Вход/Регистрация
Вход через соц. сети
Хотите больше знать об акустике и о том, что с ней связано

Методика создания акустических систем (часть №3)

Урок второй. Фильтры

Скачать "калькулятор" по нижеописанным формулам, в формате MS Excel.

Если вы думаете, что фильтры это просто кроссоверы, разделяющие сигнал на частотные полосы для соответствующих громкоговорителей, то вынужден буду разочаровать Вас. Все гораздо сложнее. "Просто кроссовер" нужен для идеальных динамиков с ровной АЧХ по звуковому давлению. Идеальных громкоговорителей не существует. В лучшем случае, некоторые типы динамиков позволяют обеспечивать приблизительно приемлемую балансировку АЧХ при "лобовом" использовании кроссоверов.

Положение усложняется из-за сложного взаимодействия громкоговорителей в полосе передачи "эстафеты" от более низкочастотного к более высокочастотному. Например, имеем замечательно ровные в своих полосах СЧ и ВЧ динамики с аккуратными спадами АЧХ вне полос. При совместной работе получаем "кривейшую" АЧХ.

Особенно проблематично для новичка состыковать НЧ и СЧ динамики. Приемы такой стыковки - тема отдельной статьи. Для начала необходимо набраться опыта, настраивая двухполосную АС. Даже самые простые фильтры - мощный инструмент в умелых руках, позволяющий приблизить АЧХ реальной АС к желаемому идеалу.

Начнем с разделительных фильтров.

Для НЧ-СЧ головок фильтры первого порядка (катушка индуктивности, включенная последовательно с динамиком) чаще всего не подходят. Эти фильтры недопустимо деформируют АЧХ в полосе пропускания, "заваливают" середину, делая звучание тусклым, неритмичным, "муторно" гудящим. В некоторых случаях такой фильтр позволяет чуть скорректировать АЧХ в верхней части диапазона воспроизводимого НЧ-СЧ головкой. При этом частота среза такого фильтра близка верхней частоте, воспроизводимой динамиком.

Редкие разновидности динамиков имеют рост отдачи, пропорциональный повышению частоты сигнала на протяжении нескольких октав. Сбалансировать АЧХ в этих случаях можно попробовать подбором значения индуктивности фильтра первого порядка. Обычно приемлемы фильтры второго порядка. Они позволяют исключить сильные искажения АЧХ в полосе пропускания.

Подбором сочетаний величины емкости и индуктивности фильтра второго порядка можно обеспечить в полосе около частоты среза спад или подъем АЧХ, действуя фильтром, как эквалайзером. Это - один из методов оптимизации АЧХ. На Рис. 3 показан фильтр второго порядка. Емкость включена параллельно динамику.

Фильтр

Первое приближение.

Рассчитаем значения L1 и С1 для фильтра без подъема или спада на частоте среза. Поверим значению импеданса, приведенному производителем. Если бумажек нет, померяйте сопротивление по постоянному току и умножьте результат на 1,25. Обозначим полученное значение |Z|, или если не строить из себя больших ученых - просто R.

Индуктивность

Емкость

, где Fс - частота среза.

Например: R=4 Ом, Fс = 1,6 кГц.

Пример

Пример

Для справки:

Частота

В этом случае модули (величины без учета фазы) сопротивления L1 и C1 на частоте Fс равны R, то есть 4Ом. Кстати, на частоте среза модули сопротивления L1 и C1 всегда равны.

Если выравнивание АЧХ требует подъема на Fc, скажем, на 1 дБ, то есть примерно но 10%, необходимо снизить модули сопротивления L1(|ZL1|) и C1(|ZC1|) примерно на 10% по сравнению с R=4 Ом, то есть до 4 Ом*0,9 = 3,6 Ом.

Индуктивность

Емоксть

Частота среза остается прежней, но на Fс на головку подается ~110% сигнала за счет повышенного потребления тока от усилителя и преобразования его "звенящим" фильтром с добротностью больше единицы в форсированный сигнал на головке.

Если надо "завалить" область около FC на 1 дБ, то нужно пересчитать фильтр, как будто его нагрузка - сопротивление динамика примерно 1,1*4 Ом = 4,4 Ом. Проще получить нужные значения, увеличив L1 и уменьшив С1. Тогда FC не изменится, а |ZL| и |ZC| будут равны 4,4 Ом.

L1 = 398 uН*1,1 = 438 uН;

С1 = 24,9 uF/1,1 = 22,64 uF.

Для справки:

Сопротивление

Сопротивление

Учтите, что при необходимости увеличения отдачи в области около FC, придется смириться с падением импеданса АС в этой же области. Падение импеданса необходимо контролировать. Попробуйте следующий простой способ:

1 этап. Подключите к выходу Вашего усилителя цепь, показанную на Рис. 4а. На этом рисунке значок "+" соответствует красной клемме, а "-" - черной. На результаты измерений перемена полярностей не влияет.

Схема

Подайте на вход усилителя синусоидальный сигнал частотой 1 кГц от генератора. Регулятором громкости усилителя и регулятором выходного уровня генератора установите на выходных клеммах усилителя ~1В действующего напряжения. Для этого Вам понадобится вольтметр, способный измерять действующее значение напряжения в области звуковых частот.

Переключите вольтметр для измерения напряжения на выходах резистора R2. Прибор покажет ~38,5 мВ. Подрегулируйте уровень сигнала до показаний вольтметра ~40 мВ.

2 этап. Подключите Вашу АС вместо R2. Плавно изменяйте частоту сигнала на выходе генератора. Вы увидите, что показания вольтметра изменяются. Эти изменения пропорциональны частотно-зависимому значению импеданса Ваших АС. Можно зарисовать измеряемую характеристику. По горизонтальной оси нарисуйте шкалу частоты. По вертикальной оси - шкала уровня напряжения. Шкалы частоты и уровня выполняются в логарифмическом масштабе. Пример пустого бланка - на Рис. 5.

Пример пустого бланка

Особенно внимательно ищите минимумы напряжения, плавно меняя частоту. Эти точки на характеристике соответствуют минимумам импеданса АС.

С достаточной точностью можно считать, что значение импеданса |ZАC| равны показаниям вольтметра, поделенным на 10. Например, 40 мВ соответствует 4 Ом, 30 мВ - 3 Ом. Если у Вас нет чувствительного вольтметра, то поможет хороший тестер. В режиме измерения переменного напряжения тестер является вольтметром. Верить его показаниям можно до 2…5 кГц. Выше может быть существенная погрешность. Сверьтесь с паспортом тестера.

Не все модели тестеров позволяют измерять с хорошей точностью сигналы, величиной десятки милливольт. Можно, в этом случае, установить на клеммах усилителя выходной сигнал не 1, а 10В. В режиме наших измерений усилитель нагружен на сопротивление более 100 Ом. Такая высокоомная нагрузка позволяет развить 10В действующего напряжения даже большинству маломощных усилителей, причем, без перегрева усилителя.

К сожалению, при 10 Вольтах на выходе есть опасность сжечь резистор цепи, обеспечивающей устойчивость, который присутствует в схемах многих усилителей. Поэтому не стоит проводить измерения на частотах выше 3 кГц.

Понятно, что в режиме "10 вольт" на пробном резисторе R2 надо установить не 40 мВ, а 400 мВ. Соответственно, шкала напряжения на Рис. 5 будет проградуирована от 125 мВ до 6000 мВ (6 Вольт). При этом показания вольтметра делим на 100 и получаем величину импеданса АС. Например, 400 мВ соответствует 4 Ом.

Часть №1

Часть №2

Часть №4

Часть №5

Часть №6

Часть №7 - заключительная

Добавить комментарий

Что бы вы хотели почитать?

Итоги

Радиолюбителю

Новости

  • 22 Января 2015
    Первый в мире bluetooth-граммофон
    Gramovox — bluetooth-граммофон, работающий на одной зарядке 15 часов. Устройство оснащено металлическим горном,...
  • 05 Августа 2013
    Сумасшедшие колонки
    Уникальная акустическая система Xcellon DWS-100B удивит вас танцем воды и световым шоу. Две колонки, питающиеся от USB портов,...
  • 22 Октября 2012
    Обновление сайта
    Вот в очередной раз обновили сайт. Работ было много сделано в короткий срок, так что возможны разные баги на сайте. Что...
  • 05 Марта 2011
    Парящая акустика
    Внешний вид акустики Dome, состоящей из двух сателлитов и сабфуфера, весьма привлекательный за счет геодизайна. Корпуса и...
  • 05 Марта 2011
    Акустика из переработанной бумаги
    Эко меломаны будут обожать TAU акустику за их экологический состав. Сделаны из переработанных материалов, составляющих акустической...
  • Все новости

Последние комментарии

  • Сложно выбрать акустики, черт! Подробнее...
    By Павел Сайк
  • Замечательно выглядят Подробнее...
    By Павел Сайк
  • Конечно кабель влияет ну звук! Это очевидно для те... Подробнее...
    By Alex
  • Яплакалъ, столько трудов ради шмистаря говняного Подробнее...
    By Александр
  • Добрый день. Помогите с размером трубы для настрой... Подробнее...
    By вячеслав
Наверх