Андрей Смирнов
Время чтения: ~21 мин.
Просмотров: 0

Понятие передаточных функций фильтров нижних частот

Содержание / Contents

Содержание

Формулы для расчета ФНЧ 2-го порядка

Ребята из Analog Devices рекомендуют выбрать величину номинала резисторов, в пределах от 10 до 100кОм, а затем по приводимым формулам рассчитать емкости конденсаторов.

Стоящее в числителе число 1.414 это √2, а число 0.707, это 1/√2. Если поделить одно на второе получим, что емкость С1 в два раза больше емкости С2.

Это видно и из самих формул. Не знаю почему нельзя было привести формулу только для С2 и написать что С12*2. Выглядело бы это следующим образом.

В процессе углубления в тему фильтров было замечено, что большинство авторов начинают рассчет с того, что выбирают величину резистора, а затем рассчитывают величины емкостей.

Не знаю как у Вас, но у меня прецизионные конденсаторы не такое частое явление. По этой причине, на мой взгляд, проще взять за основу емкость имеющегося в наличии конденсатора и уже под него подобрать резисторы.

Для расчетов достаточно просто поменять местами R и C в формуле для C2.

Частота среза

Диапазон частот, для которого фильтр не вызывает значительного ослабления, называется полосой пропускания, а диапазон частот, для которых фильтр вызывает существенное ослабление, называется полосой задерживания. Аналоговые фильтры, такие как RC фильтр нижних частот, переходят из полосы пропускания в полосу задерживания всегда постепенно. Это означает, что невозможно идентифицировать одну частоту, на которой фильтр прекращает пропускать сигналы и начинает их блокировать. Однако инженерам нужен способ, чтобы удобно и кратко охарактеризовать амплитудно-частотную характеристику фильтра, и именно здесь в игру вступает понятие частоты среза.

Когда вы посмотрите на график амплитудно-частотной характеристики RC фильтра, вы заметите, что термин «частота среза» не очень точен. Изображение спектра сигнала, «разрезанного» на две половины, одна из которых сохраняется, а другая отбрасывается, неприменимо, поскольку затухание увеличивается постепенно по мере того, как частоты перемещаются от значений ниже частоты среза к значениям выше частоты среза.

Частота среза RC фильтра нижних частот фактически является частотой, на которой амплитуда входного сигнала уменьшается на 3 дБ (это значение было выбрано, поскольку уменьшение амплитуды на 3 дБ соответствует снижению мощности на 50%). Таким образом, частоту среза также называют частотой -3 дБ, и на самом деле это название является более точным и более информативным. Термин полоса пропускания относится к ширине полосы пропускания фильтра, и в случае фильтра нижних частот полоса пропускания равна частоте -3 дБ (как показано на диаграмме ниже).

Рисунок 8 – Данная диаграмма показывает общие особенности амплитудно-частотной характеристики RC фильтра нижних частот. Ширина полосы пропускания равна частоте -3 дБ.

Как объяснялось выше, пропускающее низкие частоты поведение RC фильтра обусловлено взаимодействием между частотно-независимым импедансом резистора и частотно-зависимым импедансом конденсатора. Чтобы определить подробности амплитудно-частотной характеристики фильтра, нам нужно математически проанализировать взаимосвязь между сопротивлением (R) и емкостью (C); мы также можем манипулировать этими значениями, чтобы разработать фильтр, который соответствует точным спецификациям. Частота среза (fср) RC фильтра нижних частот рассчитывается следующим образом:

\

Давайте посмотрим на простой пример. Значения конденсаторов являются более сдерживающими, чем значения резисторов, поэтому мы начнем с распространенного значения емкости (например, 10 нФ), а затем воспользуемся формулой для определения необходимого значения сопротивления. Цель состоит в том, чтобы разработать фильтр, который будет сохранять аудиосигнал 5 кГц и подавлять шум 500 кГц. Мы попробуем частоту среза 100 кГц, а позже в этой статье мы более тщательно проанализируем влияние этого фильтра на обе частотные составляющие.

\

Таким образом, резистор 160 Ом в сочетании с конденсатором 10 нФ даст нам фильтр, который дает амплитудно-частотную характеристику, близкую к необходимой.

Уравнение разности через дискретную выборку времени

Уравнение дискретной разности легко получить путем дискретизации входной ступенчатой ​​реакции, указанной выше, через равные интервалы, где и — время между выборками. Взяв разницу между двумя последовательными выборками, мы имеем
пТ{\ displaystyle nT}пзнак равно,1,…{\ Displaystyle п = 0,1, …}Т{\ displaystyle T}

vотыт(пТ)-vотыт((п-1)Т)знак равноVя(1-е-ωпТ)-Vя(1-е-ω((п-1)Т)){\ displaystyle v_ {out} (nT) -v_ {out} ((n-1) T) = V_ {i} (1-e ^ {- \ omega _ {0} nT}) — V_ {i} ( 1-e ^ {- \ omega _ {0} ((n-1) T)})}

Решая, мы получаем
vотыт(пТ){\ displaystyle v_ {out} (нТ)}

vотыт(пТ)знак равноβvотыт((п-1)Т)+(1-β)Vя{\ displaystyle v_ {out} (nT) = \ beta v_ {out} ((n-1) T) + (1- \ beta) V_ {i}}

где βзнак равное-ωТ{\ displaystyle \ beta = e ^ {- \ omega _ {0} T}}

Используя обозначения и , и подставляя наше выборочное значение , мы получаем разностное уравнение
Vпзнак равноvотыт(пТ){\ Displaystyle V_ {n} = v_ {out} (нТл)}vпзнак равноvяп(пТ){\ Displaystyle v_ {n} = v_ {in} (нТл)}vпзнак равноVя{\ displaystyle v_ {n} = V_ {i}}

Vпзнак равноβVп-1+(1-β)vп{\ Displaystyle V_ {п} = \ бета V_ {п-1} + (1- \ бета) v_ {п}}

Анализ ошибок

Сравнивая восстановленный выходной сигнал из разностного уравнения, со ступенчатой ​​входной характеристикой , мы обнаруживаем, что существует точное восстановление (ошибка 0%). Это восстановленный выход для неизменяемого во времени входа. Однако, если вход зависит от времени , например , эта модель аппроксимирует входной сигнал как серию ступенчатых функций с длительностью, создающей ошибку в восстановленном выходном сигнале. Ошибка, вызванная изменяющимися во времени входными данными, трудно определить количественно, но она уменьшается по мере увеличения .
Vпзнак равноβVп-1+(1-β)vп{\ Displaystyle V_ {п} = \ бета V_ {п-1} + (1- \ бета) v_ {п}}vвне(т)знак равноVя(1-е-ωт){\ displaystyle v _ {\ text {out}} (t) = V_ {i} (1-e ^ {- \ omega _ {0} t})}vв(т)знак равноVяsяп(ωт){\ displaystyle v _ {\ text {in}} (t) = V_ {i} sin (\ omega t)}Т{\ displaystyle T}Т→{\ displaystyle T \ rightarrow 0}

Уравнение разности через дискретную выборку времени

Уравнение дискретной разности легко получить путем дискретизации входной ступенчатой ​​реакции, указанной выше, через равные интервалы, где и — время между выборками. Взяв разницу между двумя последовательными выборками, мы имеем
пТ{\ displaystyle nT}пзнак равно,1,…{\ Displaystyle п = 0,1, …}Т{\ displaystyle T}

vотыт(пТ)-vотыт((п-1)Т)знак равноVя(1-е-ωпТ)-Vя(1-е-ω((п-1)Т)){\ displaystyle v_ {out} (nT) -v_ {out} ((n-1) T) = V_ {i} (1-e ^ {- \ omega _ {0} nT}) — V_ {i} ( 1-e ^ {- \ omega _ {0} ((n-1) T)})}

Решая, мы получаем
vотыт(пТ){\ displaystyle v_ {out} (нТ)}

vотыт(пТ)знак равноβvотыт((п-1)Т)+(1-β)Vя{\ displaystyle v_ {out} (nT) = \ beta v_ {out} ((n-1) T) + (1- \ beta) V_ {i}}

где βзнак равное-ωТ{\ displaystyle \ beta = e ^ {- \ omega _ {0} T}}

Используя обозначения и , и подставляя наше выборочное значение , мы получаем разностное уравнение
Vпзнак равноvотыт(пТ){\ Displaystyle V_ {n} = v_ {out} (нТл)}vпзнак равноvяп(пТ){\ Displaystyle v_ {n} = v_ {in} (нТл)}vпзнак равноVя{\ displaystyle v_ {n} = V_ {i}}

Vпзнак равноβVп-1+(1-β)vп{\ Displaystyle V_ {п} = \ бета V_ {п-1} + (1- \ бета) v_ {п}}

Анализ ошибок

Сравнивая восстановленный выходной сигнал из разностного уравнения, со ступенчатой ​​входной характеристикой , мы обнаруживаем, что существует точное восстановление (ошибка 0%). Это восстановленный выход для неизменяемого во времени входа. Однако, если вход зависит от времени , например , эта модель аппроксимирует входной сигнал как серию ступенчатых функций с длительностью, создающей ошибку в восстановленном выходном сигнале. Ошибка, вызванная изменяющимися во времени входными данными, трудно определить количественно, но она уменьшается по мере увеличения .
Vпзнак равноβVп-1+(1-β)vп{\ Displaystyle V_ {п} = \ бета V_ {п-1} + (1- \ бета) v_ {п}}vвне(т)знак равноVя(1-е-ωт){\ displaystyle v _ {\ text {out}} (t) = V_ {i} (1-e ^ {- \ omega _ {0} t})}vв(т)знак равноVяsяп(ωт){\ displaystyle v _ {\ text {in}} (t) = V_ {i} sin (\ omega t)}Т{\ displaystyle T}Т→{\ displaystyle T \ rightarrow 0}

Модели с полевыми конденсаторами

Фильтр низких частот с использованием полевых конденсаторов является довольно распространенным. Во многом это связано с его дешевизной. В данном случае параметр полосы пропускания будет находиться на уровне 5 Гц. В свою очередь, отрицательное сопротивление цепи зависит от установленных транзисторов. Если использовать одноканальные элементы, то они позволят значительно сократить образцовое напряжение.

Отклонение фактической индуктивности у фильтра зависит от чувствительности прибора. Стабилитроны в системе применяются довольно редко. Однако если параметр отрицательного сопротивления превышает 5 Ом, то их следует использовать. Дополнительно можно задуматься над применением тиристоров. Во многом данные элементы позволят справиться с дипольностью в системе. Таким образом, чувствительность прибора значительно снизится.

Два полюса лучше одного?

Давайте посмотрим на результаты работы двухполюсного фильтра для тех же двух частот среза. Следующая схема представляет собой RLC фильтр с критическим затуханием с fср ≈ 50 кГц:

Рисунок 12 – Схема моделирования в LTspice: генератор ШИМ сигнала и RLC фильтр нижних частот с частотой среза 50 кГцРисунок 13 – Пульсации напряжения, полученного на выходе RLC фильтра нижних частот с частотой среза 50 кГц

Как и ожидалось, это значительное улучшение по сравнению с однополюсным фильтром 50 кГц; размах пульсаций уменьшился с примерно 2,15 В до менее чем 900 мВ.

Вот схема для RLC фильтра с критическим затуханием с fср ≈ 1 кГц:

Рисунок 14 – Схема моделирования в LTspice: генератор ШИМ сигнала и RLC фильтр нижних частот с частотой среза 1 кГцРисунок 15 – Пульсации напряжения, полученного на выходе RLC фильтра нижних частот с частотой среза 1 кГц

Здесь мы почти устранили пульсации; если бы вы увеличили масштаб, то обнаружили бы, что размах пульсаций составляет всего около 500 мкВ. Но теперь у нас снова есть проблема со временем установления (вспомните компромисс № 1):

Рисунок 16 – Время установления напряжения на выходе RLC фильтра нижних частот с частотой среза 1 кГц

В этот момент вы можете подумать о том, как можно улучшить этот фильтр для достижения быстрого отклика в сочетании с низкими пульсациями. Возможно, вы заметили, что для предыдущей схемы требовалось 2,2 миллигенри – это огромная индуктивность. А что насчёт активного фильтра? Фильтр Саллена-Ки? Может быть, фильтр Саллена-Ки после RC фильтра? Подождите, почему бы просто не использовать фильтр с переключаемым конденсатором? Четыре полюса, или даже пять или семь… Это подводит нас ко второму компромиссу:

Компромисс № 2: Фильтры высшего порядка улучшают производительность, но они также увеличивают стоимость и сложность. Вместо того, чтобы тратить время и деньги на внедрение причудливого фильтра для посредственного ЦАП на базе ШИМ, мы просто должны использовать внешний ЦАП! На мой взгляд, вы не должны выходить за пределы одного полюса. Внешние ЦАП (и микроконтроллеры со встроенными ЦАП) настолько широко доступны, что ЦАП на базе ШИМ теряет свою привлекательность, если вы не можете удовлетворить свои требования к производительности с помощью RC фильтра.

Строй — калькуляторы

Фильтр – сумматор для сабвуфера, схема – Поделки для авто

При сборке усилителей для автомобилей на микросхемах TDA 7293 или TDA 7294 иногда возникает необходимость в компактом блоке фильтра, желательно чтобы был простым и понятным, а также имел нормальные характеристики и являлся одновременно сумматором. Именно в этой статье и предоставляю такую поделку и схему.

Схема собрана всего на одном биполярном, маломощном транзисторе. Можно конечно использовать для сабвуфера и пассивный фильтр, например всего из одного фильтра LC, он мог бы отфильтровать звук до частоты 20-150 Гц, но это не целесообразно, так как на выходе получим то же самое, что и на входе. Вот именно поэтому нам и нужно первоначальный звук хорошо отфильтровывать.

Почему применяют фильтры НЧ, да потому что при фильтрации, так сказать с каждой ступенькой номинал звука уменьшается на входе в сотни раз, и когда подаём этот номинал на сабвуфер, его не достаточно или просто не хватает для нормальной раскачки.

В приведённой в этой статье схеме, происходит практически тоже, но за исключением того, что стоит один транзистор, на котором собран предварительный усилитель, и который уже “отфильтровал” звуковой сигнал и усилил его для подачи на конечный усилитель.

печатка для тех, кто собирается травить плату.

На входе фильтра собран сумматор, который суммирует оба канала, и в последствии сигнал поступает в пассивный фильтр с частотой среза 150 Гц. Фильтр второго канала имеет усилитель на выходе. Есть и особенность данной схемы, в том что можно регулировать срез от 15 до 30 Гц.

Схема не требует к себе каких-либо наладок или подстроек. Единственная подстройка это частота среза, которую можно настроить под себя, под свой вкус, так как в схеме есть сдвоенный регулятор 100 кОм ( можно взять номинал от 47 до 2200 кОм).

Схема прекрасно работает с любыми усилителями мощности звук.частоты, как с маломощными 12-Воль-ми, так и с мощными двуполярными.

Отечественные или импортные транзисторы, прекрасно себя чувствуют в этой схеме, так что тут выбор за вами.

И ещё хочу отметить один момент, если у вас сложилась ситуация, которая требует обратиться в автосалон, то сперва узнайте о нём прочитав отзывы. Лучше ехать, когда знаешь куда едешь…

Усилитель к сабвуферу: какой выбрать? Технические параметры

Для усилителя критично важен лишь показатель мощности, на остальные характеристики можно смотреть постольку-поскольку

Но все же следует обратить внимание на такие параметры:

  1. Частотный диапазон. Пользователю нужно убедиться, что разброс не слишком большой. Серьезные компании дают максимально конкретные значения – например, от 15 до 350 Гц. Если же диапазон указан в пределах 10-500 Гц, то, скорее всего, это просто уловка маркетолога, и усилитель не будет качественно работать на заявленных частотах.
  2. Класс усилителя. Он может быть:
  • АВ – аналоговое устройство с хорошим качеством усиления, но малым КПД и такой же мощностью;
  • D – мощный цифровой усилитель, демонстрирующий высокий КПД, но отличающийся плохим качеством работы.

Количество каналов. По этому критерию устройства делятся на следующие группы:

одноканальные (моноблоки) – рассчитаны на низкоомную нагрузку в пределах 1-2 Ом. Встречаются редко, в основном – в профессиональных автомобильных аудиосистемах, где выдаваемая мощность гораздо важнее качества звучания. Практически всегда относятся к классу D. Хорошие примеры – DLS XM10, Alpine PDX-M6, DLS MAD15;
двухканальные – предназначены для сабвуферов, рассчитанных на 4-8 Ом. Могут подключаться по мостовой схеме или по сабвуферу/катушке в случае достаточной мощности. Неплохо себя зарекомендовали следующие модели – Eton SR 100.2, Genesis Profile Two, DLS MA23;
трехканальные – практически не встречаются, так как вытеснены 4-канальными усилителями;
четырехканальные – пользуются наибольшей популярностью. Такие устройства можно применять для 4-х динамиков, сабвуфера и пары динамиков, а также 2-х сабвуферов. Благодаря универсальности и простоте установки 4-канальные усилители рекомендуется выбирать в большинстве случаев. Например, можно остановиться на одной из следующих моделей – Focal FPP 4100, Alpine PMX-F640, Eton SR 60.4, DLS XM40;
пятиканальные – представляют собой четырехканальные усилители с дополнительным сабвуферным каналом, благодаря чему также можно подключить фронтальную и тыловую акустику. Эти модели позволяют сэкономить место, а также потратить гораздо меньше денег, чем если бы усилители для сабвуфера и акустики устанавливались отдельно

Обратить внимание стоит на такие устройства – Audison SR 5, DLS MA51, Alpine PDX-V9;
шестиканальные – практически никогда не применяются, поскольку редкая система автозвука требует наличия подобных усилителей. Но все же на рынке встречаются 6-канальные модели, например, Gladen XS 75c6 и Mosconi Gladen One 60.6.

Чувствительность для сабвуферного усилителя неважна, поэтому ее можно проигнорировать.

Человек, серьезно относящийся к своей машине, не может допустить, чтобы ее аудиосистема «хромала». Следует позаботиться о приобретении действительно качественного усилителя для сабвуфера, который обеспечит точную передачу низких частот и позволит водителю в полной мере наслаждаться любимой музыкой.

NSSDCA Master Catalog Search

  • Spacecraft
  • Experiments
  • Data Collections
  • Personnel
  • Publications
  • Maps
  • New/Updated Data
  • Lunar/Planetary Events

Связанные материалы

Простой усилитель для автомобильного сабвуфера на TDA7240…
Несмотря на кажущуюся простоту расчета фильтров нижних частот, необходимых для формирования нужной…

Не все сабвуферы одинаково полезны!…
Если вы замечаете присутствие сабвуфера, это значит, что либо он работает на слишком высоком уровне…

Частотный детектор на двухзатворном полевом транзисторе…
Для демодуляции частотно-модулированных (далее – ЧМ) сигналов традиционно используют дробовый…

Полный усилитель на микросхемах. Часть 5-4. Токовая помпа Хоуленда (подписка на платы завершена)…
Не мечтай, действуй! Howland Current Pump. Особенность построения УМЗЧ настоящего проекта…

Программа — осциллограф…
Простой и очень удобный осциллограф для просмотра сигнала. Программа-эмулятор осциллографа,…

Полный усилитель на микросхемах. Часть 5-1

Улучшаем УМЗЧ Питера Смита…
Не мечтай, действуй! В заключительной пятой части проекта проведем серию экспериментов по улучшению…

Программа для расчёта фильтров АС (Алдошина + Терещук)…
Недавно я стал часто заниматься переделкой промышленных недорогих АС и, следовательно, понадобилось…

Блок автоматического селектора входов и управления питанием усилителя на PIC12F675…
Хочу предложить продолжение проекта Автоматическое включение/выключение сабвуфера на…

Активные кроссоверы для АС основе фильтра Баттерворта 3-го порядка…
Активные кроссоверы, на мой взгляд, обделены вниманием и применяются среди радиолюбителей реже, чем…

6ГД-6, 2ГД-36 Малогабаритный громкоговоритель Салтыкова, кубики Салтыкова…
Фото Polas Параметры описываемого ниже самодельного двухполосного громкоговорителя удовлетворяют…

Программы для расчета активных фильтров Линквица 2-го порядка и Баттеруорта 3-го порядка…
Представляю две очень простые программы, которые позволяют рассчитать ФВЧ и ФНЧ 2-го и 3-го порядка…

Сетевой фильтр с контролем правильности подключения к питающей сети для усилителя звуковой частоты…
Берегись бед, пока их нет (пословица) Встретил недавно земляков – радиолюбителей и получил заказ….

Схема электрическая фильтра НЧ

Скопируйте для увеличения

Сердце схемы, хорошо себя зарекомендовавшая TL074 (084), один сдвоенный переменный резистор, в таком нестандартном для меня включении, и немного пассивных компонентов (резисторы и конденсаторы). Решил, что для питания откажусь от всяких лишних стабилизаторов (7815 и 7915) — потребления схемы небольшое, и поэтому решено запитать схему по простому — пара стабилитронов (применил 1N4712), пара ограничивающих резисторов (1.5 kom у меня), небольшие электролиты по питанию и шунтирующие конденсаторы по 0,1 мкф — все это к основному питанию УНЧ сабвуфера (+-35 вольт в моём случае).

Монтаж выполнен на печатной плате из текстолита — скачать файл. Печатку немного подкорректировал под себя и добавил стабилитроны. Все элементы подписаны, наводите курсор на элементы — показывается его номинал. Переменные резисторы, регулирующий частоту среза и регулировки громкости, в моём варианте выведены с платы на проводках.

Приготовили плату? Тогда берём паяльник, и первым делом запаивайте стабилитроны с ограничивающими резисторами и конденсаторы, панельку для TL-ки. Подключите плату к источнику питания вашего УНЧ (у меня +-35 вольт) — удостоверьтесь что к 4 и 11 ножки микросхемы на панельки поступает +-12 вольт. Если всё правильно — паяем конденсаторы, резисторы.

Переменный резистор, на регулировку среза частоты — нужно подключать именно как нарисовано по схеме. Повторюсь, что схема не нуждается в настройках, правильный монтаж и чистка платки от флюса, если использовали упомянутый.

Общество

БезопасностьГражданские права и свободыИскусство(Музыка)Культура(Этика)Мировые именаПолитика(Геополитика)(Идеологические конфликты)ВластьЗаговоры и переворотыГражданская позицияМиграцияРелигии и верования(Конфессии)ХристианствоМифологияРазвлеченияМасс МедиаСпорт(Боевые искусства)ТранспортТуризмВойны и конфликтыАрмияВоенная техникаЗвания и награды

Как собрать модель с резисторами ПР2?

Простой фильтр низких частот с резисторами данного типа способен довольно успешно эксплуатироваться с блоком питания на 30 В. В этом случае параметр полосы пропускания обязан находиться на уровне не ниже 40 Гц. Положительная обратная связь в системе обеспечивается за счет стабильности колебаний.

Параметр отрицательного сопротивления во многом зависит от скважности импульсов. Расчет фильтра низких частот в данном случае необходимо проводить с учетом показателя концентрации

Конденсаторы в системе целесообразнее устанавливать емкостного типа. Диодные мосты в устройствах используются довольно редко. Обусловлено это именно отсутствием резонансных частот.

Синопсис Править

Расчет кроссовера

Кроссоверы для акустики авто самодельные

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

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

Кроссоверы для акустики на авто Пионер профессиональные

Ниже приводится инструкция о том, как рассчитать кроссовер:

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

Специальная программа для расчета кроссовера Crossover Elements Calculator

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

Кроме того, надо знать следующее:

  • Емкость конденсаторов, а вернее их значение вводится в Фарадах;
  • Индуктивность рассчитывается в Генри (mH).

Схема расчета фильтра выглядит примерно так:

Как рассчитать фильтр

Расчет кроссовера для акустики: делаем своими руками

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.

Расчет кроссовера

Кроссоверы для акустики авто самодельные

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

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

Кроссоверы для акустики на авто Пионер профессиональные

Ниже приводится инструкция о том, как рассчитать кроссовер:

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

Специальная программа для расчета кроссовера Crossover Elements Calculator

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

Кроме того, надо знать следующее:

  • Емкость конденсаторов, а вернее их значение вводится в Фарадах;
  • Индуктивность рассчитывается в Генри (mH).

Схема расчета фильтра выглядит примерно так:

Как рассчитать фильтр

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.

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.

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

Пассивный кроссовер

Что такое в акустике кроссовер

Наиболее доступной на сегодня считается именно пассивная фильтрация, так как она сравнительно проста в реализации. С другой стороны, не все так просто.Речь идет о следующих недостатках:

  • Согласовать параметры и значение фильтров с характеристиками излучателей колонок очень сложная штука;
  • В процессе эксплуатации может наблюдаться нестабильность параметров акустической системы. К примеру, если повысится сопротивление звуковой катушки при нагреве. В связи с этим значительно ухудшится достигнутое в процессе разработки согласование;
  • Фильтр, обладая внутренним сопротивлением, забирает некоторую часть выходной мощности усилителя. Одновременно с этим ухудшается демпфирование, а это сказывается на качестве звучания и четкости передачи нижнего регистра.

https://youtube.com/watch?v=5h40yD0brHo

Что такое кроссовер в акустике

Как известно, на сегодняшний день самыми распространенными акустическими системами считаются 2-х компонентные варианты.В них фильтр разделяет звуковой сигнал на два диапазона:

  • Первый диапазон предназначается исключительно для низких и средних частот. В данном случае используется кроссовер для нижних частот или ФНЧ;
  • Второй диапазон предназначен для ВЧ. Здесь уже используется другой фильтр ФВЧ.

Ниже приводится список требований, которым обязательно должен соответствовать кроссовер:

  • Фильтр не должен оказывать влияния на частотный спектр и волну выходящего аудиосигнала;
  • Должен создавать для усилителя, независимую от частоты нагрузку активного характера;
  • Должен суметь обеспечивать вместе с акустическими системами формирование диаграммы направленности. Это должно быть реализовано так, чтобы до слушателя доходило максимум излучения.

Кроссовер АС очень важен

Из статьи мы узнали, как проводится расчет кроссовера акустических систем своими руками. В процессе работ будет полезно также изучить схемы, посмотреть видео обзор и фото – материалы.Если научиться самостоятельно рассчитывать фильтр, платить за услуги специалистам не придется. Таким образом, цена операции сводится к минимуму, ведь надо только приложить немного терпения и уделить некоторое время изучению.

Идеальные и настоящие фильтры

Функция sinc , импульсная характеристика идеального фильтра нижних частот во временной области .


Частотная характеристика амплитуды усиления фильтра нижних частот первого порядка (однополюсного). Прирост мощности показан в децибелах (т. Е. Снижение на 3 дБ отражает дополнительное затухание половинной мощности). Угловая частота отображается в логарифмической шкале в радианах в секунду.

Идеальным фильтром нижних частот полностью устраняет все частоты выше частоты среза при прохождении тем ниже без изменений; его частотная характеристика является прямоугольной функцией и представляет собой обычный фильтр . Переходная область, присутствующая в практических фильтрах, не существует в идеальном фильтре. Идеальный фильтр нижних частот может быть реализован математически (теоретически) путем умножения сигнала на прямоугольную функцию в частотной области или, что эквивалентно, свертки с его импульсной характеристикой , функцией sinc , во временной области.

Однако идеальный фильтр невозможно реализовать без сигналов бесконечной протяженности во времени, и поэтому его обычно необходимо аппроксимировать для реальных текущих сигналов, потому что область поддержки функции sinc распространяется на все прошлые и будущие времена. Следовательно, фильтру потребуется бесконечная задержка или знание бесконечного будущего и прошлого, чтобы выполнить свертку. Это эффективно реализуемо для предварительно записанных цифровых сигналов, допуская расширение нуля в прошлое и будущее, или, что более типично, делая сигнал повторяющимся и используя анализ Фурье.

Реальные фильтры для приложений реального времени приближаются к идеальному фильтру путем усечения и оконной обработки бесконечной импульсной характеристики для получения конечной импульсной характеристики ; применение этого фильтра требует задержки сигнала на умеренный период времени, позволяя вычислениям немного «заглянуть» в будущее. Эта задержка проявляется как фазовый сдвиг . Для большей точности приближения требуется более длительная задержка.

Идеальный фильтр нижних частот приводит к появлению артефактов звона через явление Гиббса . Их можно уменьшить или усугубить путем выбора функции управления окнами, а предполагает понимание и минимизацию этих артефактов. Например, «простое усечение вызывает серьезные артефакты звона» при реконструкции сигнала, и для уменьшения этих артефактов используются оконные функции, «которые более плавно уменьшаются по краям».

Интерполяционной формуле Уиттакер-Шеннона описывает , как использовать идеальный фильтр нижних частот для восстановления непрерывного сигнала из дискретизированного цифрового сигнала . Настоящие цифро-аналоговые преобразователи используют приближения реальных фильтров.

Смотрите также

Основная полоса

Ссылки

Рейтинг автора
5
Материал подготовил
Максим Иванов
Наш эксперт
Написано статей
129
Ссылка на основную публикацию
Похожие публикации