Фильтр для акустики схема

На сайте радиочипи представлены принципиальные схемы сабвуферов, собранные своими руками

Конденсаторы — это неизбежное «зло», которое вынуждены, стиснув зубы, терпеть аудиофилы. Многие типы конденсаторов «плохо звучат».

Например, пресловутая керамика Н90 — из-за пьезоэлектрического эффекта. А как другие типы, скажем, пленочные? Тут можно написать целую поэму. Но можно ли строить частотнозависимые цепи без них, только с помощью дросселей (индуктивностей)? Оказывается, можно. И не только можно, но и нужно!

Мои старые акустические колонки постройки до 1980 г. изредка подвергались доработкам. Из-за порванного диффузора головка 4ГД8-Е была заменена на 5ГДШ5-4 (это почти одно и то же), а заодно и вторая. Головки 25ГД-26 были включены «дублетом» («лицом к лицу») (1). И рамку с защитной радиотканью пришлось окончательно снять. А вот фильтры оставались прежние.

На низких частотах — второго порядка, на средних и высоких — третьего. И АЧХ по звуковому давлению была неплохой. Но звучание…! Не чувствовалось разницы между разными усилителями, а не то что между проводами из меди и серебра.

Настало время заменить фильтры. А какие выбрать? За эти годы появилась масса противоречивой информации. Аудиофилы особенно ругали конденсаторы. Сначала советовали делать фильтры не выше первого порядка, потом отказывались делать такие фильтры и строили четвертого, а кое-кто дошел и до шестого порядка.

Анализировали групповое время задержки (ГВЗ) и ФЧХ, двигали ВЧ-излучатель вперед, назад… и даже в сторону. Полнейший «разброд»: от однополосных АС на 4А28 до 4-5-6-полосных… и т.п. Как-то, разгребая распечатки материалов из Интернета, наткнулся на статью А. Юренина о последовательных кроссоверах.

Там автор говорит, что они появились в 1969 г. Но сами схемы я встречал еще в 1961 г. (2). где автор ссыпается на немецкий журнал по технике связи за 1959 г. Суть дела не в этом, а в том. что Юренин привел схему кроссовера для акустики, в которой нет конденсаторов (схема запатентована и используется в производимых фирмой Acoustic Reality акустических системах).


Вот эта схема (рис.1). Она очень проста. Так как мои АС тоже трехполосные, я решил начать переделку фильтров именно с этой схемы. Проведем небольшой анализ. Нарисуем простейший последовательный кроссовер, «первого порядка» так, как его принято изображать (рис.2). Здесь присутствует конденсатор С1. а на рис.1 такого конденсатора нет Но зато там добавлено звено L1-R1. представляющее собой для СЧ- и НЧ-излучателей фильтр нижних частот.


На L1 выделяются верхние частоты и попадают в ВЧ-излучатель BA1. L2-Rваз — это еще один фильтр нижних частот, которые выделяются в ВАЗ, а выделяющиеся на L2 средние частоты попадают в СЧ-излучатель ВА2. Вот и вся премудрость! Главное, чтобы сопротивление излучателей было чисто активным.

Но излучатели (головки) электродинамического типа не могут иметь чисто активного сопротивления, поскольку у них имеется катушка с железным сердечником. Повторение схемы по рис.1 приводит к печальному результату: средних частот явно мало из-за индуктивности головки ВАЗ. Займемся НЧ-излучателем.

Для проведения этой работы понадобятся генератор звуковых частот с Uвых.max = 10В, электронный вольтметр (например, B3-38) или мультиметр. Известно, что для выравнивания входного сопротивления динамика в попосе частот требуется применение цепи Цобеля и последовательного контура на частоте резонанса [3].

Но на НЧ резонансный контур почти никогда не ставится из-за своей громоздкости и отдаленности резонанса динамика от частот раздела НЧ-СЧ/ВЧ (0.3.. .3 кГц). Для выбора R1 иС1 (рис.3) нужно знать сопротивление динамика ВА по постоянному току Re: и индуктивность его катушки Lк.

Рекомендуются такие формулы:

Re моих двух последовательно включенных динамиков составляет 7.2 Ом. Таким образом, R1=9 Ом, а С1 =?. т.к. Lк неизвестна. Чтобы определить Lк, нужно измерить сопротивление динамика на разных частотах.

Схема измерения проста и показана на рис.4. Результаты сведены в табл.1. Поделив показания вольтметра PV1 в милливольтах на 10 (вторая строка таблицы), получаем сопротивление Zва в омах (третья строка).

Из табл.1 находим Fz— частоту, на которой индуктивное и активное сопротивления динамика примерно равны, т.е. частоту, где

Некоторые авторы предлагают брать R1=Rе. Я взял R1=8 Ом, тогда С1 =30 мкФ. Можно использовать бумажный конденсатор типа МБГО 30,0×160 В. В нижней строке табл.1 приведены результаты измерения сопротивления НЧ-динамика с RC- цепью Цобеля (8.2 Ом, 30 мкФ). Неплохая, однако, получилась компенсация! Теперь НЧ излучатель можно включить в схему по рис.1. Провала на средних частотах не будет.

СЧ-излучатель 5ГДШ5-4 имеет Rе=3.5 Ом и отдачу почти в 3 раза большую, чем НЧ-головка, и здесь требуется выравнивание отдачи. Проделав измерения по определению Lк для этой головки, найдем частоту Fz. с которой начинает расти Z.

Это примерно 4…5 кГц. Для выравнивания отдачи целесообразно включить последовательный резистор, как показано на рис.5. не используя цепь Цобеля. Образуется делитель с коэффициентом передачи на НЧ Кп:

Частота Fz такой цепи увеличится в 4 раза и составит 16…20 кГц, так что цепь Цобеля и не понадобится. А входное сопротивление доведем до приемлемой величины, включив параллельный резистор R1 сопротивлением 15 Ом, как показано на рис.6.

При этом эквивалентное сопротивление Z составит:

Это позволяет включить СЧ-иэлучатель в схему на рис.1. Включение последовательного резистора с сопротивлением, почти в 4 раза большим, чем Rе, уменьшает нелинейные искажения СЧ-головки, приближая эквивалентное сопротивление генератора к источнику тока.

Варьируя R1 и R2 (рис.6), можно точно подобрать коэффициент деления, нужный для одинаковой отдачи СЧ- и НЧ-головок. Очень важно отметить, что на средних частотах действительно нет конденсаторов (кроме С1 в НЧ-звене, рис.З), а частоту раздела НЧ-СЧ можно сдвигать, изменяя только одну индуктивность —L2 на рис. 1.

ВЧ-излучатель — 6ГД11. Его Re=5,6 ОМ. Zва =7,3 ОМ на частоте 5 кГц и далее растет до 12,5 Ом на частоте 20 кГц. Чаще всего цель Цобеля не ставят, т.к.частота раздела — 4…8 кГц, а рост Zва с увеличением частоты незначительно сказывается на звучании.

Выбор частот раздела НЧ-СЧ и СЧ-ВЧ производится из следующих соображений. Так как использованы фильтры первого порядка, частоты разделов должны отстоять от резонанса соответствующего излучателя не менее, чем на 2 октавы [3], т.е. fнч-сч>600 Гц (fpeз

150 Гц у 5ГДШ5-4), а fсч-вч > 6 кГц (fрез = 1,5 кГц у 6ГД11).

Для лучшей защиты ВЧ-излучателя от НЧ-колебаний пришлось поставить последовательно с излучателем 6ГД11 дополнительный конденсатор емкостью 2.2 мкФ (К73-16, Umax=160 В). Без него на повышенной громкости появлялись какие-то призвуки.

В СЧ-излучателе я применил открытое оформление (бокс без задней стенки размерами 220x140x75 мм). Теперь его можно легко разворачивать под нужным углом к слушателю. Заклеил окна диффузородержателя (корзины) хлопчатобумажным ватином и довел таким образом полную добротность до 0,65. Окончательная схема громкоговорителя приведена на рис.7а.


Конструктивно катушка L2 выполнена бескаркасной и имеет сопротивление постоянному току RL2=0.4 ОМ. При желании индуктивность катушки можно легко изменять (увеличивать), вдвигая в нее ферритовый сердечник (кусок магнитной антенны от радиоприемника «Океан») диаметр 10 мм., длина 100 мм. При этом частота fнч-сч меняется в 2.4 раза. Катушка L1 на мотана на не замкнутом сердечнике ШЛ40х10 (одна скоба), RL1=0,4 Ом.

Входное сопротивление Z громкоговорителя с таким фильтром на разных частотах представлено в табл.2. Из таблицы видно, что Z3 значительно меняется: на частоте 2,5 кГц — 5.6 Ом, а на 20 кГц — 11 Ом. Для выравнивания Z на этих частотах ко входу фильтра нужно подключить RC-целочку (рис.76).

Тогда Z3 изменяется на этих частотах так, как показано в последней строке табл.2. Общее изменение Z во всей полосе от 80 Гц до 20 кГц не выходит за пределы 4,4…6 Ом и только на частоте 3150 Гц составляет 6,3 Ом. Такая ровная Z-характеристика дает возможность сравнивать усилители с разным выходным сопротивлением (ламповые и транзисторные).

Прослушав АС, я с удовлетворением отметил прекрасное звучание своего лампового «однотактника», заметно лучшее, чем звучание транзисторного УМЗЧ, тоже, впрочем, неплохое. АЧХ с помощью измерительного микрофона я. конечно, проверил, насколько это возможно в жилой комнате.

А вот ФЧХ и ГВЗ измерять не стал. Просто послушал «звук» и решил, что еще лет на 10 мне этих фильтров хватит. А может, фирменные АС резко подешевеют, тогда и куплю себе что-либо, лучше звучащее, без конденсаторов.

Hyundai Elantra 1.6 GLS › Бортжурнал › Детали новых пассивных фильтров для акустики Morel

Как я уже писал, с наступление тепла я занялся подготовкой машины к инсталляции нового звука. Про ШВИ уже упоминал, и еще буду писать, так как проект задумал не на один день.

А в данной записи хочу коснуться еще одной темы — переделки, а точнее апргрейда, имеющихся заводских фильтров акустических систем. Поскольку я не первый день занимаюсь звуком, то по своему опыту, могу сказать, что от качества компонентов, входящих в состав пассивного разделительного фильтра, звук зависит очень и очень сильно. Поэтому первым делом после приобретения акустики, я залез в фильтры, посмотреть, как и из чего они сделаны. Большое спасибо производителю Morel, который педантично подошел к сборке данных устройств и указал на плате номиналы катушек индуктивности.

Величины сопротивлений резисторов и емкости конденсаторов указаны на самих деталях. Я, естественно, срисовал с плат схемы этих самых фильтров. Вот они:

Как можно видеть, они отличаются для моделей Tempo 6 и Tempo 6х9.
В первом случае мы имеем фильтры верхних и нижних частот первого порядка. Для более точной настройки ВЧ звена в фильтре имеется возможность исключить резистор R101 по схеме, с помощью джампера и тем самым поднять уровень ВЧ на 3Дб.

Во втором случае, НЧ-СЧ звено подключается к усилителю, минуя вообще какие-либо фильтры, зато ВЧ головка подключена через НЧ фильтр второго порядка, что обеспечивает дополнительное ослабление низкочастотной составляющей на 6 Дб/октаву, по сравнению с фильтром первого порядка. В ВЧ звене данного фильтра, так же как и первого, имеется возможность коррекции уровня ВЧ, только в отличие от первой схемы, 0Дб обеспечивает непосредственное включение ВЧ головки к фильтру, а чтобы уменьшить уровень на 3Дб, дополнительно, так же с помощью джампера, последовательно с головкой подключается резистор, величиной 2,2 Ома.

Обе схемы весьма просты и в этом их, на мой взгляд, преимущество. Они не требует очень точного подбора деталей по номиналу, как, например, это необходимо при построении фильтров более высоких порядков, но при такой простоте, возрастают требования к качеству применяемых компонентов. Чем выше их качество, тем лучше будет раскрыт потенциал самих динамических головок. Но поскольку комплекты попадают в нишу бюджетных компонентов, то производитель пытается сильно сэкономить, и прежде всего эта экономия касается качества деталей разделительного фильтра. Не скажу, что они совсем плохие, но, установив детали более именитых производителей, с более высокими техническими характеристиками, не меняя их номиналов, мы можем получить значительный выигрыш в звуке, учитывая, что стоимость данных деталей оказывается вполне приемлемой, а используют их серийно, обычно, в компонентах значительно более высокой ценовой категории.

Для апгрейда я приобрел детали от Jantzen Audio Denmark. Не могу сказать, что это самые дорогие и самые качественные детали на свете, есть лучше и дороже, но в данном случае, я применил свой любимый принцип – разумной достаточности.

Чем купленные мной детали лучше установленных с завода?

Начну с конденсаторов. В конденсаторах с завода, судя по виду, в качестве диэлектрика, скорее всего, используется полиэтилентерефталат или MKT диэлектрик. Его характеристики значительно хуже характеристик полипропиленового или MKP диэлектрика, применяемого в конденсаторах фирмы Jantzen серии Standart Z-Cap. Не буду вдаваться в подробные технические описания всех характеристик, скажу, как это отражается на звуке. Звук, особенно на ВЧ становится более прозрачным и чистым, это основные характеристики, которые я бы привел при сравнении этих двух видов конденсаторов.

Далее про катушки индуктивности. В заводских фильтрах стоят катушки, имеющие сердечник. Таким образом, экономится количество используемой меди, то есть провода, и место, занимаемое в корпусе. Конечно чем меньше меди, тем ниже сопротивление катушки, что повышает ее добротность и, как следствие, незначительно увеличивает максимальную мощность, которая не рассеивается в виде тепла на активном сопротивлении, а производит работу по раскачке динамика))), но бесплатный сыр, как известно, бывает только в мышеловках, поэтому за все приходится платить, и в данном случае расплатой является линейность работы данной катушки. То есть при больших токах происходит искажение передаваемого сигнала. Лично для меня искажения более критичны, чем дополнительная прибавка нескольких десятых ват мощности, поэтому я закупил катушки индуктивности без сердечника.

Про резисторы. В заводских фильтрах, стоят стандартные керамические резисторы. Они устроены следующим образом, на корпус угольного 2 ватного резистора намотана проволока, и все это залито в керамический корпус. Такая конструкция не лучшем образом отражается на звуке и, прежде всего, это касается ВЧ диапазона, а они, резисторы, как раз там и стоят. За счет того, что резисторы намотаны проволокой, помимо сопротивления, они обладают еще и индуктивностью, а так как они включаются последовательно с динамиком, то в итоге они работают как фильтр ВЧ и срезают часть высоких частот, что не самым лучшим образом сказывается на звуке в целом.
Резисторы от Jantzen изготовлены на основе металлической пленки, что снижает их индуктивность, по сравнению с проволочными в несколько раз (справедливости ради, хочу заметить, что существуют и без индукционные проволочные резисторы, с так называемой бифилярной намоткой, можно использовать и их, но по цене они будут дороже).

Вроде все описал, ничего не забыл. Ниже список того, что приобрел. Некоторые номиналы не совпадают со стоковыми, но укладываются в допуски по разбросу параметров, плюс, как я писал выше, для фильтров низших порядков, подобные отклонения не сильно критичны.

Конденсаторы Jentzen MKP Standart Z-Cap 3,9 mF 400V — 2 шт.
Конденсаторы Jentzen MKP Standart Z-Cap 3,3 mF 400V — 2 шт.
Катушки индуктивности Jantzen Round Coil 1.00 mm 0.18 mH 0.18 Ohm (1289) — 2 шт.
Катушки индуктивности Jantzen Round Coil 1.00 mm 0.39 mH 0.285 Ohm (1624) — 2 шт.
Резистор Jantzen MOX 5W 2.2 Ohm metallized — 4 шт.

УЛУЧШЕНИЕ ЗВУЧАНИЯ АКУСТИКИ

Совсем недавно рассказывал о конструировании индикатора мощности УМЗЧ. Сегодня вновь хочу вернуться к теме реанимированного усилителя Солнцева. Сам процесс реанимации прошел хлопотно, но безболезненно. Однако при прослушивании фонограмм постепенно, но уверенно начало складываться впечатление зажатости одного канала. Возникало ощущение, что одному каналу чего-то не хватает для дыхания «полной грудью». Низы были какими то вялыми и размазанными, на средних провал, высокие будто бы через войлок просачиваются.

Первоначально подозрение пало на сам усилитель так, как в ходе реинкарнации его пришлось практически переделать. Начал проверять предварительный усилитель, темброблок, УМЗЧ, удостоверился в отсутствии просадки питающего напряжения при увеличении мощности. Менял каналы местами, менял проходные керамические конденсаторы на пленочные, подавал сигнал с генератора звуковой частоты, смотрел осциллографом сигнал на выходе. Все оказалось в порядке, но исследование постепенно навело на мысль о некорректной работе аккустической системы. Усилитель, как и 20 лет назад в первой своей жизни, нагружен на югославские колонки фирмы Ei модель HZK 12031 мощностью 120/100 Ватт сопротивлением 4 Ома.

Глобальная сеть упорно молчит по поводу характеристик оных, а документация на них не сохранилась. Удалось лишь выяснить, что объем составляет 55 литров, а чувствительность 91 дБ/Вт/м2. Однако шильдик на передней декоративной панели свидетельствует, что это не просто так, а Hi-Fi.

Нужно отметить, что низкочастотный динамик имеет резиновый подвес, а динамики с таким подвесом всегда ценились выше динамиков с поролоновым подвесом из-за своей долговечности. Решился произвести вскрытие.

Схема АС

Внутри лежала картонка со схемой фильтра.

И вот тут был слегка удивлен. Конденсаторы в акустических фильтрах оказались электролитическими.

Заметьте, конденсатор С1 емкостью 22 мкф набран из двух конденсаторов емкостью 47 мкф, что в результате дает 23,5 мкф. Причем включены они таким образом, что образуют неполярный электролитический конденсатор. Спорить с конструкторами не стал. Обратила на себя внимание дата выпуска конденсаторов – начало 80-х годов прошлого века).

На тыльной стороне низкочастотного динамика вот такая наклейка:

Однако выводы относительно конденсаторов пока делать не стал, и приступил к вскрытию второй колонки. Тут снова сюрприз. Второй фильтр собран несколько иначе. Здесь установлен один конденсатор на 22 мкФ.

Учитывая 35-ти летний возраст электролитов напрашивался вывод о их замене, но таки решил проверить их емкость: при номинале 4,7 мкф прибор показал 6,5 мкф, при 10 мкф – 11,5 мкф, на 22 мкф – 26,5 мкф, 33 мкф – 40 мкф. Это данные по электролитам из фильтра колонки, которая у меня нареканий не вызывала.

В фильтре колонки с подозрениями на некорректную работу показания были такими: 4,7 – 5,2 мкф, 10 – 12,5 мкф, 33 – 45 мкф. Отдельно пришлось проверять составной конденсатор – тут их емкости, против заявленных 47 мкф, оказались на уровне 56 мкф, что дает 28 мкф в итоге.

В целом с точки зрения номинала все они оказались вполне еще ничего. Однако под рукой нет измерителя ESR, да и токи утечки измерить нечем. В итоге решил поменять все электролиты, походу уйдя от составления неполярного конденсатора.

Обратило на себя внимание медное покрытие гетинакса платы (это точно не текстолит) – на ощупь чувствовалась солидная его толщина.

На плате для конденсатора С1 зарезервировано два посадочных места для параллельного включения двух электролитов. Видимо у конструкторов были какие-то соображения на этот счет. Заводом устанавливались конденсаторы с рабочим напряжением 35 вольт, для перестраховки увеличил до 50, а для С2 до 160 (был под рукой).

Собрав колонки, подключил их к усилителю. С первых же секунд стало ясно, что все мои мытарства до замены конденсаторов были напрасными, и только их замена смогла оживить звук, придав ему прозрачность, мягкость басов и четкость высоких частот. Особую благодарность (обеспокоенность) выражают соседи по батарее, проникшись глубиной замысла Du Hast в исполнении Рамстящих)).

До этого даже были внутренние намеки на разочарование усилителем Солнцева. Звучать 20 лет назад, когда импортной хорошей аппаратуры было слишком мало, и звучать сейчас это две большие разницы. Однако простая замена конденсаторов в фильтрах акустических систем полностью развеяла мои сомнения.

Расчет кроссовера для акустики своими силами

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.

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.

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.

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.

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.

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.

Примечание. Вариантов реализации фильтра может быть несколько, но он все должно отвечать определенным канонам.

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.

Расчёт разделительных фильтров

Динамики в акустических системах должны быть подключены таким образом, чтобы на каждый из них поступало напряжение только тех частот, которые он должен воспроизводить. Это достигается тем, что в звуковой тракт включается электрический фильтр, который обеспечивает подавление сигнала нежелательных частот. Применение фильтра в АС обусловлено необходимостью выполнения 2-х основных задач:

  • ограничение полосы воспроизводимых частот, для устранения избыточного звукового давления;
  • ограничение полосы частот, которая способна вызвать повреждение динамика (например, проникновение НЧ сигнала на ВЧ динамик);

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.

В реальных звуковых комплексах часто комбинируют эти два типа фильтров.

Расчёт пассивного фильтра

Фильтр АС представляет собой совокупность электрических цепей предназначенных для ограничения определённых частот, поступающих на динамики.

Фильтры встречаются следующих типов (см. рис.1):

  • Фильтр высоких частот (ФВЧ) – ограничивает частотный диапазон динамика снизу;
  • Фильтр низких частот (ФНЧ) – ограничивает частотный диапазон динамика сверху;
  • Полосовой фильтр (ПФ) – ограничивает частотный диапазон динамика сверху и снизу;
  • Комбинированный тип – представляет собой сочетание вышеуказанных типов.

Фильтр характеризуется частотой раздела и величиной порядка (1-го порядка, 2-го порядка и т.д.) Порядок фильтра определяет крутизну спада АЧХ в полосе заграждения, и определяется количеством реактивных элементов в электронной схеме. Каждый реактивный элемент, добавленный в схему, увеличивает порядок фильтра на единицу и, соответственно, крутизну спада характеристики на 6дБ/окт. Реактивные элементы фильтра представляют собой индуктивности (катушки) и емкости (конденсаторы), соединённые по определённой схеме. Номиналы реактивных элементов определяют частоту среза фильтра.

Для подавления избыточной чувствительности динамика в схему добавляется аттенюатор (делитель напряжения). Данная мера применяется для приведения чувствительностей динамиков в АС к единому уровню. Чувствительность НЧ динамика обычно может составлять 95-100дБ, в то время как типовое значение чувствительности ВЧ динамика может достигать 110дБ. Очевидно, что необходимо понизить чувствительность ВЧ динамика до уровня чувствительности НЧ. Если номинальные сопротивления НЧ и ВЧ динамиков равны, то необходимое подавление будет равно разности чувствительностей ВЧ и НЧ динамиков. Расчёт несколько осложняется, если номинальные сопротивления динамиков не равны, т.к. в этом случае следует пересчитать чувствительность ВЧ динамика для номинального сопротивления, равного номинальному сопротивлению НЧ. Принцип пересчёта будет рассмотрен ниже.

Расчёт фильтра для 2-х полосной акустической системы

Обратим внимание, что расчёты способны дать приближённый результат, который можно использовать в качестве исходного варианта для изготовления макета фильтра. Как правило, изготовленный на основании расчётов фильтр, требует доработки на реальной АС, которая заключается в более оптимальном подборе электрических компонентов. Окончательная оценка фильтра формируется на основании измерений АЧХ и в результате прослушивания АС на разных фонограммах.

Рассмотрим распространённый вариант фильтра, реализованный во многих 2-х полосных полнодиапазонных АС.

Электрическая схема акустической системы с таким фильтром представлена на рис.2.

Особенностью схемы является то, что НЧ динамик в такой АС работает «в широкую полосу», а диапазон воспроизведения ВЧ динамика ограничен со стороны низких частот с помощью ФВЧ 3-го порядка, что обеспечивает спад характеристики в полосе заграждения 18 дБ/окт. Резисторы R1 и R2 представляют собой делитель напряжения, обеспечивающий подавление избыточной чувствительности ВЧ динамика. Номинал R2 выбирается равным или в 2 – 3 раза больше номинального сопротивления ВЧ динамика (Zвч). Данная схема проста в реализации, имеет малый вес и габариты, низкую стоимость компонентов. Необходимо отметить, что данная схема может быть реализована, только при условии, что неравномерность АЧХ НЧ динамика не превышает допустимого значения во всём его рабочем диапазоне.

Обычно конструирование фильтра начинается с анализа АЧХ динамиков и выбора оптимальной частоты раздела. Расчёт фильтра сводится к определению номиналов элементов электрической схемы фильтра.

Расчёт фильтра включает следующие этапы:

1.Определение величины подавления избыточной чувствительности ВЧ (ослабление):

2.Расчёт номиналов элементов делителя:

3.Расчёт номиналов реактивных элементов:

4.Расчёт мощности, рассеиваемой на элементах:

Мощность используемых резисторов может быть меньше рассчитанных значений в 2-3 раза, т.к. паспортная мощность резисторов указывается для синусоидального сигнала.

Для удобства расчёта фильтров по описанному алгоритму на нашем сайте имеется специальный калькулятор. Используя его, вам не составит труда рассчитать фильтр для вашей АС. При расчёте используются исходные данные и выражения, которые рассматривались выше.

Расчёт делителя фильтра 2-х полосной АС (Понижение чувствительности ВЧ звена)

Номинальное сопротивление НЧ звена, Ом

Чувствительность НЧ звена, дБ

Мощность AES НЧ звена, Вт

Номинальное сопротивление ВЧ звена, Ом

Чувствительность ВЧ звена, дБ

Сопротивление R2, Ом

Ослабление фильтра, дБ

Сопротивление R1, Ом

Мощность, рассеиваемая на ВЧ, Вт

Мощность, рассеиваемая на сопротивлении R1, Вт *

Мощность, рассеиваемая на сопротивлении R2, Вт *

* Мощность используемых резисторов может быть меньше рассчитанных значений в 2-3 раза, т.к. паспортная мощность резисторов указывается для синусоидального сигнала.

Расчёт реактивных элементов ФВЧ

Частота среза, Гц

Сопротивление ВЧ головки на постоянном токе, Ом

Для изготовления фильтров применяются конденсаторы, катушки индуктивности, мощные резисторы, печатные платы, клеммные колодки. В ассортименте товаров фирмы Актон всегда имеется необходимый запас компонентов, которые могут потребоваться при изготовлении фильтров для АС.

Добро пожаловать!

На нашем сайте вы можете ознакомиться с нашими услугами и товарами, а также почитать интересную информацию. Если у Вас возникли вопросы, Вы можете связаться с нами:

OOO “Актон”

Производство и продажа динамиков и акустических систем

Наш адрес:

г. Санкт-Петербург, ул.Таллинская, д.7, лит.Е

Ссылка на основную публикацию