6 кГц работают неважно.
Широкополосники – компромисс и для них желательны костыли сверху или снизу.

Содержание / Contents

Камрад, рассмотри датагорские рекомендации

🌼 Полезные и проверенные железяки, можно брать

Опробовано в лаборатории редакции или читателями.

Итак, на частотах раздела порядка 2 кГц прилично работают пассивные фильтры, а при работе микросхем на этих частотах, а особенно порядка 6 кГц (раздел между СЧ и ВЧ), могут возникнуть трудности. На частотах раздела в сотни Гц обычные микросхемы в

активных фильтрах работают очень хорошо.
Итак, делим звуковой диапазон на НЧ и СЧ-ВЧ на частотах 100…500 Гц, а СЧ-ВЧ делим простейшим пассивным фильтром первого порядка.

Я решил повторить датагорскую схему фильтра для АС, опубликованную Вячеславом (mailoff).
Прельстила простота настройки (оказалось, мнимая), хорошее заявленное звучание ФДФ (фильтров дополнительной функции) и реализация всего на одной микросхеме.Скачать чертеж можно внизу статьи.
Как обычно, я сделал свою печатную плату под современные качественные, доступные и недорогие детали – микросхема TL074, конденсаторы полипропиленовые.

Исключён фрагмент. Полный вариант доступен меценатам и полноправным членам сообщества.


На фото собранной платы (вверху) впаяны не все зажимы – просто они закончились. Вот итоговая схема фильтров. Как производился расчет и подбор номиналов — см. дальше.

Исключён фрагмент. Полный вариант доступен меценатам и полноправным членам сообщества.


Питание +-12…15 В. На схеме не указаны конденсаторы по питанию.
Настройка по постоянному току не требуется.У меня есть динамики, которые я хочу использовать в НЧ звене, в штатных колонках был фильтр, с которым они работали до 150 Гц, при этом катушка пассивного фильтра была 7,5 мГн, конденсаторы соответствующей ёмкости. Намотать такие катушки для динамика 4 Ом проблематично, качественные неполярные конденсаторы очень большой ёмкости весьма дороги, поэтому я решил сделать активные фильтры.

Измеренная АЧХ моих динамиков

Кроме того активные фильтры незаменимы при значительной разнице в чувствительности головок, они позволяют использовать низкочувствительные НЧ динамики с высокочувствительными СЧ-ВЧ головками.
Из АЧХ головки видно, что нет смысла ловить микроны и добиваться именно 150 Гц, вполне годится 100…250 Гц.

Окончательная подстройка должна производиться при прослушивании собранных колонок и измерении с помощью микрофона. Такую подстройку проще осуществить именно активными фильтрами, в чем я и убедился при настройке фильтров.

Сначала я снял ЧХ фильтра с рекомендованными номиналами деталей, вот что получил.


АЧХ оригинальной схемы фильтра
На частоте раздела горбы, которые в сумме дают 6 дБ, что, я считаю, слишком много.
Я думал, что установки подстроечного резистора R5 (на плате предусмотрел отверстия под подстроечный и постоянный резисторы), будет достаточно для настройки. Вот что получается при уменьшении R5.

Частота раздела сдвигается вверх, горб растет. Простое увеличение R5 не решает проблему, увы. Пришлось отойти от рекомендаций первоисточника и взяться за R4. Получилось!

Неравномерность около 1 дБ. При увеличении R5 частота раздела ползёт вниз, неравномерность уменьшается. При R4=12 кОм R5=54 кОм получаем.

Практически прямая линия суммарной АЧХ, всё отлично!

Забыл сказать, что я откалибровал программу ARTA и 0 дБ – это ноль, общее усиление системы около -1 дБ (минус 13%), небольшая волнообразность ниже 40 Гц из-за примененного усилителя на К174УН14, ею можно пренебречь. Недостаток – частота раздела стала 63 Гц вместо 150. Отсюда я сделал вывод, что надо установить конденсаторы мЕньшей ёмкости, в плате я предусмотрел отверстия для них, и заново произвести настройку.

Тем не менее, результат, особенно для испытаний меня устроил. По результатам испытаний я решу, стоит ли ловить блох в 1 дБ и стоит ли сама идея активных фильтров свеч. Промежуточный результат для R4=13 кОм и R5=16 кОм .


В итоге я установил номиналы деталей, как на схеме, вот что получилось. Частота раздела в норме, но неравномерность несколько возросла.

Без настройки впаял детали в другой канал, идентичность очень неплохая. Конденсаторы перед установкой я отбирал с точностью примерно 5%, резисторы не подбирал.

Уровень сигнала в СЧ-ВЧ канале больше примерно на 0,7 дБ, при суммировании я это учитывал. Окончательное выравнивание будет в оконечных усилителях.

Повторюсь, крутизна фильтров для СЧ-ВЧ небольшая, возможно, есть смысл в добавке конденсатора последовательно с СЧ-ВЧ головками, это покажет прослушивание.

На очереди изготовление и испытания фильтров Linkwitz-Riley 4-го порядка. Количество микросхем и сложность настройки на порядок больше, но есть возможность более тонкой подгонки под конкретные АС. Если найдутся желающие повторить конструкцию, привожу плату в формате lay.
🎁filtr2kan.rar  14.2 Kb ⇣ 143 • Сделай сам простой активный фильтр для двухполосного усилителя
• Тема активных фильтров хорошо описана на сайте нашего согражданина Игоря Рогова (Audiokiller)
• LIMP Arta Software: измерение параметров Тиля-Смолла для начинающих
• LIMP — программный измеритель RCL

 

T+A — Архив K-ACTIVE LOUDSPEAKERS

Преимущества активных систем известны давно, и известны не только Т+А, хотя среди любителей hi-fi большинство однозначно предпочитают обычные, пассивные АС. Это устоявшееся положение дел в high end и никого не удивляет – в конце концов Т+А выпускает широкий ассортимент пассивных АС и внешних усилителей, из которых можно составить отличный комплект. Однако, если погрузиться в теорию, то активные АС имеют ряд неоспоримых преимуществ, если, конечно, они сконструированы и изготовлены со знанием дела:

  1. Активные разделительные фильтры передают всю электрическую мощность сигнала, без потерь.
  2. Выходные каскады усилителя можно рассчитать на конкретную нагрузку (используемый динамик), что обеспечивает идеальный коэффициент демпфирования и оптимальное управление смещением подвижной системы громкоговорителя.
  3. Активные схемы позволяют повысить линейность характеристик системы в целом, расширить диапазон воспроизводимых частот, особенно в низкочастотной области, а также обеспечить защиту от избыточных смещений подвижной системы.
  4. Возможна коррекция характеристик во временной области и оптимизация фазовых свойств звукового излучения.
  5. Отсутствуют соединительные кабели между усилителем и АС, что устраняет потери мощности и нелинейность линии передачи.
  6. Раздельные усилители в НЧ-, СЧ- и ВЧ-полосах позволяют расширить динамические характеристики системы.
  7. Снижение искажений системы в целом и крайне малый общий коэффициент гармоник.
  8. Активные схемы дают возможность подстройки характеристик системы под свойства помещения и особенности расположения АС в нем.
  9. Не требуются внешние усилители.

Новая серия К представляет собой активные громкоговорители, в которых полноценно используются преимущества активной конструкции. В обычных акустических системах элементы пассивного разделительного фильтра неидеальны и характеризуются потерями передаваемого сигнала, например, из-за активного сопротивления. Это проявляется как сглаживание резких фронтов сигнала, сжатие динамического диапазона и рост искажений. Обратите внимание также, что динамики АС не имеют непосредственной связи с выходными каскадами усилителя, а подключаются к ним через разделительный фильтр. Таким образом, усилитель даже с отличными характеристиками демпфирования нагрузки будет поставлен в невыгодную ситуацию и не сможет идеально управлять движением подвижной системы громкоговорителя. Все это абсолютно исключено в активных АС, в которых фильтрация осуществляется на входе усилителя активной схемой, а выходные каскады непосредственно связаны с громкоговорителями. Активный разделительный фильтр обладает идеальными характеристиками: потери отсутствуют, расчетные амплитудо- и фазочастотные характеристики совпадают с реальными. Активные фильтры эффективно выполняют свои функции и не имеют потерь мощности. Схемы на пассивных элементах реализуют лишь ограниченное количество топологий фильтра, а активные схемы предоставляют разработчику полную свободу выбора. Только активные схемы позволяют компенсировать присущие выбранному громкоговорителю нелинейности амплитудных и фазовых характеристик.

Активный кроссовер в домашних ас. Активныe двухполосные. Активное и пассивное оборудование

Всем привет,

Чтобы не иметь сложностей с расчётом фильтра СЧ-ВЧ, возможно, представляется правильным, использовать, так называемый фильтр дополнительной функции (ФДФ) – дифференциальный усилитель, вычитающий из широкополосного (музыкального) сигнала тот, что был выделен фильтром низких частот (в нашем случае), а остаток – СЧ и ВЧ составляющие, передающий на свой выход.

Практические схемы кроссоверов с ФДФ подробно описаны в статьях журнала Радио:
1981г №5-6 стр 39 «Трёхполосный усилитель»
1987г №3 стр 35 «Блок фильтров трёхполосного усилителя ЗЧ»

Обратите внимание, в схеме «87/3, перед активным фильтром стоит повторитель напряжения на ОУ, каковой повторитель обладает низким выходным сопротивлением, а нагружен фильтр на ОУ (ФДФ) с высоким входным сопротивлением, что полезно для согласования фильтра со схемой, образующей кроссовер, в целом.

Частоту раздела, для двухполосного кроссовера, лучше выбрать в три раза больше, чем резонансная частота НЧ громкоговорителя. Если в качестве НЧ громкоговорителя используется широкополосный динамик, то раздел лучше провести выше 3,5 КГц (выше резонансной частоты выбранного ВЧ динамика).
Таблица с связывающая частоту раздела при биамплиннге с мощностью, которую нужно подвести к СЧ – ВЧ звену, приведена в Радио 2001 №9 стр. 10

Перед этим кроссовером, хорошо бы поставить ФВЧ с частотой среза 40Гц или менее – отрезать то, что Ваш НЧ динамик не может воспроизвести физически. Подробно об этом рассказано у Аудиокиллера electroclub.info/samodel/sub_pred.htm

Статья по измерению резонансной частоты громкоговорителей и их «Т-С параметров» при помощи звуковой карты компьютера, приведена здесь, на сайте..html

По теме двухполосного звуковоспроизведения (биамплинг), интересно прочитать статью В.Шорова из Радио 1994 №2 «Двухполосное звуковоспроизведение» и, если есть желание разобраться лучше – цикл статей А.Фрунзе «О повышение качества звучания АС» Радио 1992 9 – 12.

Хочу поблагодарить АудиоКиллера за программу для расчёта фильтров третьего порядка.
electroclub.info/mysoft.htm
По выполненным расчётам собрал комбинированный (на одном ОУ) полосовой фильтр 40 – 18000 Гц для УКВ приёмника. При точном подборе конденсаторов и резисторов, АЧХ фильтра совпала с желаемой без дополнительной настройки.

Начинающие, успешно собравшие макет схемы, могут избавить себя от хлопот травления печатных плат, используя НЕфольгированный стеклотекстолит (гетинакс или плотный картон) и тонкий лужёный провод, который заменяет дорожки, которые предполагалось травить. В программе LayOut рисуется печатная плата, с шириной дорожек 0,3 – 05 мм. – чтобы были видны. По распечатке рисунка платы, защищённой прозрачным скотчем, кернится и сверлится текстолит. Потом в отверстия, по порядку сборки, от входа у выходу, вставляются детали, их лужёные выводы отгибаются по направлению отрисованных дорожек и пропаиваются. Если длинны выводов не хватает, используют лужёный провод. Если проводники — «дорожки» лежат близко друг к другу и есть риск замыкания – можно одеть кембрик. Важно, что если потребуется переделка, например, 20% собранной схемы, не нужно срезать печатные дорожки – просто распаять участок, сделать новую сверловку и собрать заново – чисто, просто и технологично, как тротуарная плитка. При сборке ВЧ конструкций, слой фольги, обращённый к деталям, можно использовать как общий экран. Фольгу вокруг отверстий нужно зенковать, кроме «земляных» контактов.
Если интересно, пришлю фотографии плат, сделанных таким способом.

Питер Латски обращает внимание, что в большинстве кроссоверов (разделительных фильтров для многополосных акустических систем) на частоте раздела НЧ/ВЧ наблюдается значительный (обычно от 45 до 90 электрических градусов в зависимости от порядка фильтров) фазовый сдвиг между напряжениями на НЧ и ВЧ выходах. Это приводит к существенным нарушениям целостности звуковой картины на средних частотах (ответственных за передачу голоса и основной части спектра большинства музыкальных инструментов), поскольку один и тот же сигнал излучается дважды: ВЧ звеном и НЧ звеном с большей или меньшей временной задержкой.

Условие, необходимое для идеальной звукопередачи, — постоянство характеристики группового времени задержки (ГВЗ). Т. е. линейная фазовая характеристика принципиально может быть получена только при использовании в кроссовере: ФНЧ Бесселя и всепропускающего (фазокорректирующего) фильтра Делияниса.

ФВЧ для формирования АЧХ для ВЧ звена вообще не могут быть применены. Ведь они формируют фазовое опережение, принципиально не стыкующееся, каким бы оно ни было, с фазовым запаздыванием ФНЧ и фазокорредтора Делияниса.

В фазолинейном активном кроссовере Питера Ласки (рис. 1.19) формирование сигнала для НЧ звена (выход Low) выполняет ФНЧ Бесселя четвертого порядка (ОУ А4, А5). На ОУ А2 выполнен фазокорректор Делияниса второго порядка, который имеет линейную АЧХ, но такую же ФЧХ и ГВЗ, что и ФНЧ Бесселя четвертого порядка.

Дифференциальный усилитель на ОУ АЗ вычитает из сигнала на выходе АЗ сигнал на выходе ФНЧ и таким образом формирует сигнал сопряженного с последним по частоте раздела ФВЧ (выход High), подаваемый на ВЧ звено акустической системы. При этом фазы напряжений на обоих выходах практически совпадают, что обеспечивает точную передачу пространственной звуковой картины.

С показанными на схеме номиналами элементов кроссовер применяется для акустической системы из электростатического ВЧ звена и изобарического («компрессионного») НЧ динамика. Частота раздела НЧ/ВЧ может быть легко скорректирована для других динамиков одновременным изменением емкости конденсаторов С21, С22, С41, С42, С51 и С52.

Рис. 1.19. Схема фазолинейного активного кроссовера

Рис. 1.22. Схема активного разделительного фильтра с настраиваемым суб-НЧ-компенсатором

Разделительный фильтр состоит из буфера U1А и трех ФВЧ Баттерворта 2-го порядка с частотами среза 4 кГц (U1B), 400 Гц (U2B), и 20 Гц (U3B).

Выход первого ФВЧ через резистор R9 подается непосредственно на усилитель мощности ВЧ звена (TREBLE, 4 кГц — 20 кГц), в то время как сигнал для СЧ звена (MIDDLE, 400 Гц — 4 кГц) формируется алгебраическим сумматором U2A из напряжений на выходах 4-х килогерцового и 400-герцового ФВЧ.

Рис. 1.23. Схема 3 усилителей мощности на ИМС TDA1514А

Примечание. Такое схемное решение обеспечивает «автоматическое» идеальное фазовое и амплитудное согласование на границах ВЧ/СЧ диапазонов без какого-либо подбора элементов.

Аналогично на резисторе R11 формируется сигнал НЧ звена (BASS, 20—400 Гц). Универсальность такого решения заключается в том, что резисторами R9, R10 и R11 можно независимо и оперативно подобрать оптимальный (соответствующий линейной АЧХ по звуковому давлению) уровень напряжения в каждой из полос (практически под любые динамики), не нарушая линейности фазовой характеристики. Это очень важно для точной передачи звуковой картины.

Кроме того, в НЧ канале имеется активный НЧ-компенсатор на ОУ U4A, расширяющий нижнюю границу акустической АЧХ с 63 Гц до 25 Гц.

Принцип действия НЧ-компенсатора основан на том, что собственная АЧХ АС закрытого типа имеет добротность QTC=0,66 и ниже частоты среза fc (тонкая линия на рис. 1.24) имеет спад 12 дБ/октава.

В разумных пределах этот спад весьма точно компенсируется «зади-ром» АЧХ с крутизной 12 дБ/октава, электрически формируемым каскадом U4A (EQUALIZATION RESPONSE на рис. 1.24).

Примечание. В результате АЧХ всей системы оказывается линейной до25Гц («жирная» линия на рис. 1.24).

Рис. 1.24. АЧХ исходной АС (тонкая линия), корректора (средняя) и результирующая (толстая)

Рис. 1.25. Компенсация стоячих акустических волн гулкого помещения

Необходимо заметить, что аналогичная компенсация в системах с фазоинвертором намного сложнее. Ведь последний сам по себе является фильтром с собственной АЧХ и ФЧХ, учесть которые без тщательных акустических измерений невозможно. Да и вряд ли это целесообразно из-за существенно большей крутизны спада АЧХ ниже граничной частоты.

Последний каскад в НЧ канале — темброблок субнизких частот на U4B. Он предназначен для компенсации подъема/завала акустической АЧХ, вызываемого акустическими свойствами комнаты.

Резистором R28 DEEP BASS, регулирующим АЧХ в диапазоне от 94 до 23 Гц на ±12 дБ, можно скомпенсировать негативные последствия стоячих акустических волн как маленькой комнаты, так и большого зала (рис. 1.25).

Усилители мощности (рис. 1.23) выполнены по типовой схеме включения TDA1514A. При питании от нестабилизированного источника ±23 В они обеспечивают до 28 Вт на нагрузке 8 Ом и до 48 Вт на нагрузке 4 Ом при нелинейных искажениях менее 0,003% и диапазоне частот от 3,2 Гц до 100 кГц. В статье, указанной далее, приведены все необходимые соотношения и формулы для расчета аналогичных систем с произвольными динамиками и параметрами.

В промышленных конструкциях активных кроссоверов наибольшее распространение получили построенные на повторителях фильтры Баттерворта, Бесселя и Саллена-Ки.
Фильтры Бесселя обладают самой гладкой фазовой характеристикой (как у одиночной RC-цепи), но суммарная АЧХ имеет провал величиной 3 дБ на частоте раздела.
Фильтры Баттерворта обеспечивают плоскую суммарную АЧХ, но их фазовая характеристика более крутая.
Наконец, фильтры Саллена-Ки (равнокомпонентные фильтры) очень удобны в серийном производстве, поскольку (как следует из названия) для них требуются детали одинаковых номиналов и с большим допустимым отклонением, чего нельзя сказать о фильтрах Баттерворта и Бесселя, требующих точных деталей
Однако фазовая и частотная характеристики равнокомпонентных фильтров самые худшие, поэтому их используют только в бюджетных моделях.
Достаточно много есть схем фазолинейных активных кроссоверов, типа на ФНЧ Бесселя и фазокорректоре Делияниса (кроссовер Питера Ласки)…. и так далее, но, как правило, это сложные и в расчетах и настройках, много ОУ, точных резисторов и конденсаторов.
В значительной степени свободен от перечисленных выше недостатков способ построения разделительных фильтров с применением так называемых комплементарных фильтров…. и наилучшие характеристики имеет разделительный фильтр на интеграторах, который из-за особенностей своего построения также является комплементарным фильтром и поэтому обладает всеми его достоинствами. Кроме этого, такой фильтр характеризуется высокой устойчивостью, низкой чувствительностью параметров фильтра к точности элементов, очень высокой идентичностью характеристик НЧ и ВЧ звеньев, ровной суммарной АЧХ и, наконец, простотой расчета частоты среза фильтра и небольшим количеством активных и пассивных элементов и что особенно радует — нет разделительных конденсаторов… во многих случаях можно избавится и от выходных разделительных емкостей в ресивере и входных в усилителе вплоть до выходного каскада УМ, что еще более линеаризует общую фазолинейность общего звукового тракта.

Мне очень нравится одна схема активного разделительного фильтра, которую я уже неоднократно изготавливал и устанавливал в разные автомобили.
Следы описания этого фильтра можно найти в инете:
http://www.digit-el.com/files/articles/crossover.pdf
После перевода с английского получилось, что его назвали как «фильтр с постоянным уровнем».

Но звучит оно как-то неправильно и я считаю, что вернее этот фильтр называть как «Активный разделительный фильтр с неизменённой суммарной АЧХ».

Чем он так мне приглянулся — во первых там нет никаких разделительных емкостей, а те конденсаторы, что определяют частоту раздела, стоят в обратных связях ОУ и имеют маленькую емкость. Подобрать такой номинал конденсатора, например, из пленочных — не составляет никакого труда.
Частота раздела точно соответствует номиналам элементов рассчитанных по указанной там формуле.
За основу можно брать резистор в пределах 24-47 кОм и подгонять частоту раздела под имеющиеся ёмкости.
Принципиальная схема двухканального активного разделительного фильтра с двухполярным блоком питания выглядит так:

Не так он прост, как кажется с первого взгляда, хотя бы даже из-за того, что требуется, как показал опыт, динамики, которые могут работать от частоты среза ниже/выше на 1,5-2 октавы (что в общем-то не очень большая проблема), также требуется подбор конкретного типа ОУ, которые будут работать в сумматоре и в интеграторах…..
Сразу скажу, что у меня получился пока самый лучший результат по общему тональному балансу и нейтральности звучания — это пара LM4562 и AD8066, как для бюджета можно смело ставить обе NE5532.
Немного об остальных ОУ, то что запечатлелось в памяти:
обе AD823 — сильное ослабление энергетики сигнала в НЧ/СЧ диапазоне
ОРА2132, ОРА2134, ОРА2604, JRC4580, JRC2068 в интегратор — плохие и резкие ВЧ, некоторые проблемы в СЧ.
две AD826 — может быть, но как-то слишком просветленно на СЧ/ВЧ…
LT1469, LT1364, LM833 и много-много других вариантов с вышеперечисленными ОУ — что-то промежуточное, и, наверное, каждый должен выбрать то, что ему больше понравится по звучанию с конкретным усилителем и конкретными динамиками.
Конденсаторы в цепях обратной связи слышно, самое лучшее, что звучит нейтрально — это ФТ, Эпкосы, неплохо К73-17….в любом случае лучше ставить пленку (а не керамику), хотя бы Wima FKP2 .
Перегрузочная способность — больше двух вольт среднего входного сигнала (при питании +/- 12 вольт) на такой фильтр лучше не подавать — иначе первый интегратор входит в клип… ну вот, пожалуй, и все самое главное об этом фильтре.

Далее просто фотки первого варианта фильтра:


Фотографии второго варианта фильтра (с регулируемым поканально выходом):


Активный двухполосный фильтр четвертого порядка.

Речь пойдет о двухполосном фазокогерентном фильтр с аппроксимацией по Linkwitz-Riley на State Variable Filter, описанных здесь:

Функциональная схема соединений аудио системы:

Схема крупнее:

Небольшие пояснения по функциональной схеме аудио системы:
1. Соединения оптики Toslink.

С головы и чейнджера цифровой сигнал выходит только тогда, когда устройство активировано.
То есть, если включена голова, цифра идет только с головы. Если включен чейнджер, то цифра выходит только с чейнджера.
Далее цифра поступает на ЦАП саба и через Машину времени на ЦАП фронта.
Таким образом нам необходимо цифру с двух источников превратить в два выхода цифры.
Схемка для соединения и разделения оптики сделана на микросхеме Hex Inverter 74NC04.
Про Машину времени (Процессор временных задержек с интерфейсом S/PDIF) можно почитать здесь:
http://sova-audio.blogspot.com/2012/07/2.html
Есть уже новый вариант Машины времени, которая может управляться дистанционно:
http://sova-audio.blogspot.com/2014/10/blog-post.html

В Машине времени цифровой сигнал будет задержан относительно саба и затем левый фронт будет задержан на необходимую величину относительно правого фронта.

2. Регуляторы громкости.
Применены регуляторы громкости Никитина (РГН) Att7+ и Att7 разработки от antecom:
http://forum.vegalab.ru/showthread.php?t=48665
Про использование регуляторов громкости Никитина в автозвуке я описывал здесь:
http://halin-caraudio.blogspot.com/2013/12/16.html
Так как у усилителя MC420M я сделал входное сопротивления 20 кОм, то соответственно РГН я тоже согласовал на входное сопротивление 20 кОм.
2. Сам активный фильтр 4 порядка (двухполосный фазокогерентный фильтр с аппроксимацией по Linkwitz-Riley на State Variable Filter) сделан на частоту раздела в 3100 Гц.

Вот так выглядит собранный Блок активных фильтров и регуляторов громкости:

Регуляторы громкости запитываются от отдельного стабилизатора на 5 вольт.
Межблочные кабеля использованы Canare GS-6 BLK и Canare L-2T2S BLK.
Разъемы RCA — австрийские, фирмы Amphenol.

Кроссовер для акустики – это тот элемент, который позволяет отрегулировать звучание динамиков, разделить и выровнять частотные диапазоны. Его можно купить, попросить кого-нибудь поставить, но чаще всего на это тратиться желания не возникает. Уж лучше установить новую акустическую систему полностью, создать самую настоящую звуковую сцену. Это несложно, правда, стоит дорого.

Кроссовер для аккустики

Многим хочется накопить много денег и заняться комплексным тюнингом своей машины. Мечта эта соблазняет, бесспорно. Если появилась возможность, надо действовать. Однако эта мечта редко сбывается. Есть другие потребности. Не до музыки. Пока нужная сумма на все дополнения и трансформации накопится, машина может взять и перестать ездить. Насущные проблемы надо решать своевременно. Если на улице зима – пора менять резину. Если у динамиков разное звучание – пора его откорректировать. Надеяться выиграть миллион, миллиард, триллион похвально. Главное – соответствовать действительности.

Кроссовер для акустики своими руками – это реально или нет? Многие люди утверждают, что собрать его самостоятельно проще, чем кажется. И это намного дешевле, плюс – это интересный процесс. Надо лишь захотеть это сделать, поставить себе цель, вникнуть в суть вопроса, разобраться, объективно оценить свои возможности. На первый взгляд кроссовер для акустики своими руками собрать сложно. Но это лишь на первый взгляд.

Ещё одно препятствие – внешний вид салона не хочется испортить. Как быть: рискнуть выполнить такую работу самостоятельно или отказаться от мечты? Безусловно, это сложный выбор, дилемма. С другой стороны, уж что-что, а внешний вид салона всегда подправят на СТО.

Когда именно нужен данный элемент

Хорошая акустика может не дополняться кроссовером вовсе. Почему? Потому что частотный диапазон поступающего в динамики звука гармоничен. Сами динамики и другие элементы способствуют этому. Тем не менее и хорошая акустическая система, которая дорого стоит, иногда не удовлетворяет своим звучанием. Музыкальный слух – не порок. Стоит ли страдать из-за врождённой биологической особенности? Производитель не обязан ориентироваться на категорию граждан с музыкальным слухом, чуткими рецепторами.

Акустика без кроссовера не функциональна в некоторых случаях. Что это такое: скрипы, посторонние шумы, искажение голоса? Хороший тренажер для слуха и укрепления нервной системы? Позаботиться о себе важно. Производители порой предлагают человеку сделать это самостоятельно.

Музыка – это много звуков, которые обладают разным частотным диапазоном. Какие-то человек слышит, какие-то нет. Одни ему нравятся, другие не нравятся. Приглушать определённые частоты, наоборот, подчёркивать, делать их громкими или совсем незаметными – для этого был изобретён кроссовер. Акустика будет радовать, служить человеку по-настоящему, если добавить этот элемент.

Если с первого раза не получилось

Даже если первая попытка найти нужные материалы, инструменты не увенчается успехом, стоит отложить свою идею на потом, но не прощаться с ней. Это действительно легко – взять и смастерить кроссовер. Поможет в этом схема кроссовера для акустики и фото прибора в деталях. С ней легко разобраться, понять, что это такое в принципе, получить наглядное представление, принять решение, опираясь на факты.

На этих фото чётко видно, что нет в приборе ничего страшного. Он прост, как 5 копеек. Справится и девушка, и мужчина, которые посещали уроки физики в школе, учились старательно. Впрочем, можно купить уже готовый, заводской кроссовер, или доверить тюнинг, модернизацию акустической системы авто профессионалам. Просто это стоит денег.

Виды кроссовера

Какие кроссоверы вообще бывают? Их не так уж и много:

  • активный;
  • пассивный;
  • однополосный;
  • двухполосный;
  • трёхполосный.

Схема каждого из видов будет содержать разные элементы. Пассивный кроссовер состоит из катушек, реле и конденсаторов. Его схема более простая. В нём нет плат, микросхем и сделать его своими руками проще, чем активный. Схема установки также у них разная.

Количество полос определяется количеством полос в акустике, соответствует. Трёхполосные кроссоверы необходимо подключать к трёхполосным акустическим системам. Двухполосная акустическая система и трёхполосные кроссоверы, к примеру, — понятия несовместимые. Так что, если в машине установлена двухполосная акустика, ничего другого не останется, кроме как заменить её или же установить трёхполосные кроссоверы. Двухполосная акустика и однополосные кроссоверы – тоже плохое сочетание. Трёхполосные системы и однополосный кроссовер – аналогично. Здесь властвует правило комплементарности. А вот активный или пассивный кроссовер нужен – можно выбирать, не задумываясь особо.

Пассивный кроссовер заставит систему работает хорошо, хотя есть у него ряд недостатков. Считается, что акустика с пассивным кроссовером работать на все 100% не будет. И это действительно так, ведь активный кроссовер для акустики мощнее. С другой стороны нужны достаточно глубокие познания в области физики, для того чтобы собрать активный кроссовер своими руками.

Кажется, что пришло время выбирать, чего хочется больше: чтобы акустика работала в полную силу или, чтобы звучание было приемлемым. На самом деле это не совсем верно. Даже активный кроссовер реально собрать своими руками, просто сразу может не получиться. Как принято говорить в таких случаях, терпение и труд всё перетрут.

Пассивный кроссовер служит меньше по времени. Так что, стоит задуматься, взвесить все за и против, перед тем, как приступить к работе.

Что такое расчёт кроссовера

Схема кроссовера может всё же заставить отказаться от самостоятельного сбора детали. Но даже схема не заставит отказаться от перспективы самостоятельной установки купленного кроссовера. Это модернизация из категории элементарных. Почему бы и нет? Расчёт кроссовера для акустики – главная проблема. Проще всего воспользоваться калькулятором в режиме онлайн. Расчёт будет довольно-таки верным, хотя есть вероятность погрешностей и результат может не удовлетворить. Автомобильная акустическая система будет издавать всё тот же шум, а не музыку. В чём подвох?

Если попробовать выполнить расчёт без калькулятора, всё станет на свои места. Но не в том смысле, что автомобильная акустическая система начнёт сразу, как по волшебству хорошо работать. Становится понятно, что нужен индивидуальный подход и настройка кроссовера.

О динамиках известно, что у них есть частота, мощность и сопротивление. Значения индивидуальны, зависят от торговой марки, модели. Расчёт кроссовера – это знание сопротивления и частоты. Вот только работает это в теории. На практике человек сталкивается с такой проблемой, как нестабильность значения сопротивления. Сопротивление — это не константа. Меняется частота, меняется и сопротивление. Поэтому нужно знать, хотя бы, в каком диапазоне автомобильная акустическая система работает, среднее арифметическое. Для этого нужны специальные приборы. Иначе никак не узнать эти величины. Ожидания не должны быть завышенными.

Самодельный кроссовер для акустики

Самодельные кроссоверы для акустики нужны для разделения частотных диапазонов динамиков. Они выравнивают эти самые диапазоны по громкости звучания.
Самодельный кроссовер для акустики изготовить не так уж и сложно, если знать некоторые секреты.

Что такое кроссовер и с чем его едят

Для начала узнаем, а зачем нужен кроссовер?
Это специальное устройство, предназначенное для разделения ауди частот. Кроссоверы как бы убирают ненужные частоты, фильтруют их.

К примеру, существуют такие динамики(см.), как пищалки. Если бы не было кроссоверов, то на пищалки бы подавались все частоты, полный их пакет, вместе с НЧ и СЧ. Понятно, что это в итоге отрицательно скажется на детальности музыки.
ВЧ динамики, каковыми являются пищалки, не способны воспроизводить низкие и средние звуки и присутствие несвойственных частот станет в этом случае опасной проблемой.

Виды кроссоверов

Кроссоверы принято разделять на активные и пассивные, а также на однополосные, двухполосные и т.д.

Пассивный кроссовер, его плюсы и минусы

Итак:

  • Пассивный кроссовер фильтрует сигнал своими конденсаторами, резисторами и катушками. В результате именно этого и выявляется первый недостаток таких кроссоверов – потеря мощности.
  • Подключение пассивных кроссоверов проходит непосредственно перед динамиками. Получается таким образом, что достаточно использование всего одного усилителя(см.), что является несомненным плюсом пассивных кроссоверов.
  • Пассивные кроссоверы продаются отдельными блоками или в комплекте с акустикой, обычно двухполосной или более.
  • Среди недостатков пассивных кроссоверов можно выделить ограниченную пиковую нагрузку, что влечет за собой скорый выход из строя.
Активный кроссовер, его плюсы и минусы

Итак:

  • Используется активный кроссовер перед усилителем. Поэтому использование одного усилителя в данном случае просто невозможно.
    В случае с активным кроссовером каждый динамик, будь то пищалка или НЧ динамик, используют отдельный канал усилителя.
  • Преимуществом активного кроссовера можно назвать то, что в отличие от пассивного, он дает возможность точной настройки срезов. Именно этот фактор и определяет в большей части стоимость такого кроссовера, который дороже своего оппонента.
Кроссовер однополосный
  • Предназначен для среза канала сабвуфера(см.).
Кроссовер двухполосный
  • Предназначен для двухполосной акустики, состоящей из твитера и мидбаса.
Кроссовер трехполосный
  • Предназначен для трехполосной акустики, состоящей из твитера, СЧ-динамика и мидбаса.

Самодельные кроссоверы

Случается, что став обладателем дорогой автомобильной акустики, владелец обнаруживает, что в комплекте нет кроссоверов. Понятно, что без них обойтись будет невозможно, так как ВЧ динамики могут просто напросто сгореть.
Что делать? Ответ до смешного прост – изготовить их своими руками.

Инструменты

Для начала вооружимся необходимыми инструментами:

  • Хорошим и удобным паяльником.
  • Специальным прибором, измеряющим индуктивность.
  • Клеем «Момент».
  • Хлорным железом.
  • Фольгированным стеклотекстолитом.
  • Термоусадочной трубкой.
  • Силиконовым герметиком.

Пошаговая инструкция

Начинаем процесс изготовления.

Итак:

  • В первую очередь, надо тщательнейшим образом изучить теххарактеристики купленных динамиков. Особое внимание рекомендуется уделить низким частотам пищалок, а также уровню характеристической чувствительности НЧ и ВЧ динамиков.
  • Затем нужно подобрать правильную электрическую схему, подразумевающую подключение кроссовера.

Примечание. По мнению специалистов желательно отдать предпочтение фильтрам 2-ого порядка, ведь в тесном салоне авто наблюдается сильный подъем частотной характеристики на средне-высоких частотах.

  • Надо помнить, что ВЧ-динамики, которые подключаются через фильтр 1-ого порядка, сильно подчеркивают шипение, а НЧ-динамики чрезмерно выделяют яркие звуки. В итоге, складываясь вместе, получится кавардак, в котором будет много яркого и шипящего звучания.

Примечание. При этом, чем шире салон авто, тем удастся более минимизировать эти недостатки.

Катушка индуктивности

Итак:

  • Наматываем катушки индуктивности для динамиков. Отметим, что делая это для НЧ-динамика, лучше пользоваться медной проволокой, имеющей диаметр 1 мм и изолированной специальным лаком.

Совет. При изготовлении катушек рекомендуется пользоваться ферритовыми сердечниками. Это даст возможность получить меньшие габариты и вес, а также сократить расход недешевой медной проволоки. Кроме того, удастся уменьшить также активное сопротивление катушки.

  • Получившуюся индуктивность рекомендуется контролировать с помощью уникального прибора для измерения.

Совет. При наматывании проволоки крайне желательно делать виток и витку, а затем фиксировать клеем. Это даст возможность избежать проблем, с которыми часто сталкиваются новички.

Делаем печатную плату

Итак:

  • Пришло самое время начертить плату на бумаге. Делать это нужно, исходя из размеров получившихся катушек и резисторов.
  • Чертим плату и переносим ее на лист специального материала.

Примечание. В качестве такого материала неплохо было бы выбрать фольгированный стеклотекстолит.

  • Сверлим сразу отверстия под электроды будущих деталей и проводов. Обязательно протравливаем плату. Это нужно сделать следующим образом: полуготовую плату поместить в раствор хлорного железа.
Сборка
  • Платы нашего будущего кроссовера собираем согласно схеме установки.

Примечание. Катушки индуктивности и конденсаторы тщательно клеим к плате. Рекомендуется использовать хороший клей, такой как «Момент». Хорошая фиксация позволит самодельному разделителю длительное время работать безотказно в условиях вибрации и тряски.

Соединяем акустические провода

Итак:

  • Соединяем акустические провода, используя обычный паяльник. В работе нужно быть крайне внимательным и не перепутать выходы для НЧ и ВЧ-динамика. Обратить внимание нужно и на полярность.
  • Клей пригодится и здесь. Нужно залить «Моментом» провода, которые припаяли, что предохранит опять же от вибраций и возможных переломов.
Подключение

Итак:

  • Проводим пробное подключение и убеждаемся в том, что сигнал подается на каждый динамик с соответствующего выхода самодельного кроссовера.
  • Если это необходимо, то можно включить и резистор сопротивлением 4 Ом перед ВЧ-фильтром.

Примечание. Помним, что чувствительность ВЧ-динамиков на несколько децибел превышает чувствительность динамика, воспроизводящего низкие частоты – в итоге, пищалки играют громче НЧ-динамика.

Готовый своими руками кроссовер обтягиваем термоусадочной трубкой, соблюдая нужные размеры. Заливаем края обязательно силиконом, чтобы внутрь кроссовера не попала влага или пыль.
Представленная инструкция поможет изготовить самодельный кроссовер для акустики без особых проблем. В процессе операции рекомендуется изучить дополнительно фото и видео – материалы.
Что касается цены на расходные материалы, то она зависит от количества катушек и выходов под динамики. Немаловажное значение имеет и материал, который используется.

Статьи об Hi-End аппаратуре, ламповых усилителях, акустике и радиолампах.

Трёхполосные акустические системы, состоящие из трёх динамиков, являются самым удачным решением для высококачественного звуковоспроизведения. В них используются три типа звуковых головок. Они отличаются по размеру, конструктивным особенностям и полосе воспроизводимых частот. Для разделения всего частотного диапазона выдаваемого усилителем низкой частоты используются полосовые фильтры-кроссоверы. В них используются конденсаторы дроссели и, реже, резисторы.

Сделать своими руками фильтр для динамика НЧ очень просто.Основным элементом устройства является индуктивность или дроссель. Катушка включается последовательно с низкочастотным динамиком.

Фильтр для низкочастотного динамика

Фильтр нижних частот из дросселя и конденсатора большой ёмкости называется схемой Баттерворта второго порядка. Он обеспечивает спад частот выше частоты среза до 12 dBна октаву. Схема работает следующим образом. Индуктивность в LC контуре выполняет функцию переменного резистора. Его сопротивление прямо пропорционально частоте ивозрастает с увеличением диапазона. Поэтому высокие частоты практически не попадают на НЧ динамик. Такую же функцию выполняет и конденсатор. Его сопротивление обратно пропорционально частоте и он включается параллельно громкоговорителю.

Поскольку схема устройства должна хорошо пропускать низкие частоты и обрезать высокие, то конденсаторы такого устройства имеют большую ёмкость.Пассивный фильтр для динамика может быть выполнен по более сложной схеме. Если соединить две схемы Баттерворта последовательно, то получится устройство четвёртого порядка из двух индуктивностей и двух конденсаторов. Оно обеспечивает спад частотной характеристики низкочастотного громкоговорителя в 24 децибела на октаву.

Для того чтобы выровнять частотную характеристику и более точно согласовать схему Баттерворта и динамик, между катушкой индуктивности и конденсатором, включается резистор с небольшим сопротивлением. Для этой цели лучше использовать проволочные резисторы.

Фильтры для динамиков своими руками

Сделать фильтр для динамика совсем не сложно. Он состоит всего из двух элементов – конденсатора и катушки индуктивности. Рассчитать параметры радиоэлементов для пассивной схемы низкой частоты второго порядка проще всего на онлайн калькуляторе. Там можно задать желаемый уровень среза и сопротивление акустической головки. Программа выдаст требуемую ёмкость конденсатора и индуктивность катушки. Например, выбран уровень среза 150 Гц, а сопротивление динамика равно 4 Ом. Калькулятор выдаст следующие значения:

  • Ёмкость конденсатора – 187 мкф
  • Индуктивность катушки – 6,003 мГн

Требуемую ёмкость можно получить из параллельно соединённых конденсаторов К78-34, которые специально разработаны для работы в акустических системах. Кроме того есть обновлённая линейка конденсаторов аналогичного типа. Это KZKWhiteLine. В качестве недорогих аналогов, радиолюбители часто используют конденсаторы типа МБГО или МБГП.

Катушка индуктивности на 6 мГн наматывается на оправке диаметром 1 см и длиной 6 см. Поскольку катушка не имеет магнитного сердечника в качестве бобины можно использовать цилиндр из любого материала, на который для удобства намотки, нужно сделать щёчки. Для намотки используется медный провод типа ПЭЛ диаметром 1 мм. Длина проволоки 84 метра. Намотку нужно делать виток к витку.

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

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

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

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

Непростой расчет кроссоверов акустических систем

Как любителями звука обычно проектируется многополосная акустическая система? Очень просто. Под имеющийся в наличии НЧ (НЧ/СЧ) динамик разрабатывается необходимого объема бокс. Ширину передней панели определяет размер НЧ (НЧ/СЧ) динамика, остальные динамики располагаются, исходя из эстетических соображений. Кроссовер рассчитывается также «классическим» методом – на бумаге (или с помощью небольших программ) по формулам с давно известными коэффициентами для получения требуемой характеристики фильтра. Сложив все это вместе и получив какой–то результат, одни остаются им довольны, а другие начинают задаваться вопросом: почему результат не соответствует расчетам. Не обходится и без особо «продвинутых», начинающих заявлять, что все многополосные системы, мягко говоря, не стОят внимания. Действительно, каков вывод! Впрошлом я сам рассчитывал акустические оформления и кроссоверы по формулам. Расчет кроссоверов производился, опираясь на номинальное сопротивление (Z) динамиков, после чего следовала долгая процедура подгонки «на слух». Получалось, но не ахти как. Удовлетворительно. Все дело в том, что яне учитывал целый ряд особенностей при расчете. Особенностей, которые отличают динамики от резисторов, а многополосную акустику от точечного излучателя. Сейчас мне проще, есть измерительный комплекс, с которым я научился хорошо работать, и есть CAD системы, которые позволяют промоделировать акустику, учитывая все ее тонкости. И вот при очередном знакомстве с изделием, рассчитанным по формулам и принесенном на измерения, я решил уделить повышенное внимание кроссоверу. Конструкция, как оказалось, была с несводимыми в принципе полосами, чего на первый взгляд не скажешь. Особенно, глядя на АЧХ простого и недорогого мидбаса:

Используемый кроссовер – классика. Первый порядок на мидбасе (на изображении выше измерения проведены без кроссовера) и первый порядок на твитер. Казалось бы, что может быть лучше, чем фильтр первого порядка? Практически любой аудиофил скажет, что в двухполосной акустической системе сопряженные таким фильтром головки обеспечат линейную фазочастотную характеристику (ФЧХ) и хорошую, без колебаний и затягивания, переходную характеристику (ПХ). А широкий совместный диапазон излучения можно компенсировать разнесением частот раздела. К сожалению, все хорошо только в теории. На практике же первый порядок фильтра редко работает с приемлемым результатом. Я попробую внести ясность, почему так происходит. Реальных результатов измерений не привожу, только моделирование в LspCAD. Как показала практика, результаты моделирования в этой CAD системе с высокой точностью подтверждаются результатами реальных измерений.

На изображении ниже показана двухполосная система с использованием фильтров первого порядка с частотой раздела полос 2500 Гц. Кроссовер рассчитан, исходя из номинального сопротивления нагрузки для ФНЧ – 6 Ом, для ФВЧ – 4 Ома. Динамикам присвоено константное сопротивление 6 Ом (Midwoofer) и 4 Ома (Tweeter). Размер их излучающих поверхностей составляет 1 мм, а акустические центры расположены в одной точке (x = 0, y = 0, z = 0). В общем, идеальные условия работы, чего в реальной жизни не может быть. Передаточная характеристика такой системы показана на графике рядом. Остальные характеристики в данном случае также линейны.

На первый взгляд, кроссовер идеален. Но ведь и вся система здесь представлена идеальной. Исправим досадный недочет и немного приблизим ее к реальности. Добавим подходящий бокс ииспользуем размеры излучающих поверхностей для мидвуфера – 110 мм, а для твитера – 25.4 мм. Расположение твитера будет референсной точкой с координатами x = 0, y = 0, z = 0. Мидвуфер же, расположен ниже твитера, его акустический центр смещен вниз на 130 мм и углублен на 25 мм (x = 0, y= -130, z = 25). Среди двухполосных систем с использованием 4.5 дюймового мидвуфера и 1 дюймового твитера это типичные значения расположения акустических центров.

На первом графике изображена АФЧХ системы, на втором – внеосевые АЧХ. Ожидали такого результата? Так как акустические центры излучателей находятся на некотором расстоянии друг отдруга, между ними для звуковых волн существует временная разница, следовательно можно говорить о различии их акустических фаз. Выровнять фазовую характеристику можно двумя методами: расположением акустических центров головок строго на оси (коаксиальный излучатель), либо фазовойкоррекцией в кроссовере. Но поскольку речь идет о фильтрах первого порядка, по понятным причинам фазовая коррекция в кроссовере с ними невозможна. Поэтому идем другим путем.

Так как на изображении выше отчетливо виден сильный провал в области частоты раздела, напрашивается мысль о противоположном знаке акустических фаз излучателей в этой области. Пробуем противофазное включение, хотя это опять в разрез идет с теорией. На сей раз о синфазной работе головок при использовании фильтров первого порядка.

Теперь АЧХ находится в пределах неравномерности +/-3 дБ, хотя с ФЧХ наблюдаются явно проблемы. Зато что происходит с внеосевыми АЧХ! А ведь это все еще «идеальные» динамики. Добавляем реальный импеданс.

С таким фильтром твитер без каких–либо преград работает в области частоты резонанса (а она находится достаточно низко – 750 Гц). Мидвуфер же практически без ослабления воспроизводит всю полосу частот. Смотрим, что будет, если добавить реальные АФЧХ головок.

Спрашивается: за что боролись? Совместная работа головок обеспечивается в диапазоне 600 Гц – 8 кГц, ФЧХ имеет излом. Внеосевые АЧХ и диаграмма направленности обещают окраску звучания в широком диапазоне частот, узкую зону стереоэффекта и необходимость прослушивания такой системы строго на оси твитера. Сам твитер работает в области резонанса, а мидвуфер – за пределами поршневой зоны. Единственное, что осталось удовлетворительным – ПХ.

При широком частотном диапазоне совместной работы головок, часто пользуются разнесением частот раздела. Пробуем такой вариант. Для ФНЧ используется частота среза 1 кГц, для ФВЧ – 6 кГц.

Прежние недостатки еще больше усугубились. Теперь наблюдается большая неравномерность осевой АЧХ и худшие внеосевые АЧХ. Может, стоит попробовать высокую – 8…10 кГц – частоту раздела? Так как мидвуфер по результатам измерений АЧХ работает до 8 кГц, можно подключить его без фильтра, а для твитера использовать фильтр первого порядка с частотой среза 10 кГц. Пробуем такой вариант.

Как видим, ослабление на частоте резонанса твитера недостаточно даже для такой высокой частоты раздела. А что происходит с внеосевыми АЧХ? Мидвуфер работает без фильтра в широком диапазоне частот, твитер его только поддерживает вверху, а диаграмма направленности хуже, чем в любом другом случае. Мидвуфер, в силу законов физики, имеет сужение диаграммы направленности выше частоты, которая определяется размерами его излучающей поверхности. В идеальном случае, эта частота составляет c/d, где c – скорость звука в воздушной среде (345 м/с), d – диаметр диафрагмы (вметрах). Для используемого в примерах мидвуфера диаметр диафрагмы составляет 110 мм, что ограничивает его использование на частотах выше 3 кГц.

Изменение внеосевых АЧХ и сужение диаграммы направленности проявляется и в комбинированных широкополосных динамиках. Для примера, ниже приведен результат измерения широкополосного динамика 4А28 при измерении на оси и с отклонением от оси на 45 градусов.

Как можно видеть, изменение АЧХ происходит, начиная с частоты 1500 Гц, что хорошо согласуется с вышеприведенной формулой (c/d = 1604 Гц).

По указанной причине, расположение акустических центров излучателей в многополосной системе должно производиться так, чтобы расстояние между ними не превышало длины волны на частоте раздела.

Что можно сделать для устранения всех перечисленных недостатков при использовании тех же мидвуфера и твитера. Не сильно углубляясь в моделирование, при использовании фильтров третього порядка я получил следующую картину.

Проведя час–другой за моделированием, можно выровнять характеристики до погрешности в пару децибел, а диаграмму направленности сделать еще шире. Резонный вопрос: совпадут ли результаты моделирования с результатами реальных измерений. Предлагаю посмотреть на изображения ниже исамому ответить на этот вопрос.

Но для того, чтобы получить требуемые результаты, CAD системе необходимо «знать» о будущей АС все: размеры бокса, расположение динамиков, их АФЧХ и ИЧХ. Иначе вместо того, что можно было бы получить:

получим то, что будет:

Автор: Сирвутис Алексей Ромасович

(Lexus)

Примечание от авторов:

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

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

Расчет кроссовера для акустики75

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

Снова о простом активном фильтре для АС

Цитата: Chugunov
Забавная ситуация — люди ловят сотки в симуляторах,….далее по тексту

Приветствую Сергей!!! Согласитесь, что сейчас Вы написали много неабсолютных истин. Вот смотрите: Судя по всему, в первоначальной схеме динамики должны включаться в противофазе (почему-то я забыл про такую возможность и добивался согласования при синфазном включении). -Это касается только согласования по фазе напряжения на выходе фильтра. А как там будет с реальными динамиками, еще вопрос.
Забавная ситуация — люди ловят сотки в симуляторах, забывая о том, что работают не отдельно фильтры, а целая система: фильтры, усилитель, акустика. Получается, как у Райкина: «к пуговицам претензии есть?». Умалчивают, что в симуляторах считается, что динамики идеальные (сферический конь в вакууме) или по крайней мере все динамики перекрывают с хорошей линейностью частоту раздела на две октавы (ха ха ха). -Нет никакого смысла даже к кривым динам лепить кривой фильтр, изначально. Симулятор не панацея, и никто особо блох не ловит.Просто намного проще все это прикинуть, чтобы избежать явных ошибок. На мой взгляд, обязательна подстройка измерительным микрофоном фильтров на всей системе со штатными усилителями и акустикой, иначе, к пуговицам претензий не будет, а в целом… -это уже потом, а сначала бы желательно сделать работоспособное все остальное. А потом уже доводка.

Думаю, любые фильтры — зло. -Не знаю попробуйте обойтись. Проблема выбора заключается в том, как выбрать наименьшее общее зло. -С этим не поспорю. Это филосовский вопрос. Из теории известно, что чем круче АЧХ фильтров, тем хуже их ФЧХ. Наверное, надо (при стремлении к совершенству) испробовать разные варианты. -Это в какой теории?? И как ФЧХ фильтров может быть хуже или лучше? ФЧХ фильтров ( по напряжению просто наклонная линия с той или иной степенью наклона). Другое дел суммарная ФЧХ 2-х или трех фильтров , работающих совместно на одну нагрузку. Так так и надо говорить. А известно ли, что ФЧХ еще не все? У фильтров 1-го порядка тоже масса недостатков, например направленность на частоте раздела дико кривая ( по сравнению с фильтрами четных порядков повыше). А это не в меньшей степени влияет на качество.

Думаю, наибольший положительный эффект от активных фильтров будет для систем среднего уровня (коих абсолютное большинство). Думаю, данный фильтр имеет полное право на существование и повысит качество и возможности большинства систем. — В активной акустике Женелек активные фильтры. И она очень высокого класса. P.S. Забавно, что прогрэссивная блочная система с принципом «любой усилитель подключаем к любым колонкам» сегодня выходит боком. Раньше, покупая приличную звуковую систему, включающую усилители и акустику, мы имели оптимизированные для совместной работы звенья, которые гарантированно хорошо работали. Сегодня можно кубить отдельные дорогие кубики, которые будут неважно работать вместе. -Никто и никогда не говорил, что «кубики» универсальны. Только до какой то степени и при правильном подборе. Всегда аппаратура подбирается друг к другу, это было есть и будет. Даже то, что было все в одном и настроено на заводе может и не звучать в плохом помещении. И не вся техника раньше конструировалась и настраивалась с любовью, ой не вся.

Расчет кроссовера

Кроссоверы для акустики авто самодельные

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

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

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

Кроссоверы для акустики на авто Пионер профессиональные

Ниже приводится инструкция о том, как рассчитать кроссовер:

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

Специальная программа для расчета кроссовера Crossover Elements Calculator

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

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

  • Получить ожидаемый результат можно, нажав на кнопку расчета.

Программа для расчета фильтров Crossover Elements Calculator

Crossover Elements Calculator 146.35 KB Verify CAPTCHA to Download

При создании акустической системы в вашем автомобиле, да и не только в автомобиле, Вам может понадобиться рассчитать фильтр, узнать характеристики его элементов, параметры и конфигурацию.

Программа имеет возможность производить расчет четырёх параметров: • Цепь Zobel • Аттенюацию • Катушку индуктивности • Определения лучшего корпуса для сабвуфера (типа корпуса) Теперь коротко о каждом. Цепь Zobel необходима для согласования фильтра с входным комплексным сопротивлением (импедансом) динамической головки (ГД). При ее отсутствии входное сопротивление ГД (импеданс) оказывает влияние на АЧХ и ФЧХ разделительных фильтров, вплоть до полного нарушения их работы.

Аттенюация. Довольно часто динамические головки имеют чувствительность (дБ) больше, чем необходимо в данном проекте акустической системы. И для того чтобы сравнять показатели чувствительности и тем самым уменьшить неравномерность суммарной АЧХ акустической системы, можно прибегнуть к помощи Г-образных пассивных аттенюаторов (L-Pad), обеспечивающих заданный уровень ослабления/аттенюации (N, дБ).

Катушка индуктивности. Является основным из элементов применяемых при изготовлении фильтров. Катушки индуктивности с воздушными сердечниками обладают наименьшими нелинейными искажениями и потерями, по сравнению с другими типами, однако имеют большие габариты. И эта функция программы позволяет рассчитать катушку индуктивности исходя из таких параметров: • Сопротивление ГД • Индуктивности необходимой катушки • Диаметра провода

Определения наилучшего корпуса для НЧ динамика. Низкочастотный динамик должен быть согласован с типом корпуса акустической системы. Каждый динамик имеет свойства позволяющие ему работать лучше в каком-то определенном оформлении корпуса. Определить, для какого именно ящика лучше использовать конкретный динамик можно так: частота основного резонанса динамика (Fs) делится на его полную добротность (Qtc), а полученный коэффициент говорит, в каком корпусе нужно использовать динамик, чтобы достигнуть оптимальных результатов.

Использование программы не должно вызывать затруднения, в скором времени я покажу Вам пример использования программы Crossover Elements Calculator. Ну а пока все! Удачи Вам в расчетах!

Фильтры разного порядка

Чтобы ясно понимать схему расчета кроссовера(см.Самодельные кроссоверы для акустики и их предназначение), нужно понимать разницу между фильтрами разного порядка. Об этом и пойдет речь ниже.

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

Первый порядок

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

2-полосный кроссовер 1-го порядка

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

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

Фильтр частот по схеме 1-го порядка

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

Расчет кроссовера для акустики своими силами

Сохранить и прочитать потом —. Конструирование акустических систем по готовым чертежам дело, конечно, увлекательное, но элемент творчества при этом, как ни крути, отсутствует. Вот если бы овладеть основными принципами построения АС, а затем все самому рассчитать и сделать из того, что есть под руками, — вот был бы класс! Это возможно, если взять несколько уроков у опытного мастера. Сегодня — первое занятие.

Вот считаю пассивные фильтры для 3х полосной акустики. Для того, чтобы расчет был максимально точным, нужно максимально . Наиболее перспективный(е) вариант(ы) кроссовера собираются в железе.

Последовательные фильтры в кроссовере АС

Применение последовательных фильтров в кроссоверах АС — редкое техническое решение. В статье рассказано о некоторых нюансах, наблюдаемых при моделировании и измерениях характеристик АС с такими фильтрами, что позволит любителям-конструкторам более обоснованно использовать их в ряде случаев, например, применяя коаксиальные динамические головки.

О пассивных разделительных фильтрах (кроссоверах) акустических систем написано уже столько, что можно собрать приличную библиотеку. Не утихают баталии на интернет-форумах между приверженцами фильтров различных типов, поскольку улучшение одних характеристик почти неизбежно ведёт к ухудшению других. Причём чаще всего спорщики игнорируют факт влияния акустического оформления и собственных параметров головок на характеристики фильтра, рассматривая «идеальные» случаи.

Особый интерес для любителей высококачественного звучания представляют фильтры первого порядка, потому что такие фильтры корректно передают прямоугольный импульс (как сумму полос). И ради этого можно смириться с широкой зоной совместной работы динамических головок. Однако хорошие импульсные характеристики двухполосной АС с фильтрами первого порядка реализуются только при условии небольшой разницы в фазе совместного излучения и, кроме того, при максимально близком расположении центров излучения НЧ- и ВЧ-головок. Наиболее полно этому условию отвечают коаксиальные излучатели. Большинство головок такого типа используют в автомобильных АС с простейшими фильтрами.

Наиболее распространены параллельные фильтры различного порядка и типа (рис. 1). Их достоинство — независимость каждого фильтра (при сопротивлении источника сигнала, равном нулю), поэтому импеданс нагрузки, частоту среза и порядок фильтров можно выбирать почти произвольно. Обратная сторона этой гибкости — сложные фазовые соотношения сигналов смежных полос, увеличивающие неравномерность АЧХ в области частот разделения за счёт интерференции и отчасти влияющие на локализацию кажущегося источника звука (КИЗ). Схемы и методы расчёта таких фильтров подробно освещены в литературе, поэтому останавливаться на них не будем.

Рис. 1. Типы фильтров

 

В недорогих трёхполосных АС часто применяют каскадные фильтры, позволяющие сократить число деталей — других достоинств у них нет, сплошные недостатки. Иногда также используют комбинированные фильтры, которые нельзя однозначно отнести к тому или иному типу.

Однако существуют фильтры, незаслуженно игнорируемые и профессиональными разработчиками аппаратуры, и любителями. Речь идёт о последовательных фильтрах, происхождение которых теряется во тьме времён. Действие элементов последовательных фильтров обратно их действию в параллельных. В параллельном кроссовере каждый из частотно-зависимых элементов преграждает путь сигналам «ненужным» частот, в последовательном — наоборот, пускает их «в обход», а «нелишним» сигналам не оставляют иного пути, кроме как через предназначенную для них нагрузку.

Одно время интерес к последовательным фильтрам пробудил Ричард Смолл (тот самый, который вместе с Невиллом Тилем определил важные электромеханические параметры акустических излучателей). На рубеже 60-х и 70-х годов он сделал доклад об этих фильтрах на сессии Audio Engineering Society (Общества аудиоинженеров). Доклад назывался «Constant-Voltage Crossover Network Design». В нём показано, что в последовательном фильтре сумма напряжения на двух полосовых динамических головках будет всегда равна входному, т. е. напряжению на выходе усилителя; это — основное свойство последовательных фильтров. Кроме того, для таких фильтров первого порядка (и только для них!) ФЧХ всех звеньев взаимно дополняющие, что обеспечивает минимальные искажения АЧХ, уменьшает интерференцию и улучшает локализацию КИЗ. Последовательные фильтры более высокого порядка этого достоинства лишены (а других и не имеют), поэтому практически не применяются. Впрочем, при соответствующем выборе номиналов фильтра первого порядка можно увеличить крутизну спада АЧХ вблизи частоты среза до 9…12 дБ на октаву (рис. 2), но ценой снижения входного сопротивления на частоте разделения [1].

Рис. 2. Формулы и номиналы фильтров первого порядка

 

Ещё одно, практически не упоминаемое (но от этого не менее важное) достоинство последовательных фильтров — отсутствие влияния собственной индуктивности звуковых катушек (ЗК) на частоту разделения и суммарную АЧХ. Для иллюстрации этого явления рассмотрим сначала классические фильтры первого порядка (в моделях использованы среднестатистические параметры НЧ- и ВЧ-головок).

Для ФНЧ некомпенсированная индуктивность ЗК НЧ-головки включена последовательно с катушкой индуктивности фильтра, поэтому в результате получаем цепь, которая уже через октаву выше частоты среза превращается в индуктивный делитель напряжения (рис. 3). Приведённая в примере частота среза дана для наглядности, при её повышении фильтр практически прекращает работу, внося лишь небольшое затухание выше условной частоты среза. Таким образом, для полноценного ФНЧ первого порядка компенсатор Цобеля абсолютно необходим, но в промышленных конструкциях им нередко пренебрегают (экономия!).

Рис. 3. АЧХ 

 

Справедливости ради следует отметить, что иногда такое решение применяют целенаправленно для коррекции АЧХ головки на средних частотах, а разделение полос получается за счёт естественного спада АЧХ головки — этот случай нетипичный (рис. 4) [2].

Рис. 4. АЧХ 

 

Для ФВЧ реальность тоже не столь радужная, как при расчёте «по формулам». Ёмкость конденсатора фильтра образует с индуктивностью ЗК ВЧ-головки последовательный колебательный контур, демпфированный активным сопротивлением ЗК; в результате вблизи частоты среза возникает небольшой «горбик» (рис. 5). Обычно это не создаёт проблему, так как для выравнивания отдачи НЧ- и ВЧ-головок в цепи более чувствительной ВЧ-головки вводят делитель напряжения или последовательный резистор (чаще), и электрический резонанс надёжно демпфируется.

Рис. 5. АЧХ 

 

Вообще говоря, влиянием последовательного сопротивления пренебрегать нельзя ни в одном случае. Для параллельных фильтров, например, весьма заметно влияние сопротивления проводов между усилителем и АС — при этом характеристики фильтров «плывут», меняется и характер звучания. Это одна (но далеко не единственная) из причин «мистического» влияния проводов на качество звучания. Влияние сопротивления проводов между фильтром и нагрузкой существенно противления проводов выражено слабее, но подробное рассмотрение этих вопросов уведёт нас в сторону и достойно отдельной статьи.

Рассмотрим теперь влияние параметров реальных головок на работу последовательных фильтров. Используем модели головок из уже рассмотренных примеров, а частоту разделения для наглядности примем 2 кГц.

Для начала смоделируем последовательный фильтр для динамических головок с сопротивлением ЗК 3,2 Ом (см. рис. 2). Номиналы элементов фильтра рассчитаем по приведённым ранее формулам — 25 мкФ и 0,25 мГн, АЧХ и ФЧХ показаны на рис. 6 и рис. 7 соответственно.

Рис. 6. АЧХ

 

Рис. 7. ФЧХ

 

Поскольку напряжение источника приложено к входу кроссовера, сами напряжения на элементах последовательной цепи (как мы увидим далее) могут изменяться весьма причудливым образом, но их сумма остаётся постоянной и автоматически учитывает все фазовые сдвиги. В случае идеальной (резистивной) нагрузки сдвиг фаз между выходами остаётся постоянным во всей полосе частот и равен 90 град.

Вернёмся к реальным головкам. Тот же фильтр демонстрирует совершенно непривычные АЧХ по полосам и идеальную прямую как результат их совместной работы (рис. 8). То, что было препятствием в работе параллельного фильтра, стало фактором повышения эффективности у последовательного. Когда с ростом частоты растёт индуктивное сопротивление НЧ-головки, сигнал с ещё большей охотой идёт в обход, через конденсатор. Индуктивность фильтра заметно выше индуктивности Зк ВЧ-головки, что также эффективно направляет высокочастотные составляющие спектра сигнала именно к ней. И там, и там крутизна спада АЧХ вблизи частоты разделения близка к 12 дБ на октаву — заметьте, при базовых номиналах элементов, без снижения входного сопротивления!

Рис. 8. АЧХ

 

ФЧХ с реальными головками уже не выглядит столь же привлекательно (рис. 9), однако и здесь фазовые сдвиги в основном сохраняются постоянными, кроме области разделения полос. Впрочем, «загогулину» на фазовой характеристике легко устранить включением компенсатора Цобеля, тогда и полосовая АЧХ станет более аккуратной (но и крутизна вернётся к 6 дБ на октаву). Однако, в отличие от параллельных фильтров, компенсатор здесь — всего лишь необязательная опция.

Рис. 9. ФЧХ

 

Остаётся последний штрих — импеданс нагрузки. Согласно канонам расчёта последовательных фильтров, динамические головки должны быть с одинаковым импедансом. Подразумевается, что и отдача у них тоже одинаковая — в противном случае согласующие цепи изменят импеданс. Однако эти ограничения — кажущиеся, если при расчётах для каждого элемента использовать своё значение импеданса: НЧ-головки — для конденсатора, ВЧ-головки — для индуктивности. Получившийся фильтр может иметь непривычные сочетания номиналов, но работать будет не хуже. В качестве примера — фильтр для коаксиальной головки SoundFen D-MAX 4″ (рис. 10). При сопротивлении основной головки 7 Ом высокочастотный изодинамический излучатель с плоской ЗК практически не проявляет индуктивности в полосе ЗЧ, его сопротивление постоянному току всего лишь 2,4 Ом.

Рис. 10. Фильтр для коаксиальной головки SoundFen D-MAX 4

 

Нетрудно заметить, что последовательный резистор, корректирующий отдачу ВЧ-звена, слабо влияет на АЧХ и не затрагивает частоту разделения (рис. 11).

Рис. 11. АЧХ

 

Подведём итоги. Последовательный фильтр не чувствителен к реальному импедансу нагрузки и может применяться в случае различного номинального сопротивления головок. В некоторых случаях он может соперничать по эффективности с классическими фильтрами второго порядка при вдвое меньшем числе деталей. Наконец, даже довольно широкая зона совместного действия головок не ухудшает локализацию КИЗ благодаря постоянному сдвигу фаз между полосами. Поэтому последовательный фильтр идеален для применения с коаксиальными головками, но будет не менее полезен и в случае классических двухполосных АС.

Литература

1. Елютин А. Последовательный кроссовер. — URL: http://www.автозвук.рф/az/ 2010/01 /082-krossover. htm (4.10.17).

2. Ким В. Компонентная акустика FOCAL PS 165V. — URL: http://www.автозвук.рф/ az/201 7/09/komponentnaya-akustika-focal-ps-165v1.htm (4.10.17).

Автор: А. Шихатов, г. Москва

Активный трехполосный фильтр на базе NM2116

Юрий Садиков
г. Москва

 

В статье приведены результаты работ по созданию устройства, представляющего собой комплект активных фильтров для построения высококачественных трехполосных усилителей низкой частоты классов HiFi и HiEnd.

В процессе предварительных исследований суммарной АЧХ трехполосного усилителя, построенного с использованием трех активных фильтров второго порядка, выяснилось, что эта характеристика при любых частотах стыков фильтров обладает весьма высокой неравномерностью. При этом она весьма критична к точности настройки фильтров. Даже при небольшом рассогласовании неравномерность суммарной АЧХ может составить 10…15 дБ!

МАСТЕР КИТ выпускает набор NM2116, из которого можно собрать комплект фильтров, построенный на базе двух фильтров и вычитающего сумматора, не имеющий вышеперечисленных недостатков. Разработанное устройство малочувствительно к параметрам частот среза отдельных фильтров и при этом обеспечивает высоколинейную суммарную АЧХ.

 

Основными элементами современной высококачественной звуковоспроизводящей аппаратуры являются акустические системы (АС).

Самыми простыми и дешевыми являются однополосные АС, имеющие в своем составе один громкоговоритель. Такие акустические системы не способны с высоким качеством работать в широком диапазоне частот в силу использования одного громкоговорителя (головка громкоговорителя — ГГ). При воспроизведении разных частот к ГГ предъявляются различные требования. На низких частотах (НЧ) динамик должен обладать большим и жестким диффузором, низкой резонансной частотой и иметь большой ход (для прокачки большого объема воздуха). А на высоких частотах (ВЧ) наоборот – необходим небольшой легкий но твердый диффузор с малым ходом. Все эти характеристики совместить в одном громкоговорителе практически невозможно (несмотря на многочисленные попытки), поэтому одиночный громкоговоритель имеет высокую частотную неравномерность. Кроме этого в широкополосных громкоговорителях существует эффект интермодуляции, который проявляется в модуляции высокочастотных компонент звукового сигнала низкочастотными. В результате звуковая картина нарушается. Традиционным решением этой проблемы является разделение воспроизводимого диапазона частот на поддиапазоны и построение акустических систем на базе нескольких динамиков на каждый выбранный частотный поддиапазон.

 

Пассивные и активные разделительные электрические фильтры

Для снижения уровня интермодуляционных искажений перед громкоговорителями устанавливаются электрические разделительные фильтры. Эти фильтры также выполняют функцию распределения энергии звукового сигнала между ГГ. Их рассчитывают на определенную частоту разделения, за пределами которой фильтр обеспечивает выбранную величину затухания, выражаемую в децибелах на октаву. Крутизна затухания разделительного фильтра зависит от схемы его построения. Фильтр первого порядка обеспечивазатухание 6 дБ/окт, второго порядка — 12 дБ/окт, а третьего порядка — 18 дБ/окт. Чаще всего в АС используются фильтры второго порядка. Фильтры более высоких порядков применяются в АС редко из-за сложной реализации точных значений элементов и отсутствия потребности иметь более высокие значения крутизны затухания.

Частота разделения фильтров зависит от параметров применяемых ГГ и от свойств слуха. Наилучший выбор частоты разделения — при котором каждый ГГ АС работает в пределах области поршневого действия диффузора. Однако при этом АС должна иметь много частот разделения (соответственно ГГ), что значительно увеличивает ее стоимость. Технически обосновано, что для качественного звуковоспроизведения достаточно применять трехполосное разделение частот. Однако на практике существуют 4-х, 5-и и даже 6-и полосные акустические системы. Первую (низкую) частоту разделения выбирают в диапазоне 200…400 Гц, а вторую (среднюю) частоту разделения в диапазоне 2500…4000 Гц.

Традиционно фильтры изготавливаются с применением пассивных L, C, R элементов, и устанавливаются непосредственно на выходе оконечного усилителя мощности (УМ) в корпусе АС, согласно рис.1.

 

 Рис.1. Традиционное исполнение АС.

 

Однако у подобного исполнения существует ряд недостатков. Во первых, для обеспечения необходимых частот среза приходится работать с достаточно большими индуктивностями, поскольку необходимо выполнить одновременно два условия – обеспечить необходимую частоту среза и обеспечить согласование фильтра с ГГ (иными словами нельзя уменьшить индуктивность за счет увеличения емкости, входящей в состав фильтра). Намотку катушек индуктивности желательно производить на каркасах без применения ферромагнетиков из-за существенной нелинейности их кривой намагниченности. Соответственно, воздушные катушки индуктивности получаются достаточно громоздкими. Кроме всего существует погрешность намотки, которая не позволяет обеспечить точно рассчитанную частоту среза.

Провод, которым ведется намотка катушек, обладает конечным омическим сопротивлением, что в свою очередь, приводит к уменьшению КПД системы в целом и преобразованием части полезной мощности УМ в тепло. Особенно заметно это проявляется в автомобильных усилителях, где питающее напряжение ограничено 12 В. Поэтому для построения автомобильных стереосистем часто применяют ГГ пониженного сопротивления обмотки (~2…4 Ом). В такой системе введение дополнительного сопротивления фильтра порядка 0,5 Ом может привести к уменьшению выходной мощности на 30%…40%.

При проектировании высококачественного усилителя мощности стараются свести к минимуму его выходное сопротивление для увеличения степени демпфирования ГГ. Применение пассивных фильтров заметно снижает степень демпфирования ГГ, поскольку последовательно с выходом усилителя подключается дополнительное реактивное сопротивление фильтра. Для слушателя это проявляется в появлении «бубнящих» басов.

Эффективным решением является использование не пассивных, а активных электронных фильтров, в которых все перечисленные недостатки отсутствуют. В отличие от пассивных фильтров, активные фильтры устанавливается до УМ как показано на рис.2.

 

Рис.2. Построение звуковоспроизводящего тракта с использованием активных фильтров.

 

Активные фильтры представляют собой RC фильтры на операционных усилителях (ОУ). Несложно построить активные фильтры звуковых частот любого порядка и с любой частотой среза. Расчет подобных фильтров производится по табличным коэффициентам с заранее выбранным типом фильтра, необходимым порядком и частотой среза.

Использование современных электронных компонентов позволяет изготавливать фильтры, обладающие минимальными значениями уровней собственных шумов, малым энергопотреблением, габаритами и простотой исполнения/повторения. В результате, использование активных фильтров приводит к увеличению степени демпфирования ГГ, снижает потери мощности, уменьшает искажения и увеличивает КПД звуковоспроизводящего тракта в целом.

К недостаткам такой архитектуры относится необходимость использования нескольких усилителей мощности и нескольких пар проводов для подключения акустических систем. Однако в настоящее время это не является критичным. Уровень современных технологий значительно снизил цену и размеры УМ. Кроме того, появилось достаточно много мощных усилителей в интегральном исполнении с отличными характеристиками, даже для профессионального применения. На сегодняшний день существует ряд ИМС с несколькими УМ в одном корпусе (фирма Panasonic выпускает ИМС RCN311W64A-P с 6-ю усилителями мощности специально для построения трехполосных стереосистем). Кроме того УМ можно расположить внутри АС и использовать короткие провода большого сечения для подключения динамиков, а входной сигнал подать по тонкому экранированному кабелю. Однако, если даже не удается установить УМ внутри АС, применение многожильных соединительных кабелей не представляет собой сложную проблему.

 

Моделирование и выбор оптимальной структуры активных фильтров

При построении блока активных фильтров было решено использовать структуру состоящую из фильтра высокой частоты (ФВЧ), фильтра средней частоты (полосовой фильтр, ФСЧ) и фильтра низкой частоты (ФНЧ).

Это схемотехническое решение было практически реализовано. Был построен блок активных фильтров НЧ, ВЧ и ПФ. В качестве модели трехполосной АС был выбран трехканальный сумматор, обеспечивающий суммирование частотных компонент, согласно рис.3.

 

Рис.3. Модель трехканальной АС с набором активных фильтров и ФСЧ на ПФ.

 

При снятии АЧХ такой системы, при оптимально подобранных частотах среза, ожидалось получить линейную зависимость. Но результаты оказались далеки от предполагаемых. В точках сопряжения характеристик фильтров наблюдались провалы/выбросы в зависимости от соотношения частот среза соседних фильтров. В итоге подбором значений частот среза не удалось привести проходную АЧХ системы к линейному виду. Нелинейность проходной характеристики свидетельствует о наличии частотных искажений в воспроизводимом музыкальном оформлении. Результаты эксперимента представлены на рис.4, рис.5 и рис.6. Рис.4 иллюстрирует сопряжение ФНЧ и ФВЧ по стандартному уровню 0.707. Как видно из рисунка в точке сопряжения результирующая АЧХ (показана красным цветом) имеет существенный провал. При раздвижении характеристик глубина и ширина провала увеличивается, соответственно. Рис.5 иллюстрирует сопряжение ФНЧ и ФВЧ по уровню 0.93 (сдвижка частотных характеристик фильтров). Эта зависимость иллюстрирует минимально достижимую неравномерность проходной АЧХ, путем подбора частот среза фильтров. Как видно из рисунка, зависимость явно не линейна. При этом частоты среза фильтров можно считать оптимальными для данной системы. При дальнейшем сдвиге частотных характеристик фильтров (сопряжение по уровню 0.97) наблюдается появление выброса в проходной АЧХ в точке стыка характеристик фильтров. Подобная ситуация показана на рис.6.

 

Рис.4. АЧХ ФНЧ (черный), АЧХ ФВЧ (черный) и проходная АЧХ (красный), согласование по уровню 0.707.

 

Рис.5. АЧХ ФНЧ (черный), АЧХ ФВЧ (черный) и проходная АЧХ (красный), согласование по уровню 0.93.

 

Рис.6. АЧХ ФНЧ (черный), АЧХ ФВЧ (черный) и проходная АЧХ (красный), согласование по уровню 0.97 и появление выброса.

 

Основной причиной нелинейности проходной АЧХ является наличие фазовых искажений на границах частот среза фильтров.

Решить подобную проблему позволяет построение среднечастотного фильтра не в виде полосового фильтра, а с использованием вычитающего сумматора на ОУ. Характеристика такого ФСЧ формируется в соответствии с формулой: Uсч = Uвх – Uнч — Uвч

Структура такой системы представлена на рис.7.

 

Рис.7. Модель трехканальной АС с набором активных фильтров и ФСЧ на вычитающем сумматоре.

 

При таком способе формирования канала средних частот пропадает необходимость в точной настройке соседних частот среза фильтров, т.к. среднечастотный сигнал формируется вычитанием из полного сигнала сигналов фильтров высоких и низких частот. Кроме обеспечения взаимодополняющих АЧХ, у фильтров получаются так же и комплементарные ФЧХ, что гарантирует отсутствие выбросов и провалов в суммарной АЧХ всей системы.

АЧХ среднечастотного звена с частотами среза Fср1 = 300 Гц и Fср2 = 3000 Гц приведена на рис. 8. По спаду АЧХ обеспечивается затухание не более 6 дБ/окт, что, как показывает практика, вполне достаточно для практической реализации ФСЧ и получения качественного звучания СЧ ГГ.

 

Рис.8. АЧХ фильтра средних частот.

 

Проходной коэффициент передачи такой системы с ФНЧ, ФВЧ и ФСЧ на вычитающем сумматоре получается линейным во всем диапазоне частот 20 Гц…20 кГц, согласно рис. 9. Полностью отсутствуют амплитудные и фазовые искажения, что обеспечивает кристальную чистоту воспроизводимого звукового сигнала.

 

Рис.9. АЧХ системы фильтров с ФСЧ на вычитающем сумматоре.

 

К недостаткам подобного решения можно отнести жесткие требования к точности номиналов резисторов R1, R2, R3 (согласно рис.10, на котором представлена электрическая схема вычитающего сумматора) обеспечивающих балансировку сумматора. Эти резисторы должны использоваться с допусками на точность не более 1%. Однако при возникновении проблем с приобретением таких резисторов потребуется сбалансировать сумматор используя вместо R1, R2 подстроечные резисторы.

Балансировка сумматора выполняется по следующей методике. Сначала на вход системы фильтров необходимо подать низкочастотное колебание с частотой, намного ниже частоты среза ФНЧ, например 100 Гц. Изменяя значение R1 необходимо установить минимальный уровень сигнала на выходе сумматора. Затем на вход системы фильтров подается колебание с частотой заведомо большей частоты среза ФВЧ, например 15 кГц. Изменяя значение R2 опять устанавливают минимальный уровень сигнала на выходе сумматора. Настройка закончена.

 

Рис.10. Схема вычитающего сумматора.

 

Методика расчета активных ФНЧ и ФВЧ

Радиолюбители сами могут рассчитать ФНЧ и ФВЧ на необходимую частоту среза, используя следующие выкладки.

Как показывает теория для фильтрации частот звукового диапазона необходимо применять фильтры Баттерворта не более второго или третьего порядка, обеспечивающие минимальную неравномерность в полосе пропускания.

Схема ФНЧ второго порядка представлена на рис. 11. Его расчет производится по формуле:

где a1=1.4142 и b1=1.0 — табличные коэффициенты, а С1 и С2 выбираются из соотношения C2/C1 больше равно 4xb1/a12, причем не следует выбирать отношение C2/C1 много большим правой части неравенства.

 

Рис.11. Схема ФНЧ Баттерворта 2-го порядка.

 

Схема ФВЧ второго порядка представлена на рис. 12. Его расчет производится по формулам:

 

где C=C1=C2 (задаются перед расчетом), а a1=1.4142 и b1=1.0 — те же табличные коэффициенты.

 

Рис.12. Схема ФВЧ Баттерворта 2-го порядка.

 

Специалисты МАСТЕР КИТ разработали и исследовали характеристики такого блока фильтров, обладающего максимальной функциональностью и минимальными габаритами, что является существенным при применении устройства в быту. Использование современной элементной базы позволило обеспечить максимальное качество разработке.

 

Технические характеристики блока фильтров

  Напряжение питания, В  12…30
  Ток потребления, мА  10
     НЧ фильтр
  Усиление в полосе пропускания, дБ
  Затухание вне полосы пропускания, дБ/окт  
  Частота среза, Гц

  0
  12
  300
     ВЧ фильтр
  Усиление в полосе пропускания, дБ
  Затухание вне полосы пропускания, дБ/окт
  Частота среза, Гц

  0
  12
  3000
     СЧ фильтр (полосовой)
  Усиление в полосе пропускания, дБ
  Затухание вне полосы пропускания, дБ/окт
  Частоты среза, Гц

  0
  6
  300, 3000  
  Размеры печатной платы, мм  61×42

 

Принципиальная электрическая схема активного фильтра показана на рис.13. Перечень элементов фильтра приведен в таблице.

Фильтр выполнен на четырех операционных усилителях. ОУ объединены в одном корпусе ИМС MC3403 (DA2). На DA1 (LM78L09) собран стабилизатор питающего напряжения с соответствующими фильтрующими емкостями: С1, С3 по входу и С4 по выходу. На резистивном делителе R2, R3 и конденсаторе С5 выполнена искусственная средняя точка.

На ОУ DA2.1 выполнен буферный каскад сопряжения выходного и входных сопротивлений источника сигнала и фильтров НЧ, ВЧ и СЧ. На ОУ DA2.2 собран фильтр НЧ, на ОУ DA2.3 — фильтр ВЧ. ОУ DA2.4 выполняет функцию формирователя полосового СЧ фильтра.

На контакты X3 и X4 подается напряжение питания, на контакты X1, X2 — входной сигнал. С контактов X5, X9 снимается отфильтрованный выходной сигнал для тракта НЧ; с X6, X8 – ВЧ и с X7, X10 – СЧ трактов соответственно.

Рис.13. Схема электрическая принципиальная активного трехполосного фильтра

 

 

Перечень элементов активного трехполосного фильтра

  Позиция   Наименование     Примечание   Кол.  
  С1, С4  0,1 мкФ  Обозначение 104  2
  C2, С10, C11, C12, C13, C14, C15    0,47 мкФ  Обозначение 474  7
  С3, C5  220 мкФ/16 В  Замена 220 мкФ/25 В    2
  С6, C8  1000 пФ  Обозначение 102  2
  С7  22 нФ  Обозначение 223  1
  С9  10 нФ  Обозначение 103  1
  DA1  78L09   1
  DA1  MC3403  Замена LM324, LM2902    1
  R1…R3  10 кОм   3
  R8…R12  10 кОм  Допуск не более 1%*  5
  R4…R6  39 кОм   3
  R7  75 кОм  —  1
  Колодка DIP-14    1
  Штыревой разъем   2-х контактный  2
  Штыревой разъем   3-х контактный  2

 

Внешний вид фильтра показан на рис.14, печатная плата – на рис.15, расположение элементов – на рис.16.

Конструктивно фильтр выполнен на печатной плате из фольгированного стеклотекстолита. Конструкция предусматривает установку платы в стандартный корпус BOX-Z24A, для этого предусмотрены монтажные отверстия по краям платы диаметром 4 и 8 мм. Плата в корпусе крепится двумя винтами-саморезами.

 

Рис.14. Внешний вид активного фильтра.

 

Рис.15. Печатная плата активного фильтра.

 

Рис.16. Расположение элементов на печатной плате активного фильтра.

 

Материал опубликован в журнале Радиосхема 2007`06.

 

Схема разделительных фильтров ас

Динамики: Высокочастотные Купольные среднечастотники 2. Теперь они все сведены в одну таблицу и Вы можете выбрать любой из них. Если Вы знаете какой-нибудь способ не отражённый тут — сообщайте. Те, кто не в курсе, могут почитать некоторые соображения по конструированию фильтров и или посмотреть на то, каким он должен быть.


Поиск данных по Вашему запросу:

Схема разделительных фильтров ас

Схемы, справочники, даташиты:

Прайс-листы, цены:

Обсуждения, статьи, мануалы:

Дождитесь окончания поиска во всех базах.

По завершению появится ссылка для доступа к найденным материалам. ПОСМОТРИТЕ ВИДЕО ПО ТЕМЕ: Фильтр для акустики

Энциклопедия по машиностроению XXL


Пользователь интересуется товаром MP Laurent — Ethernet-реле 28 каналов. Пользователь интересуется товаром MP Jerome — Интернет реле с возможностью контроля. Пользователь интересуется товаром MT — Датчик угарного газа. В статье приведены результаты работ по созданию устройства, представляющего собой комплект активных фильтров для построения высококачественных трехполосных усилителей низкой частоты классов HiFi и HiEnd.

В процессе предварительных исследований суммарной АЧХ трехполосного усилителя, построенного с использованием трех активных фильтров второго порядка, выяснилось, что эта характеристика при любых частотах стыков фильтров обладает весьма высокой неравномерностью. При этом она весьма критична к точности настройки фильтров. Даже при небольшом рассогласовании неравномерность суммарной АЧХ может составить 10…15 дБ! Разработанное устройство малочувствительно к параметрам частот среза отдельных фильтров и при этом обеспечивает высоколинейную суммарную АЧХ.

Основными элементами современной высококачественной звуковоспроизводящей аппаратуры являются акустические системы АС. Самыми простыми и дешевыми являются однополосные АС, имеющие в своем составе один громкоговоритель. Такие акустические системы не способны с высоким качеством работать в широком диапазоне частот в силу использования одного громкоговорителя головка громкоговорителя — ГГ.

При воспроизведении разных частот к ГГ предъявляются различные требования. На низких частотах НЧ динамик должен обладать большим и жестким диффузором, низкой резонансной частотой и иметь большой ход для прокачки большого объема воздуха. А на высоких частотах ВЧ наоборот — необходим небольшой легкий но твердый диффузор с малым ходом. Все эти характеристики совместить в одном громкоговорителе практически невозможно несмотря на многочисленные попытки , поэтому одиночный громкоговоритель имеет высокую частотную неравномерность.

Кроме этого в широкополосных громкоговорителях существует эффект интермодуляции, который проявляется в модуляции высокочастотных компонент звукового сигнала низкочастотными. В результате звуковая картина нарушается.

Традиционным решением этой проблемы является разделение воспроизводимого диапазона частот на поддиапазоны и построение акустических систем на базе нескольких динамиков на каждый выбранный частотный поддиапазон. Для снижения уровня интермодуляционных искажений перед громкоговорителями устанавливаются электрические разделительные фильтры. Эти фильтры также выполняют функцию распределения энергии звукового сигнала между ГГ.

Их рассчитывают на определенную частоту разделения, за пределами которой фильтр обеспечивает выбранную величину затухания, выражаемую в децибелах на октаву. Крутизна затухания разделительного фильтра зависит от схемы его построения. Чаще всего в АС используются фильтры второго порядка. Фильтры более высоких порядков применяются в АС редко из-за сложной реализации точных значений элементов и отсутствия потребности иметь более высокие значения крутизны затухания.

Частота разделения фильтров зависит от параметров применяемых ГГ и от свойств слуха. Наилучший выбор частоты разделения — при котором каждый ГГ АС работает в пределах области поршневого действия диффузора. Однако при этом АС должна иметь много частот разделения соответственно ГГ , что значительно увеличивает ее стоимость. Технически обосновано, что для качественного звуковоспроизведения достаточно применять трехполосное разделение частот. Однако на практике существуют 4-х, 5-и и даже 6-и полосные акустические системы.

Первую низкую частоту разделения выбирают в диапазоне … Гц, а вторую среднюю частоту разделения в диапазоне Традиционно фильтры изготавливаются с применением пассивных L, C, R элементов, и устанавливаются непосредственно на выходе оконечного усилителя мощности УМ в корпусе АС, согласно рис.

Однако у подобного исполнения существует ряд недостатков. Во первых, для обеспечения необходимых частот среза приходится работать с достаточно большими индуктивностями, поскольку необходимо выполнить одновременно два условия — обеспечить необходимую частоту среза и обеспечить согласование фильтра с ГГ иными словами нельзя уменьшить индуктивность за счет увеличения емкости, входящей в состав фильтра.

Намотку катушек индуктивности желательно производить на каркасах без применения ферромагнетиков из-за существенной нелинейности их кривой намагниченности. Соответственно, воздушные катушки индуктивности получаются достаточно громоздкими.

Кроме всего существует погрешность намотки, которая не позволяет обеспечить точно рассчитанную частоту среза. Провод, которым ведется намотка катушек, обладает конечным омическим сопротивлением, что в свою очередь, приводит к уменьшению КПД системы в целом и преобразованием части полезной мощности УМ в тепло.

Особенно заметно это проявляется в автомобильных усилителях, где питающее напряжение ограничено 12 В. При проектировании высококачественного усилителя мощности стараются свести к минимуму его выходное сопротивление для увеличения степени демпфирования ГГ. Применение пассивных фильтров заметно снижает степень демпфирования ГГ, поскольку последовательно с выходом усилителя подключается дополнительное реактивное сопротивление фильтра.

Для слушателя это проявляется в появлении «бубнящих» басов. Эффективным решением является использование не пассивных, а активных электронных фильтров, в которых все перечисленные недостатки отсутствуют.

В отличие от пассивных фильтров, активные фильтры устанавливается до УМ как показано на рис. Активные фильтры представляют собой RC фильтры на операционных усилителях ОУ. Несложно построить активные фильтры звуковых частот любого порядка и с любой частотой среза. Расчет подобных фильтров производится по табличным коэффициентам с заранее выбранным типом фильтра, необходимым порядком и частотой среза.

В результате, использование активных фильтров приводит к увеличению степени демпфирования ГГ, снижает потери мощности, уменьшает искажения и увеличивает КПД звуковоспроизводящего тракта в целом.

К недостаткам такой архитектуры относится необходимость использования нескольких усилителей мощности и нескольких пар проводов для подключения акустических систем. Однако в настоящее время это не является критичным.

Уровень современных технологий значительно снизил цену и размеры УМ. Кроме того, появилось достаточно много мощных усилителей в интегральном исполнении с отличными характеристиками, даже для профессионального применения. Кроме того УМ можно расположить внутри АС и использовать короткие провода большого сечения для подключения динамиков, а входной сигнал подать по тонкому экранированному кабелю.

Однако, если даже не удается установить УМ внутри АС, применение многожильных соединительных кабелей не представляет собой сложную проблему.

При построении блока активных фильтров было решено использовать структуру состоящую из фильтра высокой частоты ФВЧ , фильтра средней частоты полосовой фильтр, ФСЧ и фильтра низкой частоты ФНЧ. Это схемотехническое решение было практически реализовано. В качестве модели трехполосной АС был выбран трехканальный сумматор, обеспечивающий суммирование частотных компонент, согласно рис. При снятии АЧХ такой системы, при оптимально подобранных частотах среза, ожидалось получить линейную зависимость.

Но результаты оказались далеки от предполагаемых. В итоге подбором значений частот среза не удалось привести проходную АЧХ системы к линейному виду. Нелинейность проходной характеристики свидетельствует о наличии частотных искажений в воспроизводимом музыкальном оформлении. Результаты эксперимента представлены на рис. Как видно из рисунка в точке сопряжения результирующая АЧХ показана красным цветом имеет существенный провал.

При раздвижении характеристик глубина и ширина провала увеличивается, соответственно. Эта зависимость иллюстрирует минимально достижимую неравномерность проходной АЧХ, путем подбора частот среза фильтров. Как видно из рисунка, зависимость явно не линейна. При этом частоты среза фильтров можно считать оптимальными для данной системы.

При дальнейшем сдвиге частотных характеристик фильтров сопряжение по уровню 0. Подобная ситуация показана на рис. Основной причиной нелинейности проходной АЧХ является наличие фазовых искажений на границах частот среза фильтров. Решить подобную проблему позволяет построение среднечастотного фильтра не в виде полосового фильтра, а с использованием вычитающего сумматора на ОУ.

При таком способе формирования канала средних частот пропадает необходимость в точной настройке соседних частот среза фильтров, так как среднечастотный сигнал формируется вычитанием из полного сигнала сигналов фильтров высоких и низких частот. Кроме обеспечения взаимодополняющих АЧХ, у фильтров получаются так же и комплементарные ФЧХ, что гарантирует отсутствие выбросов и провалов в суммарной АЧХ всей системы.

Полностью отсутствуют амплитудные и фазовые искажения, что обеспечивает кристальную чистоту воспроизводимого звукового сигнала. К недостаткам подобного решения можно отнести жесткие требования к точности номиналов резисторов R1, R2, R3 согласно рис.

Однако при возникновении проблем с приобретением таких резисторов потребуется сбалансировать сумматор используя вместо R1, R2 подстроечные резисторы. Балансировка сумматора выполняется по следующей методике. Сначала на вход системы фильтров необходимо подать низкочастотное колебание с частотой, намного ниже частоты среза ФНЧ, например Гц. Изменяя значение R1 необходимо установить минимальный уровень сигнала на выходе сумматора.

Затем на вход системы фильтров подается колебание с частотой заведомо большей частоты среза ФВЧ, например 15 кГц. Изменяя значение R2 опять устанавливают минимальный уровень сигнала на выходе сумматора. Настройка закончена. Как показывает теория для фильтрации частот звукового диапазона необходимо применять фильтры Баттерворта не более второго или третьего порядка, обеспечивающие минимальную неравномерность в полосе пропускания. Специалисты МАСТЕР КИТ разработали и исследовали характеристики такого блока фильтров, обладающего максимальной функциональностью и минимальными габаритами, что является существенным при применении устройства в быту.

Использование современной элементной базы позволило обеспечить максимальное качество разработке. Принципиальная электрическая схема активного фильтра показана на рис. Перечень элементов фильтра приведен в таблице. Фильтр выполнен на четырех операционных усилителях. На резистивном делителе R2, R3 и конденсаторе С5 выполнена искусственная средняя точка. На ОУ DA2. ОУ DA2. На контакты X3 и X4 подается напряжение питания, на контакты X1, X2 — входной сигнал.

Схема электрическая принципиальная активного трехполосного фильтр а. Внешний вид фильтра показан на рис. Конструктивно фильтр выполнен на печатной плате из фольгированного стеклотекстолита. Конструкция предусматривает установку платы в стандартный корпус BOX-Z24A, для этого предусмотрены монтажные отверстия по краям платы диаметром 4 и 8 мм. Плата в корпусе крепится двумя винтами-саморезами. Уже почти 20 лет мы производим электронные устройства для всех, кто может собрать и установить их своими руками.

От товаров для начинающих — до сложных технических устройств! Отдельные направления по обучению электронике и 3D-печати!


Активный трехполосный фильтр на базе NM2116

Вниманию предлагается описание малогабаритной двухполосной акустической системы, построенной на основе отечественных динамических головок МВ Было решено создать подобную систему, отвечающую следующим немаловажным требованиям: качество звуковоспроизведения, не уступающее системам, созданным полностью на базе импортных динамиков, меньшие материальные затраты. Внешнее магнитное поле магнитной системы НЧ-СЧ головок снижено с помощью компенсирующего магнита, по размеру аналогичного магниту самих динамиков, приклеенного с помощью эпоксидной смолы. При таком компенсационном способе снижения внешнего магнитного поля достигается некоторое усиление магнитной индукции в рабочем зазоре при минимальном изменении электромеханических параметров. Конструктивно акустическая система представляет собой фазоинвертор. К конструктивным ее особенностям относятся двухслойный корпус, наклонные перфорированные перегородки внутри корпуса, небольшое смещение ВЧ головки относительно оси НЧ-СЧ, выведение трубы фазоинвертора на заднюю панель, фаски по всему периметру передней панели.

Разделительные фильтры в акустических системах. Влияние разделительных фильтров на формирование характеристик акустических систем в Фильтр может быть реализован в виде аналоговой схемы.

Конструкция двухполосной акустической системы (AC)

Динамики в акустических системах должны быть подключены таким образом, чтобы на каждый из них поступало напряжение только тех частот, которые он должен воспроизводить. Применение фильтра в АС обусловлено необходимостью выполнения 2-х основных задач:. Фильтры бывают пассивные и активные. Пассивные фильтры включаются между усилителем и акустической системой и монтируются внутри последней. Пассивные фильтры имеют фиксированные характеристики и не имеют возможностей регулировки параметров в процессе эксплуатации системы. Активные фильтры активные кроссоверы включаются между источником сигнала и усилителем. К достоинствам активных фильтров можно отнести более гибкие возможности регулировки параметров. Среди недостатков — необходимость использования отдельного канала усиления для каждой отфильтрованной полосы частот. Фильтр АС представляет собой совокупность электрических цепей предназначенных для ограничения определённых частот, поступающих на динамики.

Е.А. Москатов. Фильтр для акустической системы (АС) 3.0.0.0

Практически все современные высококачественные акустические системы являются многополосными, то есть состоящими из нескольких громкоговорителей, каждый из которых работает в своем диапазоне частот. Это обусловлено тем, что практически невозможно создать динамический громкоговоритель, который обеспечивал бы излучение в широком диапазоне частот с малым уровнем искажений в первую очередь, интермодуляционных, а также переходных, нелинейных и др. Поэтому в акустических системах как профессиональных, так и бытовых используют несколько громкоговорителей низкочастотные, среднечастотные, высокочастотные, иногда супервысокочастотные , а для распределения энергии звукового сигнала между ними включают электрические разделительные фильтры. Влияние разделительных фильтров на формирование характеристик акустических систем в предыдущие годы недооценивалось: им отводилась лишь роль ослабления сигнала за пределами рабочей полосы частот громкоговорителей. Однако развитие техники акустических систем категории Hi-Fi заставило пересмотреть взгляд на роль разделительных фильтров в акустических системах и на методику их проектирования.

Методика расчёта базируется на предположении, что обе головки в полосе разделения имеют одинаковые и чисто активные сопротивления.

Фазовый метод расчета разделительных фильтров акустических систем

Компания Мавин-групп предлагает готовые фильтры для конструирования акустических систем. Фильтры выполнены на качественных аудио компонентах. Компания Мавин-групп опубликовала описание уникальной технологии производства аудио конденсаторов серии KZK с фотографиями. Первые отечественные аудио конденсаторы К стали ещё доступнее. Теперь можно приобрести со склада в Санкт-Петербурге по уникальной цене. Акустические кабели серии SP — кабели для внутренней разводки акустических систем и усилителей из меди высокой чистоты.

AUDIO INTERNATIONAL ENTERPRISE

Практически все современные высококачественные акустические системы являются многополосными, то есть состоящими из нескольких громкоговорителей, каждый из которых работает в своем диапазоне частот. Это обусловлено тем, что практически невозможно создать динамический громкоговоритель, который обеспечивал бы излучение в широком диапазоне частот с малым уровнем искажений в первую очередь, интермодуляционных, а также переходных, нелинейных и др. Поэтому в акустических системах как профессиональных, так и бытовых используют несколько громкоговорителей низкочастотные, среднечастотные, высокочастотные, иногда супервысокочастотные , а для распределения энергии звукового сигнала между ними включают электрические разделительные фильтры. Влияние разделительных фильтров на формирование характеристик акустических систем в предыдущие годы недооценивалось: им отводилась лишь роль ослабления сигнала за пределами рабочей полосы частот громкоговорителей. Однако развитие техники акустических систем категории Hi-Fi заставило пересмотреть взгляд на роль разделительных фильтров в акустических системах и на методику их проектирования. Многочисленные теоретические и экспериментальные работы, посвященные влиянию разделительных фильтров на коррекцию характеристик излучателей и формирование объективных и субъективных характеристик акустических систем, заставили считать разделительные фильтры одним из важнейших компонентов акустических систем, с помощью которого можно синтезировать многие необходимые электроакустические характеристики и добиться значительного прогресса в обеспечении естественности звучания. Прежде чем переходить к анализу различных типов фильтров, применяемых в акустических системах, и методам их расчета, остановимся на определении основных параметров фильтров.

Крутизна затухания разделительного фильтра зависит от схемы его построения. Фильтр Чаще всего в АС используются фильтры второго порядка.

Расчет кроссовера для акустики своими силами

Схема разделительных фильтров ас

Пользователь интересуется товаром MP Laurent — Ethernet-реле 28 каналов. Пользователь интересуется товаром MP Jerome — Интернет реле с возможностью контроля. Пользователь интересуется товаром MT — Датчик угарного газа. В статье приведены результаты работ по созданию устройства, представляющего собой комплект активных фильтров для построения высококачественных трехполосных усилителей низкой частоты классов HiFi и HiEnd.

Разделительные фильтры трехполосных громкоговорителей

ВИДЕО ПО ТЕМЕ: Как работает разделительный фильтр в акустике?

Принципиальная схема разделительного фильтра показана на рисунке. Ниже приведена таблица которая позволяет использовать при конструировании трех полосного фильтра разные по сопротивлению звуковых катушек НЧ, СЧ и ВЧ головок. При изготовлении катушек фильтров необходимо пользоваться следующими инструкциями: В зависимости от номинальных значений сопротивлений динамических головок R, частоты разделения полос F емкости конденсаторов С и индуктивностей L могут быть определены по по формулам:. Катушки индуктивности следует вести по возможности более толстыми проводами, например марки ПЭВ-2, В среднем намотка ведется проводами диаметром 0,,0 мм, с учетом мощности, чем больше мощность, тем толще провод.

Принципиальные схемы акустических систем АС , конструкции самодельных колонок, схемотехника фильтров и приставок к АС своими руками.

Лучшие схемы

Вахрамеев В последние годы значительно возросли требования к качеству аппаратуры звуковоспроизведения. В первую очередь это относится к ширине рабочего диапазона частот и величине нелинейных и фазовых искажений. Качество воспроизведения в значительной степени зависит от конструктивного исполнения акустических систем АС. В частности, для воспроизведения низких, средних и высоких частот нашли широкое применение многополосные АС, в которых устанавливаются по две, три и более динамических головок. Для разделения полос звукового спектра динамические головки включаются через разделительные фильтры первого, второго или более высокого порядка. Однако, как известно, точное разделение частот сложного звукового сигнала на граничной частоте раздела f р выполнить невозможно рис.

Фильтр — устройство для выделения желательных компонент спектра аналогового сигнала и подавления нежелательных. Фазовый метод расчета разделительных фильтров АС. Мы принимаем формат Sprint-Layout 6! Экспорт в Gerber из Sprint-Layout 6.


Активные фильтры

 
 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

| Построй свой собственный | Главная панель | Дипольный низкочастотный динамик | Кроссовер/эквалайзер | расходные материалы |
| Тест системы | Модели дизайна | Прототипы | Активные фильтры | Объемный | Часто задаваемые вопросы |

 

Вот каталог линейных схем, которые я нашел полезно для создания активных громкоговорителей.Возможны и многие другие топологии, но всегда следует анализировать способность схемы обрабатывать сигналы и ее вклад в общий шум системы, прежде чем выбирать ее. Программный пакет САПР, такой как CircuitMaker наиболее удобен для анализа и проектирования активных фильтров. LspCAD программное обеспечение позволяет увидеть, как активный фильтр изменяет измеряет частотную характеристику драйвера и позволяет оптимизировать ее до цели отклик. Все приведенные ниже фильтры линейного уровня включены в стандарт LspCAD. и профессиональные версии.Значения компонентов для всех фильтров ниже и для двойной источник питания можно определить по схеме таблица дизайна предоставлено Бернхардом Фаульхабером. Она охватывает больше случаев, чем предыдущая электронная таблица. Алистер Сиббальд.

  1 — Буферная ступень
2 —  12 дБ/окт, кроссовер Linkwitz-Riley
3 – 24 дБ/октаву кроссовер Linkwitz-Riley
4 — Коррекция задержки
5 – полочная низкочастотная и пассивная схема
. 6 — полка верхних частот и пассивная схема
7 — Режекторный фильтр
8 –  6 дБ/октава, дипольная коррекция
9 —  12 дБ/окт. выравнивание верхних частот («Преобразование Линквица», Biquad)
10 — Переменное усиление и фиксированное затухание
11 — Линейный драйвер
12 — Блок питания
13 — Печатные платы
14 — Литература

 

————————————————— —————-

 

1 — Буферная ступень

Буфер как первый этап активного кроссовер/эквалайзер обеспечивает необходимый низкий импеданс источника для следующих фильтрующие сети.Буфер также обеспечивает высокоимпедансную нагрузку предусилителя. выходная цепь и опция фильтра верхних частот для блокировки по постоянному току. (w-xo-lp2.gif, pmtm-eq1.gif, 38xo_eq.gif)  Топ

 

2 –  12 дБ/окт, кроссовер Linkwitz-Riley

Два выхода кроссоверного фильтра LR2 развернуты на 180 градусов. не в фазе на всех частотах, что требует использования одного из драйверов с обратной полярности, так что два акустических выхода суммируются в фазе.В частота кроссовера выходы фильтра снижены на 6 дБ.
Акустическая частота и полярный отклик контролируются электрическим фильтры и отклик установленных драйверов. Электрический фильтр не дают желаемые результаты, если недостаточное перекрытие и плоскостность частотная характеристика драйвера и когда они смещены друг относительно друга. Это можно исправить в во многих случаях с добавлением сети коррекции фазового сдвига. я считаю кроссовер немного полезен, потому что спад 12 дБ/октава фильтр верхних частот ниже частоты кроссовера не уменьшает отклонения конус драйвера, когда получается плоская частотная характеристика.Мое раннее предположение что групповая задержка кроссовера LR4 4-го порядка на низких частотах вводились бы слышимые искажения, это было бы неправильно. Следовательно Я рекомендую не использовать кроссовер LR2. (38xo_eq1.gif, FAQ19, xo12-24b.gif) 

В схеме LR2 используется топология активного фильтра Саллена-Ки. реализовать передаточную функцию 2-го порядка. Ответ определяется w 0 и Q 0 , который задает расположение пары полюсов в комплексе частоты s-плоскости и двумя дополнительными нулями при s = 0 для фильтра верхних частот.в случае фильтров LR2 Q 0 = 0,5 и Q 0 = 0,71 для каждого из двух каскадных фильтров 2-го порядка, образующих фильтр LR4. Частота ответ получается установкой s = jw и решение передаточной функции для величины и фазы. Формулы ниже можно использовать для разработки фильтров с различными значениями w 0 или Q 0 , или проанализировать данную схему на ее w 0 и значения Q 0 .

Фильтры Линквица-Райли любого порядка могут быть реализованы каскад фильтров Саллена-Ки 2-го порядка.Значения Q 0 для каждой ступени перечислены в таблице ниже. Значения компонентов каждого этапа для данного частоту кроссовера f 0 можно рассчитать, используя Q 0 и выбрав удобное значение для C 2 или R 2 в формулах над.

  LR2 LR4 LR6 LR8 LR10
Q 0 этапа 1 0.5 0,71 0,5 0,54 0,5
Q 0 этапа 2   0,71 1,0 1,34 0,62
Q 0 этапа 3     1,0 0,54 1.62
Q 0 этапа 4       1,34 0,62
Q 0 этапа 5         1,62
дБ/октава наклон 12 24 36 48 60

Кроссоверные фильтры более высокого порядка, чем LR4, вероятно, бесполезно из-за увеличивающегося пика групповой задержки около f 0 .
Топ

 

3 —  24 дБ/октава кроссовер Linkwitz-Riley

Кроссоверный фильтр LR4 24 дБ/окт обеспечивает выходы, которые сдвинуты по фазе на 360 градусов на всех частотах. В частота перехода Fp отклик на 6 дБ вниз. Электрическая сеть будет дать целевой точный отклик акустического фильтра, только если драйверы плоские и имеют широкое перекрытие. Это бывает редко. Крутые наклоны фильтра делают комбинированный акустический отклик менее чувствителен к ошибкам амплитуды в динамике реакции, но ошибки фазового сдвига обычно приходится исправлять с помощью дополнительная сеть allpass.(xo12-24b.gif, 38xo_eq1.gif, models.htm#E) Топ

.
  
Расс Райли и Зигфрид Линквиц, сентябрь 2006 г., Дуглас-Сити, Калифорния
В шестидесятые, начало семидесятых, я работал с Рассом Райли в научно-исследовательской лаборатории Hewlett-Packard в Пало-Альто. для разработки радиочастотного и микроволнового испытательного оборудования. Как и многие другие инженеры у нас были «G-Jobs», строящие такие вещи, как электронное зажигание для наших жуков и фургонов VW, FM-приемники, фазовая синхронизация широтно-импульсные ЧМ-демодуляторы, коротковолновые приемники, звуковые предварительные и силовые усилители, третьоктавные аудиоанализаторы, эквалайзеры для наушников и т. конечно, динамики.После измерения акустических и электрических ответы коммерческих спикеров мы их уравняли и попытались понять почему они были спроектированы со странной компоновкой драйверов, использовали большие перегородки, были заполнены различными внутренними демпфирующими материалами и использовались различные методы усиления и демпфирования коробки. В конце концов мы полностью переработали их и построили собственные динамики. Расс и его жена, У Вики, опытной органистки, всегда был самый критический и надежный слух.Он был гениальным инженером-конструктором, активным участником, который вдохновлял и бросил вызов многим из нас в наших проектах HP и неофициальных проектах.
Расс вышел на пенсию после более чем 40 лет занимается исследованиями и разработками для HP/Agilent и сейчас живет с женой в глухой горной долине, в настоящей бревенчатой ​​хижине, среди груши, сливы и ореховые деревья, ягодные кустарники, куры и олени, шум большого ручья и сосны и ели, взбирающиеся по склонам.Он умер мирно в своей бревенчатой ​​хижине 6 декабря 2010 г.  

 

4 — Коррекция задержки

Секция всепроходного фильтра первого порядка с плоской амплитудой ответ, но фазовый сдвиг, который изменяется от 0 градусов до -180 градусов или -180 градусов до -360 градусов, часто используется для коррекции различий фазовой характеристики между водителями. Несколько секций могут задерживать выход твитера и компенсировать для водителя, установленного впереди среднего диапазона.Цепи активного кроссовера которые не включают схемы фазовой коррекции, можно использовать лишь в ограниченных пределах. (allpass.gif, allpass2.gif, модели.htm#E, 38xo_eq1.gif) Топ

 

5 — полка нижних частот

Этот тип схемы полезен для поднятия частотная характеристика, чтобы компенсировать усиление высоких частот от дифракция от края передней панели. Он также может служить для выравнивания низких частот. спад от громкоговорителя с открытой перегородкой.(shlv-lpf.gif, 38xo_eq1.gif) Топ

Показана пассивная RC-версия полочного фильтра нижних частот. ниже.

 

6 — Стеллаж highpass

Схема, используемая для усиления высоких частот или для сглаживания переход между напольным низкочастотным динамиком и отдельно стоящим среднечастотным динамиком. (shlv-hpf.gif, 38xo_eq1.gif, models.htm#F) Топ

Показана пассивная RC версия стеллажа highpass ниже.

 

7 — Режущий фильтр

Режекторные фильтры

используются для создания провалов частоты. ответ, чтобы отменить резонанс драйвера или помещения. Три схемы выше иметь такой же ответ. А) сложно реализовать из-за большого индуктор. B) используется для удаления пика в ответе диполя 6 дБ/октава. С) дает удобные значения компонентов для комнатного эквалайзера ниже 100 Гц. (номер Эквалайзер, индуктивность1.гиф, inductr2.gif, 38xo_eq1.gif ) Топ

 

 

8 —  6 дБ/октава, дипольная коррекция

Выравнивание спада АЧХ диполя обычно требуется не только усиление на 6 дБ/окт в сторону низких частот, но и устранение пика отклика. (Модели А2) Три схемы различаются по своей способности удалить такой пик.

A) Полочный фильтр нижних частот не может скорректировать пик.
B) Схема на основе мостовой Т-образной схемы ограничена формой кривых, которые могут быть реализованы. Он также имеет более высокий коэффициент усиления для шума операционных усилителей. чем сигнал на высоких частотах.
C) Полочный фильтр нижних частот с добавленным режекторным фильтром является наиболее гибкой схемой. (модели.htm#D) Топ

 

 

9 — 12 дБ/октава, выравнивание верхних частот («Преобразование Линквица», Biquad)

Большинство водителей демонстрируют высокие частоты второго порядка поведение, потому что они состоят из механических систем демпфирования податливости массы.Они описываются парой нулей в начале координат s-плоскости и парой комплексные полюса с положением, определяемым Fs и Qt. Схема выше позволяет поместите пару комплексных нулей (Fz, Qz) поверх пары полюсов, чтобы точно компенсировать их эффект. Новая пара полюсов (Fp, Qp) может быть размещена ниже или выше. частоту, чтобы получить другую, более желательную частотную характеристику.
Это позволяет расширить отклик НЧ-динамика с закрытым корпусом на более низкие частоты, в приведенном выше примере схемы от 55 Гц до 19 Гц, при условии, что у водителя есть достаточный возможность объемного смещения и мощность.Ниже показана частотная характеристика эквалайзера с поправкой на низкочастотный динамик с пиковый отклик (Qp = 1,21) и ранний спад (Fp = 55 Гц), чтобы получить отклик на 6 дБ ниже при частоте 19 Гц и Q = 0,5.

Отображаются соответствующие фазовые и групповые задержки. ниже.

Увеличена не только частотная характеристика, но и время отклик также улучшается, на что указывает уменьшение перерегулирования и звона ступенчатая характеристика фильтра нижних частот отсечки.

Это видно из описания s-plane передаточные функции, что сложные полюса драйвера в коробке отменены набором комплексных нулей в эквалайзере. Заданные полюса реальной оси эквалайзер вместе с нулями драйвера в начале координат s-плоскости определяют общая характеристика громкоговорителя по частоте и времени.

Действие эквалайзера трудно визуализировать во времени области, потому что форма выходного сигнала драйвера представляет собой свертку входного сигнала s(t) с импульсной характеристикой эквалайзера h 1 (t), которая в свою очередь должен свертываться с импульсной характеристикой h 2 (t) драйвера.Свертка — это процесс, при котором текущее значение временной характеристики определяется взвешенным по времени интегралом по прошлому поведению. Ниже приведены ответы драйвера, эквалайзера и комбинации драйвер-эквалайзер, если входной сигнал s(t) является импульсом.

 

Более показательными являются ответы на 4-цикл, прямоугольная огибающая тональный импульс 70 Гц s(t). Например, вывод драйвера свертка пакета s(t) с импульсной характеристикой водителя h 2 (t).Обратите внимание, что фаза драйвера опережает входной сигнал, как и следовало ожидать. для высокочастотного отклика. При отключении входного пакета на 57,14 мс ответ драйвера кольца к нулю, регулируемые Fp = 55 Гц и Qp = 1,21.

Отклик выхода эквалайзера отстает от входного сигнала пакета. Этот сигнал заставит водителя скорректировать реакцию, чтобы он больше не преобладает Fp = 55 Гц и Qp = 1,21. Выходной сигнал эквалайзера свернут с импульсная характеристика h 2 (t) драйвера для получения желаемого уравновешенного вывод драйвера.Теперь затухание выходного сигнала драйвера следует отклику фильтра верхних частот 2-го порядка, определяемому Qp = 0,5 и Fp = 19. Гц эквалайзера после прекращения возбуждения.
Конечно, ни один водитель механический такие параметры, как масса, податливость и демпфирование были изменены в процессе выравнивание, изменен только входной сигнал драйвера.

Вышеуказанная схема также может использоваться для коррекции низкочастотного спада твитера, чтобы твитер становится секция фильтра в точном акустическом фильтре верхних частот LR4.(f0Q0fpQp.gif, pz-eql.xls, f0Q0.gif, FAQ15, sb80-3wy.htm, sb186-48.gif , sb186-50.gif)  

КЛЛ Linkwitz Transform Designer с анализом чувствительности методом Монте-Карло. Чарли Лауб упрощает выбор значений компонентов и демонстрирует эффект допуски компонентов на частотную характеристику. Имейте в виду, что LT на основе измерения параметров драйвера Fs и Qt. Только слабый сигнал параметры легко определить. Fs и Qt изменяются с увеличением уровня сигнала и в разной степени для разных водителей.Это делает выравнивание неточным, но он остается эффективным на практике.
Топ

 

10 — Переменное усиление и фиксированное затухание

Основным преимуществом активных кроссоверов линейного уровня является эффективность, с которой драйверы различной чувствительности могут быть объединены в акустическая система. В трех схемах используются потенциометры с линейным конусом, но изменение усиления, приблизительно линейное в дБ.Цепи B и C предполагают 10k омическая нагрузка, такая как входное сопротивление усилителя мощности. Цепь А оптимален между каскадами фильтра из-за его низкого выходного импеданса. Размещение каскада с переменным усилением в цепочке фильтра необходимо тщательно рассмотреть, потому что это влияет на шумовые характеристики и обработку сигнала. (усиление-adj.gif, attnrout.gif, 38xo_eq1.gif) Топ

Иногда требуется фиксированное затухание A дБ или a для входного напряжения V2 каскада схемы с входным сопротивлением R3 при возбуждении от операционного усилителя с выходным напряжением V1.В примере ниже 3 желательно ослабление в дБ (a=1,41). Нагрузка Rin, которую видит операционный усилитель должно быть около 2000 Ом. Следующий каскад усилителя имеет входное сопротивление 10кОм.

Для разработки аттенюатора с заданной мощностью импеданс Rout см.: attnrout.gif

 

11 — Линейный драйвер

Выходной каскад фильтра должен быть способен управлять кабели, которые обычно имеют емкость порядка 150 пФ на метр длину, не впадая в колебания.Резистор на 196 Ом поддерживает сопротивление компонент нагрузки и привязка выхода к отрицательному входу для внеполосных частот (>100 кГц) уменьшает усиление контура. Все вышеперечисленные схемы могут управлять кабелями если операционные усилители типа OPA2134 или OPA2604. В большинстве случаев нет необходимости иметь отдельную строку Водитель.

Рабочие характеристики активных цепей всегда следует проверять на межступенчатое отсечения, а для генерации – широкополосным (>10 МГц) осциллографом.Топ

 

12 — Блок питания

Рекомендую оставить усилия создание регулируемого источника питания для одного из многих поставщиков, предлагающих розетки и настольные модели. Выходная характеристика от +/-12 В до +/-15 В постоянного тока при >250 мА и с пульсацией и шумом <1% будет достаточно. Часто такие поставки могут быть можно найти в магазинах электроники. Топ

 

13 — Печатная плата платы WM1 и MT1

Для упрощения построения активного линейного уровня эквалайзеры и кроссоверы Предлагаю три печатные платы, ORION/ASP, ВМ1 и МТ1.То дорожки схемы расположены таким образом, чтобы можно было использовать различные конструкции фильтров. Это до пользователю для определения фактической конфигурации схемы и номиналов компонентов. Затем необходимые компоненты и перемычки загружаются в соответствующие места на плате, чтобы получить желаемую характеристику фильтра. Я буду предоставить конкретную информацию по сборке кроссовера/эквалайзера PHOENIX на печатная плата ORION/ASP и преобразование Линквица на печатной плате WM1.

WM1 предназначен для реализации функционала схемы 1, 5, 6, 7, 8, 9 или 10 и их различные комбинации.Схема Плата обеспечивает две из приведенных ниже топологий для двух каналов выравнивания или для более сложная одноканальная коррекция отклика.

 

Плата WM1 может использоваться для:

  • Выравнивание существующего динамика с пассивным кроссоверы, коррекция шага перегородки и расширение низких частот отклик.
  • Выравнивание полюса-ноль НЧ-динамика в закрытом корпусе и LR2 кроссоверный фильтр нижних частот.Переменная прибыль.
  • Выравнивание СЧ и кроссовера LR2. фильтр верхних частот.
  • Дипольный эквалайзер НЧ-динамика с вырезом и переменной усиление. Низкочастотный фильтр кроссовера LR2.
  • Дипольный эквалайзер низкочастотного динамика для драйверов с низким значением Qts.
  • Низкая частота, отдельный канал и общая характеристика выравнивание многополосных динамиков, если элементы этой топологии позволит вам создать нужный ответ.
  • Выравнивание надстройки низкочастотный динамик, FAQ10, FAQ15

 

МТ1 предназначен для реализации функциональность цепей 1, 2, 3, 4, 5, 10 или 11 и различные комбинации эти. На печатной плате представлены две из приведенных ниже топологий.

Плата МТ1 может быть использована для сборки: 

  • Двухполосный громкоговоритель с кроссоверами 1, 2, 3 или 4 порядка. Канал твитера имеет переменную схему усиления и задержки для выравнивания акустический центр твитера с вуфером.Входной буферный каскад может предоставить 4p до 2p коррекция полярного отклика (шага перегородки).
  • Высокочастотный и среднечастотный каналы трехполосной системы. Среднечастотный фильтр верхних частот НЧ-динамика должен быть подключен к кроссоверу средних частот. предоставляется платой WM1.
  • Твитер и верхние средние частоты или верхние средние и нижне-среднечастотные каналы 4-полосной системы.
  • Большое разнообразие активных многоканальных линейных уровней фильтры в сочетании с платой WM1.
  • Кроссовер для надстройки низкочастотный динамик, FAQ10, FAQ15

Печатные платы — это практичные инструменты для экспериментов. и узнать об активной электронике. Вы найдете этот активный громкоговоритель системы дают вам свободу сопоставлять водителей совершенно разных чувствительности, их легче спроектировать, и они могут обеспечить большую точность звука. воспроизведение, чем это возможно с пассивными кроссоверами высокого уровня и фильтры.

 См. страницу печатной платы для Информация для заказа.Топ

.

14 — Литература

Можно получить много полезной информации из заметок по применению различных производителей операционных усилителей. Если вам нужен переподготовка или введение в схемы, затем прочитайте:

[1] Мартин Хартли Джонс, A практическое введение в электронные схемы , Cambridge University Press, 1995. Это хорошо иллюстрированный, легко читаемый, но технически надежный текст. Это охватывает широкий спектр устройств — от ламп до интегральных схем — и многие основные схемы функции.

Следующие книги охватывают ряд концепций и углубляться в конкретные, актуальные темы, чтобы лучше понять электронные схемы и электроакустические модели.

[2] Герман Ю. Блинчиков и Анатолий И. Зверев, Фильтрация во временной и частотной областях , John Wiley, 1976. Широкий и фундаментальный взгляд на фильтры.
[3] Артур Б. Уильямс и Фред Дж. Тейлор, Electronic Filter Design. Справочник , McGraw-Hill, 1995.Формулы проектирования и анализа для всех типов фильтры.
[4] Джаспер Дж. Гедблед, , Электромагнитная совместимость, , Прентис Холл, 1990. Основные концепции и методы работы с радиочастотами вмешательство.
[5] Генри В. Отт, Методы шумоподавления в электронных системах , Джон Wiley, 1976. Практические шаги по борьбе с радиопомехами.
[6] Манфред Золлнер и Эберхард Цвикер, Elektroakustik , Springer, 1998.Самый полный и надежный инжиниринг уровень презентации электроакустических преобразователей и связанных предметов.
В Немецкий, насколько мне известно, сопоставимого текста на английском языке нет.
[7] Вальтер Г. Юнг, редактор, Op-Amp Applications , Analog Устройства, 2002. Все, что вы хотели знать об использовании операционных усилители, и не только на звуковых частотах.
Топ

————————————————— ——————

 

| Построй свой собственный | Главная панель | Дипольный низкочастотный динамик | Кроссовер/эквалайзер | расходные материалы |
| Тест системы | Модели дизайна | Прототипы | Активные фильтры | Объемный | Часто задаваемые вопросы |

 

Аудиофильтры: проектирование двустороннего аудио кроссовера

В предыдущем уроке были рассмотрены основы аудиофильтров.Как мы узнали, аудиофильтры могут быть пассивными или активными в зависимости от используемых компонентов и от того, требует ли он питания.

С точки зрения частотной характеристики фильтры также можно разделить на фильтры верхних и нижних частот, полосовые и всепроходные, а также режекторные, Т-образные, режекторные и эквалайзерные фильтры. Теперь мы готовы разработать аудиокроссовер.

Аудиокроссовер — это электронная схема, которая разделяет аудиосигнал на два или более частотных диапазона. Затем эти полосы частот отправляются на различные звуковые драйверы (такие как твитер, низкочастотный динамик или среднечастотные динамики).Однако один динамик не может обслуживать весь диапазон слышимых частот из-за ограничений его конструкции. Таким образом, для воспроизведения разных диапазонов частот требуются разные драйверы (динамики).

Например, твитеры обычно используются для высокочастотных аудиосигналов, тогда как низкочастотные динамики используются для низкочастотных сигналов. Как следует из названия, драйверы среднего диапазона идеально подходят для сигналов среднего диапазона.

Для разделения аудиосигнала на разные частотные диапазоны в кроссовере используются отдельные аудиофильтры.Обычно они классифицируются как двухсторонний или трехсторонний кроссовер.

Двухполосный разделяет аудиосигнал на две полосы частот — полосу высоких частот для твитера и полосу низких частот для вуфера — и это наиболее распространенный кроссовер, используемый в стандартных аудиосистемах.

Трехполосный разделяет аудиосигнал на три полосы, что менее распространено, но более эффективно. Он разделяет аудиосигнал на разные частоты, чтобы лучше всего соответствовать высокочастотному динамику, низкочастотному динамику и среднечастотным динамикам.

В этом уроке мы создадим двусторонний кроссовер с использованием активных аудиофильтров. Кроссовер будет иметь фильтр верхних частот для подачи высокочастотных сигналов на один динамик и фильтр нижних частот для передачи низкочастотных сигналов на другой динамик. Обе схемы будут использовать операционный усилитель (операционный усилитель).

Звук будет вводиться через смартфон и выводиться через два разных динамика. Частота среза для обоих фильтров составит 500 Гц.

Для проверки кроссовера проверим АЧХ аудиофильтров.Эта кривая будет построена путем построения уровней напряжения аудиосигнала в зависимости от частот. Функциональный генератор также будет использоваться в качестве источника входных данных для демонстрации синусоидальных волн на разных частотах.

Мы будем использовать некоторые общие термины, связанные с аудиоусилителями или аудиофильтрами, такие как усиление, эффект ограничения, частота среза, полоса пропускания и добротность. Мы рассмотрели некоторые из них в предыдущем уроке: Понимание фильтров .

Необходимые компоненты
Рис. 1. Список компонентов, необходимых для двустороннего кроссовера

Блок-схема
Рисунок 2. Блок-схема двустороннего аудиокроссовера

Соединения цепи
В схеме кроссовера аудиосигнал разделяется между разными полосами частот. Каждая полоса усиливается отдельно, а выход подается на соответствующий привод. Для каждой полосы частот предусмотрена отдельная ручка для управления усилением аудиосигнала, как показано здесь:

.

Типичный двусторонний аудиокроссовер.

Эта схема кроссовера разработана путем соединения этих компонентов…

Источник питания — Для питания этой схемы используется двойной источник питания с двумя батареями 9 В. Источник постоянного тока необходим для смещения операционных усилителей, используемых в обеих схемах фильтра. Батареи обеспечивают отрицательное и положительное напряжения питания усилителей.

Положительное и отрицательное напряжения питания подаются на усилители, используемые в обоих фильтрах, от одних и тех же батарей.

  • Для обеспечения отрицательного напряжения питания операционных усилителей катод одной батареи подключается к отрицательному контакту питания усилителя, а анод этой батареи подключается к земле.
  • Для обеспечения положительного напряжения питания операционного усилителя анод другой батареи подключается к положительному контакту питания усилителя, а катод этой батареи подключается к земле.

Батареи будут подключены к соответствующему операционному усилителю, как показано на этой принципиальной схеме:

Принципиальная схема двойного источника питания для активных фильтров верхних и нижних частот.

Источник звука  – Аудиовход для этого проекта обеспечивается со смартфона.Для этого нам нужно подключить к телефону 3,5-мм аудиоразъем. В гнезде должно быть три провода: один на землю, один на левый канал и третий на правый канал. Провода, которые подключаются к каналам, используются для стереосистем.

В этой системе звуковой сигнал обоих каналов передается с разницей фаз 180 градусов. Аудиосигналы со сдвигом по фазе объединяются для создания бесшумного аудиосигнала, который называется сбалансированной аудиосистемой.

Однако в нашей схеме только один из каналов используется в качестве источника звука.Заземляющий провод разъема подключается к общему заземлению. Таким образом, эта аудиосистема будет несбалансированной, а источник звука будет подключен как одиночный или монофонический канал.

Аудиоразъем 3,5 мм.

ФВЧ  – В цепь включен активный ФВЧ первого порядка. Для этого фильтра аудиовход передается через неинвертирующий вывод операционного усилителя через RC-цепочку (это означает, что он использует резистор и конденсатор).

Звуковой сигнал проходит через конденсатор.Его импеданс обратно пропорционален частоте и емкости — поэтому чем ниже частота, тем выше импеданс и наоборот. Таким образом, высокочастотный элемент аудиосигнала будет иметь меньшее сопротивление и легко проходить через конденсатор на неинвертирующий вход усилителя. Низкочастотный элемент сигнала будет иметь больший уровень импеданса. Он шунтируется через резистор, который подключен к земле.

Полное сопротивление конденсатора можно определить с помощью следующего уравнения: 

(импеданс), Xc= 1/(2π*f*C)

Фильтр верхних частот выполнен с использованием конденсатора («С1» на принципиальной схеме) емкостью 100 нФ и резистора («R2») номиналом 3.2 кОм. Используя эти значения для конденсатора и резистора, частоту среза фильтра можно рассчитать следующим образом:

FH= 1/(2πR2C1)
FH= 1/(2π*3,2k*100n)
FH= 500 Гц (прибл.)

Сеть RC образует пассивный фильтр верхних частот. Через эту сеть отфильтрованный аудиосигнал, который теперь несет только высокочастотные сигналы, передается на неинвертирующий вывод операционного усилителя.

Принципиальная схема операционного усилителя LM741 в активном фильтре верхних частот.

В этом проекте мы используем операционный усилитель LM741 IC. LM741 — это операционный усилитель общего назначения с низким входным сопротивлением (мегаомы) по сравнению с операционным усилителем на полевых транзисторах с высоким входным сопротивлением (в гигаомах).

Микросхема LM741

Выходное сопротивление 741 в идеале должно быть равно нулю, но обычно оно составляет около 75 Ом. Максимальный ток питания ИМС 741 составляет около 2,8 мА, при напряжении питания до +/- 18В.

Микросхема имеет следующие конфигурации контактов:

IC имеет следующую схему выводов:  

ИС имеет защиту от перегрузки по входу и выходу и имеет нулевое защелкивание при выходе за синфазный диапазон.На ИС может быть обеспечено положительное или отрицательное напряжение питания до 22В и напряжение входного сигнала (амплитуда) до 15В. Как правило, должно быть обеспечено положительное или отрицательное напряжение не менее 10 В.

Схема внутреннего контура операционного усилителя LM741 IC.

LM741 может быть сконфигурирован как усилитель с разомкнутым или замкнутым контуром, а также как инвертирующий или неинвертирующий усилитель.

В этой схеме в качестве неинвертирующего усилителя используется микросхема LM741. Входной сигнал от пассивного фильтра верхних частот подключается к неинвертирующему входному контакту микросхемы (вывод 3).Резистор на 22 кОм («R5» на принципиальной схеме) подключен между выводами 6 и 2 микросхемы, обеспечивая отрицательную обратную связь. Инвертирующий контакт (контакт 2) заземлен через резистор 2,2 кОм («R3»).

Коэффициент усиления усилителя задается этими резисторами и может быть рассчитан следующим образом: 

Коэффициент усиления = (R5/R3)

         = 22/2,2 кОм

         = 10

В результате высокочастотный элемент звукового сигнала усиливается в 10 раз по сравнению с входным звуковым сигналом.Выход операционного усилителя подается с вывода 6 микросхемы, который подключен к одному из проводов динамика.

ФНЧ  – В цепь включен активный ФНЧ первого порядка. Для этого фильтра аудиовход передается на неинвертирующий вывод операционного усилителя через RC-цепь. Звуковой сигнал проходит через резистор, который имеет частотно-независимую характеристику. Высокочастотные элементы звукового сигнала шунтируются через конденсатор на землю.

Импеданс конденсатора обратно пропорционален частоте и его емкости — поэтому чем ниже частота, тем выше импеданс и наоборот. Таким образом, высокочастотные элементы звукового сигнала испытывают меньший импеданс и легко шунтируются через конденсатор на землю. Низкочастотные элементы звукового сигнала испытывают больший импеданс и не могут пройти через конденсатор.

Полное сопротивление конденсатора можно определить с помощью следующего уравнения: 

(импеданс), Xc= 1/(2π*f*C)

Фильтр нижних частот выполнен с использованием конденсатора («С2» на принципиальной схеме) емкостью 100 нФ и резистора («R1») номиналом 3.2 кОм. Учитывая эти значения конденсатора и резистора, частоту среза фильтра можно рассчитать следующим образом:

FH= 1/ (2πR2C1)
FH= 1/ (2π*3,2k*100n)
FH= 500 Гц (прибл.)

Сеть RC образует пассивный фильтр нижних частот. Через сеть отфильтрованный аудиосигнал, который теперь содержит только низкочастотные элементы, передается на неинвертирующий вывод операционного усилителя.

Принципиальная схема операционного усилителя 741, используемого с активным фильтром нижних частот.

В этой схеме фильтра нижних частот микросхема LM741 используется в качестве неинвертирующего усилителя. Входной сигнал от фильтра подключается к неинвертирующему входному выводу микросхемы (вывод 3). Резистор на 22 кОм («R6» на принципиальной схеме) подключен между выводами 6 и 2 микросхемы, обеспечивая отрицательную обратную связь. Инвертирующий контакт (вывод 2) заземлен через резистор 2,2 кОм («R4»).

Коэффициент усиления усилителя задается этими резисторами и может быть рассчитан следующим образом: 

Коэффициент усиления = (R6/R4)

         = 22/2.2 килоома

         = 10

Низкочастотный элемент звукового сигнала усиливается в 10 раз по сравнению с входным звуковым сигналом. Выход операционного усилителя подается с вывода 6 микросхемы, который подключен к одному из проводов динамика.

Динамики В схеме используются два динамика с номинальной мощностью 25 мВт и сопротивлением 8 Ом. Один провод от каждого динамика подключается к выходным контактам операционного усилителя, а другой подключается к общему заземлению.

Динамики регенерируют звук из аудиосигнала. В идеале высокочастотные сигналы должны направляться на твитер, а низкочастотные — на вуфер. Однако для этого руководства в схеме используются основные динамики.

Безопасность превыше всего
При сборке этой цепи необходимо соблюдать следующие меры предосторожности:

1. Используйте только динамики, эквивалентные выходной мощности усилителя или имеющие высокую мощность.
2. Избегайте ограничения выходного сигнала, так как это может повредить динамики.
3. Всегда размещайте компоненты как можно ближе, чтобы уменьшить шум в цепи.
4. Макетная плата производит много шума и незакрепленных компонентов, поэтому рекомендуется сделать эту схему на печатной плате для получения чистого шума без искажений.

Прототип двустороннего аудиокроссовера.

Как работает схема
Один канал звука подается на вход схемы, и схемы фильтров верхних и нижних частот принимают этот аудиосигнал.Фильтр верхних частот извлекает высокочастотные аудиосигналы (частоты выше 500 Гц) и посылает их на операционный усилитель, который усиливает сигнал в 10 раз.

Аналогично, фильтр нижних частот извлекает низкочастотные сигналы (частоты ниже 500 Гц) и посылает их на операционный усилитель, который усиливает сигнал в 10 раз. Выходной сигнал фильтров верхних и нижних частот направляется на разные компьютерные колонки. Поскольку низкочастотные и высокочастотные элементы аудиосигнала разделяются и направляются на идеальные динамики, усиленный звук получается четким и чистым.

Макет активного фильтра высоких и низких частот.

Проверка схемы
Для проверки схемы фильтра в качестве источника входного сигнала используется функциональный генератор для генерации синусоидального сигнала постоянной амплитуды и переменной частоты. Поскольку звуковой сигнал, по сути, представляет собой синусоидальную волну, можно использовать генератор функций вместо использования микрофона или другого типа источника звука.

Обратите внимание, наушники при тестировании не использовались, так как динамики у них резистивные и индуктивные.На разных частотах меняется его индуктивность, что, в свою очередь, изменяет импеданс (сочетание R и L) динамика.

Итак, использование динамика в качестве нагрузки для получения его характеристик на выходе ОУ могло привести к ложным или нестандартным результатам. Вместо этого используется фиктивная нагрузка, которая является чисто резистивной. Поскольку сопротивление не зависит от частоты, его можно считать надежной нагрузкой, независимой от частоты входного аудиосигнала.

Размах сигнала функционального генератора установлен равным 23 мВ и к выходу подключена резистивная нагрузка 100 Ом (вместо динамиков).Частота среза для фильтров верхних и нижних частот должна составлять 500 Гц, а коэффициент усиления по напряжению операционного усилителя должен быть равен 10.

В этом случае наблюдался прирост напряжения в 11 раз. АЧХ фильтров верхних и нижних частот была следующей:

Выходные результаты двустороннего аудио кроссовера.

Затем эта таблица используется для построения частотной кривой для фильтров верхних и нижних частот.

Частотная характеристика фильтра нижних частот:

АЧХ фильтра нижних частот.

Частотная характеристика ФВЧ:

АЧХ фильтра верхних частот.

Кривая частоты для фильтров верхних и нижних частот может быть построена более точно путем измерения уровня напряжения для большего числа частот.

Таким образом, в этом руководстве мы разработали двухполосный кроссовер, который имеет максимальную выходную мощность 22 мВт и усиление сигнала 20 дБ. Его частота среза составляет 500 Гц. Кроссовер для других частот среза также можно спроектировать, выбрав подходящие номиналы резистора и конденсатора для цепей фильтра верхних и нижних частот.

Этот аудиокроссовер можно использовать для управления различными типами динамиков, такими как твитеры, низкочастотные динамики и сабвуферы. Его также можно использовать в аудиосистемах Hi-Fi для отделения полосы частот от аудиосигнала.

Это была простая конструкция схемы с использованием нескольких компонентов, но ее можно преобразовать в трехполосный (или более) кроссовер, добавив в схему дополнительные фильтры.

В следующем уроке мы создадим звуковой эквалайзер.

Project Video


Рубрики: Tutorials

 


The Ultimate Guide — Audio University

Кроссовер динамиков — это технология, используемая в аудиопроизводстве для оптимизации производительности системы динамиков путем передачи каждому динамику только тех частот, для точного воспроизведения которых он предназначен.

Функция кроссовера динамиков состоит в том, чтобы разделить полнодиапазонный звуковой сигнал на его высокочастотные, среднечастотные и низкочастотные компоненты и распределить каждую полосу частот на драйвер громкоговорителя, наиболее подходящий для его воспроизведения.

Кроссоверы динамиков реализуются либо с помощью схем, заключенных в корпусах динамиков, либо с помощью обработки перед входом усилителя мощности.

Кроссовер динамиков — это технология, используемая в аудиопроизводстве для оптимизации производительности системы динамиков путем передачи каждому динамику только тех частот, для точного воспроизведения которых он предназначен.

Если вы проектируете звуковую систему, первым шагом должно быть приблизительное определение размещения динамиков, а вторым — выбор динамиков. Я создал два руководства, которые четко познакомят вас с общими правилами размещения колонок и наиболее важными характеристиками колонок, которые следует учитывать при выборе колонок. Загрузите Руководство по размещению динамиков и Руководство по характеристикам динамиков, если они вам пригодятся.

Кроссоверы динамиков

используются в различных ситуациях, когда несколько драйверов динамиков работают вместе для создания полнодиапазонного аудиосигнала.

Многие звуковые системы содержат несколько динамиков. В зависимости от размера, формы и конструкции каждый динамик отвечает за точное воспроизведение определенного диапазона или диапазона частот. Использование кроссовера позволяет контролировать, какие частоты направляются на какие динамики, чтобы все динамики в системе работали вместе для достижения наилучшего возможного качества звука.

Отправка полнодиапазонного сигнала на все динамики в системе, независимо от конструкции каждого динамика, может быть проблематичной.Во-первых, каждый динамик способен обеспечить точность только в ограниченном диапазоне. Отправка частот за пределами этого диапазона приведет к пустой трате ресурсов, доступных динамику, и приведет к неточным результатам. Кроме того, низкочастотная энергия может повредить высокочастотный драйвер.

Типы драйверов громкоговорителей

Сабвуфер

Сабвуферы — это драйверы громкоговорителей, предназначенные для воспроизведения низких частот.

Для эффективного воспроизведения низких частот необходимо перемещать большой объем воздуха.Для этого требуется динамик с большой площадью диафрагмы и большим ходом диафрагмы. Другими словами, низкочастотные драйверы — это большие динамики, способные к большим движениям. Сабвуферы обычно могут воспроизводить частоты в диапазоне от 1 Гц до 150 Гц.

Сабвуферы

чаще всего представляют собой конусы прямого излучателя диаметром 12, 15 или 18 дюймов.

Низкочастотный динамик

Вуферы — это драйверы громкоговорителей, предназначенные для воспроизведения низких и средних частот.

Их конструкция почти идентична конструкции сабвуферов, однако они обычно меньше по размеру и рассчитаны на менее экстремальные отклонения.Низкочастотные динамики среднего диапазона могут воспроизводить частоты в диапазоне от 60 Гц до 6 кГц.

Это конусы прямого излучателя, обычно диаметром от 5 до 12 дюймов, что позволяет более точно воспроизводить более высокие частоты.

Твитер

Твитеры — это драйверы громкоговорителей, предназначенные для воспроизведения высоких частот.

Ход диафрагмы твитера ограничен его физическими размерами. К счастью, для эффективного воспроизведения высоких частот требуется гораздо меньший ход диафрагмы, чем для воспроизведения низких частот.Рупоры часто используются с высокочастотными драйверами, чтобы еще больше снизить требования к ходу диафрагмы.

Твитеры — это относительно небольшие электромагнитные или пьезоэлектрические драйверы, способные воспроизводить частоты выше 5 кГц.

Распространенное использование кроссоверов динамиков

Существует два распространенных применения кроссоверов динамиков: многополосные кабинеты динамиков и многоканальные акустические системы.

Многополосные корпуса динамиков

Многополосный шкаф для динамиков представляет собой единый корпус, содержащий несколько динамиков.На этом изображении вы можете видеть двухполосный динамик. Этот корпус динамика содержит низкочастотный динамик для воспроизведения низких и средних частот и твитер для воспроизведения высоких частот.

Термин «двухполосный» означает, что аудиосигнал разделен на две полосы частот: низко-среднечастотную и высокочастотную. Низко-средние частоты отправляются на низкочастотный динамик, а высокие частоты отправляются на твитер с использованием кроссовера. Другой распространенной конструкцией является трехполосный корпус динамика, который может содержать низкочастотный динамик для низких частот, еще один низкочастотный динамик для средних частот и твитер для высоких частот.

Важно отметить, что корпус трехполосной акустической системы может содержать более трех динамиков. Во многих случаях используются два низкочастотных вуфера, а также среднечастотный вуфер и высокочастотный твитер. Сеть кроссовера определяет термин, используемый для описания корпуса динамика.

Многокорпусные акустические системы

Кроссоверные системы

также используются для оптимизации качества звука многокорпусных акустических систем, в которых используются отдельные корпуса динамиков.В этих случаях каждый корпус динамика настроен на воспроизведение определенной полосы частот.

Типичным примером многокорпусной акустической системы является система с отдельным сабвуфером. В этой конфигурации низкие частоты отправляются в корпус динамика сабвуфера, который предназначен для воспроизведения только низких частот. Остальные частоты в низко-среднем, среднем и высоком диапазонах вынесены в отдельный кабинет.

Очень часто эти два метода комбинируются с использованием многополосного корпуса динамиков для низких, средних, средних и высоких частот и отдельного корпуса сабвуфера для низких частот.

Кроссоверы динамиков создаются с использованием фильтров пропускания звука. Например, для установки кроссовера между низкочастотным и высокочастотным динамиками потребуется фильтр нижних частот для сигнала низкочастотного динамика и фильтр верхних частот для сигнала высокочастотного динамика. Это можно сделать с помощью электронных компонентов или цифровой обработки сигналов (DSP).

Фильтры нижних частот пропускают низкие частоты, ослабляя или уменьшая высокие частоты. Фильтры высоких частот пропускают высокие частоты, подавляя при этом низкие частоты.Чтобы узнать больше о фильтрах верхних частот, вы можете прочитать эту статью или посмотреть это видео от Audio University.

Фильтры нижних и верхних частот имеют две основные настройки управления: частоту среза и наклон.

Частота среза

Частота среза фильтра высоких или низких частот определяет, с какой точки начинается фильтр. На этом изображении вы видите фильтр верхних частот с частотой среза 80 Гц. Частота среза обычно соответствует точке, в которой фильтр достигает затухания -3 дБ.

Склон

Наклон фильтра верхних или нижних частот определяет скорость затухания по частоте. Фильтр верхних или нижних частот может быть крутым или постепенным. На следующих изображениях показано сравнение постепенного фильтра с наклоном 6 дБ на октаву и крутого фильтра с наклоном 24 дБ на октаву.

Наиболее распространенные настройки наклона кроссоверных фильтров в профессиональном аудио составляют 12 дБ на октаву и 18 дБ на октаву.

Крутизна 6 дБ/октава

Крутизна 24 дБ/октава

Точка пересечения

Как указано выше, кроссоверная система обычно представляет собой комбинацию двух аудиофильтров, каждый из которых имеет частоту среза и наклон.Установка частоты среза и наклона обоих фильтров определяет точку кроссовера.

Точка кроссовера — это точка пересечения двух фильтров.

Точка кроссовера, подходящая для конкретного корпуса динамика, определяется производителем и обычно указана в технических характеристиках, которые можно найти в Интернете или в руководстве пользователя.

В идеале точкой кроссовера будет точка пересечения двух фильтров, составляющих кроссовер, на уровне -3 дБ.Это обеспечит плавную частотную характеристику при объединении драйверов.

Чтобы лучше это представить, посмотрите на этот график. И фильтр нижних частот, и фильтр высоких частот имеют частоту среза 80 Гц. Вы можете видеть, что на частоте 80 Гц есть провал -3 дБ как в низкочастотной, так и в высокочастотной характеристике драйвера. 3 дБ — это половина выходной мощности, а это означает, что когда два драйвера складываются вместе, они объединяются, чтобы заполнить дыру. Теоретически это создаст прямую линию на графике, указывающую, что все частоты представлены одинаково.

Усиление

Хотя усиление технически не является настройкой кроссовера, важно понимать, как оно влияет на точку кроссовера.

Давайте использовать тот же график, что и выше. На этот раз усиление +3 дБ будет применено только к низкочастотному динамику. Как видите, это усиление смещает точку кроссовера. Теперь линии пересекаются не на частоте 80 Гц, а на более высокой частоте.

Это следует учитывать при настройке усиления усилителя в акустической системе с активным кроссовером.

В звуковых системах используются кроссоверы двух типов: пассивные и активные. Не следует путать с активными и пассивными динамиками. В данном случае «пассивный и активный» описывает метод, используемый для реализации перекрестной сети.

Пассивные кроссоверы

Пассивные кроссоверы размещаются между выходом усилителя мощности и входом драйверов громкоговорителей.

Таким образом, пассивные кроссоверы работают с сигналами уровня громкоговорителей, которые намного мощнее, чем сигналы линейного уровня, проходящие через аудиомикшер.При использовании пассивной кроссоверной сети один канал усилителя используется для питания нескольких драйверов.

Пассивный кроссовер чаще всего размещается внутри корпуса динамика. Они состоят из электрических компонентов, таких как конденсаторы и катушки индуктивности. Эти электрические компоненты разделяют сигнал от усилителя и распределяют частоты по нужным драйверам. Большинство сетей с пассивным кроссовером предназначены для работы с определенным драйвером динамика.

Активные кроссоверы

Активные кроссоверы ставятся перед усилителем мощности.

Таким образом, активные кроссоверы работают с сигналами линейного уровня. При использовании сети с активным кроссовером для каждого драйвера или набора драйверов требуются отдельные каналы усилителя.

Системы, включающие двухполосный динамик с питанием от двух каналов усилителя и активный кроссовер, называются системами с двойным усилением. Точно так же трехполосные акустические системы с тремя каналами усилителя и активным кроссовером называются системами с тройным усилением.

Гибридные кроссоверы

Во многих случаях в одной системе используются как пассивные, так и активные кроссоверы.

Например, активный кроссовер можно использовать для отделения низких частот от средних/высоких частот, подавая низкие частоты на один канал усилителя, а средние/высокие частоты на второй канал.

Первый канал усилителя питает автономный сабвуфер, а второй канал усилителя питает двухполосную акустическую систему. Внутри корпуса двухполосного динамика пассивная кроссоверная сеть разделяет и распределяет средние частоты на низкочастотный динамик, а высокие частоты — на твитер.

Пассивные кроссоверы/фильтры – как они работают? » спикервизард.ко.ук

Некоторые основы кроссоверов были рассмотрены в этой статье: https://speakerwizard.co.uk/loudspeaker-basics-crossovers-why-do-we-need-them/ — здесь мы углубимся в детали. того, как работают пассивные фильтры, и дать вам инструменты для создания собственных.

Кроссоверы и фильтры

Давайте начнем с напоминания об основах. Кроссовер — это комбинация фильтров верхних и нижних частот, которые разбивают сигнал на полосы.Самый простой кроссовер — это 2-полосный кроссовер, который разделяет сигнал на 2 полосы. Распространенными конфигурациями являются 3-полосная и 4-полосная, что позволяет лучше согласовать динамики с их соответствующим рабочим диапазоном. 5-полосные активные кроссоверы не редкость в широкоформатных системах громкой связи, чтобы помочь максимально эффективно охватить как можно более широкий частотный диапазон, чтобы максимизировать различные факторы, такие как качество, дисперсия, громкость, как того требуют критерии проектирования. Можно продолжать разбивать звуковой диапазон на все более и более мелкие полосы, но это может стать упражнением на уменьшение отдачи.

Основные строительные блоки: конденсаторы и катушки индуктивности

Конденсаторы: Конденсатор имеет высокое «сопротивление» (обычно известное как реактивное сопротивление) к низкочастотным сигналам и низкое «сопротивление» к высокочастотным сигналам. В сочетании с резистором вы получаете схему фильтра, как показано на схеме ниже.

Если вы когда-нибудь смотрели на фильтр верхних частот и обращали внимание на его компоненты, вам может быть интересно, почему у вас нет резистора, потому что резистор в приведенной выше схеме — это ваш громкоговоритель.При использовании пассивных фильтров следует помнить, что фильтр НЕ работает независимо от громкоговорителя, громкоговоритель является частью схемы. Если вы измените сопротивление нагрузки с 8 Ом на 4 Ом или 16 Ом, вы измените принцип работы схемы фильтра.

На приведенной ниже диаграмме показана относительная величина сигнала в точке V 1 , где 0 дБ на диаграмме указывает на полный сигнал. V 1 — это напряжение, которое будет подаваться на громкоговоритель (R 1 ).Частота среза на диаграмме 1кГц. Мы используем шкалу дБ для звуковых целей из-за того, как мы воспринимаем разницу в громкости звука, удвоение или уменьшение вдвое величины является достаточно значительным изменением, чтобы быть заметным.

Фильтр имеет частоту среза, широко известную как F C . Ниже частоты среза конденсатор имеет высокое сопротивление, эффективно блокируя сигнал. Фиолетовая линия представляет величину сигнала, который пройдет через фильтр.Вы можете видеть, что по мере уменьшения частоты величина сигнала, проходящего через конденсатор, уменьшается. Точка, где фиолетовая линия пересекает -3 дБ, находится на частоте среза, где «сопротивление» конденсатора будет примерно равно резистору в цепи. Если конденсатор и резистор примерно равны, система будет работать как делитель напряжения, при этом примерно половина входного напряжения приходится на конденсатор, а половина напряжения — на резистор (громкоговоритель). F C иногда называют точкой -3 дБ, где -3 дБ обозначают половину амплитуды.За пределами частоты среза реактивное сопротивление конденсатора уменьшается, позволяя беспрепятственно проходить высокочастотным сигналам. На этих более высоких частотах «чистый» конденсатор не окажет никакого влияния на прохождение сигналов, к сожалению, чистые конденсаторы являются теоретическими и невозможными для производства — любой конденсатор, используемый в схеме фильтра, также будет иметь небольшую постоянную резистивную составляющую и некоторую индуктивность. – они способствуют искажению сигнала, а также потерям мощности. Конденсаторы более высокого качества спроектированы так, чтобы быть ближе к «чистому» конденсатору и минимизировать потери и искажения внутри конденсатора.

Расчеты для фильтров верхних частот 1-го порядка

Значение сопротивления (измеряется в омах) и емкость (измеряется в фарадах) определяет частоту среза по следующей формуле:

 

В приведенных выше примерах R 1 составляет 8 Ом, а C 1 — 20 мкФ (микрофарад). Чтобы использовать приведенную выше формулу, вам нужно использовать емкость конденсатора в фарадах, 20 мкФ = 0,000020 фарад. Пи — это математическая константа, вы можете использовать число Пи с точностью до 2 знаков после запятой (3.14) для целей расчета фильтров. Если вы подставите числа в формулу, вы получите F C 994 Гц.

Как упоминалось ранее, импеданс громкоговорителя является частью цепи, если вы попробуете формулу, вы заметите, что увеличение импеданса с 8 Ом до 16 Ом уменьшит вдвое частоту среза и снизит импеданс с 8 Ом до 4 Ом. удвоит частоту среза. Вот почему вы должны использовать пассивный кроссовер или фильтр только с правильной нагрузкой импеданса, для которой он был разработан.

Мы можем изменить формулу, чтобы сделать ее более полезной, так как мы обычно знаем, какую частоту среза мы хотим, и какое сопротивление (импеданс), но нам нужно рассчитать, какое значение конденсатора. Эта формула даст правильные результаты:

Вы должны использовать F C  в герцах, а НЕ в килогерцах, чтобы получить правильный ответ.

Если вы не очень увлекаетесь математикой, вы можете воспользоваться нашим калькулятором (единицы кГц/мкФ обрабатываются автоматически)


 Фильтра первого порядка обычно достаточно для защиты твитера в активной системе.Вы можете последовательно добавить конденсатор для защиты от перебоев постоянного тока и/или случайного подключения к басовому усилителю. Вы должны сделать Fc конденсатора на одну октаву ниже, чем частота кроссовера на вашем активном кроссовере, чтобы избежать каких-либо проблем. Одна октава ниже — это ровно половина частоты, поэтому, если ваши драйверы сжатия работают от 2 кГц и выше, защитный твитер должен быть выбран для работы на частоте 1 кГц. Калькулятор выше даст подходящие результаты для этого приложения. Некоторые люди утверждают, что лучше использовать фильтр 2-го порядка из-за фазового сдвига, вызванного фильтром (мы обсудим это в другой статье).

Несколько конденсаторов:

При использовании конденсаторов в цепи фильтра следует помнить, что сумма конденсаторов, соединенных последовательно/параллельно, отличается от сопротивления, фактически правила для конденсаторов противоположны тому, как комбинируются сопротивления последовательно/параллельно. Два одинаковых резистора, включенных параллельно, уменьшат общее сопротивление вдвое, однако два параллельных конденсатора суммируются. Таким образом, два конденсатора по 10 мкФ, соединенных параллельно, эквивалентны одному конденсатору по 20 мкФ. Два последовательно соединенных резистора в сумме увеличивают сопротивление, последовательно соединенные конденсаторы дают меньшую общую емкость: два последовательно соединенных конденсатора по 10 мкФ дадут общую емкость 5 мкФ.Параллельное подключение конденсаторов — это удобный способ получить значения емкости, которые не так легко найти в готовом виде. Обычно вы не ставите конденсаторы последовательно в цепь фильтра.

Фильтр верхних частот 1-го порядка:

Одиночный конденсатор при использовании с громкоговорителем образует самый простой фильтр верхних частот, известный как фильтр 1-го порядка. Однако одних конденсаторов недостаточно для формирования кроссоверов, нужны еще катушки индуктивности.

Катушки индуктивности: Чаще всего это катушки из проволоки, чаще всего используется медь, так как она имеет низкое сопротивление постоянному току.На самом деле, вы обычно используете прямой медный провод для подключения динамиков, так как же он является частью фильтра? Когда ток течет по проводу, вокруг провода образуется электромагнитное поле, в прямом проводе это поле не взаимодействует с другими частями провода, поэтому эффекты незначительны, однако намотка провода в катушку создает большее магнитное поле. поле. Это магнитное поле индуцирует напряжение в проводе, которое противодействует потоку тока, который его создает, это часто называют обратной ЭДС (электродвижущей силой). Таким образом, каждый раз, когда происходит изменение тока, индуктор создает обратную ЭДС, чтобы попытаться остановить изменение тока.

Катушка индуктивности имеет низкое сопротивление низким частотам. Наименьшее сопротивление катушки индуктивности — это сопротивление постоянному току. Постоянный ток можно рассматривать как сигнал с частотой 0 Гц. Катушки индуктивности позволяют проходить постоянному току, так как после того, как ток установлен, обычно ток не меняется. Катушки индуктивности блокируют или сопротивляются переменному или переменному току, а звуковой сигнал можно рассматривать как форму переменного тока.

На схеме ниже показаны катушка индуктивности и резистор, образующие простой фильтр нижних частот.

Опять же, R 1 — это громкоговоритель, а L 1 — катушка индуктивности.Для нашего примера мы сделаем L1 равным 1,27 мГн (миллигенри), что записывается как 0,00127 Гн. С 8-омным громкоговорителем для R1 мы получаем следующую частотную характеристику:

Катушки индуктивности ведут себя как резисторы при суммировании их значений. Две последовательные катушки индуктивности суммируются вместе, чтобы создать эквивалентную большую индуктивность, во многом так же, как два последовательных резистора эквивалентны более высокому сопротивлению. Поэтому формула для расчета частоты среза отличается от формулы для конденсаторов:

Вы можете проверить формулу для нашего примера, где R = 8 Ом, а L = 0.00127 Генри. Вы получите ответ, очень близкий к 1000 Гц.

Изменение формулы делает ее более полезной, позволяя рассчитать требуемую индуктивность для желаемой частоты среза.


Точно так же, как не удалось создать «идеальный» конденсатор, до настоящего времени не было создано и «идеального» индуктора. Ближайшее, что было достигнуто, — это переохлажденный индуктор. Все катушки индуктивности в реальном мире имеют последовательное сопротивление, создаваемое медным (или другим металлическим) проводом, используемым для изготовления катушки.Это последовательное сопротивление выделяет некоторое количество тепла и вызывает потери в цепи. Использование катушки индуктивности с более тонким проводом приведет к большим потерям, поэтому лучше выбрать катушку индуктивности с самым толстым проводом, который доступен и доступен по цене, чтобы минимизировать потери.

Одна катушка индуктивности, включенная последовательно с громкоговорителем, образует самый простой фильтр нижних частот, известный как фильтр 1-го порядка. Фильтр нижних частот (катушка индуктивности) и фильтр высоких частот (конденсатор) вместе образуют кроссовер, разделяющий звук на две части: низкие частоты проходят через фильтр низких частот, а высокие – через фильтр высоких частот.

Простой кроссовер 1-го порядка:

R1 представляет собой твитер, работающий только на более высоких частотах, а R2 представляет собой низкочастотный динамик, работающий только на более низких частотах. Чтобы создать описанную выше схему, мы просто объединили схемы для отдельных фильтров нижних частот и фильтров высоких частот. Мы продолжим с теми же значениями компонентов 20 мкФ и 1,27 мГн, которые дадут ту же частоту среза, и объединим две частотные характеристики в один график.

Синяя линия представляет частотную характеристику фильтра нижних частот, а фиолетовая линия — частотную характеристику фильтра верхних частот. Вы, наверное, уже поняли значение частоты кроссовера, когда фиолетовая и синяя линии «пересекаются» друг с другом, и график, вероятно, начинает выглядеть довольно знакомо, если вы когда-либо изучали, как работают кроссоверы в прошлом. По крайней мере, вы должны заметить, что точка пересечения двух линий находится на уровне -3 дБ (половина амплитуды), если вы суммируете два отклика вместе, вы снова получите 0 дБ.Таким образом, на частоте кроссовера и низкочастотный, и высокочастотный динамики должны воспроизводить один и тот же звук, но каждый с половинной амплитудой.

В типичном кроссовере сложение характеристик низких и высоких частот должно дать вам ровную характеристику по всему частотному спектру, за исключением одной проблемы: катушки индуктивности и конденсаторы вызывают фазовый сдвиг, а фильтр 1-го порядка вызывает сдвиг на 90°. индукторы и конденсаторы вызывают фазовый сдвиг в противоположных направлениях, что означает, что низкие и высокие частоты прямо не совпадают по фазе друг с другом.В нижней части частотного спектра у вас будут только басы, исходящие из низкочастотного динамика. Наверху у вас будут только высокие частоты, исходящие из вашего твитера. В какой-то степени не имеет значения, если они не совпадают по фазе друг с другом, поскольку они независимы друг от друга и не взаимодействуют, однако вблизи частоты среза и низкочастотный, и твитер создают одинаковые частоты, и если они прямо не совпадают по фазе друг с другом, они могут компенсировать друг друга — плохие новости для создания плоской частотной характеристики.Для фильтров первого порядка это довольно существенно.

Если вы не уверены, что такое фаза или что она означает по отношению к звуку, мы расскажем об этом в другой статье, которая будет опубликована позднее.

Другая проблема с фильтрами 1-го порядка заключается в том, что они не так эффективны при разделении звука, они уменьшают величину полосы заграждения всего на 6 дБ на октаву, может потребоваться две или более октав, чтобы достаточно уменьшить пропущенный звук, это означает что довольно много высоких частот все еще просачивается в басы, и изрядное количество басов просачивается в высокие частоты.Для более качественного звука желательно ограничить частоты соответствующими динамиками, а для этого нужно использовать фильтры более высокого порядка. Для пассивных кроссоверов фильтры 2-го порядка обычно считаются достаточными, иногда с фильтрами 3-го порядка, используемыми только на верхних частотах, чтобы помочь защитить твитеры от нежелательных низких частот.

Так как же сделать фильтр второго порядка?

Если все это для вас в новинку, вы можете подумать, что можно просто соединить два фильтра 1-го порядка последовательно, чтобы создать фильтр 2-го порядка — в некоторых частях электроники это будет работать, пассивные RC-фильтры можно каскадировать для создания фильтров более высокого порядка. .С фильтрами громкоговорителей R — это громкоговоритель, и у вас есть только один из них, и он является частью схемы, поэтому мы должны быть немного умнее.

Невозможно просто использовать два последовательно соединенных конденсатора, так как они эквивалентны одному конденсатору с другой емкостью. Два последовательных конденсатора просто изменят частоту среза, это не даст вам фильтр 2-го порядка

Чтобы сделать фильтр верхних частот 2-го порядка, мы начинаем с нашего конденсатора, но затем добавляем фильтр нижних частот (катушку индуктивности) параллельно с нашим громкоговорителем, как показано на схеме ниже.

Частоты ниже частоты среза блокируются конденсатором, интересно, что происходит вокруг частоты среза. При правильно подобранном индукторе на частоте среза индуктор блокирует высокие частоты, поэтому они вынуждены проходить через громкоговоритель, но индуктор пропускает частоты на частоте среза или ниже, создавая кратчайший путь, обходя громкоговоритель. Результатом совместной работы конденсатора и частоты среза является увеличение наклона с 6 дБ/октава до 12 дБ/октава, что является значительным улучшением.

Фиолетовая линия — отклик фильтра высоких частот 1-го порядка, а синяя линия — отклик фильтра верхних частот 2-го порядка. Оба фильтра Баттерворта. Фильтр 1-го порядка представляет собой отдельный конденсатор емкостью 20 мкФ, фильтр 2-го порядка представляет собой конденсатор емкостью 14 мкФ и катушку индуктивности 1,8 мГн.

Вы заметите, что точка прохождения откликов через точку -3 дБ остается одинаковой для обоих фильтров. Для правильной работы важно выбрать правильные значения емкости и индуктивности.Когда и дроссель, и конденсатор активны вблизи частоты среза, значения дросселя и конденсатора должны быть скорректированы, чтобы заставить фильтр работать желаемым образом. Математика становится все более сложной, и если вы не хотите вникать в тонкости проектирования кроссовера, вероятно, проще всего просто использовать один из калькуляторов кроссовера, доступных в Интернете (мы очень скоро запустим наш калькулятор)

.

В более продвинутых конструкциях можно изменить значения, чтобы получить другое значение Q.В фильтре Баттерворта Q составляет 0,707, и это наиболее часто используемые фильтры в пассивных кроссоверах.

Помимо прочего, различные Q-фильтры изменяют форму «колена» или изгиба, когда отклик фильтра изменяется от полосы задерживания к полосе пропускания. Изменение формы наклона вокруг частоты среза может оказать существенное влияние на то, как суммируются сигналы нижних и верхних частот. Более пологий и мягкий наклон (например, фильтр Бесселя с добротностью 0,5) может привести к появлению «дыры» в отклике.Оптимальный наклон, такой как Linkwitz-Riley или Butterworth, направлен на то, чтобы общий суммарный отклик оставался плоским на всей частоте кроссовера. Высокодобротные фильтры, такие как фильтры Чебычева, используются редко, так как они имеют тенденцию давать пики в частотной характеристике, а также другие нежелательные эффекты.

Фильтры высшего порядка:

Мы можем поочередно добавлять конденсаторы и катушки индуктивности для создания фильтров более высокого порядка, как показано на схемах ниже:

 

C2 добавляется для изготовления фильтра верхних частот 3-го порядка.

, а затем добавляется L2 для создания фильтра верхних частот 4-го порядка.

В кроссоверах пассивных громкоговорителей редко можно увидеть фильтры выше 4-го порядка, и даже фильтры 4-го порядка не очень распространены из-за увеличения стоимости дополнительных компонентов.

Фильтры нижних частот более высокого порядка также могут быть сконструированы аналогично фильтрам высоких частот, при этом компоненты работают аналогично фильтрам высоких частот. В фильтре нижних частот 2-го порядка конденсатор действует как обход громкоговорителя, создавая короткий путь для пропуска высоких частот через громкоговоритель.Там, где катушки индуктивности и конденсаторы эффективно «противоположны» друг другу для целей пассивной фильтрации, для создания фильтра нижних частот положения катушек индуктивности и конденсаторов в цепи меняются местами. На приведенной ниже диаграмме показан фильтр нижних частот 2-го порядка.

Вы можете следовать той же схеме для разработки конфигурации фильтров нижних частот 3-го порядка и 4-го порядка.

В зависимости от конструкции кроссовера вы используете соответствующие фильтры нижних частот и фильтры верхних частот для достижения желаемого результата.Если вы новичок в этом, я бы посоветовал придерживаться фильтров 2-го порядка как в секции низких частот, так и в секции высоких частот.

Beyond Пассивные кроссоверы?..

Если вы все это поняли, теперь вы должны знать, как работают пассивные фильтры и кроссоверы. Многие ранние активные кроссоверы использовали те же принципы, но использовали только RC-фильтры с операционными усилителями, чтобы разделить сигнал до того, как он достигнет каскада усилителя мощности. Многие ранние активные кроссоверы имели фиксированные частоты и не могли быть легко отрегулированы. Распространенным средством настройки было наличие подключаемых модулей с разными конденсаторами и резисторами, относящимися к разным конфигурациям частоты.Инновации в схемотехнике и улучшения доступности компонентов позволили построить активные кроссоверы с переменной частотой, еще в 1990-х годах, я помню, как стал доступен Rane AC23, это считалось высококачественным, но доступным активным кроссовером с переменной частотой, кажется, они стоит около 300 фунтов стерлингов, что в середине 90-х было недешево! Несколько лет спустя конструкции, подобные этой, стали обычным явлением в отрасли и теперь используются практически во всех активных кроссоверах с регулируемой частотой, аналоговых , которые сегодня имеются в продаже, по цене от 50 до 100 фунтов стерлингов.

Революция в цифровой обработке превзошла это, и большинство людей предпочитают цифровую обработку сигналов для активных кроссоверов, в основном из-за значительно возросшей универсальности.

30 ноября 2014 в 21:27

K231 Стерео 3-полосный активный кроссовер — SublimeAcoustic

18.03.23: Уведомление для наших клиентов: из-за постоянных проблем с линией поставок в настоящее время у нас есть отставание примерно на 1-2 недели.Мы будем обрабатывать заказы в порядке их поступления. Приносим извинения за неудобства. Спасибо, SA

 

Преобразуйте свою звуковую систему с помощью активного двухканального или трехполосного усиления профессионального уровня.

Стереоэлектронный кроссовер K231 значительно улучшает качество звука вашей звуковой системы, разделяя звуки высоких, средних и низких частот с помощью сверхмалошумящих и высокоточных схем активных фильтров. Это позволяет использовать отдельный канал усилителя мощности для каждого динамика и устраняет необходимость в пассивных кроссоверах.Результатом является значительно улучшенный уровень четкости и меньшее искажение производимого звука. Это называется Active Bi-Amping или Tri-Amping .

Наша главная цель при создании K231 — предоставить огромные преимущества высококачественного аналогового активного двухполосного усиления в ценовом диапазоне, доступном среднему аудиофилу. K231 использует компоненты высочайшего качества для аудиофилов и имеет характеристики, которые легко соответствуют характеристикам более дорогих электронных кроссоверов, таких как Bryston и Marchand, но без огромной цены.

  Характеристики K231:

  • Фильтры Linkwitz-Riley, 4-й порядок, 24 дБ/октава или опциональный фильтр 2-го порядка, 12 дБ/октава, наклон фильтра
  • Компоненты фильтра высокой точности 0,1% для точного выбора частоты XO и сверхнизких искажений
  • Прочный внутренний экран из му-металла для предотвращения проникновения шумов трансформатора в звуковые тракты
  • Позволяет использовать двухканальное или трехканальное усиление звуковой системы, а также добавлять сабвуфер к винтажному аудиооборудованию без LFE
  • Поддерживает 4-х или 5-ти стороннюю работу за счет каскадного подключения двух K231
  • Полностью аналоговая конструкция с использованием только высококачественных аудиофильских компонентов:
    • Операционные усилители Burr-Brown ~ Легендарные операционные усилители аудиофильского класса с .00005% Искажение
    • Конденсаторы из металлизированной полипропиленовой пленки с точностью 2%
    • Металлопленочные резисторы с точностью 1% и 0,1%
    • Металлопленочные потенциометры ALPS
  • Частота кроссовера и крутизна выбираются с помощью подключаемых «модулей XO»
  • Доступен широкий спектр модулей XO для поддержки любой частоты кроссовера
  • Дополнительный микшер подканала L/R для поддержки моноканала сабвуфера
  • Поддерживает сбалансированную и несбалансированную аудиосигнализацию на всех входах и выходах
  • Регулировка выходного усиления Sub, Mid и High на передней панели
  • Компенсация шага перегородки, с регулируемым усилением и выбираемыми диапазонами размеров перегородки
  • Сделано в США
  • Беспроблемный возврат в течение 45 дней

  Технические характеристики:

  • КНИ Лучше 0.0005%
  • THD+N: Лучше 0,0028%
  • ИМД: лучше 0,0058%
  • Отношение сигнал/шум: 120 дБ
  • Канальные перекрестные помехи Менее -83 дБ
  • Частотная характеристика: линейная от 10 Гц до 250 кГц
  • CMRR (сбалансированный вход): лучше 70 дБ
  • Входной импеданс: 75 кОм несбалансированный, 150 кОм сбалансированный
  • Макс. входной сигнал: 5,5 В
  • Вносимое усиление: регулируемое от -9 дБ до +8 дБ
  • Топология фильтра
  • : Linkwitz-Riley, постоянное напряжение, порядок 4 th , 24 дБ/октава
  • Корпус: алюминиевый прессованный корпус
  • Размеры: 6.5”Ш x 6,5”Д x 2,5”В
  • Вес в упаковке: 2,5 фунта
  • Источник питания: внутренний аналоговый биполярный, общая емкость фильтра 20 000 мкФ
  • AC: 115/230 В AC, со стандартной вилкой C13

  Входы аудиосигнала:

  • Балансное стерео: ¼-дюймовые разъемы TRS
  • Стерео несбалансированный: разъемы RCA

  Аудиосигнал  Выходы:

  • Стерео балансный ВЧ, СЧ, НЧ: разъемы ¼” TRS
  • Стерео несбалансированные высокие, средние и низкие частоты: разъемы RCA

Предварительный просмотр руководства пользователя K231 (.pdf)

У нас есть следующие частоты модуля XO. При заказе укажите желаемые частоты кроссовера «Sub» и «Mid/High», а также наклон (12 дБ или 24 дБ/октаву) в поле «Особые инструкции» на странице корзины:

    • Любое число, кратное 10 Гц, в диапазоне от 40 Гц до 200 Гц (например, 40 Гц, 50 Гц, 60 Гц … 200 Гц)
    • 250 Гц, 275 Гц, 350 Гц, 450 Гц
    • Любая частота, кратная 100 Гц, в диапазоне от 300 Гц до 4000 Гц
    • Любая частота, кратная 500 Гц, в диапазоне от 4500 Гц до 12000 Гц

Вы можете поэкспериментировать с различными частотами кроссовера и/или наклоном.Это можно легко сделать с K231. Просто подключите новый модуль XO, чтобы установить новую частоту кроссовера.

K231 поставляется с 2 модулями XO. Вы можете заказать дополнительные модули XO здесь

Чтобы узнать больше о преимуществах активного двухполосного усиления ~  ‘Обоснование преимуществ активных кроссоверов и пассивных’

Аналоговый активный кроссовер для встраивания в динамики.

В моей жизни настал тот этап, когда я хочу спроектировать трехполосные традиционные коробчатые динамики с большими (10 или 12 дюймов) вуферами и большими средними частотами, где средние частоты будут почти имеют расширение НЧ, чтобы действовать как мидбас в 2-полосных конструкциях.Полюбив Darbari, которые у меня были с 2014 года, теперь я хочу посмотреть, смогу ли я сделать их меньше, возможно, с менее дорогими кроссоверами и лучше.

Итак, в этом путешествии я понял, что не решаюсь разработать пассивный кроссовер, скажем, от 100 Гц до 250 Гц, где и произойдет мой кроссовер между средним и низкочастотным динамиками. Я боюсь, что катушки и кроссоверы будут большими, и даже закоренелые поклонники пассивных кроссоверов, кажется, будут счастливее, если активировать одну часть и управлять низкочастотным динамиком с помощью отдельного канала усилителя.Я думаю сделать (по крайней мере) то же самое, поэтому мне нужен 2-полосный активный кроссовер.

Я хочу использовать что-то, что я могу встроить внутрь динамика, подключить сетевой блок питания и два канала усилителя, и, по сути, сделать динамик автономным активным динамиком с питанием. С удовольствием сделаю пассивный xo между мид и твитером. Я работал со сложными пассивными кроссоверами для Asawari 4 и Asawari 5, так что теперь я чувствую себя более уверенно, что смогу достойно справиться даже с довольно сложными драйверами.То, что мне нужно, это просто низкочастотное разделение между средним + высокочастотным динамиком с одной стороны и низкочастотным динамиком с другой.

Я работал с аппаратным обеспечением MiniDSP (Darbari работает на 4x10HD), но я отказался от идеи использовать коробку 2 входа 4 выхода (самую маленькую) для моего более простого требования 1 вход 2 выхода. Я надеюсь, что любой активный аналоговый кроссовер, который я разработаю, будет таким же чистым, но менее дорогим, чем их 2x4HD. 2x4HD заставил бы меня вложить по 200 долларов за корпус динамика — я надеюсь, что мой модуль будет намного дешевле.Кроме того, KiCAD стал действительно мощным, поэтому я решил, что буду его использовать. Сделай мой собственный. Изготовить прототип печатной платы в наши дни также очень просто — я использую PCBPower с превосходными результатами.

Исследования
Большая часть моих знаний взята из «Поваренной книги активных фильтров» Дона Ланкастера и «Дизайна активных кроссоверов» Дуга Селфа. Сайт Линквица. ESP-страницы Рода. Справочник аудиофильских проектов Рэнди Слоуна. Плюс годы постепенного обучения от всех. Я скучал по активному xo-проекту Боба Эллиса и групповым покупкам, которые произошли 15 лет назад, поэтому я мало чему научился.Недавно я нашел PDF-файл их руководства по сборке в Интернете, но без печатной платы это было не очень понятно. Книга Дуга Селфа — самая полезная.

Без всепроходных фильтров
В своих исследованиях самая большая трудность, с которой я столкнулся, заключается в понимании того, как использовать всепропускающие фильтры. Когда Линквитц говорит, что «нет смысла проектировать точный кроссовер, если вы также не исправите задержку», вы, как правило, садитесь и копаете глубже, чтобы выяснить, какую проблему он решает. Это одна деталь, которая не проявляется в пассивных конструкциях xo, поэтому я никогда не слышал о них в моих предыдущих конструкциях колонок, все они были пассивными.Итак, я изучил все, что смог найти, перенес свой окончательный набор путаниц в эту тему, обработал полезные ответы и пришел к выводу, что если я разрабатываю активный xo так, как я разрабатывал пассивный xo, мне не нужны фильтры allpass. Таким образом, моя схема не будет предусмотрена для любого.

Питание от шин усилителя мощности
Я разработаю плату для получения переменного тока от вторичной обмотки трансформатора. У меня будет по одному тороиду на каждый корпус динамика, и у него будут вторичные цепи высокого напряжения, потому что они будут питать каналы усилителя мощности.Я не буду просить отдельную пару обмоток только для моего xo — я сделаю сброс напряжения после моста на своей плате и подам его выход на микросхемы регулятора напряжения. Дроппер напряжения — это просто транзистор TO220, стабилитрон, несколько R и C на шину. Предварительный регулятор Рода Эллиота дает основную идею.

SMD микросхемы с 4 операционными усилителями
Я сделал глубокий вдох и решил стиснуть зубы и использовать микросхемы с 4 операционными усилителями. Мой простой 2-полосный, кажется, уже требует 9 операционных усилителей. Размещение 5 чипов с двумя операционными усилителями кажется слишком грязным в наши дни.Поскольку многие из лучших чипов в этой категории доступны только в корпусах SOIC-14 и TSSOP, я предоставлю эти SMD-отпечатки на печатной плате, а также предоставлю 14-контактные контактные площадки DIP, чтобы люди могли использовать операционные усилители, используя Переходники SOIC-14 на DIP. У меня лично нет аппетита к прокатке операционных усилителей. Если мне никто не скажет иначе, я выберу микросхемы OPA1604 с 4 операционными усилителями. Если количество моих операционных усилителей останется на текущем уровне 9, я буду использовать два чипа с 4 операционными усилителями и один чип LM4562 DIP-8 с двумя операционными усилителями.

SMD конденсаторы?
Мне неудобно паять детали SMD, но я думаю, что буду использовать SMD для конденсаторов фильтра, потому что высококачественные коробчатые конденсаторы со сквозным отверстием могут достигать размеров 13 мм x 6 мм, что действительно слишком велико, когда я Я собираюсь использовать так много из них.Так что я думаю об использовании посадочных мест 1206 SMD, самых больших в SMD.

Многие конденсаторы, все резисторы и другие компоненты будут иметь сквозное отверстие.

Сами фильтрующие блоки
Людям, которые строят электрические активные фильтры по учебникам, живется легко — им никогда не приходится узнавать о фильтрах S&K с равными значениями компонентов и с единичным коэффициентом усиления или о том, что они могут быть вынуждены управлять усиление от этапа к этапу, потому что иногда вам может понадобиться просто принять любой выигрыш, который дает вам топология, как только вы исправите свой Q.Поэтому я постараюсь предусмотреть соответствующие положения для этих вещей в моей схеме.

Для блоков LPF первым компонентом на пути прохождения сигнала является резистор. Это полезно, потому что можно разделить этот резистор на две части и сделать делитель напряжения, а также добиться некоторого снижения коэффициента усиления, все время в соответствии с формулой фильтра. (Это видео на YouTube очень хорошо объясняет это.) Так что для моих блоков LPF я оставлю запас для этого второго резистора.

Вход, выход и корпус
Это одноканальная плата, поэтому она будет иметь один аналоговый вход.У меня будут средства для XLR и RCA, и я буду использовать один операционный усилитель для обоих этих входов, заимствуя схемы из книг Дуга Селфа. Я все еще пытаюсь найти схему, которая позволит мне обеспечить как несбалансированные, так и балансные входы без переключателя. Если я добавлю переключатель, это легко. Вход будет проходить на эту плату через разъемы, а кабели, подающие на нее сигналы, будут иметь длину не менее 2 метров (от центральной звуковой стойки к каждому динамику). Выход с платы будет проходить по внутреннему экранированному кабелю к усилителям мощности, поэтому эти выходные кабели могут находиться на расстоянии 12 дюймов.

Нужен ли мне отдельный выходной буфер? Мне определенно нужен контроль усиления для каждого «пути», но должен ли он быть активным, если сигнал проходит по короткому внутреннему кабелю к ближайшему усилителю мощности, и я могу контролировать, какой это усилитель мощности?

Я ожидаю, что плата будет установлена ​​на металлическую пластину (может быть, стальной лист толщиной 2 мм). Эта металлическая пластина будет иметь длину не менее 12 дюймов, а разъем XLR, разъем RCA и монтажные отверстия для этой печатной платы xo будут в верхней части. Под ней будет радиатор усилителя мощности, на котором будут установлены 2 усилителя мощности.Под радиатором находится сетевая розетка IEC и выключатель питания. Где-то рядом с IEC и выключателем питания будут отверстия для крепления модуля плавного пуска. Мне нужно найти какое-то отдельное место для установки тороидального трансформатора. Итак, эта металлическая пластина со всей этой активной схемой будет прикреплена к задней панели корпуса моего динамика. Поскольку корпус моих динамиков намного больше 12 дюймов, у меня будет место над металлической пластиной на задней панели для моего пассивного средне-высокочастотного динамика xo.

BSC: глобальный или только низкочастотный Предполагается, что это относится к ветви мидбаса, если вы делаете обычную двухполосную конструкцию динамика.Предполагается, что он охватывает как бас, так и средние частоты, если вы делаете 3-полосную акустику, где частота кроссовера НЧ-СЧ очень низкая, как в моем случае. Таким образом, хотя мой кроссовер будет двухсторонним, мне нужно, чтобы блок BSC был глобальным, чтобы он охватывал обе ветви. Тем не менее, кто-то другой может захотеть использовать мою печатную плату для обычного двухполосного динамика (черт возьми, я сам, возможно, склоняюсь к одному из Asawaris), так что я оставлю перемычки. Вы можете взять печатную плату и выбрать, какую перемычку добавить, чтобы BSC оставался глобальным или только для низкочастотной ветви.

Я не буду предоставлять BSC с регулировкой триммера. Я предусмотрю 4-позиционный DIP-переключатель, чтобы вы могли выбрать компенсацию 0/2/4/6 дБ. BSC — это один из атрибутов, который, как мне кажется, может потребовать корректировки даже после того, как дизайн АС завершен, поскольку он зависит от расположения в комнате.

Дополнительный LT
Я предоставлю блок LT, но он может вам не понадобиться, если вы, например, делаете портированный дизайн. Я люблю закрытый бас. Я с большой вероятностью воспользуюсь им. Я предоставлю перемычки, а вы можете добавить соответствующую перемычку, чтобы обойти LT или использовать ее.На самом деле, одна из главных причин, по которой я хочу активировать свои трехполосные динамики, заключается в том, что я хочу использовать закрытый бас, для которого часто требуется LT. Я стремлюсь к F10 на частоте 20 Гц с добротностью 0,6-0,7.

Без вырезов
Режекторные фильтры распространены в сложных активных фильтрах, но я не привожу их здесь, потому что в первую очередь стремлюсь использовать схему для преобразования НЧ-СЧ на довольно низких частотах. Для этого xo в большинстве случаев не будет необходимости в каких-либо насечках. Эти блоки обычно необходимы на более высоких частотах.

Нет электронной таблицы для простых расчетов
По традиции активные аналоговые xo проекты поставляются с удобной электронной таблицей (или даже исполняемым файлом Windows для доски Рода Эллиота), так что вы можете просто сказать, что такое ваш Fc, и вы получить значения R и C для LR4 xo. Мою доску можно использовать таким образом, если хотите, но я никогда не собираюсь использовать ее таким образом. Я рассчитываю спроектировать и оптимизировать свой xo в программном обеспечении для активного xo-моделирования, таком как VituixCAD (или SoundEasy/LSPCad, если хотите) и настроить частоту колена и Q , чтобы получить точно выровненные по фазе акустические кривые I нужно, после загрузки фактических измерений SPL моих реальных драйверов на мою реальную переднюю перегородку (там много фактических данных, но я пытаюсь подчеркнуть здесь).Мне не нужны электрические фильтры из учебников.

Итак, если вы хотите использовать мои печатные платы, вам нужно будет использовать мой подход к проектированию с программным обеспечением для моделирования активного кроссовера, или вы можете использовать одну из электронных таблиц из другого места.

Без подстроек
У меня нет подстроек в моем пассивном xo, и динамики, которые я сделал, звучат прекрасно. Я понятия не имею, зачем мне нужны регуляторы усиления для моего активного xo. (Современное программное обеспечение для моделирования кроссовера уступает только магии Хогвардса, не так ли?) Итак, я предусмотрю в своей схеме подстроечные резисторы для регулировки усиления, но я также предусмотрю места для делителя напряжения с двумя статическими резисторами, чтобы вы можете играть с переменным усилением, если хотите, но позже вы можете удалить подстроечный резистор, измерить две ножки и заменить подстроечный резистор парой статических резисторов.Или просто держите тримпоты постоянно, это ваш выбор. Я предусмотрю многооборотные тримпоты Bourns с верхней регулировкой — возможно, 4- и 12-оборотные варианты.

Каскад на 3 канала?
Две из этих плат могут быть соединены каскадом для монофонического 3-полосного дизайна. Я постараюсь предусмотреть механизм подачи регулируемых шин питания на каскадные платы с одной платы, чтобы схему БП можно было заселить только на одну плату. Таким образом, высокие радиаторы на транзисторах предварительного регулятора TO220, микросхемы 3-выводного регулятора напряжения и конденсаторы фильтра питания могут располагаться на самой верхней плате, а другие платы могут располагаться под ней рядом.Конечно, если вам нужно что-то кроме простого фильтра 4-го порядка для вашего xo (мой Xo от середины до твитера часто нужен), то эта плата не будет особенно полезна для ваших 3-х или 4-х полосных схем.

Github
Файлы дизайна будут размещены в общедоступном репозитории на GitHub. Наконец, с GitHub и KiCAD у нас есть полный набор систем и продуктов с открытым исходным кодом, которые позволяют нам создавать открытое оборудование без необходимости прикреплять zip-файлы к сообщениям на форуме, подобном этому. С помощью Git файлы САПР и связанная с ними документация (README.md) будет контролироваться версиями с помощью тегов Git, поэтому вы просто проверяете конкретную версию. Все файлы будут опубликованы под лицензией Creative Commons с открытым исходным кодом.

Я приложил только блок-схему верхнего уровня. Каждый блок здесь является операционным усилителем.

Нужна ваша помощь
Буду искать материалы по всем аспектам. Я не эксперт.

PS: есть ли способ оставить первое сообщение ветки постоянно редактируемым? Если да, я могу продолжать обновлять эту тему по мере продвижения проекта.

PassDiy

Фильтры кроссовера источника тока

Нельсон Пасс

Введение

На современном рынке усилители мощности звука обычно рассматриваются как источники напряжения, обеспечивающие заданное напряжение на выходе, кратное входному напряжению. В той мере, в какой они действительно являются источниками напряжения, имеющими очень низкий выходной импеданс, они просто обеспечивают любой ток, отражающий реакцию громкоговорителя на определенное выходное напряжение.

Недавно я экспериментировал с усилителями мощности с источниками тока, которые имеют высокое выходное сопротивление и подают на нагрузку определенный ток в ответ на входное напряжение. Напряжение на громкоговорителе отражает его реакцию на этот определенный ток. Можно сказать, что мы поменяли местами слова напряжение и ток.

В предыдущей статье «Усилители тока и чувствительные/полнодиапазонные драйверы» я обсуждал некоторые преимущества этих усилителей для громкоговорителей Lowther, Fostex и подобных им.В этих случаях драйвер громкоговорителя был «полнодиапазонным», поэтому не было необходимости в кроссоверной сети для распределения частотного спектра между разными драйверами. Однако я обнаружил, что эти драйверы, как правило, ценят ограниченный импеданс источника и часто выигрывают от некоторого эквалайзера в верхних средних и высоких частотах.

В усилителе с источником напряжения выравнивание обычно применяется сетью последовательно с драйвером. С источником тока он обычно применяется с помощью элементов, размещенных параллельно, оставляя драйвер напрямую подключенным к выходным клеммам усилителя.

Конечно, мы не хотим строго ограничиваться акустическими системами с одним драйвером (какими бы привлекательными они ни были), и поэтому нам нужно подумать о средствах фильтрации сигнала, чтобы разделить его между драйверами. Мы, безусловно, можем облегчить жизнь, используя электронную кроссоверную сеть, которая выполняет фильтрацию перед несколькими усилителями. Таким образом, каждый драйвер получает свой усилитель. Это имеет реальные преимущества в производительности, но, как правило, более сложно и дорого, чем пассивный кроссовер между усилителем и динамиком.

Сети источников напряжения

Классические перекрестные схемы на Рисунке 1 работают очень хорошо, если у вас есть источник напряжения. Здесь вы видите как фильтры высоких частот (твитер), так и фильтры нижних частот (низкочастотный динамик) с резистором, представляющим громкоговоритель. Конечно, настоящий громкоговоритель — это не совсем резистор, но я не хочу запутаться. Сеть нижних частот постепенно ослабляет высокие частоты по мере того, как частота становится выше определенной точки перехода, называемой частотой кроссовера.Точно так же высокочастотная сеть постепенно сбрасывает частоты ниже частоты кроссовера. Формы обоих типов фильтров можно охарактеризовать числами в дополнение к частоте кроссовера, но здесь мы ограничимся обсуждением только наклона.

РИСУНОК 1 . КЛАССИЧЕСКИЕ ФИЛЬТРЫ ИСТОЧНИКА НАПРЯЖЕНИЯ

В примерах на Рисунке 1 мы видим три разных фильтра как для фильтров верхних частот, так и для фильтров нижних частот. Первый — это однополюсный фильтр, соответствующий крутизне спада 6 дБ/октаву.Второй — двухполюсный фильтр со спадом 12 дБ на октаву. Третий — 3-полюсный фильтр со спадом 18 дБ на октаву.

Конечно, есть фильтры с еще большим количеством полюсов, и точная форма кривых этих фильтров может варьироваться от острого пика на «колене» частоты кроссовера до очень плавных переходов. Все они также имеют различные фазовые характеристики. Не существует такой вещи, как идеальная кроссоверная сеть для всех драйверов громкоговорителей, и даже существуют значительные различия во мнениях относительно того, какой из них лучше всего подходит для любого заданного набора драйверов.

Предостерегающие комментарии

Все, что вы здесь прочтете, следует воспринимать как приблизительные примеры, которые помогут вам прийти к собственным типам и значениям фильтров. Пример фильтра из учебника редко бывает лучшим в каком-либо конкретном случае из реальной жизни. Лучше всего звучащие кроссоверные сети, будь то активные или пассивные, обычно являются результатом кропотливых экспериментов, измерений и прослушивания. Помните также, что типичный драйвер громкоговорителя только приближается к резистору в качестве нагрузки и, кроме того, имеет акустический выход, который следует учитывать, который не является очень плоским или идеальным по фазе.

Решения о том, какая частота или наклон являются вашими собственными, и вы можете смешивать и сочетать их по своему усмотрению. Иногда вам нужно подумать о защите твитера или среднечастотника от слишком большой мощности на более низких частотах, но после этого вы можете играть так, как вам нравится.

Наизнанку

Когда вы перейдете от проектирования сетей фильтров для источников напряжения к сетям с источниками тока, вы обнаружите, что все вдруг выворачивается наизнанку. Конденсаторы становятся катушками индуктивности и наоборот, а сети «Т» становятся сетями «пи» и наоборот.Несколько фильтров, которые раньше подключались параллельно к выходным клеммам усилителя, теперь подключены последовательно. Не волнуйтесь, мы вас вылечим.

Фиг.2. ПАРАЛЛЕЛЬНОЕ И ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОЕ ПОДКЛЮЧЕНИЕ ФИЛЬТРА

На рис. 2 показана часть этой разницы. Вверху мы видим усилитель источника напряжения, который управляет тремя фильтрами и динамиками параллельно, чтобы разделить звук на НЧ, СЧ и ВЧ динамик. Все они имеют одинаковое напряжение и одинаковую землю. Внизу мы видим усилитель источника тока, в котором фильтры и динамики соединены последовательно.Все они имеют одинаковую величину тока. Это ключевой момент: точно так же, как фильтры источника напряжения могут принимать заданное одинаковое входное напряжение, фильтры источника тока могут принимать равный входной ток. Таким образом, оба типа фильтров могут быть спроектированы независимо друг от друга, так что характеристика одного фильтра не изменяет характеристику другого. Вы не можете сказать то же самое о фильтрах источника напряжения, соединенных последовательно, или о фильтрах источника тока, работающих параллельно — в этих случаях особенности каждого фильтра будут влиять на другие, как мы увидим позже в некоторых примерах полосовых фильтров.

Давайте рассмотрим несколько примеров фильтров. Они были сконструированы для согласования точек –3 дБ на частоте кроссовера и обеспечивают почти постоянное сопротивление источнику. Имея постоянный полный импеданс, можно одинаково хорошо использовать с источниками напряжения. Имейте в виду, что при последовательном подключении сетей к источнику напряжения, когда вы настраиваете один фильтр, вы влияете на реакцию других. При наличии источника тока отклик других последовательно включенных фильтров не изменяется.

Однополюсный двухполосный фильтр

На рис. 3А показан простой кроссовер источника тока, в котором низкочастотный и высокочастотный динамики пересекаются каждый на частоте 1 кГц и с наклоном 6 дБ/октаву.Значения дросселя L и конденсатора С определяются по формулам:

L = R1/(6,28*F) и C=1/(6,28*R2*F)

L — индуктивность в генри, R — сопротивление нагрузки в омах, C — емкость в фарадах, F — частота перехода в герцах. Кстати, буквы «T» и «W» на рис. 3А обозначают твитер и низкочастотный динамик. Когда вы увидите букву «М» позже, это будет означать средние частоты.

ФИГ.3А. 1. ПОЛЮС-2-ХОДОВОЙ ФИЛЬТР

На рисунке 3B показан результирующий отклик этого простейшего фильтра, который мы увидим.Как и в случае со всеми кривыми, вертикальная ось отложена в децибелах (дБ), а горизонтальная ось — частота.

РИСУНОК 3B ОТВЕТ

ФИЛЬТРА 1 КОНТАКТ-3 НАПРАВЛЕНИЯ

Однополюсный трехходовой фильтр

Мы можем легко создать 1-полюсный 3-полосный фильтр, просто добавив дополнительный фильтр посередине для СЧ-драйвера, как показано на рисунке 4A. Формулы, применяемые к предыдущему примеру, будут идеально работать для низкочастотного и высокочастотного динамиков, но среднечастотные фильтры L2 и C2 будут слегка отключены, в зависимости от близости двух точек кроссовера, которые в данном случае составляют 200 Гц и 5 кГц.Здесь катушка должна быть примерно на 10% ниже, чем предполагалось расчетом, а емкость должна быть примерно на 10% выше. Это связано с нагрузочным влиянием каждого из этих элементов на другой, и вариация увеличивается по мере приближения частот кроссовера.

Вы можете рассчитать это, если у вас есть математические способности, запустить компьютерную программу, если вы можете следовать инструкциям, или попробовать подключить разные значения, если вы хорошо владеете руками. Все три подхода, скорее всего, приведут к «разводке разных значений», когда придет время оценивать результаты.В этом случае результаты представлены на рисунке 4B.

2-полюсный 2-полосный фильтр

На рисунке 5A мы добавляем еще один полюс к каждому фильтру в виде C2 на верхних частотах и ​​L2 на нижних частотах, и мы получаем кривые рисунка 5B. Формулы немного изменились, но вы можете масштабировать их по примерам. Помните, что высокие и низкие частоты регулируются независимо. При изменении частоты и сопротивления нагрузки используйте следующие правила:

Все примеры C обратно пропорциональны изменению частоты и импеданса нагрузки.Если вы удвоите значение R, то вы уменьшите вдвое значение C. Если вы удвоите значение частоты, вы уменьшите вдвое значение C. Если вы удвоите сопротивление и частоту, вы уменьшите значение C в четыре раза. С.

Все примеры L обратно пропорциональны изменению частоты, как и в случае C, но они пропорциональны сопротивлению. Если вы удвоите значение R, то удвоите и L.

2-полюсный 3-ходовой фильтр

Как и в случае с 1-полюсным 3-полосным фильтром, мы просто вставляем среднечастотный фильтр последовательно с системами верхних и нижних частот.Правила для значений L и C такие же, как и в примере с 2-полюсным 2-полосным, и, конечно, не так хорошо работают для среднего диапазона в зависимости от близости двух частот кроссовера. Как я уже говорил ранее, вы можете рассчитать его точно, но в конечном итоге вам все равно придется дурачиться, когда вы на самом деле настраиваете динамик, так что не слишком волнуйтесь. На рисунках 6А и 6В показана схема и полученные кривые. Как и во всех других примерах, значения L и C зависят от сопротивления нагрузки и частоты.Опять же, L пропорционально R и обратно пропорционально F. C обратно пропорционально R и F.

3-полюсный двухходовой фильтр

Теперь мы начинаем переходить к некоторым сложным вещам, как показано на рисунках 7A и 7B. Применяются все правила предыдущих примеров, как они есть. Для масштабирования L пропорционально R и обратно пропорционально F. C обратно пропорционально R и F.

Самое время отметить, что не существует правила, согласно которому вы должны выбирать одинаковые частоты и наклоны для соседних элементов.Чаще всего я использую однополюсные наклоны для средних частот, 1 или 2 полюса для твитеров и 2 или 3 полюса для вуферов. Также чаще всего я устанавливаю высокие и низкие частоты на разные частоты. Это строго вопрос того, что работает лучше всего, и это обычно не совсем версия из учебника.

33-полюсный трехходовой фильтр

Это самый сложный пример, который мы рассмотрим. Часть верхних частот (твитер) и часть нижних частот (низкочастотный динамик) масштабируются LC и R, как и ранее, и пока частоты фильтра средних частот находятся в соотношении 5000 Гц / 200 Гц (25 к 1), вы можете масштабировать это также.Если они не в том соотношении, и вы действительно хотите эти наклоны, будьте готовы к некоторой работе.

На рисунках 8А и 8В показан результат моих усилий в этом отношении.

Заключение

Последовательные сети фильтров — это не новая концепция, но она не так популярна, потому что с источником напряжения каждый раз, когда вы настраиваете один фильтр, вы влияете на реакцию других. В случае усилителя с источником напряжения этого можно избежать, размещая системы фильтров параллельно, так что все они независимо друг от друга используют одно и то же входное напряжение.

С усилителем-источником тока вы можете легко использовать фильтры последовательно, потому что все они используют один и тот же ток, и регулировка значений фильтра в одной цепи не изменяет характеристику других фильтров. Вы можете запускать сети параллельно от источника тока, так же как вы можете последовательно подключать фильтры к источнику напряжения.

Как указывалось ранее, примеры фильтров, которые я привел, имеют довольно постоянный совокупный импеданс, поэтому вы можете использовать их одинаково хорошо с источником напряжения или тока.Однако с источником напряжения в тот момент, когда вы настраиваете один из фильтров, вы обнаружите, что настраиваете другие.

Усилители с источниками тока подходят не всем, хотя великий Малкольм Хоксфорд мог бы убедительно поспорить с этим. Я определенно обнаружил, что они обладают настоящим очарованием благодаря высокоэффективным полнодиапазонным громкоговорителям, как я подробно описал в другом месте. Конечно, определение «полного диапазона» варьируется, и есть довольно много случаев, когда пользователи, включая меня, подключали сабвуфер и/или твитер для расширения этого диапазона.Если вы это сделаете, у вас есть выбор: использовать активные электронные кроссоверы или пассивно фильтровать эти части в системе.

Я успешно управлял Lowther, Fostex и их двоюродными братьями с усилителями тока, применяя к ним пассивный однополюсный фильтр нижних частот. Оттуда я могу легко подключить твитер (например, ленточный TAD PT-R9) с пассивным 2-полюсным фильтром, обычно на частоте 10 кГц и выше. Как правило, по моему опыту, большой сабвуфер, такой как El Pipe-O, предпочитает источник напряжения для высокого демпфирования, поэтому я использовал активный фильтр, чтобы отделить его от широкополосного динамика в диапазоне ниже 100 Гц.

Более общая категория высокоэффективных драйверов с ограниченной полосой пропускания также может выиграть от усиления источника тока, особенно примеры высокоэффективных низкочастотных динамиков в сочетании с рупорными компрессионными драйверами. Эта статья явилась результатом этого исследования, которое продолжается до сих пор.

В любом случае, мы видели, что создание кроссоверных фильтров для усилителей с источниками тока не особенно сложно или, по крайней мере, не сложнее, чем для усилителей напряжения.

0 comments on “Активный фильтр для двухполосной ас: Снова о простом активном фильтре для АС

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.