Фильтр с регулировкой частоты среза

Сообщества › Автозвук › Блог › Выбираем частоту среза

Стырено с просторов Магнитолы от уважаемого zANderLEX
Посчитал, что будет многим полезно и интересно.

Один из обязательных этапов настройки звучания в салоне автомобиля — подбор оптимального разделения частот между всеми излучающими головками: НЧ, НЧ/СЧ, СЧ (если есть) и ВЧ. Есть два способа решения этой проблемы.

Во-первых, перестройка, а зачастую и полная переделка штатного пассивного кроссовера, во-вторых — подключение динамиков к усилителю, работающему в режиме многополосного усиления, так называемые варианты включения Bi-amp (двухполосное усиление) или Tri-amp (трехполосное усиление).

Первый способ требует серьезных знаний электроакустики и электротехники, поэтому для самостоятельного применения доступен только специалистам и опытным радиоэлектронщикам-любителям, а вот второй хотя и требует большего числа каналов усиления, доступен и менее подготовленному автолюбителю.

Тем более что подавляющее большинство продаваемых усилителей мощности изначально снабжены встроенным активным кроссовером. У многих моделей он настолько развит, что с успехом и достаточно высоким качеством позволяет реализовать многополосное включение АС с большим числом динамиков. Однако отсутствие развитого кроссовера в усилителе или головном устройстве не останавливает поклонников этого метода озвучивания салона, поскольку на рынке представлено множество внешних кроссоверов, способных решать данные задачи.

Вначале следует сказать, что стопроцентно универсальных рекомендаций мы вам не дадим, поскольку их не существует. Вообще, акустика — это область техники, где эксперименту и творчеству отведена большая роль, и в этом смысле поклонникам аудиотехники повезло. Но для проведения эксперимента, чтобы не получилось, как у того сумасшедшего профессора — со взрывами и дымом, — необходимо соблюдать определенные правила. Первое правило — не навреди, а о других речь пойдет ниже.

Больше всего трудностей вызывает включение СЧ- и (или) ВЧ-компонентов. И дело здесь не только в том, что именно эти диапазоны несут максимальную информационную нагрузку, отвечая за формирование стереоэффекта, звуковой сцены, а также сильно подвержены интермодуляционным и гармоническим искажениям при неправильной установке частоты разделения, но и в том, что от этой частоты непосредственно зависит и надежность работы СЧ- и ВЧ-динамиков.

Выбор нижней граничной частоты диапазона сигналов, подаваемых на ВЧ-головку, зависит от числа полос акустической системы. Когда применяется двухполосная АС, то в наиболее типичном случае, т.е. при расположении НЧ/СЧ-головки в дверях, для поднятия уровня звуковой сцены граничную частоту желательно выбрать как можно ниже. Современные высококачественные ВЧ-динамики с низкой резонансной частотой FS (800-1500 Гц) могут воспроизводить сигналы уже с частоты 2000 Гц. Однако большинство используемых ВЧ-головок имеют резонансную частоту 2000-3000 Гц, поэтому следует помнить, что чем ближе к резонансной частоте мы устанавливаем частоту разделения, тем большая нагрузка ложится на ВЧ-динамик.

В идеале, при крутизне характеристики затухания фильтра 12 дБ/окт, разнос между частотой разделения и резонансной частотой должен быть больше октавы. Например, если резонансная частота головки 2000 Гц, то с фильтром такого порядка частота разделения должна быть установлена равной 4000 Гц. Если очень хочется выбрать частоту разделения 3000 Гц, то крутизна характеристики затухания фильтра должна быть выше — 18 дБ/окт, а лучше — 24 дБ/окт.

Есть еще одна проблема, которую необходимо учитывать при установке частоты разделения для ВЧ-динамика. Дело в том, что после согласования компонентов по воспроизводимому диапазону частот вам необходимо еще согласовать их по уровню и фазе. Последнее, как всегда, является камнем преткновения — вроде бы все сделал правильно, а звук «не тот». Известно, что фильтр первого порядка даст сдвиг фазы на 90°, второго — 180° (противофаза) и т.д., поэтому во время настройки не поленитесь послушать динамики с разной полярностью включения.

К диапазону частот 1500-3000 Гц человеческое ухо очень чувствительно, и для того, чтобы передать его максимально хорошо и чисто, следует быть крайне осторожным. Сломать (разделить) звуковой диапазон на этом участке можно, но следует подумать, как потом правильно устранить последствия неприятного звучания. С этой точки зрения более удобная и безопасная для настройки — трехполосная акустическая система, а используемый в ней СЧ-динамик позволяет не только эффективно воспроизводить диапазон от 200 до 7000 Гц, но и более просто решить проблему построения звуковой сцены. В трехполосных АС ВЧ-динамик включают на более высоких частотах — 3500-6000 Гц, то есть заведомо выше критичной полосы частот, а это позволяет снизить (но не исключить) требования к фазовому согласованию.

Прежде чем обсудить выбор частоты разделения СЧ- и НЧ-диапазонов, обратимся к конструктивным особенностям СЧ-динамиков. В последнее время у инсталляторов очень популярны СЧ-динамики с купольной диафрагмой. По сравнению с конусными СЧ-динамиками они предоставляют более широкую диаграмму направленности и проще в установке, поскольку не требуют дополнительного акустического оформления. Основной их недостаток — высокая резонансная частота, лежащая в пределах 450-800 Гц.

Читайте также:  Регулировка трамблера москвич 412

Проблема в том, что чем выше нижняя граничная частота полосы сигналов, подаваемых на СЧ-динамик, тем меньше должно быть расстояние между СЧ- и НЧ-головками и тем более критично, где именно стоит и куда сориентирован НЧ-динамик. Практика показывает, что купольные СЧ-динамики без особых проблем с согласованием можно включать с частотой разделения 500-600 Гц. Как видите, для большинства продаваемых экземпляров это достаточно критичный диапазон, поэтому, если вы решились на такое разделение, порядок разделительного фильтра должен быть достаточно высоким — например, 4-й.

Следует добавить, что в последнее время стали появляться купольные динамики с резонансной частотой 300-350 Гц. Их можно использовать, начиная с частоты 400 Гц, но пока стоимость таких экземпляров достаточно высока.

Резонансная частота СЧ-динамиков с конусным диффузором лежит в пределах 100-300 Гц, что позволяет использовать их, начиная с частоты 200 Гц (на практике чаще используется 300-400 Гц) и с фильтром невысокого порядка, при этом НЧ/СЧ-динамик полностью освобождается от необходимости работать в СЧ-диапазоне. Воспроизведение без разделения между динамиками сигналов с частотами от 300-400 Гц до 5000-6000 Гц дает возможность добиться приятного, высококачественного звучания.

Постепенно мы добрались до НЧ-диапазона. Современные СЧ/НЧ-динамики позволяют эффективно работать в полосе частот от 40 до 5000 Гц. Верхняя граница его рабочего диапазона частот определяется тем, откуда начинает работать высокочастотник (в 2-полосной АС) или СЧ-динамик (в 3-полосной АС).

Многих волнует вопрос: стоит ли ограничивать его диапазон частот снизу? Что же, давайте разберемся. Резонансная частота современных НЧ/СЧ-динамиков типоразмера 16 см лежит в пределах 50-80 Гц и благодаря высокой подвижности звуковой катушки эти динамики не столь критичны к работе на частотах ниже резонансной. Тем не менее воспроизведение частот ниже резонансной требует от него определенных усилий, что приводит к снижению отдачи в диапазоне 90-200 Гц, а в двухполосных системах еще и качества передачи СЧ-диапазона. Поскольку основная энергия ударов бас-бочки приходится на диапазон частот от 100 до 150 Гц, то первое, что вы теряете, четко выраженный панч (punch — удар). Ограничивая снизу при помощи ФВЧ диапазон воспроизводимых НЧ-головкой сигналов на 60-80 Гц, вы не только позволите ей работать намного чище, но и получите более громкое звучание, другими словами — лучшую отдачу.

Воспроизведение сигналов с частотами ниже 60-80 Гц лучше возложить на отдельный динамик — сабвуфер. Но помните, что звуковой диапазон ниже 60 Гц в автомобиле не локализуется, а значит, место установки сабвуфера не столь существенно. Если вы это условие выполнили, а звук сабвуфера все равно локализуется, то в первую очередь необходимо увеличить порядок ФНЧ. Не следует также пренебрегать и фильтром подавления инфранизких частот (Subsonic, или ФИНЧ). Не забывайте, что у сабвуфера тоже есть своя резонансная частота и, отсекая частоты, лежащие ниже нее, вы добиваетесь комфортного звучания и надежной работы сабвуфера. Как показывает практика, погоня за глубокими басами существенно удорожает стоимость сабвуфера. Поверьте, если собранная вами звуковая система с хорошим качеством воспроизводит звуковой диапазон от 50 до 16 000 Гц, этого вполне достаточно, чтобы комфортно слушать музыку в автомобиле.

Способы сопряжения головок.

Довольно часто возникает вопрос: следует ли иметь одинаковый порядок фильтров НЧ и ВЧ? Вовсе не обязательно, и даже совсем не обязательно. Например, если вы установили двухполосную фронтальную АС с большим разнесением динамиков, то чтобы компенсировать провалы ЧХ на частоте разделения, НЧ/СЧ-головку зачастую включают с фильтром меньшего порядка. Более того, даже не обязательно, чтобы частоты срезов ФВЧ и ФНЧ совпадали.

Скажем, для компенсации избыточной яркости в точке разделения НЧ/СЧ-головка может работать до 2000 Гц, а высокочастотник — начиная с 3000 Гц. Важно помнить, что при использовании фильтра первого порядка разность между частотами среза ФВЧ и ФНЧ должна быть не больше октавы и уменьшаться с увеличением порядка. Такой же прием используется при сопряжении сабвуфера и мидвуфера для ослабления стоячих волн (бубнения басов). Например, при настройке частоты среза ФНЧ сабвуфера на 50-60 Гц, а ФВЧ НЧ/СЧ-головки на 90-100 Гц, по заверениям знатоков, полностью устраняются неприятные призвуки, обусловленные естественным подъемом АЧХ в этой частотной области из-за акустических свойств салона.

Так что если и работает в car audio правило перехода количества в качество, то подтверждается оно только в отношении стоимости отдельных компонентов и человеко-лет, определяющих опыт и мастерство установщика, который заставит систему раскрыть свой звуковой потенциал.

Читайте также:  Регулировка плуга на мтз 80 с картинками

Источник

Фильтр высоких частот (ФВЧ) и фильтр низких частот (ФНЧ/LPF) в ламповом усилителе

Очень хотелось перейти к теме ламповых усилителей, их простой и увлекательной схемотехнике, особенностям окружения для них и прочим моментам, но я понял, что если начать рассказ сразу с какого то интересного, но произвольного момента, то без некоторых теоретических знаний читатель может не повысить грамотность, а все так же тыкать палкой дохлую белку (менять конденсаторы и резисторы методом тыка), в надежде, что белка оживет.

Если посмотреть на многие схемы ламповых усилителей, то глаз без труда увидит цепочки фильтров. Они могут образовываться там, где начинающий разработчик о них и не помышлял, это же касается и местной обратной связи.

Поэтому сегодня генеральная репетиция перед основным вхождением в тему лампового усиления – будем разбираться с фильтрами.

В схемотехнике часто применяется фильтр низких частот и фильт высоких частот. Эта тема уже понималась в материалах по ЦАП на сайте, но там была своя специфика.

Первое – название фильтра не то, чем кажется.

Например, ФИЛЬТР НИЗКИХ ЧАСТОТ занимется тем, что… обрезает ВЫСОКИЕ ЧАСТОТЫ.

Или другими словами, он пропускает низкие частоты до определенной частоты, выше которой – все, проход закрыт. По английски этот фильтр называется более вразумительно – LPF – Low Pass Filter – фильтр пропускающий низкие частоты.

Т.е. если в вашей схеме нужно ограничить частотный диапазон по верхнему краю, например от 0 до 35000 гц, то вам нужен фильтр Низких Частот (ФНЧ), который вы настроите на граничную частоту в 35000 Гц.

Другая ситуация, когда вы хотите отрезать низкие частоты – тогда вам нужно использовать Фильтр Высоких Частот (ФВЧ).

ФВЧ пропускает все частоты от нижней заданной частоты и выше.

Например, нужно чтобы диапазон частот устройства начинался с 20 Гц и далее.

Вам нужен ФВЧ фильтр, который отрежет все нижние чатсоты от 0 до Гц, а все что выше 20 Гц не тронет.

Фильт высоких частот и низких образуется на схеме из связки резистор и конденсатор, что связано с особенностями реагирования элементов на определенные частоты.

В фильтре высоких частот сперва стоит конденсатор, а затем резистор, смотрите картинку.

напомню, в ФВЧ вы указываете, что срезать все, что ниже указанной частоты среза. Например 20 гц, и все что ниже не пройдет, а все что выше 20 гц – пройдет. Т.е. вы срезаете “низы” фильтром высоких частот.

Фильтр низких частот (ФНЧ) так же состоит только из резистора и конденсатора, но они меняются местами, смотрите картинку ниже:

И соответственно вы задаете верхнюю границу среза, т.е. срезаете “верха”, а все что ниже – остается. Например вы задаете 35 кГц, и все что выше – не пройдет, а все что ниже – останется.

Ну и логично, что чтобы ограничить диапазон устройства параметрами 20 Гц – 20 кГц понадобится использовать оба фильтра порезав частоты и сверху (ФНЧ) и снизу (ФВЧ).

Для простоты запоминания – ФНЧ – срезает “верха”, ФВЧ – срезает “низы”.

Такая вверх тормашками логика.

Теперь используем немного математики, чтобы определить, какие номиналы резастора и конденсатора нужны, чтобы получить необходимую частоту среза.

Так как в схемах ламповых усилителей вы чаще всего увидите фильтры высоких частот, то давайте посмотрим на какую-то подобную схему и определим, на какой частоте срез задал неизвестный нам автор схемы (схема взята из интернет).

Честно, чтобы подобрать схему для демонстрации примера мне пришлось потратить время, ибо в 9 из 10 случаев авторы схем, как я понял, вообще не понимали смысл используемых номиналов и значения фильтра были просто бредовый.

Посмотрите внимательно на кусочек схемы, видите ли вы ФВЧ фильтр? Если пока не смогли ее определить, то ниже я выделил ФВЧ заключив в красный квадрат.

Давайте определим какие частоты срезает этот фильтр. Так как это ФВЧ (фильтр высоких частот), то он срезает “низы”. Соответственно наверняка это какое-то небольшое значение в герцах, до 20-30.

Все формулы расчитываются в основных значениях, т.е в Омах, Фарадах, Герцах, а не мега, кило, микро и тд.

Поэтому прежде всего нам понадобится знание как перевести микро/пико/нано/кило, мега в адекватные для расчета значения.

1 мегаом = 1000000 Ом

Давайте для примера 100 микрофарад преобразуем в фарады.

100 мф превращаются в 0,0001(00) Ф.

Посчитайте количество цифр после запятой – оно равно 4.

Иначе считаем так – умножаем 100 мФ на число в котором 6 цифр после запятой, последняя не ноль:

100 * 0,000001= 0,0001 Ф

Хорошо, основы дворовой математики закрепим чуть ниже.

Формула по которой считается частота среза следующая:

Читайте также:  Отвертка для регулировки карбюратора хускварна 128r

Fсреза = 1/ 2Пи * R * C

R – номинал резистора фильтра

С- номинал конденсатора фильтра

Пи – число равно 3,14, соответственно 2Пи = 2*3,14 = 6,28

Значение конденсатора 0,1.

В схемах (в отличие от формул) принято указывать значения в микрофарадах, если не указано никаких пояснений.

Следовательно значение конденсатора 0,1 мФ.

Резистор установлен с номиналом 68К.

Переведм значения для расчета.

1кОм = 1000 Ом, следовательно

68 КОМ = 68*1000 = 68000 Ом.

Теперь считаем частоту среза.

Fсреза = 1/ 2Пи * R * C

Fсреза = 1 / 6,28 * 68000 * 0,0000001 = 23 Гц

Итого, автор схемы установил частоту среза ФВЧ на значении 23 Гц.

Т.е. все частоты, что ниже 23 Гц будут отрезаны, а все что выше 23 Гц спокойно будут проходить дальше.

Давайте так же посмотрим промышленную, как я понял, схему.

В ней значение конденсатора такое же, но значение резистора большее = 100 к.

Посчитаем, на какую частоту среза настроен этот ФВЧ.

Fсреза = 1/ 2Пи * R * C

Fсреза = 1/6.28 * 100000 * 0.0000001 = 16 Гц

В завершении проанализируем еще одну схему лампового усилителя с точки зрения используемых ФВЧ фильтров.

Смотрим рисунок ниже.

Это схема усилителя на популярных лампах 6н3п + 6п14п.

Поищем цепочки фильтров.

Один фильтр образуется на входе из сочетания входного конденсатора С7 (6,8 мФ) отрезающего постоянный ток, чтобы он не попал на сетку лампы и регулятора громкости R12 (22K).

Понятно, что меняя сопротивление переменного резистора R12 и частота среза будет изменяться – это мы тоже ниже исследуем.

Второй ФВЧ фильтр установлен на входе ко второму каскаду на 6П14П.

Резистор 220 К = 220000 Ом

Fсреза = 1/ 2Пи * R * C

Fсреза = 1/ 2Пи *220000 * 0,00000047 =1/6,28*220000*0,00000047=1,5 Hz

Т.е. на входе лампы 6п14п происходит срез низких частот начиная с 1,5 Гц.

Мне это кажется как-то странным, но я и не специалист в ламповой схемотехнике.

Ладно, посмотрим, что происходит на входе усилителя, где так же срезается звуковой диапазон.

С = 6,8 мФ в микрофарадах получится

т.е. 6 значений после запятой для целого числа (6,8 = 6 целое, 8 дробное) + далее идут дробные.

Итого 6,8 мФ= 0,0000068

или если кому проще, для перевода из мФ в Ф, умножьте микрофарады на 0,000001 (6 чисел после запятой).

6,8мф = 6,8*0,000001 = 0,0000068 Ф

Резистор 22К = 22000 Ом

Fсреза = 1/ 2Пи * R * C

Fсреза = 1/ 2Пи * 22000 * 0,0000068 Ф = 1/6.28*22000*0,0000068 = 1 Hz

Хорошо, переменный регулятор при значении сопротивления в 22К, задает фильтру значение в 1 Гц.

А если мы крутим ручку громкости на 50%, сделав сопротивление меньше – 11 кОм, что произойдет с фильтром?

Fсреза = 1/ 2Пи * 11000 * 0,0000068 = 1/6.28*11000*0,0000068 = 2 Hz

И если выкрутим ручку громкости полностью, сделав сопротивление, пусть 1 кОм = 1000 Ом.

Fсреза = 1/ 2Пи * 1000 * 0,0000068 = 1/6.28*11000*0,0000068 = 23 Hz

Итого мы наблюдаем картину, что на входе фильтр плавает в диапазонах 1-23Гц, а на входе второй лампы пытается ограничивать на рубеже 1,5 Гц и ниже. Чтобы понять логику этого наверное нужно вникать в схему глубже, мы же пока лишь исследуем фильтры.

Для чего вообще нужно ограничивать диапазон ответ следующий, в конструкции используются трансформаторы с не бесконечными характеристиками, и зная, что например ваш выходной трансформатор умеет работать только от 30 Гц, нет никакого смысла гонять по схеме частоты, которые ваш усилитель не сможет воспроизвести.

Поэтому исходя их характеристик трансформатора ограничивают диапазон его возможностями. В схеме выше, так, навскидку, я логики такого ФВЧ не понял. Если среди читающих этот материал есть люди собаку съевшие на ламповом усилителе – подключайтесь к обсуждению, делитесь своими знаниями.

После этого материала вам вероятно несложно будет самостоятельно определить используется ли фильтр частот в схеме и на какой срез он рассчитан.

А раз так, то самое время перейти к теме ламповой схемотехники и самостоятельной разработки схемы лампового усилителя, после обзорного материала.

20 Комментарии

ну да ссср за 70 лет не сделал ни одного усилителя на лампе, я имею ввиду для дома..а тут сразу все найдут ответ..

В данной схеме это как фильтр не имеет значения.все равно низкие частоты через трансформатор не ходят

Если нч через трансформаторы не ходят, как объясните этото график :

странно,неожиданно для меня,попробую разобраться в каких условиях может быть получен такой чудо-график

странно,неожиданно для меня,попробую разобраться в каких условиях может быть получен такой чудо-график

Удивительного здесь ничего нет. Посмотрите схему на стр. 36:https://docviewer.yandex.ru/view/138446819/. Прочтите о технологии изготовления трансформатора. Мне однажды в ремонт попадалась кассетная дека Кенвуд, ну и до кучи принесли усилитель Акай, что интересно, со схемой. Аналогичная трансформаторная схема.

@ SenyaG:
Что-то не получилось загрузить. В общем, журнал “Радио”, 1981-й год, №1, стр.36.

Источник

Оцените статью
( Пока оценок нет )
Поделиться с друзьями
Настройки и регулировки