Простой фильтр нч для сабвуфера: Фильтр для сабвуфера своими руками. Фильтр низких частот для саба

Содержание

Фильтр для сабвуфера своими руками. Фильтр низких частот для саба

Автор admin На чтение 5 мин Просмотров 3.5к. Опубликовано

Низкочастотная акустическая система предназначена для воспроизведения определённого участка звукового диапазона. Этот участок находится ближе к нижним границам зоны слышимости и составляет интервал от 20 до 100-200 Гц. Басовая колонка представляет собой прочный ящик, в котором установлены один или два мощных динамика. Благодаря особенностям воспроизведения низких частот диффузоры имеют большой диаметр, а подвес обеспечивает сильную амплитуду качания звуковой катушки и диффузора. Для того чтобы на катушку низкочастотного громкоговорителя не попадали лишние частоты, на входе системы ставится пассивный или активный фильтр-кроссовер. Фильтр для сабвуфера можно купить или сделать своими руками.

Фильтр низких частот для сабвуфера своими руками

Фильтр низких частот для сабвуфера представляет собой простую схему, которую можно сделать самостоятельно. Это устройство, в самом простом варианте, содержит катушку индуктивности и конденсатор, поэтому конструкция называется LC-фильтром. Индуктивности и ёмкостиявляются реактивными элементами, поэтому изменяют своё сопротивление в зависимости от частоты сигнала. Конденсатор меняет своё сопротивление обратно пропорционально частоте. При включении ёмкости параллельно нагрузке, высокочастотная составляющая сигнала, закорачивается на землю, а низкие частоты будут беспрепятственно проходить на динамик. Частота, на которой начинается подавление сигнала, называется частотой среза.

Идеальный низкочастотный фильтр для сабвуфера должен мгновенно «гасить» определённые частот. На снимке это показано жёлтой линией. Реальная схема фильтра для сабвуфера отличается тем, что спад происходит плавно. Простейшее устройство из двух элементов называется фильтр первого порядка. Он обеспечивает подавление частот выше порога среза в 6 dBна октаву. Схема второго порядка с дополнительными элементами увеличивает крутизну подавления до 12 dBна октаву, а каждое последующее звено добавляет по 6 dB. Чем больше звеньев, тем круче происходит подавление лишней полосы звукового диапазона.

Схема фильтра для сабвуфера сделанного своими руками, может включать в себя любое число звеньев. Устройство может быть пассивным или активным.

Пассивный фильтр НЧ для сабвуфера схема

Пассивный фильтр НЧ для сабвуфера своими руками можно сделать за короткое время. Схема не содержит дефицитных деталей и правильно собранная не требует настройки. Простой фильтр низких частот для сабвуфера состоит всего из двух деталей. Это катушка индуктивности и конденсатор. Для того чтобы определить электрические величины этих элементов лучше всего воспользоваться онлайн калькулятором. Для этого нужно набрать в строке поиска «Расчёт LC-фильтров. Онлайн калькулятор». Далее в окне нужно найти следующую таблицу.

Здесь достаточно указать нужную частоту среза, сопротивление нагрузки и нажать «Вычислить». Например, при сопротивлении динамика 4 Ома и частоте среза 220 Гц калькулятор выдаст ёмкость конденсатора в 255,7 микрофарад, а индуктивность 4,09 миллигенри. При сопротивлении головки 8 ом и подавлении «верхов» начиная с 250 Гц, данные будут 112,5 мкф и 7,2 мГн. Сделать фильтр низких частот для сабвуфера можно на простой печатной плате или использовать пластину из текстолита с контактными площадками.

В качестве конденсаторов используется ёмкость ближайшая по номиналу. В фильтре частот для сабвуфера можно использовать электролитические конденсаторы, но лучше поставить бумажные типа «МБГО», К73-16 или специально предназначенные для акустических систем полипропиленовые ёмкости К78-34. Для получения нужного номинала конденсаторы можно соединять параллельно. Катушки индуктивности можно купить готовые или намотать самостоятельно.

Активный фильтр для сабвуфера своими руками

По сравнению с пассивными конструкциями, активные схемы выравнивают амплитудно- частотную характеристику низкочастотного сигнала, корректируя пики и спады, негативно влияющие на прослушивание музыки. Простой фильтр для сабвуфера своими руками можно сделать на малошумящем операционном усилителе.

Схема фильтра НЧ для сабвуфера, сделанного своими руками, состоит из двух операционных усилителей и небольшого числа дискретных элементов. В качестве основного элемента используется интегральная микросхема LM324, которая содержит четыре операционных усилителя с однополярным питанием, что особенно удобно, если сабвуфер будет использоваться в автомобиле. Активное устройство обеспечивает подавление высокочастотной части звукового диапазона, начиная с 120 Гц. Существует много схем разного уровня сложности, которые сделаны на микросхемах или транзисторах. Интегральные схемы требуют меньшего количества деталей и не критичны к изменению напряжения питания.

Более качественную схему можно сделать на специализированной микросхеме РТ2351. Сигналы с выходов стереофонического усилителя поступают на входные каскады, микшируются и поступают на активный блок подавления низких частот. Точка начала подавления высокочастотной части спектра определяется величиной конденсаторов С3 и С7. Буферный каскад позволяет подключать устройство непосредственно к акустической системе.

Сигнал с двух каналов стереофонического усилителя через RCцепочки поступает на соответствующие входы интегральной микросхемы. Благодаря стабилизатору микросхему можно питать от любого однополярного источника постоянного тока напряжением до 20 вольт. Порог среза активного устройства составляет примерно 70 Гц. Для некоторых акустических систем эта величина подавления может быть слишком низкой. Для величины подавления 200 Гц номиналы конденсаторов должны быть следующими:

  • С1 – 0,47 мкф
  • С2 – 0,47 мкф
  • С3 – 0,047 мкф
  • С7 – 0, 068 мкф

Активный блок ограничения высокочастотной части звукового диапазонаможет использоваться как для домашнего звукового комплекса, так и в автомобиле. Недостатком данной схемы можно считать отсутствие плавной регулировки полосы пропускания, но для работы звукового комплекса это не так важно.

Фильтр НЧ для сабвуфера своими руками

Когда мы говорим «Фильтр для сабвуфера» — имеется в виду активный фильтр нижних частот. Он особенно полезен при расширении стереофонической звуковой системы на дополнительный динамик воспроизводящий только самые низкие частоты. Данный проект состоит из активного фильтра второго порядка с регулируемой граничной частотой 50 — 250 Гц, входного усилителя с регулировкой усиления (0.5 — 1.5) и выходных каскадов.

Конструкция обеспечивает прямое подключение к усилителю с мостовой схемой, так как сигналы сдвинуты относительно друг друга по фазе на 180 градусов. Благодаря встроенному источнику питания, стабилизатору на плате, можно обеспечить питание фильтра симметричным напряжением от усилители мощности — как правило это двухполярка 20 — 70 В. Фильтр НЧ идеально подходит для совместной работы с промышленными и самодельными усилителями и предусилителями.

Принципиальная схема ФНЧ

Схема фильтра для сабвуфера показана на рисунке. Работает он на основе двух операционных усилителей U1-U2 (NE5532). Первый из них отвечает за суммирование и фильтрацию сигнала, в то время как второй обеспечивает его кэширование.

Принципиальная схема ФНЧ к сабу

Стереофонический входной сигнал подается на разъем GP1, а дальше через конденсаторы C1 (470nF) и C2 (470nF), резистора R3 (100k) и R4 (100k) попадает на инвертирующий вход усилителя U1A. На этом элементе реализован сумматор сигнала с регулируемым коэффициентом усиления, собранный по классической схеме. Резистор R6 (27k) вместе с P1 (50k) позволяют провести регулировку усиления в диапазоне от 0.5 до 1.5, что позволит подобрать усиления сабвуфера в целом.


Резистор R9 (100k) улучшает стабильность работы усилителя U1A и обеспечивает его хорошую поляризацию в случае отсутствия входного сигнала.

Сигнал с выхода усилителя попадает на активный фильтр нижних частот второго порядка, построенный U1B. Это типичная архитектура Sallen-Key, которая позволяет получить фильтры с разной крутизной и амплитудной. На форму этой характеристики напрямую влияют конденсаторы C8 (22nF), C9 (22nF) и резисторы R10 (22k), R13 (22k) и потенциометр P2 (100k). Логарифмическая шкала потенциометра позволяет добиться линейного изменения граничной частоты во время вращения ручки. Широкий диапазон частот (до 260 Гц) достигается при крайнем левом положении потенциометра P2, поворачивая вправо вызываем сужения полосы частот до 50 Гц. На рисунке далее показана измеренная амплитудная характеристика всей схемы для двух крайних и среднего положения потенциометра P2. В каждом из случаев потенциометр P1 был установлен в среднем положении, обеспечивающим усиление 1 (0 дб).

Сигнал с выхода фильтра обрабатывается с помощью усилителя U2. Элементы C16 (10pF) и R17 (56k) обеспечивают стабильную работу м/с U2A. Резисторы R15-R16 (56k) определяют усиление U2B, а C15 (10pF) повышает его стабильность. На обоих выходах схемы используются фильтры, состоящие из элементов R18-R19 (100 Ом), C17-C18 (10uF/50V) и R20-R21 (100k), через которые сигналы поступают на выходной разъем GP3. Благодаря такой конструкции, на выходе мы получаем два сигнала сдвинутых по фазе на 180 градусов, что позволяет осуществлять прямое подключение двух усилителей и усилителя с мостовой схемой.

В фильтре используется простой блок питания с двухполярным напряжением, основанный на стабилитронах D1 (BZX55-C16V), D2 (BZX55-C16V) и двух транзисторах T1 (BD140) и T2 (BD139). Резисторы R2 (4,7k) и R8 (4,7k) представляют собой ограничители тока стабилитронов, и были подобраны таким образом, чтобы при минимальном напряжении питания ток составлял около 1 мА, а при максимальном был безопасен для D1 и D2.

Элементы R5 (510 Ом), C4 (47uF/25V), R7 (510 Ом), C6 (47uF/25V) представляют собой простые фильтры сглаживания напряжения на базах T1 и T2. Резисторы R1 (10 Ом), R11 (10 Ом) и конденсаторы C3 (100uF/25V), C7 (100uF/25V) представляют собой также фильтр напряжения питания. Разъем питания — GP2.

Подключение сабвуферного фильтра

Стоит отметить, что модуль фильтра для сабвуфера должен быть присоединен к выходу предварительного усилителя после регулятора громкости, что позволит улучшить регулировку громкости всей системы. Потенциометром усиления можно отрегулировать соотношение громкости сабвуфера к громкости всего сигнального тракта. К выходу модуля необходимо подключить любой усилитель мощности, работающий в классической конфигурации, например такой. При необходимости используйте только один из выходных сигналов, сдвинутых по фазе на 180 градусов относительно друг друга. Оба выходные сигнала можно использовать, если нужно построить усилитель в мостовой конфигурации.


BM2115, Активный фильтр НЧ для сабвуфера, Мастер Кит

Описание

Усилители предварительные

Предлагаемый блок — это простой и надежный активный фильтр НЧ для сабвуфера, обладающий малым уровнем собственного шума, малыми габаритами и энергопотреблением, широким диапазоном питающих напряжений, минимальным числом внешних пассивных элементов обвязки. Использование активного фильтра избавит Вас от установки громоздкого пассивного ФНЧ на выходе УМ, обладающего низким КПД.

Фильтр устанавливается между линейным выходом источника сигнала и входом УМ сабвуфера. Он хорошо зарекомендовал себя при работе совместно с мощным автомобильным усилителем NM2034 (70 Вт/12 В).

Технические характеристики.
Напряжение питания: 3…32 В.
Ток потребления: 6 мА.
Частота среза: 100 Гц.
Усиление в полосе пропускания: 6 дБ.
Затухание вне полосы пропускания: 12 дБ/Окт.
Размеры печатной платы: 37×27 мм.

Описание работы.
Фильтр (неинвертирующий, второго порядка) выполнен на сдвоенном операционном усилителе LM358 (DA1). Светодиод HL1 индицирует работу устройства, потенциометром R1 осуществляется регулировка уровня входного сигнала.
Фильтр устанавливается между линейным выходом источника сигнала и входом УМ сабвуфера.

Конструкция.
Конструктивно активный фильтр выполнен на печатной плате из фольгированного стеклотекстолита. Конструкция предусматривает установку платы в корпус BOX-M01, который не входит в комплект .
Геометрия устройства позволяет монтировать его «в разрыв» сигнального провода. Для удобства подключения питающего напряжения и сигнальных проводов предусмотрены парные клеммные винтовые зажимы.
Перед установкой платы фильтра в корпус BOX-M01 , необходимо просверлить в верхней крышке отверстие диаметром 4 мм для светодиода HL1 и сделать выпилы под сигнальные провода и провода питания, а в нижней крышке просверлить отверстие диаметром 5 мм для регулировки R1.

Правильно собранное устройство не требует настройки.

Рекомендации по совместному использованию электронных наборов.
Данный набор рекомендуется использовать совместно с наборами NM2034 и NM2042 .

Технические параметры

Диапазон напряжений питания (B) 7…15
Длина (мм) 37
Затухание вне полосы пропускания (дБ/Окт) 12
Коэффициент усиления (dbi) 6
Потребляемый ток, не более (мА) 6
Частота среза (Гц) 100
Ширина (мм) 27
Вес, г 46

Техническая документация

Обзор ФНЧ для сабвуфера

Сегодня сабвуфер — неотъемлемая часть любого домашнего кинотеатра. Впрочем, не только домашнего. В публичных кинотеатрах тоже стоят сабвуферы. Их задача с максимальной реалистичностью воспроизводить звуки выстрелов, взрывов, грохота проползающего по экрану танка или проплывающего в экранном холодном космическом пространстве межзвездного галактического имперского крейсера. Да, да, я знаю, что крейсеры в космическом пространстве проплывают бесшумно, но у Джорджа Лукаса, который снял потрясающую киноэпопею «Звездные войны» на этот счет совершенно другое мнение. И это правильное мнение, поскольку одно дело смотреть на безмолвный имперский крейсер, а другое — слышать и даже ощущать проход мощной машины. Да, про ощущать я не оговорился, ибо низкочастотные вибрации, создаваемые мощным сабвуфером ощущаются буквально всем телом.

Собственно, сам сабвуфер является мощным низкочаcтотным динамиком, подключенным к специальному сабвуферному каналу многоканальной системы усилителей. Сабвуферный канал при записи звуковой дорожки к фильму пишется отдельно, так что вся информация в нем содержащаяся — это исключительно о том, где и когда надо бахнуть и с какой силой. Но это в случае цифровой записи сигнала. При аналоговой записи-воспроизведении сигнал сабвуферного канала может выделяться из общего сигнала фонограммы при помощи специального Фильтра Низких Частот — ФНЧ.

В общем случае именно ФНЧ формирует сигнал сабвуферного канала и именно от его параметров зависит насколько мощно, сочно, четко будет бабахать сабвуфер. Разумеется, не только от ФНЧ, но и от акустического оформления самого сабвуфера зависит насколько высоко вы будете подпрыгивать в кресле от очередного киношного выстрела или взрыва, но сейчас мы рассмотрим именно ФНЧ.

Два самых главных параметра ФНЧ называются: частота среза и крутизна спада.

Начнем с первой.

Дело в том, что динамик сабвуфера большой, тяжелый, неповоротливый, чаще всего с огромным диффузором, который призван создавать большое звуковое давление, вдавливающее зрителя в кресло. Амплитуда колебаний этого диффузора должна быть достаточно велика, поэтому на сабвуфер подается очень приличная мощность от выходного усилителя. Если мы не отфильтруем ВЧ составляющие сигнала, подаваемого на динамик, то просто спалим его, ибо он физически не сможет так быстро двигаться, в результате чего катушка динамика перегреется и разрушится.

Таким образом, наш ФНЧ занимается тем, что просто отрезает от входного сигнала ненужные для сабвуфера куски частотного диапазона и на выходе оставляет только те, которые не угробят сабвуфер и будут эффективно им воспроизводиться.

Посмотрим на амплитудно-частотную характеристику ФНЧ (ура, первая картинка!):


Итак, частота среза, выражаясь человеческим языком — это та частота, за которой амплитуда выходного сигнала резко падает. Посмотрите на левую картинку — так должен выглядеть идеальный ФНЧ — до определенной частоты сигнал есть, после нее — сигнала нет. Но реальность, как обычно, несколько хуже. На правой картинке показана работа реального ФНЧ. Частота, на которой уровень выходного сигнала ослабляется на 3дБ называется частотой среза ФНЧ — Fср. на картинке. Как видно по правой картинке, реальный ФНЧ ослабляет сигнал за частотой среза не сразу, а постепенно и тут у нас есть возможность перейти ко второй основной характеристике ФНЧ — крутизне спада.

Общеизвестно, что погоня за идеальным — самая большая ошибка человечества. Тем не менее, человечество не перестает за ним гнаться, набивая по пути знатные шишки.

С ФНЧ такая же история. Как вы видите на картинке выше, у идеального ФНЧ АЧХ поворачивает на 90 градусов на частоте среза, то есть, ни одна капелька сигнала за частотой среза не появится на выходе ФНЧ. Это — идеальная крутизна спада ФНЧ.

У любого реального ФНЧ данная характеристика более пологая и никогда не станет идеальной, но может максимально к ней приблизиться.

Посмотрим на второй рисунок — на нем отображены крутизна спада ФНЧ в зависимости от так называемого порядка ФНЧ — числа звеньев, из которых состоит фильтр.


Чем больше звеньев в ФНЧ, чем ближе его АЧХ к идеальной. Но тут надо заметить, что увеличение числа звеньев фильтра приводит к его схемотехническому усложнению и как следствие, увеличению количества электронных компонентов, из которых сделан фильтр, а следом и цены этого устройства. Помимо этого, разумеется, растут шум, искажения, уменьшается амплитуда выходного сигнала.

Простейшее звено ФНЧ выглядит следующим образом:

 


Это пассивный ФНЧ первого порядка. Включая такие звенья последовательно можно добиться весьма существенной крутизны спада. Но при этом, как уже отмечалось выше, существенно растут шумы и искажения в звуковом тракте. Более того, для согласования входного и выходного сопротивления такого фильтра необходимо на входе и выходе ФНЧ устанавливать буферные усилители. В противном случае сопротивление источника сигнала и сопротивление нагрузки фильтра будет существенно влиять на частоту среза.

Поэтому, чаще всего для построения ФНЧ используют схемы активного фильтра на операционных усилителях.

Вот, например, активный ФНЧ второго порядка:


Не смотря на простоту самого фильтра необходимо помнить о буферных усилителях, которые нужны и для этого типа ФНЧ. Да и к тому же, 2 порядок — это как-то маловато, а значит, нужно последовательное включение двух таких фильтров.

В общем, схема разрастется прилично.

Более того. Если вы только начинаете заниматься сабвуферами и всем, что с ними связано, непременно начнете читать профильные сайты и форумы, где обсуждаются те или иные способы построения ФНЧ. И тут выяснится, что помимо всего прочего есть фильтр Чебышева, фильтр Баттерворта, эллиптический фильтр, фильтр Саллена-Ки. И у каждого схемного решения есть свои плюсы и минусы. Честно говоря, закопаться можно запросто.

Видимо, поглядев на все это в древнерусской тоске, тайваньская компания PTC почесала в затылке и выпустила отличную микросхему — PT2351 – фильтр НЧ Саллена-Ки третьего порядка.

Микросхема в 8-выводном корпусе содержит в себе все элементы, необходимые для построения ФНЧ с очень приличными характеристиками.


Стерео сигнал от источника поступает на два буферных усилителя с высоким входным сопротивлениям. Сигнал смешивается и нормируется по уровню в смесителе, после чего поступает собственно на ФНЧ со встроенным выходным буферным каскадом (выходное сопротивление — всего 40 Ом), позволяющим подключать фильтр непосредственно к нагрузке без дополнительных плясок с буфером на ОУ.

Частота среза такого фильтра задается внешними конденсаторами.

На основе этой микросхемы был разработан набор для самостоятельной сборки NM0103 «ФНЧ для сабфувера».

 


Основные технические характеристики:

 

Частота среза, Гц60(80)
Крутизна спада, дб/окт.18
Коэффициент нелинейных искажений, %0,1
Отношение сигнал/шум, дБ (невзвешенное-82
Коэффициент усиления, дБ10
Максимальное выходное напряжение, В2,8
Входное сопротивление, кОм100
Напряжение питания, В12
Потребляемый ток, мА10

 

Принципиальная схема:


Как видите, схема простейшая с очень небольшим количеством навесных компонентов.

Схема универсальная — благодаря встроенному стабилизатору напряжения VD1, R3, C6 этот ФНЧ может применяться как для построения автомобильного сабвуфера, так и для домашнего кинотеатра или музыкальных систем 2.1. Максимальное напряжение питания, которое можно подавать на фильтр — 20 Вольт. Впрочем, если увеличить резистор R3, то можно и больше.

Питание однополярное, что серьезно облегчает встраивание такого фильтра в уже имеющийся звуковой тракт.

Частота среза фильтра определяется емкостью конденсаторов C3, C7. В наборе есть два комплекта конденсаторов разной емкости для построение ФНЧ с частотой среза 60Гц или 80Гц.

АЧХ фильтра:


Ну, а если номиналы конденсаторов, входящих в набор вас по каким-то причинам не устроят, их можно выбрать из нижеследующей таблицы:


Часть номиналов конденсаторов получается нестандартной и составляется из двух конденсаторов стандартной емкости — номиналы указаны в скобках.

Из недостатков данной схемы по сравнению со схемами на ОУ можно отметить невозможность плавной регулировки частоты среза, а так же отсутствие регулировки фазы выходного сигнала. Но вот часто ли нужны такие регулировки?

НЧ ФИЛЬТР ДЛЯ САБВУФЕРА

Здравствуйте, уважаемые радиолюбители! Сегодня хочу вам предложить схему фильтра НЧ для любого самодельного сабвуфера. Мною было опробовано не мало схем фильтров, из этого количества некоторые либо не устраивали по звуку, либо запускались с танцами под бубен, либо запускались вообще броском об стену! И вот в один прекрасный день лазил по одному форуму, и наткнулся на пост со схемой. Как писали, схема была найдена на каком-то форуме в давно забытой теме и очень его порадовала своей повторяемостью и хорошим звучанием баса. Большое спасибо этому человеку! Решил и я повторить эту схемку, так как давно в поисках хорошего ФНЧ и нужная микросхема была в наличии.

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.

Схема работает сразу, делал уже раз десять этот ФНЧ — естественно если не путать номиналы и не оставлять сопельки между дорожек. Также хочу сказать что чувствительности фильтра хватает, чтобы подключать портативные источники звука такие как: сотовый телефон, mp3 плеер и подобные устройства.

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.

Не забываем, что конденсаторы нужно ставить пленочные в такие схемы, не считая электролитов и шунтирующих по питанию.

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.

Теперь в своих конструкциях сабвуферов, всегда использую этот фильтр за его хорошее качество баса и простую схему. Также без лишних ненужных наворотов. Рекомендую, как говорится к повторению, с вами был Akplex.

   Форум по ФНЧ

   Форум по обсуждению материала НЧ ФИЛЬТР ДЛЯ САБВУФЕРА

Лучшие активные фильтры для сабвуфера схема. Активный фильтр низких частот (ФНЧ) для сабвуфера

Многие киноманы хотят иметь личный домашний кинотеатр, однако не все могут позволить себе такую прихоть. Каждый выходит из такой ситуации по-своему: кто-то приобретет простые китайские колонки, кто-то приспособит для басов акустику советского производства, ну а самые продвинутые, владеющие познаниями в радиотехнике, сконструируют сабвуферный низкочастотный канал самостоятельно. Тем более что это довольно-таки несложно.

Общие сведения

Рассмотрим, что же представляет собой обычный сабвуфер. По сути, это простой активный фильтр на вход которого подаются сигналы от (правый и левый каналы), усилитель и НЧ-динамик. В этой статье мы рассмотрим самый сложный элемент устройства — схему, которая позволяет самостоятельно собрать фильтр НЧ для сабвуфера. Такие устройства воспроизводят частоты, не превышающие 40 Герц. Их используют совместно с сателлитными громкоговорителями небольшого размера. Сабвуферы бывают активными и пассивными. Последние представляют собой низкочастотную головку, подключенную к общему усилителю. Такого рода приборы малоэффективны и непопулярны. Совсем другое дело — первый вариант. В таких устройствах электронный разделительный активный фильтр НЧ для сабвуфера и отдельный отделяют басы от сигнала, который подается на основные громкоговорители непосредственно в том месте подаваемого тракта, где фильтрация данного сигнала внесет наименьший уровень нелинейных искажений, по сравнению с фильтрацией выходного усилителя мощности. Добавление отдельного усилителя в сабвуферный канал значительно увеличит динамический диапазон, а также освободит усилитель средних и высоких частот от дополнительной нагрузки.

Фильтр для сабвуфера: схемы

Читателю для рассмотрения предлагается три варианта схем такого устройства. В первой схеме предложен простейший фильтр для сабвуфера, выполненный в виде сумматора на одном транзисторе. Серьезного качества звучания с таким устройством добиться не получится, зато, благодаря своей простоте, оно прекрасно подойдет начинающим радиолюбителям. А вот фильтр для сабвуфера, представленный в следующих двух вариантах, с большим успехом зарекомендовал себя как устройство с отличными характеристиками. Такие устройства устанавливают непосредственно после линейного выхода источника и входа усилителя мощности. Фильтр для сабвуферахарактеризуется низким уровнем шумов, малым энергопотреблением, а также широким диапазоном напряжения питания.

Заключение

Подводя итоги, скажем, что добавление типа значительно снижает нижнюю границу воспроизводимых частот, повышает чистоту звучания на средних частотах и обеспечивает довольно высокий уровень громкости без искажений. Устранение из спектра основного воспроизводимого сигнала, поступающего на сателлиты, низких частот позволяет им звучать чище и громче. Это объясняется тем, что конус головки низкой частоты не колеблется с большой амплитудой, пытаясь воспроизвести басы и тем самым внося искажения в сигнал.

Вещь, о которой мы сейчас расскажем, как понятно из названия статьи, является самодельным усилителем для сабвуфера, в народе называемом «Саб». Устройство имеет активный фильтр НЧ, построенный на операционных усилителях, и сумматор, обеспечивающий ввод сигнала с выхода стерео.

Поскольку сигнал для схемы берется с выходов на акустические системы, нет необходимости вмешательства в работающий усилитель. Получение сигнала с динамиков имеет еще одно преимущество, а именно — позволяет сохранить постоянное соотношение громкости сабвуфера к стереосистеме.

Естественно, усиление канала сабвуфера можно регулировать с помощью потенциометра. После отфильтровывания высоких частот и выделения низких (20-150 Гц), звуковой сигнал усиливается с помощью микросхемы TDA2030 или TDA2040, TDA2050. Это дает возможность настройки выходной мощности басов по своему вкусу. В этом проекте успешно работает любой динамик НЧ с мощностью более 50 Ватт на сабвуфер.

Схема фильтра с УМЗЧ сабвуфера


Схема принципиальная ФНЧ и УМЗЧ сабвуфера

Описание работы схемы усилителя

Стерео сигнал подается на разъем In через C1 (100nF) и R1 (2,2 М) на первом канале и C2 (100nF) и R2 (2,2 М), в другом канале. Затем он поступает на вход операционного усилителя U1A (TL074). Потенциометром P1 (220k), работающем в цепи обратной связи усилителя U1A, выполняется регулировка усиления всей системы. Далее сигнал подается на фильтр второго порядка с элементами U1B (TL074), R3 (68k), R4 (150к), C3 (22nF) и C4 (4,7 nF), который работает как фильтр Баттерворта. Через цепь C5 (220nF), R5 (100k) сигнал поступает на повторитель U1C, а затем через C6 (10uF) на вход усилителя U2 (TDA2030).

Конденсатор С6 обеспечивает разделение постоянной составляющей сигнала предусилителя от усилителя мощности. Резисторы R7 (100k), R8 (100k) и R9 (100k) служат для поляризации входа усилителя, а конденсатор C7 (22uF) фильтрует напряжение смещения. Элементы R10 (4.7 k), R11 (150к) и C8 (2.2 uF) работают в петле отрицательной обратной связи и имеют задачу формирования спектральной характеристики усилителя. Резистор R12 (1R) вместе с конденсатором C9 (100nF) формируют характеристику на выходе. Конденсатор C10 (2200uF) предотвращает прохождение постоянного тока через динамик и вместе с сопротивлением динамика определяет нижнюю граничную частоту всего усилителя.

Защитные диоды D1 (1N4007) и D2 (1N4007) предотвращают появление всплесков напряжений, которые могут возникнуть в катушке динамика. Напряжение питания, в пределах 18-30 В подается на разъем Zas, конденсатор C11 (1000 — 4700uF) — основной фильтрующий конденсатор (не экономьте на его ёмкости). Стабилизатор U3 (78L15) вместе с конденсаторами C12 (100nF), C15 (100uF) и C16 (100nF) обеспечивает подачу напряжения питания 15 В на микросхему U1. Элементы R13 (10k), R14 (10k) и конденсаторы C13 (100uF), C14 (100nF) образуют делитель напряжения для операционных усилителей, формируя половину напряжения питания.

Сборка сабвуфера

Вся система паяется на . Монтаж следует начинать от впайки двух перемычек. Порядок установки остальных элементов любой. В самом конце следует впаивать конденсатор C11 потому что он должен быть установлен лежа (нужно согнуть соответствующим образом ножки).


Плата печатная для устройства

Входной сигнал должен быть подключен к разъему In с помощью скрученных проводов (витой пары). Микросхему U2 обязательно необходимо оснастить радиатором большого размера.

Схему следует питать от трансформатора через выпрямительный диодный мост, фильтрующий конденсатор стоит уже на плате. Трансформатор должен иметь вторичное напряжение в пределах 16 — 20 В, но чтобы после выпрямления оно не превышало 30 В. К выходу следует подключить сабвуфер с хорошими параметрами — от головки очень многое зависит.

ФИЛЬТР ДЛЯ САБВУФЕРА

Каждый хочет иметь у себя дома свой личный очень хороший домашний кинотеатр, что при нынешних ценах на посещение общественного вполне оправдано, но не у каждого это получается. Кто-то довольствуется покупкой дешёвых китайских 2.1 колоночек, кто-то приспосабливает для басов советскую акустику. А самые продвинутые радиолюбители меломаны делают сабвуферный НЧ канал сами. Тем более, что процедура изготовления совсем не сложная. Стандартный сабвуфер — это активный фильтр НЧ, на который подаются сигналы правого и левого каналов линейного выхода, усилитель мощности на много-много ватт и большой деревянный ящик с низкочастотным динамиком. Расчёт и изготовление корпуса дело чисто столярное, об этом можно почитать и на других ресурсах , усилитель мощности так-же не проблема — при богатом ассортименте всевозможных и . А вот на входном фильтре НЧ для усилителя сабвуферного канала мы здесь остановимся подробно.

Как известно, сабвуфер воспроизводит частоты до 40 Гц, и используется совместно с небольшими сателлитными громкоговорителями. Сабвуферы бывают пассивные и активные. Пассивный сабвуфер — это помещенная в корпус НЧ-головока, которая подключаются к общему усилителю. При таком способе подключения широкополосный выходной сигнал УМЗЧ подается на вход сабвуфера, а его разделительный фильтр удаляет из сигнала НЧ и подаёт отфильтрованный сигнал на громкоговорители.

Гораздо более эффективный и распространённый способ подключения сабвуфера с помощью электронного разделительного фильтра и отдельного усилителя мощности, что позволяет отделять басы от сигнала, подаваемого на основные громкоговорители в том месте тракта, где фильтрация сигнала вносит гораздо меньше нелинейных искажений, чем фильтрация выходного сигнала усилителя мощности. Кроме того, добавление отдельного усилителя мощности для сабвуферного канала существенно увеличивает динамический диапазон и освобождает усилитель основных СЧ и ВЧ каналов от дополнительной нагрузки. Ниже предлагаю первый, простейший вариант фильтра НЧ для сабвуфера. Выполнен он как фильтр сумматор на одном транзисторе и на серьёзное качество звучания с ним рассчитывать не приходится. Оставим его сборку самым начинающим.

А вот эти три варианта с одинаковым успехом зарекомендовали себя в качестве отличных фильтров для сабвуфера и некоторые из них установлены в моих усилителях.

Эти фильтры устанавливаются между линейным выходом источника сигнала и входом усилителя мощности сабвуфера. Все они обладают малым уровнем шумов и энергопотреблением, широким диапазоном питающих напряжений. Микросхемы использовал любые сдвоенные ОУ, например TL062, TL072, TL082 или LM358. К пассивным элементам предьявляются обычные требования, как к деталям высококачественных аудиотрактов. На мой слух, звучание нижней схемы было особенно упругим и динаминым, сабвуфер с таким вариантом слушаешь даже не ушами, а животом:)

Технические характеристики фильтра для сабвуфера :

  • напряжение питания, В 12…35В;
  • ток потребления, мА 5;
  • частота среза, Гц 100;
  • усиление в полосе пропускания, дБ 6;
  • затухание вне полосы пропускания, дБ/Окт 12.

Фотографии плат фильтров сабвуфера предоставленные товарищем Dimanslm:

Добавление активного сабвуфера существенно увеличивает динамический диапазон, понизижает нижнюю граничную частоту воспроизведения, улучшает чистоту звучания средних частот и обеспечивает высокий уровень громкости без искажений. Удаление низких частот из спектра основного сигнала, поступающего на сателлиты, позволяет им звучать громче и чище, так как конус НЧ-головки не колеблется с большой амплитудой внося серьёзные искажения, пытаясь воспроизвести басы.

При использовании современной магнитолы с акустикой чувствительностью 89 дБ и выше уровень громкости обычно вполне достаточен. Поэтому первый (бюджетный) усилитель, как правило, предназначается в первую очередь для сабвуфера. Обычно там есть блок формирования сигнала, но его возможности ограничены. Чаще всего фильтры имеют фиксированную частоту среза. А специализированный усилитель с плавно перестраиваемыми фильтрами — это вещь уже не бюджетная.

Предлагаемые схемы предназначены как раз для таких случаев. Большинство из них были разработаны «по просьбе трудящихся. Поэтому, кстати, мало рисунков печатных плат — это дело сугубо индивидуальное, зависит от деталей и компоновки в целом. Но платы зависит многое, в том числе и количество «граблей», на которые наступит радиолюбитель при повторении, поэтому все дополнения только приветствуются. Я пока проектирую платы только для конструкций «личного употребления», на все нет времени…

При разработке ставилось два условия:

  • обойтись только однополярным питанием 12 вольт, чтобы не связываться с изготовлением преобразователей и не лезть за повышенным напряжением внутрь усилителя
  • схема должна быть предельно простой и не требовать для повторения особой квалификации.

Первая схема предназначена для простейших установок. Поэтому ее характеристики далеки от идеала, но возможности вполне достаточны. Большой диапазон перестройки частоты частоты среза позволяет использовать сабвуфер практически с любой акустикой. Если у магнитолы нет линейных выходов — не беда. Схема может работать и с «колоночных» выходов магнитолы. Для этого нужно только увеличить сопротивление резисторов R1,R2 до 33…100 кОм.

При широкой полосе частот, воспроизводимых сабвуфером, для «стыковки» звучания с фронтальной акустикой необходимо использовать регулируемый фазовращатель. Схема простейшего сумматора с фазовращателем приведена на следующем рисунке. По сравнению с предыдущей схемой пределы перестройки частоты среза несколько сужены, все остальные рекомендации остаются в силе. Печатная плата не приводится — пусть это будет «домашним заданием».


Однако возможности простейших схем ограничены. Пассивный сумматор дает большое затухание сигнала, что заставляет использовать максимальную чувствительность усилителя. Кроме того, при работе от небуферизованного линейного выхода магнитолы (а в бюджетных линейках они все такие) возможно ухудшение разделения стереоканалов из-за невысокого входного сопротивления сумматора.
Поэтому нужно перейти к активному смесителю сигналов левого и правого каналов. Удобнее всего выполнить его на полевых транзисторах — при использовании транзисторов с напряжением отсечки более 3 вольт (КП303Г, КП303Е) необходимый режим работы достигается без смещения на затворе. В таком случае разделительный конденсатор на входе необязателен. А это дополнительное повышение качества звучания. Да и сами полевые транзисторы «благороднее».


Если встроенный фильтр усилителя устраивает, схему можно упростить.


И, наконец, когда есть все, что нужно и нужен только фазовращатель.


Наконец, если сабвуфер представляет сообой что-то более сложное, чем закрытый ящик, в канал усиления нужно включить фильтр обрезки инфранизких частот. Правда, для увеличения добротности пришлось выполнить его по схеме третьего порядка, хотя АЧХ соответствует второму.


В тех случаях, когда нужно встроить блок формирования сигнала сабвуфера непосредственно в усилитель, есть смысл перейти на двухполярное питание ОУ. Ниже приводится вариант схемы, дополненный входом высокого уровня и регулятором усиления. Резистор R18 определяет минимальный уровень выходного сигнала. Если нужно снижать его до нуля, резистор следует заменить перемычкой или снизить сопотивление до 100-200 Ом. Входные каскады и фильтр остались практически без изменений, но благодаря увеличению напряжения питания до 15 В несколько повышена перегрузочная способность. Небольшое изменение номиналов фильтра увеличило его добротность, как следствие — повысилась крутизна АЧХ непосредственно в зоне перегиба. При широкой полосе она приближается к фильтру третьего порядка. При налаживании нужно добиться, чтобы постоянное напряжение на эмиттере транзистора VT3 составляло 6-7 вольт.
Если нужно увеличить коэффициент передачи этого фильтра, можно зашунтировать резисторы в истоках полевых транзисторов электролитическими конденсаторами емкостью от 10 мкф и выше. Усиление возрастет примерно в 3 раза, но есть риск появления искажений.


Детали и монтаж
Для плавной регулировки частоты среза нужны резисторы с нелинейной зависимостью сопротивления (тип Б). В среднем пложении движка сопротивление одной половины «подковки» у них заметно больше, чем у другой. Включить их нужно так, чтобы движок закорачивал секцию с бОльшим сопротивлением.
Керамические конденсаторы в звуковом тракте использовать нельзя из-за микрофонного эффекта, их можно ставить только в цепи питания. Из недорогих и доступных лучше всего использовать полипропиленовые, фторопластовые или лавсановые. Например, К73-17 (от 0,01 до 6,8 мкф, напряжение от 50 до 630В, цена от 0,5 до 8 р за штуку в зависимости от размера и допуска). Конденсаторы нужно подобрать в пары с минимальным разбросом (важно не точное значение емкости, а рассогласование по каналам). Многие современные мультиметры позволяют измерить емкость непосредственно. Если такой возможности нет, лучше использовать конденсаторы с допуском 5%.
Полевые транзисторы по каналам нужно подбирать в пары по начальному току стока и напряжению отсечки. Если нет такой возможности, лучше использовать транзисторы из одной партии — в пределах упаковки разброс параметров обычно невелик. Вместо КП303 можно использовать сборки серии КПС, там идентичность пар обеспечивается технологически. Вместо КТ3102Е можно использовать любые другие n-p-n транзисторы с коэффициентом передачи тока более 50. Словом, возможности для творчества открываются широкие…
Чтобы избежать наводок, у транзисторов КП303 нужно соединить с общим проводом «земляную» ножку транзистора (вывод корпуса). Входные делители также должны быть как можно ближе к транзистору, чтобы в цепи «делитель-затвор» не было длинных проводников. Особенно важно это при высоком сопротивлении делителя.

Источник http://www.bluesmobil.com/shikhman/ А. И. Шихатов 1999-2003

ФИЛЬТР ДЛЯ САБВУФЕРА

Принципиальная схема, печатная плата, описание

Данный фильтр предназначен для суммирования стереосигнала и выделения из этой суммы НЧ сигнала для сабвуфера. По сложности фильтр является довольно сложным, поскольку построен по принципу параметрического эквалайзера, т.е. позволяет производить максимум регулировок.
Принципиальная схема фильтра для сабвуфера приведена на рисунке 1. Это последний, самый популярный и универсальный фильтр из разработанной пятерки фильтров для сабвуфера. На входе фильтра используется обычный резистивный микшер, далее на ОУ выполнен буферный усилитель с коррекцией АЧХ, позволяющей на обработку подавать сигнал с уже вырезанными СЧ и ВЧ сигналами, но довольно большой полосой захвата.
Далее идет уже сам фильтр выполненый на ОУ DA3 в обратную связь которого включен высокодобротный фильтр на ОУ DA2 и DA4. В этом фильтре происходит обработка аудиосигнала, причем имеется возможность регулировки добротности, т.е. полосы захвата. На рисунке 2 показано изменение АЧХ в зависимости от положения регулятора добротности (резистор R14).
На рисунке 3 приведен вид АЧХ в зависимости от положения регулятора частоты (резистор R15), на рисунке 4 приведен вид АЧХ уровня перегиба, по сути тот же уровень громкости, который стоит на входе, однако регулировка производится именно перегиба АЧХ, хотя на слух кажется, что изменяется уровень (резистор R16).
На рисунке 5 приведен вид АЧХ в зависимости от положени регуляторов частоты и добротности.
Как видно из рисунокв данный фильтр позволяет идиально настроить практически любой сабвуфер и может потягаться даже с корректором Линквица.

Рисунок 1 — принципиальная схема фильтра для сабвуфера.


Рисунок 2 — регулировка добротности.


Рисунок 3 — регулировка частоты.


Рисунок 4 — изменение уровня перегиба АЧХ.


Рисунок 5 — одновременное изменение частоты и добротности.

Принципиальная схема фильтра для сабвуфера чертеж печатной платы описание работы рекомендации фильтр для сабвуфера схема фильтра нч

На рисунке 6 приведен внешний вид фильтра, на рисунке 7 — чертеж расположения деталей на печатной плате. В формате lay плату можно взять . Поскольку высокодобротные фильтры довольно сильно сдвигают фазу сигнала в фильтр введен фазовращатель позволяющий получить максимальное совпадение сигналов по фазе широкополосного сигнала с сигналом сабвуфера. Кроме этого фильтр имеет 2 выхода, на которых сигнал идет в противофазе. Это позволяет компенсировать недостаточность сдвига фазы в фазовращателе при использовании типового усилителя для сабвуфера или же использовать 2 одинаковых усилителя соединенных мостом.


Рисунок 6 — внешний вид фильтра.


Рисунок 7 — расположение деталей и схема подключения.

Питание фильтра для сабвуфера производится от питания усилителя мощности (двуполярный источник), поскольку в фильтр уже интегрирован параметрических стабилизатор напряжения необходимо лишь подобрать токоограничивающие резисторы во избежания выхода из строя стабилитронов от теплового пробоя.

Несколько слов о построении этого фильтра и проверка его в симуляторе

Для Микрокап 8 в архиве лежит модель данного фильтра. Там же еще несколько фильтров как для двуполярного, так и однополярного питания, так что желающие могут поразминаться.

Преобразователь низких частот для сабвуфера

Главную часть сабвуферов представляет собой фильтр низких частот. Зачем требуется устанавливать ФНЧ? Сабвуфер излучает звуковые сигналы низкой частоты. Если подключить усилитель сразу на сабвуфер, звучание будет таким же, как и с обычными аудиоколонками.

Блок фильтров низкой частоты

ФНЧ срезает частоты, которые не нужны, передает на входной канал усилителя только низкочастотные колебания звуковой частоты. Многие фильтры срезают сигналы меньше 20 Гц и больше 200 Гц, при этом остается бас, который слышен из сабвуфера.

Базовые виды фильтров низких частот:

  • Активный;
  • Пассивный;

Фильтр пассивного вида включает в себя только резисторы и емкости.

Фильтры не имеют в составе компоненты усиления. Главное преимущество фильтра – это конструктивная простота, малое число компонентов.

Фильтры низких частот имеют негативную сторону. Проходящий через фильтр звук уменьшает громкость, и на выходе остается слабый сигнал, требующий усиления. Для усиления такого сигнала применяют усилитель, после которого сигнал идет на главный усилитель.

Фильтры пассивного вида производят первого порядка. Во втором каскаде фильтрации нет смысла, так как сигнал звука после него уменьшается в десятки раз.

Фильтры активного вида включают в себя пассивный фильтр и усилитель частот звука, который восполняет потери от фильтра, усиливает звук на выходе. ФНЧ можно изготовить с помощью одного транзистора. Фильтры изготавливаются на микросхемах, применяются усилители звука малой мощности.

Главное преимущество фильтра низкой частоты состоит в обеспечении высокого сигнала выхода, в регулировке частот необходимого интервала. Фильтры подключают к питанию. На главном трансформаторе создают обмотку питания фильтра.

Большое число радиодеталей, сложная схема являются вторым недостатком фильтров низкой частоты.

Виды преобразователей частоты

Изобретение частотных преобразователей стало прорывом в приводах электрической машины. Изменился подход в конструировании систем приводов двигателей. Когда создавали сложную конструкцию регулирования значений момента и скорости, то за основу брали двигатели, работающие на постоянном токе. Автономные инверторы тока с двигателями переменного тока вытеснили моторы постоянного тока.

В электрических приводах двигатели короткозамкнутые, вытеснили двигатели с последовательным возбуждением постоянного тока.

Классы преобразователей частоты

Прибор, изменяющий напряжение определенной частоты входа в напряжение с другой частотой является преобразователем частоты.

Классы:

  • Двухзвенные.
  • Непосредственные.

Реверсивный частотник – непосредственный класс прибора. Преимущество состоит в прямом подключении без дополнительных сетевых приборов.

Тиристорный, транзисторный частотник – это двухзвенный инвертор. Он отличается от непосредственного инвертора. Для безопасной эксплуатации ему нужно звено постоянной величины. Для соединения с сетями общепромышленного вида нужен выпрямитель. Выпрямитель, частотник комплектуют совместно, для дальнейшей работы в одной управляющей системе.

Двухзвенные инверторы

Преобразователь частоты, с фильтром, выпрямителем, созданный с инвертором с токовым звеном, называется двухзвенным.

ЭМ – машина электрическая, АИН – инвертор автономного типа, Lф, Сф, — емкость и индуктивность, fнз – выходная частота, u – выходного напряжения при применении выпрямителей, СУВ, СУИ – управляющие системы, uнз – определение напряжения, В – выпрямитель. Включенные связи изображены пунктиром, зависят от типа прибора.

Чтобы улучшить сглаживание и качество энергии применяют фильтр LC. Схема подключения Г-образная. В схеме применяют сдвиг фаз, обмотки трансформатора включают в звезду и треугольник.

Эта схема подключения имеет высокую стоимость, используется совместно с индивидуальным трансформатором.

Выпрямительный блок бывает управляемым и неуправляемым. При управляемом выпрямителе опция регулировки напряжения достается ему или автономному инвертору. Выпрямитель должен иметь реверс и полное управление для осуществления рекуперации электроэнергии (двухкомплектный). Управление инвертором осуществляется  методом импульсов. Широко применяемые способы – широтно-импульсные.

Автономные частотники используются в большей степени.

АИТ – автономный токовый инвертор, СУИ, СУВ – управление частотниками, УВ – управляемый блок выпрямителей, Lф – индуктивность, fнз – частота на выходе, і – ток на выходе звена постоянного тока.

В автономном частотнике выходная величина – это напряжение. В автономном токовом частотнике ток — регулируемое значение. Частота коммутации имеет значение в образовании сигнала выхода заданной частоты. При повышении частоты улучшается качество синусоиды, увеличиваются потери в инверторе.

Результат работы модели инвертора на транзисторах при разных коммутационных частотах:

Частота коммутации 800 Гц

Коммутационная частота 2000 Гц

Частота коммутации 8000 Гц

Уменьшение частоты ухудшает качество тока выхода. Частоту коммутации определяют, чтобы не было пульсаций.

Индуктивность подключена последовательно, емкость параллельно. Работа инвертора образует гармоники, для их снижения применяют фильтры.

Непосредственный частотник

Напряжение сети идет по вентилям управления электрической машины. На фазах подключены частотники с реверсом.

Инвертор низкой частоты изменяет 3-фазное напряжение в 1-фазное. В и Н комплекты включаются, на выходе напряжение двухполярное. Чтобы управлять инвертором применяют законы синуса и прямоугольника.

При прямоугольном законе порядок действия следующий. Полуволна напряжения проходит, на комплект идут импульсы. Комплект работает как выпрямитель с углом опережения. Для уменьшения тока переходят в режим инвертора. Ток снижают, чтобы не было замыкания в частотнике. После паузы вступает комплект №2.

При управлении с синусом выходное напряжение меняется по синусу, а управляющий угол постоянно меняется.

Сабвуферный усилитель в автомобиль

Качественный усилитель на 100 ватт в автомобиль для сабвуфера, собранный на микросхеме ТДА7294, имеет мощность выше, чем на микросхеме ТДА1562 (на 50 Вт). В усилителе используют преобразователь на 12 вольт на две колонки по 40 Вт. В нем фильтр низких частот, размещен на плате с одной стороны, в схеме три блока.

Преобразователь сети сабвуфера

Прибор создан на драйвере КА7500. Существует блокировка перенапряжения, идет отключение, если на входе U больше 15 В. Защита недостающего напряжения уберегает от чрезмерного разряда, драйвер отключается при падении постоянного напряжения до 9 В.

Защита тока предотвращает от неисправностей транзисторов, защищает всю схему. Индикация диода зеленого цвета показывает работу в нормальном режиме, диод красного цвета сигнализирует отключение драйвера. Плавный пуск по схеме дает возможность плавно запустить преобразователь, хотя на выходе большие емкости.

Трансформатор можно изготовить самому, взять готовый от компьютера. Используются выходы на 12 и 5 В, коэффициент трансформации 2,4. Если подается напряжение 14 вольт на линию в 5 В, то получается больше в 2,4 раза. На линии 12 В выходит напряжение 33 В для питания усилителя. Частота тока переключения 50 Гц, изменяется установкой емкости.

Полевые транзисторы можно заменить мощностью выше 100 Вт на выходе.

ФНЧ и усилитель

Схема простая на одном усилителе операционного вида ТL072. Питание подается двухполярное, 12 В, стабилитроны формируют напряжение 12 вольт.

Мощный усилитель на микросхеме

В схеме применена микросхема ТДА 7294 по типовому подключению. Через необходимые цепочки R-C подключены контакты ST и MUTE.

Полезные советы сборки усилителя

  1. В силовых схемах применяйте провод достаточного сечения. Конденсатор входа С4 берите на 4700 мкФ. От него зависит мощность. На линии аккумулятора применяйте предохранитель на 10 А. Пуск инвертора предполагает знание оборудования, питание с ограничителем тока.
  2. Масса подключена удачно, без шума, фона. Легкий гул фильтра создавала микросхема LМ358, она не подходит для звука в качественном режиме. Микросхема TL072 для этих целей подходит.
  3. Частотник защищен от замыкания линии выхода питания. Корпус усилителя изготавливается по своему усмотрению, на качество звука не влияет.
Цепь фильтра нижних частот

для сабвуфера

В сообщении объясняется простая схема фильтра нижних частот, которая может использоваться в сочетании с усилителями сабвуфера для получения экстремальных срезов или низких частот в регулируемом диапазоне частот 30 и 200 Гц.

Как это работает

Несколько схем фильтра нижних частот для сабвуфера представлены повсюду в сети, однако этот пример является модернизированным.

В схеме, представленной здесь, используется высокоэффективный операционный усилитель TL062 от ST Micro electronics.TL062 — это двойной операционный усилитель J-FET с высоким входным сопротивлением, демонстрирующий минимальное энергопотребление и большую скорость нарастания напряжения.

Операционный усилитель обладает выдающимися цифровыми атрибутами, а также исключительно совместим с этой схемой.

Между двумя операционными усилителями внутри TLC062 один подключен в виде смесителя с каскадом предварительного усилителя. Левый / правый каналы связаны с инвертирующим входом IC1a для микширования.

Коэффициент усиления первого каскада можно настроить с помощью POT R3. Выход 1-го каскада подключается к входу следующего каскада через схему фильтра, содержащую части R5, R6, R7, R8, C4 и C5.

Второй операционный усилитель (IC1b) функционирует как буфер, а отфильтрованный выходной сигнал может быть получен на выводе 7 TLC062.

Если вы хотите создать свой собственный фильтр нижних частот с одной микросхемой IC 741 и настроить его, то следующее обсуждение может помочь!

Простая схема активного активного фильтра нижних частот с использованием микросхемы IC 741

В электронике схемы фильтров в основном используются для ограничения прохождения определенного диапазона частот, в то же время допуская использование некоторого другого диапазона частот в последующих каскадах схемы.

Типы фильтров нижних частот

В первую очередь существует три типа частотных фильтров, которые используются для вышеупомянутых операций.

Это: фильтр низких частот, фильтр высоких частот и полосовой фильтр.
Как следует из названия, схема фильтра нижних частот позволяет использовать все частоты ниже определенного установленного диапазона частот.

Схема фильтра верхних частот будет пропускать только частоты, которые выше, чем предпочтительный установленный диапазон частот, в то время как полосовой фильтр разрешает только промежуточную полосу частот переходить к следующему этапу, запрещая все частоты, которые могут быть вне этого диапазона. установить диапазон колебаний.

Фильтры обычно изготавливаются с двумя типами конфигураций, активным типом и пассивным типом.
Фильтр пассивного типа менее эффективен и включает сложные цепи катушек индуктивности и конденсаторов, что делает устройство громоздким и нежелательным.

Однако для их работы не потребуется какое-либо энергопотребление, а это преимущество слишком мало, чтобы считаться действительно полезным.

В отличие от этого активного типа фильтры очень эффективны, могут быть оптимизированы до точки и менее сложны с точки зрения количества компонентов и расчетов.

В этой статье мы обсуждаем очень простую схему фильтра нижних частот, которую попросил один из наших заядлых читателей господин Буржуазия.

Глядя на принципиальную схему, мы можем увидеть очень простую конфигурацию, состоящую из одного операционного усилителя в качестве основного активного компонента.
Резисторы и конденсаторы имеют дискретные размеры для отключения на 50 Гц, что означает, что никакая частота выше 50 Гц не может проходить через цепь на выход.

Принципиальная схема

Фильтр нижних частот сабвуфера с использованием транзисторов

На принципиальной схеме показана схема активного фильтра нижних частот, которой можно назначить любую предпочтительную точку отсечки в большом диапазоне, легко вычислив пару величин для четыре конденсатора.Фильтр включает RC-сеть и пару NPN / PNP BJT.

Указанные характеристики транзистора могут быть сразу заменены некоторыми другими разновидностями без изменения функциональности схемы. Используемое напряжение питания должно быть от 6 до 12 В.

Значения конденсаторов, выбранные для C1 — C4, определяют частоту среза. Эти величины могут быть получены из следующих двух формул:

C1 = C2 = C3 = 7,56 / fC

C4 = 4.46 / fC

Здесь fC обеспечивает желаемую частоту среза (в герцах). В этой формуле амплитудный отклик уменьшается на 3 дБ, а значения для C1 — C4 рассчитываются в микрофарадах (если мы используем единицы измерения в кГц, результат будет представлен в значениях нанофарад, а при установке МГц будут получены единицы пикофарад.) Например, рассчитанный эффект показан для фильтра, построенного с C1 = C2 = C3 = 5n6 и C4 = 3n3.

«Точка -3 дБ» в этом сценарии развивается на частоте 1350 Гц.На октаву больше, при 2700 Гц затухание уже составляет 19 дБ.

Для технического объяснения схемы вы можете обратиться к данным, представленным здесь.

Что такое фильтр нижних частот и как работают фильтры низких частот? — Мой новый микрофон

Изучая и практикуясь в производстве музыки или звукорежиссуры, вы обязательно столкнетесь с фильтрами нижних частот. Фильтры нижних частот — это мощные инструменты, которые используются в эквализации и в общем звуковом дизайне.

Что такое фильтр нижних частот? Фильтр нижних частот (LPF) — это процессор аудиосигнала, который удаляет нежелательные частоты из сигнала выше определенной частоты среза.Он постепенно отфильтровывает (ослабляет) верхние частоты выше его частоты среза, позволяя проходить нижним частотам, в идеале без каких-либо изменений.

В этой статье мы подробно рассмотрим фильтры нижних частот, расскажем, как они работают, как они устроены и как они используются не только в эквалайзере, но и в других приложениях, связанных со звуком.

По завершении этой статьи я понял, насколько глубока теория фильтров. Стремясь сделать эту статью краткой (она все еще превышает 6000 слов), я включил только самую важную информацию о звуковых фильтрах нижних частот.Пожалуйста, используйте оглавление, чтобы обойти это руководство!


Содержание


Что такое фильтр нижних частот?

Первый абзац ответа — достойное определение фильтра нижних частот, но он оставляет многое для объяснения. Итак, давайте обсудим, что такое фильтр нижних частот и как он работает, начиная с основ.

Итак, мы знаем, что фильтр нижних частот пропускает низкие частоты ниже определенной точки среза, отсюда и название.Фильтры нижних частот иногда называют фильтрами верхних частот, название которых изображает обрезание высоких частот выше определенной точки среза.

Идеальный фильтр нижних частот

В идеале, мы бы хотели, чтобы наш фильтр нижних частот просто отсекал все частоты выше его частоты среза и оставлял все частоты ниже его частоты среза нетронутыми. Такой «кирпичный» фильтр нижних частот недоступен на практике, но теоретически он будет выглядеть так:

На этой простой диаграмме у нас есть частота (в герцах) по оси абсцисс и относительная амплитуда (в децибелах) по оси ординат.

Герц означает количество циклов в секунду. Поскольку аудиосигналы являются сигналами переменного тока, они имеют циклическую форму волны. При преобразовании в звуковые волны эти формы волны можно услышать как колеблющиеся молекулы воздуха. Общепринятый диапазон слышимости людей составляет от 20 Гц до 20 000 Гц. Таким образом, большинство аудиосигналов попадают в этот диапазон (во избежание обилия непонятной информации).

Децибелы (десятая часть бел) — это относительные единицы измерения, используемые для выражения отношения одной величины к другой в логарифмической шкале.Что касается амплитуды сигнала, разница в 3 дБ будет представлять собой удвоение / уменьшение вдвое значений мощности (мощности и, в конечном итоге, интенсивности звука), а разница в 6 дБ будет удвоением / уменьшением вдвое основных величин мощности (напряжение / ток и, в конечном итоге, уровень звукового давления). ).

Статьи по теме:
• Что такое децибелы? Полное руководство по дБ для аудио и звука
• Единицы измерения и префиксы в звуковой и аудиоэлектронике

На графике выше мы имеем резкую частоту среза на уровне 1 кГц.Никакие частоты выше этого среза не передаются, и все частоты ниже этого среза передаются идеально.

Хотя это невозможно получить аналоговыми или цифровыми средствами, существуют способы приблизить этот тип фильтра нижних частот.

В аналоговых ФНЧ увеличение порядка фильтрации приближает нас к крутизне идеального фильтра около частоты среза.

Цифровые фильтры

In можно также запрограммировать для приближения к такому идеальному «кирпичному» фильтру.

Подробнее об этом позже.

Реальные фильтры нижних частот

Хотя мы можем довольно близко подойти к идеальным ФНЧ, обычно у нас будет какой-то спад после частоты среза, а не строгий срез.

Таким образом, типичный фильтр нижних частот можно легко визуализировать на следующей диаграмме эквалайзера:

Мы можем видеть на изображении, что выше определенной частоты фильтр начинает ослаблять / фильтровать частоты с устойчивым отрицательным наклоном (амплитуда уменьшается по мере увеличения частоты).Мы также замечаем определенную частоту f H , которая является частотой среза (я определяю ее как f H для «высокой частоты среза», а не f C , которую можно спутать с «центром». частота в других типах фильтров).

Обратите внимание, что частота среза не возникает сразу после начала фильтрации. Скорее, частота среза представляет собой точку -3 дБ затухания фильтра. Как мы вкратце обсуждали, это частота, на которой фильтр снижает мощность сигнала вдвое.Это определение частоты среза используется в фильтрах нижних и верхних частот, полосовых и других фильтрах.

LPF Полоса пропускания, полоса задерживания и переходная полоса

Обратите внимание, что технически фильтр нижних частот будет иметь полосу пропускания (диапазон пропускаемых частот), которая находится в диапазоне от 0 Гц до частоты среза.

Полоса задерживания будет в какой-то момент за полосой пропускания, когда затухание достигнет достаточной точки (например, -50 дБ). В идеальном фильтре полоса пропускания идет до частоты среза, а полоса задерживания — это все, что выше этой частоты среза.Однако в реальных условиях фильтры нижних частот работают немного иначе.

LPF обычно имеют переходную полосу между полосой пропускания и полосой задерживания, где фильтр будет эффективно уменьшать амплитуду сигнала. Ширина полосы перехода зависит от крутизны спада, которая определяется порядком и типом фильтра.

Фильтр нижних частот Порядок

Фильтры часто определяются их порядком. В простых фильтрах, таких как ФНЧ и ФВЧ, порядок фильтра в значительной степени относится к крутизне переходной полосы (также известной как скорость спада).

Технически порядок фильтра — это минимальное количество реактивных элементов, используемых в цепи. В аналоговых звуковых фильтрах нижних частот эти реактивные элементы почти всегда будут конденсаторами (хотя в определенных ситуациях могут использоваться катушки индуктивности). Мы обсудим это позже в разделе «Аналоговые против». Цифровые фильтры нижних частот.

Итак, порядок фильтра нижних частот по определению является целым числом (мы не можем иметь долю реактивного компонента в цепи), и он влияет на крутизну спада переходной полосы фильтра.

Для стандартных фильтров нижних частот Баттерворта каждое целое число увеличивает крутизну спада на дополнительные 6 дБ на октаву или 20 дБ на декаду.

Обратите внимание, что октава определяется как удвоение (или уменьшение вдвое) частоты, а декада определяется как десятикратное увеличение (или уменьшение) частоты.

Также обратите внимание, что стандартный фильтр Баттерворта поддерживает указанную выше взаимосвязь между порядком и скоростью спада. Другие типы фильтров предлагают другие отношения.Подробнее об этом позже.

А пока давайте рассмотрим следующий график, который показывает 5 различных фильтров нижних частот Баттерворта с порядками от 1 до 5:

Частота среза (точка -3 дБ) каждого фильтра составляет 1 кГц. Скорость спада и переходная полоса (которая может быть ограничена отметкой ослабления -50 дБ) изменяются в зависимости от порядка фильтра.

Мы видим, что по мере увеличения порядка фильтр нижних частот становится все ближе к идеальному фильтру.

Коэффициент добротности фильтра нижних частот

Некоторые фильтры нижних частот имеют регулировку добротности. Это особенно касается плагинов параметрического эквалайзера и блоков цифрового эквалайзера, где фильтр не разработан как какой-либо конкретный тип (Баттерворт, Бессель, Чебышев, Эллиптический и т. Д.).

Для получения дополнительной информации о параметрическом эквалайзере ознакомьтесь с моей статьей «Полное руководство по параметрической эквализации / эквалайзеру».

Коэффициент добротности несколько произвольный. Хотя у него есть свои определения, у многих производителей есть свои собственные технические расчеты для параметра Q.

Однако, в общем смысле, увеличение добротности ФНЧ приведет к увеличению крутизны спада, вызывая формирование резонансного пика на частоте среза и выше.

И наоборот, уменьшение добротности LPF увеличит затухание на частоте среза и выше, в то же время делая крутизну спада более плавной.

Эквалайзеры, которые предлагают регулировку Q-фактора на фильтре нижних частот, обычно имеют график, показывающий, как фильтр влияет на сигнал.

Фильтры нижних частот и фазовый сдвиг

Важно отметить, что в типичных аналоговых фильтрах, таких как стандартный фильтр Баттерворта, будет частотно-зависимый фазовый сдвиг между входным сигналом фильтра / эквалайзера и его выходным сигналом.

Вообще говоря, каждый реактивный компонент в аналоговом фильтре вносит в сигнал фазовый сдвиг на 90 °. Для аналоговых фильтров нижних частот (и цифровых фильтров, которые стремятся воссоздать их в цифровом виде) это означает, что при целочисленном увеличении порядка фильтрации будет происходить сдвиг фазы на 90 °.

В стандартных фильтрах нижних частот Баттерворта половина общего фазового сдвига приходится на частоту среза.

Вот визуальное представление фильтра нижних частот Баттерворта первого порядка с графиками амплитуды-частоты и фазы-частоты:


Аналог Vs. Цифровые фильтры нижних частот

Ключевое различие между аналоговыми и цифровыми фильтрами нижних частот состоит в том, что аналоговые фильтры работают с аналоговыми аудиосигналами, а цифровые фильтры работают с цифровыми аудиосигналами.

В схемах аналогового аудио LPF используются аналоговые компоненты, такие как резисторы и конденсаторы (в активных схемах LPF используются активные компоненты, такие как операционные усилители). С другой стороны, цифровые фильтры LPF либо встроены в схемы цифровых микросхем, либо в программное обеспечение.

Давайте обсудим каждую подробнее, не так ли?

Аналоговые фильтры нижних частот

Аналоговые фильтры проще объяснить, поскольку они сделаны из реальных аналоговых схем, которые относительно легко понять.Обратите внимание, что я не инженер-электрик, и цифровые схемы / программирование выходят за рамки моих знаний.

Итак, в этой статье я постараюсь объяснить, как работают аналоговые фильтры нижних частот. Обратите внимание, что многие цифровые фильтры нижних частот предназначены для воссоздания эффекта аналоговых ФНЧ.

В объяснении будет много уравнений, которые нужно пройти, чтобы помочь нам понять.

Чтобы действительно понять основы работы фильтра нижних частот, мы можем изучить простой пассивный RC LPF первого порядка.Этот фильтр можно визуализировать с помощью следующего изображения. Обратите внимание, что «RC» относится к резистору и конденсатору, используемым в схеме.

Цепь выше можно представить как делитель напряжения:

На схеме выше мы выводим следующую формулу:

Из этой формулы можно сделать вывод, что по мере увеличения R 2 V из увеличивается (при условии, что R 1 остается постоянным). Запомни это.

В этом уравнении делителя напряжения постоянного тока R 1 представляет сопротивление резистора, который будет вместо резистора RC-цепи, а R 2 представляет сопротивление резистора, который будет вместо конденсатора RC-цепь.Имейте это в виду.

Допустим, аудиосигнал на V в имеет частотное содержание от 20 Гц до 20 000 Гц (диапазон слышимости человека). Это сигнал переменного тока, а не постоянного тока. Сигналы переменного тока зависят от импеданса, который имеет как фазу, так и величину и состоит из сопротивления и реактивного сопротивления цепи.

В идеальном мире (который мы будем использовать для понимания RC-фильтров нижних частот) реактивное сопротивление резистора равно нулю, а сопротивление конденсатора равно нулю.Резистор будет обеспечивать составляющую сопротивления для общего импеданса аудиосигнала, а конденсатор будет составлять составляющую реактивного сопротивления для общего импеданса аудиосигнала.

Итак, со следующей упрощенной схемой RC-фильтра нижних частот:

У нас получилось бы следующее уравнение:

Где:
• X C — емкостное сопротивление конденсатора
• Z — полное сопротивление цепи

Помните, что полное сопротивление складывается из компонентов сопротивления и реактивного сопротивления цепи.Типичная формула импеданса:

Где X L — индуктивная емкость. Поскольку в RC-цепи нет индуктора, X L равно нулю.

Давайте быстро перепишем наше выходное напряжение RC с новой информацией:

Знакомо? Это почти то же самое, что и простой делитель напряжения.

Итак, наш RC-фильтр нижних частот можно сравнить с делителем напряжения, но для аудиосигналов переменного тока. По мере того, как X C увеличивается, также увеличивается V из (опять же, при условии, что R остается постоянным).

Как он на самом деле работает как фильтр нижних частот? Что ж, реактивная емкость уменьшается с увеличением частоты входного сигнала. Формула для этого выглядит следующим образом:

Где:
f — частота сигнала
• C — емкость конденсатора

Итак, мы имеем следующие правила RC-цепи нижних частот:

  • По мере увеличения частоты емкостное реактивное сопротивление уменьшается
  • По мере уменьшения емкостного реактивного сопротивления уровень выходного сигнала уменьшается относительно уровня входного сигнала (при условии, что сопротивление цепи остается неизменным)

В основном, как емкостное реактивное сопротивление уменьшается (по мере увеличения частоты), большая часть сигнала отправляется на землю, а не на выход.

Следовательно, в общем случае RC-цепь нижних частот начнет ослаблять более высокие частоты, и по мере увеличения частоты схема будет ослаблять больше.

Мы уже обсуждали частоту среза. Это точка, в которой полоса пропускания превращается в полосу перехода (или полосу задерживания в идеальных фильтрах). Частота среза находится на уровне затухания -3 дБ. Его можно рассчитать по следующей формуле:

Где:
• R — сопротивление резистора
• C — емкость конденсатора

В качестве дополнительного уравнения мы можем вычислить вышеупомянутый фазовый сдвиг RC-фильтра нижних частот с помощью следующего уравнения:

Надеюсь, в этом есть смысл.Здесь мы рассмотрели самую простую форму аналогового RC-фильтра нижних частот.

Аналоговые фильтры, как правило, просты по конструкции, хотя их сложность увеличивается по мере приближения к характеристикам «идеального фильтра». Многие цифровые фильтры (включая плагины EQ) эмулируют эти аналоговые фильтры.

Помните, что, добавляя дополнительные наборы RC (увеличивая порядок) фильтра нижних частот, мы можем эффективно повысить крутизну спада и сократить полосу перехода.

Существует множество типов фильтров, о которых следует знать.До сих пор мы в основном сосредоточились на популярном фильтре Баттерворта. Однако есть 3 основных типа фильтров (среди многих), о которых мы должны знать, когда дело касается звука. Их:

  • фильтр Баттерворта
  • фильтр Бесселя
  • фильтр Чебышева

Эти «типы» фильтров зависят от значений компонентов, используемых в конструкции фильтра, и коэффициента демпфирования, который входит в конструкцию фильтра. Изучение схем отдельных ФНЧ выходит за рамки данной статьи, но об этих популярных типах стоит знать.

Что такое фильтр Баттерворта в аудио? Фильтр Баттерворта (фильтр с максимально плоской величиной) — это линейный аналоговый фильтр, предназначенный для получения максимально плоской частотной характеристики в полосе пропускания. Фильтры Баттерворта не имеют слишком крутого спада и часто используются в полочных фильтрах низких / высоких частот и низких / высоких частот.

Чтобы узнать больше о полочных фильтрах, ознакомьтесь с моей статьей Audio Shelving EQ: Что такое фильтры для низких и высоких полок?

Что такое фильтр Бесселя в аудио? Фильтр Бесселя — это линейный аналоговый фильтр с максимально плоской групповой или фазовой характеристикой для сохранения формы волны сигналов в полосе пропускания.Фильтры Бесселя обеспечивают плавный спад частоты за пределами частоты среза и в основном предназначены для линейной фазовой характеристики с небольшим выбросом.

Что такое фильтр Чебышева в аудио? Фильтр Чебышева — это линейный аналоговый фильтр , предназначенный для очень крутого спада за счет пульсаций полосы пропускания (тип I) или пульсаций полосы задерживания (тип II / инверсия).

Вот изображение из Википедии, показывающее типичные различия между фильтрами нижних частот Баттерворта, Чебышева I / II и эллиптическими фильтрами нижних частот:

Обратите внимание, что эллиптический фильтр (также известный как фильтр Кауэра) представляет собой линейный аналоговый фильтр с выравниваемой пульсацией как в полосе пропускания, так и в полосе задерживания.У него очень крутая переходная полоса. Это достигается за счет комбинирования фильтра нижних частот и полосового / режекторного фильтра.

Цифровые фильтры нижних частот

Цифровые фильтры часто бывают более точными и более гибкими по конструкции из-за обширной природы цифровой обработки сигналов (DSP). Точность их конструкции делает их намного более точными по заданным параметрам, тогда как аналоговые фильтры несколько ограничены точностью их компонентов и тракта прохождения сигнала в целом.

Цифровые фильтры

также обладают такими преимуществами, как улучшенное соотношение цены и качества и более постоянный характер изменений температуры и влажности.

Аналоговые фильтры, конечно, выигрывают от работы с непрерывным спектром.

Обратите внимание, что некоторые цифровые фильтры нижних частот предназначены для имитации работы аналоговых ФНЧ. Мы часто находим упомянутые ранее типы фильтров (Баттерворта, Бесселя, Чебышева и т. Д.) В цифровых дизайнах.

Вместо использования аналоговых компонентов (конденсаторы, резисторы, операционные усилители и т. Д.)) цифровые схемы будут встроены в цифровые микросхемы (с сумматорами, вычитателями, задержками и т. д.) или, в качестве альтернативы, могут быть запрограммированы в аудиоплагины.

Цифровой фильтр нижних частот впишется в один из двух лагерей:

  • Бесконечная импульсная характеристика (БИХ)
  • Конечная импульсная характеристика (КИХ)

Что такое фильтр с бесконечной импульсной характеристикой в ​​аудио? БИХ-фильтр — это линейный, не зависящий от времени аналоговый тип фильтра (который также был оцифрован), который работает с импульсной характеристикой, которая продолжается бесконечно, никогда не становясь точно равной нулю.Фильтры Баттерворта, Чебышева, Бесселя и эллиптические фильтры являются примерами БИХ-фильтров.

Что такое фильтр с конечной импульсной характеристикой в ​​аудио? КИХ-фильтр — это фильтр (аналоговый или цифровой, хотя почти всегда цифровой), который работает с импульсной характеристикой конечной длительности, устанавливающейся на ноль в течение некоторого времени. Он хорошо подходит для линейно-фазового эквалайзера.

Говоря о линейно-фазовом эквалайзере, стоит упомянуть и об этих специализированных эквалайзерах.

Линейный фазовый эквалайзер (который почти всегда будет иметь параметры фильтра нижних частот) эффективно устраняет любой фазовый сдвиг в аудиопроцессоре.

Вспомните в разделе «Фильтры нижних частот и фазовый сдвиг», как мы обсуждали неизбежный фазовый сдвиг аналоговых ФНЧ (фазовый сдвиг на 90º для каждого реактивного компонента в цепи).

Линейный фазовый эквалайзер (и фильтр нижних частот) использует цифровую обработку сигнала (DSP) для анализа частотного содержания сигнала и применения усиления к соответствующим частотам через фильтры FIR (конечный импульсный отклик), чтобы исключить любой сдвиг фазы. что возникает.

Liny EQ от Blue Cat (ссылка, чтобы узнать цену в магазине плагинов) — отличный пример плагина линейного фазового эквалайзера:

Линия эквалайзера синего кота

Для получения дополнительной информации о линейно-фазовом эквалайзере ознакомьтесь с моей статьей «Полное руководство по линейной фазовой эквализации / эквалайзеру».

Резюме аналоговых и цифровых фильтров нижних частот

Вот небольшая таблица, обобщающая то, что мы обсуждали в этом разделе.

Аналоговый аудио LPF Цифровой аудио LPF
Фильтрует аналоговые (непрерывные) аудиосигналы Фильтрует цифровые (дискретные) аудиосигналы
Изготовлен из аналоговых компонентов Встроен в цифровые микросхемы (с сумматорами, вычитателями, задержками и т. Д.), или;
Закодировано в ПО
Ограниченные функциональные возможности и адаптируемость Более универсальные возможности программирования
Более чувствительны к изменениям окружающей среды Менее чувствительны к изменениям окружающей среды
Аналоговые компоненты вносят тепловой шум Квантование вводит цифровой шум
Более высокие производственные затраты Более низкие производственные затраты

Активно Vs.Пассивные фильтры нижних частот

Ключевое различие между активными и пассивными фильтрами нижних частот состоит в том, что активные фильтры нижних частот требуют мощности для работы, а пассивные фильтры низких частот — нет.

Это связано с тем, что в цепи активных ФНЧ будет какой-то усилитель. Эти усилители (часто операционные усилители) получают питание от источника и используют его для усиления сигнала, проходящего через фильтр нижних частот или звуковой эквалайзер.

Обратите внимание, что метки «активный» и «пассивный» обычно применяются только к аналоговым фильтрам.Цифровые фильтры по своей конструкции активны (это относится к оборудованию, которое построено на транзисторах и программном обеспечении, требующем вычислений).

С этим праймером давайте обсудим активный и пассивный фильтры нижних частот более подробно, начав с более простого: пассивного ФНЧ.

Пассивные фильтры нижних частот

В моем объяснении аналоговых фильтров нижних частот я сосредоточился исключительно на схеме пассивного RC-фильтра нижних частот. Итак, у нас уже есть четкое представление о пассивных фильтрах нижних частот.

Еще раз, самый простой пассивный фильтр нижних частот первого порядка выглядит примерно так:

Обратите внимание, что мы можем увеличить скорость спада пассивного фильтра, добавив полюса. Однако это происходит за счет потери амплитуды сигнала (поскольку в схеме нет каскадов усиления) и ухудшается передача сигнала внутри схемы из-за плохого импедансного моста (поскольку нет буфера между полюсами или на выходе ФНЧ).

Пассивные фильтры нижних частот просты для понимания.К счастью, поскольку им поручено только срезать частоты (выше частоты среза), они не обязательно нуждаются в активном усилении.

Однако, как уже упоминалось, пассивный ФНЧ может работать плохо, поскольку он естественным образом снижает амплитуду проходящего через него сигнала (даже на нижних частотах). Также труднее найти надлежащий мостовой импеданс между выходом пассивного LPF и следующим аудиоустройством (нагрузкой).

Пассивные фильтры нижних частот все еще используются в определенных приложениях, и на рынке есть даже блоки пассивного эквалайзера, которые по определению будут иметь пассивные фильтры нижних частот (если они включают фильтр нижних частот).

Обратите внимание, что в пассивных эквалайзерах есть каскад усиления для «компенсационного усиления» после схемы (схем) фильтра. Просто в схеме (ах) фильтра нет активных компонентов.

Для получения дополнительной информации об усилении макияжа и пассивном эквалайзере, ознакомьтесь со следующими статьями «Мой новый микрофон», соответственно:
• Сжатие динамического диапазона: что такое регулировка усиления макияжа?
• Полное руководство по пассивной эквализации / EQ

Активные фильтры нижних частот

Чаще всего используется активный фильтр нижних частот.

В активных аналоговых фильтрах нижних частот обычно используются операционные усилители. Эти операционные усилители полезны для фильтров с единичным усилением (фильтров, которые поддерживают амплитуду сигнала, но не увеличивают амплитуду сигнала) и фильтров, которые действительно обеспечивают правильный каскад усиления.

Это усиление позволяет разработчикам LPF увеличивать порядок фильтра, тем самым увеличивая крутизну спада, не беспокоясь о потере общей амплитуды сигнала.

Еще одним огромным преимуществом активной конструкции LPF является улучшение выходного сопротивления фильтра.Включив операционный усилитель, мы можем установить низкий выходной импеданс на всех частотах для улучшения передачи сигнала между LPF и следующим аудиоустройством.

Вот пример активного RC-фильтра нижних частот первого порядка с единичным усилением:

Обратите внимание, что он очень похож на вышеупомянутый пассивный RC-фильтр. Основное отличие, конечно же, в операционном усилителе. В этом случае операционный усилитель не усиливает сигнал. Скорее, он поддерживает единичное усиление и обеспечивает соответствующий выходной импеданс для цепи фильтра нижних частот.

Теперь давайте посмотрим на простой RC-фильтр нижних частот первого порядка, который предлагает усиление:

Коэффициент усиления A В неинвертирующего усилителя рассчитывается по следующему уравнению, включая резистор обратной связи (R 2 ) и соответствующий ему входной резистор (R 1 ):

Коэффициент усиления всей схемы зависит от частоты (поскольку фильтр нижних частот ослабляет более высокие частоты). Это усиление можно определить с помощью следующего уравнения:

С помощью этого уравнения мы можем наблюдать следующее:

  • На низких частотах ( f < f C ): A = V out / V in = A V / {small number} ≈ A V
  • At частота среза ( f = f C ): A = V out / V in = A V / √2 = 0.707 A V
  • На высоких частотах ( f > f C ): A = V out / V in = A V / {большое количество} «A V

Если подставить 0,707 A V в следующее уравнение для децибел, мы можем подтвердить, что частота среза действительно составляет -3 дБ от единицы:

Если мы посмотрим на фильтр второго порядка (на упрощенной схеме), мы получим следующее:

Имея дело с фильтрами второго порядка (и выше), мы имеем коэффициент демпфирования в цепи.Коэффициент демпфирования этой простой топологии фильтра Саллена-Ки составляет:

Таким образом, значения R F и R I участвуют в определении коэффициента усиления и демпфирования схемы. R F и R I также определяют, есть ли у нас фильтр Баттерворта, Бесселя или Чебышева. Обратите внимание, что следующее применимо только к фильтру второго порядка:

  • Баттерворт:
    • R F / R I = 0,586
    • DF = 1.414
    • A V = 4 дБ
  • Bessel:
    • R F / R I <0,586
    • DF> 1,414
    • A V
    • Чебышев:
      • R F / R I > 0,586
      • DF <1,414
      • A V > 4 дБ

    Давайте теперь посмотрим на RC-фильтр нижних частот шестого порядка ниже:

    Возможно, первое, что следует отметить, это то, что на каждые две пары резистор-конденсатор (на каждое увеличение на два в порядке фильтра) в схеме будет операционный усилитель.Это стандарт для поддержания надлежащего каскадирования усиления и буферизации по всей цепи.

    Возвращаясь к крутизне спада, этот фильтр нижних частот будет иметь крутизну на 36 дБ / октаву или 120 дБ / декаду выше частоты среза. Этот фильтр может принимать фильтры Баттерворта, Бесселя, Чебышева или любой другой возможный «тип» фильтра нижних частот с учетом топологии. Различные отношения R F / R I между 3 наборами будут отличаться от тех, которые определены выше для фильтра второго порядка.

    Надеюсь, я вас не запутал. Есть много других подробных ресурсов по фильтрам. Основное внимание в этой статье уделяется разработке и использованию фильтров нижних частот в аудио, поэтому я воздержусь от того, чтобы заходить слишком далеко в кроличью нору!

    Обзор активных и пассивных фильтров нижних частот

    Вот небольшая таблица, обобщающая то, что мы обсуждали в этом разделе.

    • Пассивные фильтры LPF могут включать индукторы.
    • Активные ФНЧ не могут обрабатывать такие высокие амплитуды сигнала, как пассивные фильтры, из-за операционного усилителя.
    • Активные ФНЧ имеют ограниченную полосу пропускания из-за операционного усилителя.

    Смешивание с фильтрами низких частот

    Теперь, когда мы понимаем, что такое фильтр нижних частот и как он работает, давайте рассмотрим его практическое применение, когда дело доходит до микширования звука.

    Фильтры нижних частот используются для микширования следующим образом:

    Снижение конкуренции между инструментами высокого класса

    Одна из наиболее важных задач звукового эквалайзера — очистка частотного спектра, чтобы инструменты были слышны.Это означает уменьшение частотных диапазонов некоторых треков, чтобы другие треки могли просвечивать в этих же диапазонах.

    Фильтры нижних частот могут эффективно устранять высокие частоты некоторых выбранных дорожек, тем самым позволяя другой дорожке (дорожкам) занять высокие частоты с улучшенной четкостью. Это также может снизить резкость всего микса.

    В high-end не так много «музыкальной» информации (гармоник). Однако, исключив «яркость» некоторых инструментов, мы можем усилить воспринимаемую яркость / воздушность других инструментов.Также ничто не мешает нам снизить частоту среза ФНЧ до среднего уровня, чтобы начать фильтрацию гармонического содержимого.

    Уменьшить шипение

    Если исходный материал записан неправильно или с использованием некачественного оборудования, шипение (среди прочего) может быть нежелательным слышимым результатом.

    Некоторое количество шипения неизбежно в аналоговом оборудовании, включая микрофоны, из-за природы электричества и электрических компонентов, которые используются в конструкции звукового оборудования.Обычно это называют «собственным шумом».

    Статьи по теме:
    • Что такое самошум микрофона? (Эквивалентный уровень шума)
    • Какое хорошее соотношение сигнал / шум для микрофона?
    • 15 способов эффективного снижения шума микрофона

    Большая часть того, что мы называем «шипением», находится в верхней части частотного спектра. Следовательно, использование фильтра нижних частот может помочь уменьшить уровень шипения в сигнале. Просто убедитесь, что вы помните о любых эффектах, которые LPF будет иметь на тон, когда вы понижаете частоту среза.

    Существуют также звуковые плагины, которые могут помочь уменьшить шум, не затрагивая частотную составляющую сигнала. Waves X-Noise (ссылка, чтобы проверить это на Waves) — отличный пример такого плагина.

    Волны X-Noise

    Waves Audio входит в список лучших мировых брендов аудиоподключаемых модулей (VST / AU / AAX) для моего нового микрофона.

    Добавить глубину

    Глубина — важный параметр при смешивании. По сути, это воспринимаемое расстояние до источника звука в контексте микса.

    В реальном мире акустики увеличение расстояния между источником звука и слушателем может привести к нескольким событиям. Я добавлю в скобки звуковые эффекты, которые помогают имитировать эту психоакустическую воспринимаемую глубину:

    • Звук будет тише (громкость / усиление).
    • Звук дойдет до ушей слушателя позже (задержка).
    • Звук, скорее всего, будет отражаться от других поверхностей в акустическом пространстве и достигать ушей слушателя в разное время (задержка и реверберация).
    • Звук будет менее сфокусированным (модуляция, например, хорус).
    • Звук будет менее высокочастотным, поскольку более высокочастотные звуковые волны теряют энергию первыми из-за трения среды / воздуха (LPF).

    Статья по теме: Полный список: Звуковые эффекты и процессы для сведения / производства.

    Таким образом, уменьшив высокие частоты источника с помощью фильтра нижних частот (или полки верхних частот или другого эквалайзера), мы можем создать иллюзию того, что источник находится еще дальше в миксе.

    Добавить край с резонансом

    Как мы обсуждали ранее, полоса пропускания фильтра нижних частот (особенно около частоты среза) не всегда идеально ровная. Во многих случаях будет какой-то резонансный пик или усиление эквалайзера около / ниже частоты среза.

    Таким образом, мы можем использовать некоторые фильтры нижних частот для усиления определенных резонансных полос, чтобы придать дорожке некоторый край непосредственно перед точкой, в которой отфильтровываются высокие частоты.

    Чтобы получить максимальную «грань» от источника звука, обычно лучше всего иметь резонанс и отсечку в среднем диапазоне, где в сигнале присутствует заметная гармоническая составляющая.

    Автоматизировать!

    Автоматизация фильтра нижних частот может быть использована с большим эффектом для создания акустического интереса к источнику звука.

    Если вам нравятся синтезаторы, вы, вероятно, знаете, как автоматизация или иная модуляция фильтра нижних частот может дать отличные результаты.

    Педали эффектов

    Wah-wah и с фильтром огибающей также могут модулировать фильтр нижних частот для достижения своего звукового эффекта, особенно когда есть пик резонанса около среза.

    Статьи по теме:
    • Что такое педали эффектов Wah-Wah для гитары и как они работают?
    • Что такое педали эффектов фильтров огибающих и как они работают?

    Когда дело доходит до автономных фильтров нижних частот, мы можем распространить эти эффекты на любой источник звука, автоматизируя фильтр нижних частот (особенно параметр частоты среза).

    Мы также можем использовать автоматизацию, чтобы эффективно увеличивать или уменьшать воспринимаемую глубину трека, а также снижать конкуренцию в high-end, когда другие треки вводятся в аранжировку (или удаляются из нее).


    Другие применения фильтров нижних частот в аудио

    Помимо микширования, фильтры нижних частот используются во многих других звуковых стандартах и ​​оборудовании.

    Фильтры нижних частот используются в аудио:

    Фильтры сглаживания и восстановления

    Если вы какое-то время интересовались звуком, вы знаете, что аудиосигналы могут быть аналоговыми или цифровыми.В то время как аналоговые сигналы обычно используются с преобразователями (громкоговорители, наушники, микрофоны и т. Д.) И некоторыми способами хранения (винил, лента и т. Д.), В современных случаях обычно используется цифровое аудио хранилище (внутри DAW, потоковая передача, облачное хранилище и т. Д.) хранилище на жестком диске и т. д.).

    Записываем ли мы с помощью микрофонов или аналоговых инструментов на цифровую звуковую рабочую станцию ​​или воспроизводим цифровой звук через динамики или наушники, нам потребуется преобразование аналогового и цифрового звука.

    Это преобразование выполняется с помощью точно названных аналого-цифровых преобразователей (АЦП) и цифро-аналоговых преобразователей (ЦАП).

    При переходе от аналогового к цифровому, АЦП будет производить выборку звука с высокой частотой дискретизации и назначать амплитуду (в пределах установленной битовой глубины) каждой выборке, чтобы смоделировать форму аналогового сигнала.

    При переходе от цифрового сигнала к аналоговому ЦАП будет пытаться создать плавный непрерывный сигнал на основе отсчетов цифрового сигнала.

    В обоих преобразователях используются аналоговые фильтры нижних частот.

    Фильтр сглаживания

    В АЦП ФНЧ называется фильтром сглаживания. Фильтр сглаживания, как следует из названия, фильтрует аналоговый сигнал перед дискретизацией / преобразованием, чтобы избежать наложения спектров.

    Наложение — это ошибка выборки, которая возникает, когда частота дискретизации слишком мала для правильного определения частоты входного сигнала. Когда происходит наложение спектров, дискретизированный сигнал в конечном итоге имеет более низкую частоту, чем входной сигнал.

    Обратите внимание, что типичные аудиосигналы не являются простыми синусоидальными волнами и имеют широкий диапазон частот. Таким образом, псевдонимы вносят искажения и другие артефакты в цифровой аудиосигнал (а не просто изменяют частоту сигнала).

    При этом проще всего визуализировать сглаживание с помощью простой синусоидальной волны. Давайте посмотрим на несколько иллюстраций, которые помогут нам понять псевдоним:

    На следующем изображении у нас есть синусоидальная волна 12 кГц, дискретизируемая с частотой 48 кГц.Точки представляют каждую точку выборки, а красный сигнал представляет собой выбранный сигнал (обратите внимание, что он наложен поверх исходного сигнала черным цветом). Другими словами, АЦП эффективно преобразует сигнал из аналогового в цифровой.

    На этом следующем изображении у нас есть входной сигнал 36 кГц, дискретизированный с той же частотой 48 кГц. Точки представляют каждую точку выборки, а красная форма волны представляет собой дискретизированную форму волны. Обратите внимание, что для создания сигнала, который проходит через каждую точку выборки (без прохождения сначала цикла), выбранная форма волны должна принимать другую форму волны, на этот раз с частотой 6 кГц.По сути, это то, что такое алиасинг.

    Обычно цифровой звук дискретизируется с частотой 44,1 кГц или 48 кГц, хотя также распространены более высокие частоты 88,2, 96, 176,4 и 192 кГц.

    Теорема выборки Найквиста-Шеннона по существу гласит, что во избежание наложения спектров цифровая система дискретизации должна иметь частоту дискретизации, по крайней мере, в два раза выше, чем наивысшая частота дискретизации звука.

    Звуковой диапазон человеческого слуха составляет от 20 Гц до 20 кГц, поэтому мы можем эффективно снизить низкие частоты выше 20 кГц, не оказывая чрезмерного влияния на то, что мы слышим.Обратите внимание, что в случае появления наложения спектров частоты выше диапазона слышимости вызовут искажения и артефакты в диапазоне слышимости.

    Таким образом, при самой низкой общей частоте дискретизации 44,1 кГц нам нужно, чтобы самая высокая частота аудиосигнала составляла 22,05 кГц или 22050 Гц. Это дает нам немного места в частотном спектре для спада частот между (в идеале) 20 кГц и 22,05 кГц.

    Помните, что фильтры нижних частот должны учитывать некоторый переходный период.Спад на 40 дБ обычно считается достаточным, чтобы сделать наложение «несущественным». По этой метрике нам понадобится фильтр очень высокого порядка, приближенный к кирпичному / идеальному фильтру.

    Реконструкция фильтра

    В ЦАП ФНЧ называется реконструкцией фильтра, препятствующего формированию изображения.

    Когда цифровой сигнал преобразуется в аналоговый, это не сигнал непрерывного времени. Скорее, он имеет дискретные изменения напряжения при заданной частоте дискретизации. Путем низкого прохождения преобразованного сигнала мы можем эффективно сгладить этот дискретный сигнал на высоких частотах, чтобы получить типичный аналоговый сигнал с непрерывным временем.

    Удалив высокочастотные составляющие сигнала, мы можем избавиться от любых искажений или образов в сигнале.

    Обратите внимание, что в идеале эти фильтры нижних частот должны быть идеальными, то есть они должны быть каменными фильтрами. Обычно это достигается (приблизительно) с помощью ФНЧ с импульсной характеристикой sinc.

    Фильтры деактивации

    Фильтры уменьшения выделения используются в системах, где предварительное выделение и ослабление выделения необходимо для улучшенной передачи сигнала.Это, прежде всего, FM-радио и запись / воспроизведение виниловых пластинок.

    Фильтры предыскажения, как правило, представляют собой фильтры высоких частот, обрезных фильтров нижних частот или повышающих фильтров верхних частот. Они используются для улучшения отношения сигнал / шум на высоких частотах (с FM-радио) или для улучшения хранения (как известно, винил плохо хранит низкочастотную информацию в своих канавках).

    Затем при воспроизведении требуется фильтр уменьшения выделения, чтобы отменить действие фильтра предварительного выделения, возвращая сигнал к его исходной частотной характеристике.

    Поскольку фильтры предыскажения относятся к высокочастотному (или аналогичному) разнообразию, фильтры ослабления выделения относятся к низкочастотному (или подобному) разнообразию.

    Для наглядности вот изображение фильтра уменьшения выделения (синим цветом) и фильтра предварительного выделения (розового цвета) для FM-радио (постоянная времени 75 мкс и частота среза 2122 Гц):

    Точно так же стандарт эквализации RIAA — это эквалайзер с предварительным / пониженным акцентом для записи и воспроизведения фонографических / виниловых пластинок. Он представлен на изображении ниже с синей линией, представляющей эквалайзер воспроизведения (уменьшение акцента), и розовой линией, представляющей эквалайзер записи (предыскажение):

    Сабвуфер Кроссоверы

    Сабвуферы — это громкоговорители, специально разработанные для воспроизведения низкочастотных звуковых волн (обычно от 20 Гц до 200 Гц) аудиосигнала.

    Эти громкоговорители важны в системах, предназначенных для воспроизведения всего диапазона слышимых частот, поскольку большинство громкоговорителей не могут точно воспроизводить эту низкочастотную информацию (если вообще).

    Более того, что позволяет нам слышать низкие частоты, сабвуферы позволяют нам почувствовать низкие частоты звука.

    В системах с сабвуферами эти специализированные динамики обычно передают определенную полосу частот общего аудиосигнала.

    Кроссовер громкоговорителей (независимо от того, является ли он автономным устройством или частью усилителя мощности) эффективно снижает низкочастотный сигнал, который будет отправлен на сабвуфер, чтобы не передавать какую-либо информацию среднего / высокого уровня.Отправка сигналов с частотами за пределами выделенного диапазона сабвуфера может привести к неидеальным и «грязным» характеристикам сабвуфера.

    Сабвуферы потребительского уровня, подобные тем, что используются в автомобилях, обычно воспроизводят 20 Гц — 200 Гц, в то время как профессиональные сабвуферы с усилением живого звука предназначены для воспроизведения звука ниже 100 Гц. Системы, одобренные THX, предназначены для работы с частотой ниже 80 Гц.

    Для получения дополнительной информации о кроссоверах для динамиков ознакомьтесь с моей статьей Что такое кроссовер для динамиков? (Активный пассивный).

    Включение в полосовые фильтры

    Что такое полосовой фильтр в аудио? Полосовой фильтр «пропускает» полосу частот (определенный диапазон выше нижнего порога и ниже верхнего порога), постепенно ослабляя частоты ниже нижнего порога и выше верхнего порога.

    Полосовые фильтры можно рассматривать как последовательные / каскадные фильтры верхних и нижних частот. Частота среза фильтра высоких частот ( f H ) будет ниже, чем частота среза фильтра низких частот ( f L ).

    Вот визуальное представление графика частоты полосового фильтра:

    А вот упрощенная схема, представляющая аналоговый полосовой фильтр с фильтром нижних частот первого порядка и фильтром нижних частот первого порядка:

    Для получения дополнительной информации о полосовых фильтрах ознакомьтесь с моей статьей Audio EQ: Что такое полосовой фильтр и как работают BPF?

    Включение в ленточные фильтры

    Что такое полосовой фильтр в аудио? Полосовой фильтр (он же режекторный фильтр или режекторный фильтр) работает, удаляя частоты в указанной полосе в пределах общего частотного спектра.Это позволяет частотам ниже нижней точки отсечки проходить вместе с частотами выше верхней точки отсечки.

    Полосовые фильтры можно рассматривать как параллельные фильтры верхних и нижних частот. Частота среза фильтра высоких частот ( f H ) будет больше, чем частота среза фильтра низких частот ( f L ).

    Вот визуальное представление графика частоты полосового фильтра:

    А вот упрощенная схема, представляющая аналоговый полосовой фильтр с фильтром нижних частот первого порядка и фильтром нижних частот первого порядка:

    Чтобы узнать больше о полосовых фильтрах, ознакомьтесь с моей статьей Audio EQ: Что такое полосовой фильтр и как работают BSF?


    Что такое фильтр высоких частот в звуковом эквалайзере? Фильтр высоких частот (HPF) — это процессор аудиосигнала, который удаляет нежелательные частоты из сигнала ниже определенной частоты среза.Он постепенно отфильтровывает (ослабляет) нижние частоты ниже его частоты среза, позволяя при этом проходить верхним, в идеале без каких-либо изменений.

    Статья по теме: Audio EQ: Что такое фильтр высоких частот и как работают фильтры высоких частот?

    Что такое полочный эквалайзер? Shelving eq использует полочные фильтры высоких и / или низких частот для воздействия на все частоты выше или ниже определенной частоты среза соответственно. Шельфинг может использоваться либо для усиления / усиления, либо для уменьшения / ослабления и воздействует на все частоты одинаково за пределами определенной точки.

    Что такое фильтр высоких частот?

    Первая половина вопроса проста, вторая касается очень важной мысли о том, что такое сабвуфер и где его следует выключить, и ваши громкоговорители начинают зарабатывать. REL думает об этом вопросе иначе и с большим уважением к артистам всех жанров — музыкальным артистам, звукорежиссерам фильмов и дизайнерам акустических систем, создавшим вашу акустическую систему — как уникально одаренным артистам, которые доставляют вам поистине волшебный опыт.Подробнее об этом мы поговорим позже.

    Давайте начнем с того, что такое фильтр высоких частот? Название говорит само за себя: фильтр высоких частот пропускает более высокие частоты. Все звуковые системы начинаются с компонента Source. Это может быть проигрыватель компакт-дисков, в наши дни он, скорее всего, будет стримером, может даже смартфон, отправляющий информацию через BlueTooth в вашу систему. Каким бы ни было его происхождение — и для чистого качества звука тех, которые я перечислил, лучшие проигрыватели компакт-дисков и транспортные устройства / ЦАП по-прежнему обеспечивают лучший звук со значительным запасом — звук исходит из источника, проходит через электронное сердце вашей системы к вашим динамикам. .

    Даже если вы о них не подозреваете, в ресиверах есть предусилители и усилители мощности. Интегрированные усилители просто объединяют предусилитель и стереоусилитель мощности в одно шасси. Большинство систем высочайшего качества имеют отдельные предусилители и усилители мощности, поскольку это дает наибольшую свободу в формировании звука именно таким, каким его хотят слышать их владельцы, поскольку каждый компонент имеет свою собственную звуковую сигнатуру. Оттуда звук проходит по акустическим кабелям, ВЕСЬ ДИАПАЗОН, к вашим громкоговорителям.

    Фильтр высоких частот вставляется между предусилителем и усилителем мощности — он находится в сабвуферах наших конкурентов — и отсекает низкие частоты. Во-первых, позвольте мне объяснить, почему существуют эти фильтры, потому что на бумаге это звучит привлекательно. Вставив фильтр высоких частот, можно (теоретически) восстановить 3 децибела громкости вашей системы и снять напряжение низких басов, создаваемых вашими динамиками. Это в значительной степени верно, хотя можно спорить о том, действительно ли задействованные динамики могут справиться с этим дополнительным выходом.Но пока давайте согласимся, что это заявленные преимущества.

    Они не говорят вам, что, пытаясь максимизировать децибелы, вы можете разрушить тщательно приобретенные звуковые качества тех динамиков, за которые вы, вероятно, хорошо заплатили. Это особенно верно, чем лучше ваши колонки.

    Кроме того, вот почему мы не используем фильтры высоких частот. Во-первых, мы ожидаем, что наши клиенты обычно тщательно обдумывают выбор акустических систем.Мы предполагаем, что они слушали несколько динамиков и в конечном итоге сделали выбор в пользу пары динамиков, которые воспроизводят музыку наиболее удовлетворительным образом и звучат так, как их уши воспринимают музыку как звук.

    Позвольте мне заявить, что наши клиенты, вероятно, изрядно потрудились, чтобы найти акустические системы, которые им нравятся. Они вполне могли таскать своего партнера из магазина в магазин, покупать не те проклятые колонки (не раз, если вы были упрямы и, честно говоря, по крайней мере, некоторые из них тоже были большими и уродливыми) жили с ними, прежде чем наконец научиться доверять своему собственному опыту и купить пару, которая, наконец, звучала великолепно — как бы вы ни определяли «отлично».Слушайте внимательно, это , а не наша работа — испортить всю эту тяжелую работу.

    Мы говорим, что не наша работа ставить под угрозу жизнь великого дизайнера акустических систем. На наш взгляд, такие люди, как Дэвид Уилсон (покойный из Wilson Audio), Ричард Вандерштин (несколько лет назад Гейл Сандерс из Martin-Logan), Франко Серблин (из классического Sonus Fabers) потратили всю жизнь, оттачивая свое мастерство, а не в отличие от мастеров-музыкантов. То, что они делали или делали, как некоторые уже приняли, возможно, никогда больше не будет воспроизведено.Я не настолько эгоистичен, чтобы думать, что глубокий бас, обработанный способом цифрового вырезания и вставки, предлагаемым нашими конкурентами, важнее, чем проникновение в самую суть музыки.

    Позвольте мне четко заявить, что низкие басы должны только возвышать и освещать главное событие. Таким образом, мы обрабатываем переходную зону между тем, где REL вступают во владение, и громкоговоритель естественным образом исчезает, как драгоценные украшения.

    Во-вторых, мы знаем, что фильтры не работают как двухпозиционный переключатель на указанной частоте.Вместо этого фильтр затухает на октаву или больше. Вкратце, октава — это музыкальный термин, который выражается простой математикой как уменьшение частоты вдвое. Итак, когда апологеты фильтров высоких частот заявляют, что им нужен фильтр высоких частот 70 Гц для защиты их динамиков от низких басов, это на самом деле означает, что фильтр начинает изменять звук музыки на частоте 120 Гц, потому что, по определению, он будет понижен на единица громкости, называемая децибелом (по соглашению мы используем –3 дБ, а на практике мы ищем –6 дБ как имеющую значение, когда речь идет о том, чтобы не допустить попадания басов в динамик).

    Для того, чтобы этот фильтр верхних частот работал и снизился на –6 дБ, вам нужно начать спад на 120 Гц в таблице ниже, и вы не доберетесь до –6 дБ до 70 Гц. Это означает, что вы начинаете примерно на октаву выше (140 Гц), чтобы спад на 70 Гц. Это означает, что вы настраиваете свою речь так, чтобы она замедлялась до самых низких нот голоса тенора или до расцвета акустической гитары. Если ваши колонки не справляются с этим, вам действительно нужно стать лучше.

    Я позаимствовал диаграмму ниже в Sweetwater Music, одном из моих любимых онлайн-магазинов профессиональных аудио- и музыкальных инструментов.

    Для более качественных динамиков вам нужно снизить эту частоту примерно до 30 Гц и ниже. Попытка устранить по-настоящему глубокий бас означает, что вам нужно будет начать откат над бас-барабаном в рок-группе с частотой 60 Гц. Действительно? В некоторых случаях вы тратили 10 000–100 000 долларов на покупку удивительно динамичных динамиков только для того, чтобы разрушить их мощный средне-басовый отклик? Что затем разрушает средние частоты… вы поняли.

    Негативные компромиссы FAR перевешивают практические преимущества.Купите хорошую пару динамиков независимо от вашего бюджета. Бюджет студента или молодого специалиста? Будьте изобретательны. Мне нравится маленький SPEAKERBOX 5 от Pro-Ject Audio, который в США стоит около 399 долларов. Он не обязательно должен быть безумно дорогим. Эти маленькие красотки звучат как музыка с невероятным твитером с мягким куполом, который можно слушать всю ночь. Они, вероятно, не делают ни одной ноты баса ниже 65 Гц, но соединяют их с T / 5i, и у вас есть потрясающая музыкальная система, в которой нет необходимости перечеркивать басы, если вы не хотите слушать на уровнях, которые вас вышибут. вашей квартиры.

    Итак, чтобы подвести итог, REL не использует фильтры высоких частот. Мы предлагаем купить приличную пару колонок независимо от вашего бюджета. Затем купите правильный партнерский REL, звуковое воздействие, которое обеспечивает один из наших сабвуферов, трудно переоценить.

    Теперь вы можете вернуться к просмотру музыки и домашнего кинотеатра, зная, почему вы наслаждаетесь богатым естественным звуком, которого мы все жаждем.



    24 марта 2021 г. — Опубликовано в: Принципы звука

    Фильтр низких частот — Сабвуфер

    Акустический спектр расширен за счет очень низких частот 20Iz и достигает 20000Iz на высоких частотах.На низких частотах ухудшается чувство направления. По этой причине мы используем динамик для присвоения очень низких частот. Производство, которое мы вам предлагаем, различает эти частоты, для того, чтобы к нему мы привели к соответствующему усилителю. Акустические фильтры встречаются в различных точках звуковой системы. Самыми известными приложениями являются фильтры baxandal для регулирования низких и высоких частот тона и фильтры кроссовера, где акустическая область разделена на подобласти, чтобы она опережала соответствующие громкоговорители.Приложение, которое мы вам предлагаем, представляет собой простой фильтр области, который ограничивает акустическую область (20-20000 Гц) в области 20-100 Гц.

    С производителем, который мы предлагаем, вы можете сделать активный фильтр, чтобы вы управляли громкоговорителем очень низких частот. Таким образом, вы разместите один динамик побольше между динамиками HIFI в себе. Для того, чтобы получить полную картину звука, вам понадобится также соответствующий усилитель. Во входе схемы вы подключите два выхода предусилителя или выход линии какого-либо предусилителя.В производственной схеме предусмотрен выход для подключения силовой цепи сабвуфера. Если по какой-то причине у вас нет места для размещения третьего динамика в зоне слышимости, вы можете выбрать динамик меньшего размера. Результат будет зависеть от типа музыки, которую вы слышите. Если на самом деле у вас есть место, то после того, как вы сделаете фильтр и останетесь благодарными, вы можете его порекомендовать в своих друзьях или все же сделать то же самое для своих друзей.

    Принципиальная схема

    В форме появляется теоретическая схема фильтра.На первый взгляд мы видим три разные схемы, которые в основном изготавливаются на двух операционных усилителях. Эти схемы представляют собой смешанный усилитель с регулируемым усилителем и регулируемый фильтр. Для производственного конца необходим контур общепита с рабочей тенденцией кейтеринга, равной ± 12. операционные усилители, составляющие активные элементы для этих схем, являются двойными операционными усилителями, такими как TL082 и NE5532. Эти операционные усилители принадлежат к семейству, снабженному транзисторами эффекта полевого IFET в своих входах.Каждый член семейства выделяет в свою схему биполярный транзистор и эффект поля. Эти схемы могут работать в его высокой тенденции, потому что они используют транзисторы высокой тенденции. Также они имеют высокий ритм подъема (скорость нарастания), низкий ток поляризации для входов и мало зависят от температуры. В рабочем состоянии эти усилители имеют ширину полосы пропускания с единичным усилением 3 МГц. Другим важным элементом для их выбора является большой отказ от шума, когда он присутствует в линии общественного питания.

    Цена брака больше 80дБ, потребление небольшое, от 11 до 3 мА. Они продаются внутри в двух словах с восемью контактами и двумя операционными усилителями. В той же линейке в двух словах 14 контактов они включают четыре рабочих, В торговле они продаются с кодами TL074, TL084 и TL064, В двух словах они продаются с восемью контактами. операционные усилители TL061 TL071 kajTL081. При изготовлении мы использовали TL082, имеющий два рабочих. Сначала работает от TL082, он работает как усилитель и смешивается для двух каналов. В его отрицательной записи он существует один маленький, смешанный с двумя сопротивлениями.Потенциометр на этой ступеньке определяет вспомогательную схему. В точке этого левого крыла и правого канала предусилителя добавлены средства двух сопротивлений. В непрерывном режиме операционный усиливает сигнал с помощью, зависящей от цены потенциометра.

    Место бегунка пропорционально с помощью схемы. Второй операционный усилитель является заводским фильтром. Фильтр акустической частоты второго класса выполнен из материалов, окружающих операционный усилитель.Фильтр низкопроходный с переменной частотой отсечки. Эта частота может быть изменена и брать цены с очень низкой частоты 30 Гц или все еще выше 150 Гц. Частота отключения фильтра зависит от цены на элементы схемы. Изменяя значения элементов, мы можем получить частоту отсечки 150Iz, 130Iz, J00Iz, 7Ïz, 6Íz даже 3Íz, по этой цене они могут быть достигнуты простым вращением двойного потенциометра. Схема фильтра была сделана вокруг одного операционного усилителя, который завершил TL082, то есть двойного операционного усилителя.На выходе фильтра подключим штекер расхода, куда подключается усилитель. На выходе из схемы представлен ограниченный по ширине частот сигнал, который мы подаем на вход схемы.

    Производство

    Детали
    R1 = 39 кОм
    R2 = 39 кОм
    R3 = 47 кОм
    R4 = 10 Ом
    R5 = 22 кОм
    R6 = 4,7 кОм
    R7 = 22 R8 =
    R7 = 22 кОм 4,7 кОм
    R9 = 10 Ом
    R10 = 220 Ом
    C1 = 39 пФ
    C2 = 0.1 мкФ
    C3 = 0,1 мкФ
    C4 = 0,2 мкФ
    C5 = 0,4 мкФ
    C6 = 0,1 мкФ
    C7 = 0,1 мкФ
    IC1 = TL064

    Для изготовления вам потребуется распечатка, которая появляется в форма. Здесь вы разместите материалы в следующей форме. Материалов достаточно, а легкость может привести к определенным ошибкам. Однако с небольшим вниманием вы можете его избежать. Если они представляются разностными неисправностями, вы внимательно проверяете схему. Схема, как мы уже сказали, представляет собой фильтр, и он должен использоваться материально хорошей точности и качества, особенно для конденсаторов.Конденсаторы фильтров будут иметь допуск 5%. Конечно, производство также будет работать с материалом более низкого качества, испытание производства может быть выполнено с помощью акустического сигнала генератора. Мы применяем генератор на входе производства и измеряем с помощью вольтметра тенденцию на выходе из фильтра. Если мы изменим потенциометр и изменим тенденцию, то все будет хорошо.

    автор: Сулис Папанастасиу
    электронная почта: [email protected]
    сайт: http: // www.techline.gr/

    Простой фильтр нижних частот 12 В NE5532

    Фильтр низких частот с использованием ne5532

    Эта схема фильтра нижних частот работает на базе микросхемы операционного усилителя NE5532. Это интегральная схема с двумя операционными усилителями. который обеспечит качественный звуковой сигнал. В этой статье я поделюсь некоторыми идеями о схеме и ее печатной плате.

    Основной принцип работы фильтра сабвуфера очень прост. и звук фильтра сабвуфера потрясающий, мы можем чувствовать звуки звука.

    Что такое фильтр низких частот

    Диапазон нормального прослушивания аудиосигнала от 20 Гц до 2 кГц .Этот сигнал включает низкие, высокие частоты и шум звука. Но сабвуфер работает с определенным диапазоном частот от 20hz до 150hz . Для этого нам понадобится устройство для фильтрации звуковой частоты.

    Фильтр сабвуфера пропускает звуковые сигналы низкого диапазона, такие как 20 Гц до 2 кГц . Блокирует высокие аудиосигналы от 500 Гц до 2 кГц . Это называется фильтром нижних частот .

    NE5532 Схема фильтра нижних частот

    Рабочий контур

    Схема фильтра сабвуфера работает на микросхеме NE5532.Предустановленный потенциометр 47 k позволит вам контролировать частоту звука.

    Он будет управлять частотой от 50 Гц до 150 Гц. с помощью нескольких компонентов вы можете построить эту схему. Блок питания обеспечивает двойное питание 12 В постоянного тока 12-0-12 В.

    Необходимые компоненты
    • NE5532 ic — 1
    • Подкладной потенциометр 47 кОм — 1
    • 10 кОм — 2
    • Предустановленный потенциометр 47 кОм — 1
    • Конденсатор 47nf — 4
    • Резистор 150 кОм — 2
    • 8.Резистор 2 кОм — 1
    • Резистор 15 кОм — 1
    • Резистор 22 кОм — 3
    • Конденсатор 22 мкФ — 1
    NE5532 Распиновка микросхемы
    NE5532 ВЫВОД

    Цепь питания для платы фильтра

    • Используйте для этой цепи питания трансформатор с центральным отводом 12-0-12.
    • использовать диод 1N4007 — это диод 1 А.
    • проверить все соединения после пайки.
    Распиновка микросхемы регулятора 7812 и 7819
    Распиновка микросхемы регулятора

    Вы также можете проверить другую схему фильтра нижних частот здесь

    знать о фильтр Баттерворта подробно

    Active Audio LPF Passive Audio LPF
    Требуется питание Не требуется питание
    Включает активные и пассивные компоненты (включая операционные усилители) Включает только пассивные компоненты (резисторы, конденсаторы и т. Д.))
    Предлагает усиление выше единичного усиления (повышает в дополнение к отсекам) Не может предлагать усиление выше единичного усиления (только отсечки)
    Низкое выходное сопротивление (работа независимо от нагрузки) Более высокое выходное сопротивление (работа в зависимости от нагрузки)
    Более высокие производственные затраты Более низкие производственные затраты

    Лучшие активные фильтры для схемы сабвуфера.Активный фильтр нижних частот (ФНЧ) для сабвуфера

    Многие кинозрители хотят иметь собственную систему домашнего кинотеатра, но не все могут позволить себе это увлечение. Каждый выходит из этой ситуации по-своему: кто-то купит простые китайские колонки, кто-то адаптирует акустику советского производства под басы, а самые продвинутые, обладая знаниями радиотехники, самостоятельно спроектируют низкочастотный канал сабвуфера. . Тем более, что это довольно просто.

    Общая информация

    Рассмотрим, что такое обычный сабвуфер.По сути, это простой активный фильтр, на вход которого поступают сигналы с (правого и левого каналов), усилителя и вуфера. В этой статье мы рассмотрим самый сложный элемент устройства — схему, позволяющую самостоятельно собрать ФНЧ для сабвуфера. Такие устройства воспроизводят частоты, не превышающие 40 Гц. Они используются вместе с небольшими сателлитными динамиками. Сабвуферы бывают активными и пассивными. Последние представляют собой низкочастотную головку, подключенную к общему усилителю.Такие устройства малоэффективны и непопулярны. Совсем другое дело — первый вариант. В таких устройствах электронный кроссоверный активный фильтр нижних частот для сабвуфера и отдельный фильтр отделяют басы от сигнала, который подается на основные громкоговорители непосредственно в точке подводимого тракта, где фильтрация этого сигнала внесет наименьшее количество уровень нелинейных искажений по сравнению с фильтрацией усилителя выходной мощности. Добавление отдельного усилителя к каналу сабвуфера резко увеличит динамический диапазон, а также освободит усилитель средних / высоких частот от дополнительной нагрузки.

    Фильтр сабвуфера: схемы

    Читателю предлагается на рассмотрение три варианта схем такого устройства. В первой схеме предлагается простейший фильтр для сабвуфера, выполненный в виде сумматора на одном транзисторе. Серьезного качества звука с помощью такого устройства добиться невозможно, но в силу своей простоты он отлично подойдет начинающим радиолюбителям. Но фильтр для сабвуфера, представленный в следующих двух вариантах, с большим успехом зарекомендовал себя как устройство с отличными характеристиками.Такие устройства устанавливаются непосредственно после линейного выхода источника и входа усилителя мощности. Фильтр сабвуфера отличается низким уровнем шума, низким энергопотреблением и широким диапазоном питающих напряжений.

    Заключение

    Подводя итог, добавление шрифта значительно снижает нижний предел воспроизводимых частот, увеличивает четкость звука в среднем диапазоне и обеспечивает довольно высокий уровень громкости без искажений. Исключение низких частот из спектра основного воспроизводимого сигнала, поступающего на спутники, позволяет им звучать четче и громче.Это связано с тем, что диффузор низкочастотного динамика не колеблется с большой амплитудой, пытаясь воспроизвести басы и тем самым искажая сигнал.

    То, о чем мы сейчас поговорим, как следует из названия статьи, — это самодельный усилитель для сабвуфера, в народе называемый «саб». Устройство имеет активный фильтр нижних частот на базе операционных усилителей и сумматор, обеспечивающий ввод сигнала со стереовыхода.

    Поскольку сигнал для схемы берется с выходов громкоговорителей, нет необходимости создавать помехи для операционного усилителя.Прием сигнала из динамиков имеет еще одно преимущество, а именно позволяет поддерживать постоянное соотношение громкости сабвуфера и стереосистемы.

    Естественно, усиление канала сабвуфера можно регулировать с помощью потенциометра. После фильтрации высоких частот и выделения низких (20-150 Гц) звуковой сигнал усиливается с помощью микросхемы TDA2030 или TDA2040, TDA2050. Это позволяет вам настроить выходную мощность низких частот по своему вкусу. В этом проекте успешно работает любой вуфер мощностью более 50 Вт на сабвуфер.

    Схема фильтра с сабвуфером УМЗЧ


    Принципиальная схема ФНЧ и сабвуфера УМЗЧ

    Описание работы схемы усилителя

    Стереосигнал подается на входной разъем через C1 (100 нФ) и R1 (2.2M) на первом канале и C2 (100nF) и R2 (2.2M) на другом канале. Затем он поступает на вход операционного усилителя U1A (TL074). Потенциометр P1 (220 кОм), работающий в цепи обратной связи усилителя U1A, регулирует усиление всей системы.Затем сигнал поступает на фильтр второго порядка с элементами U1B (TL074), R3 (68k), R4 (150k), C3 (22nF) и C4 (4,7 нФ), который работает как фильтр Баттерворта. По цепи C5 (220nF), R5 (100k) сигнал поступает на повторитель U1C, а затем через C6 (10uF) на вход усилителя U2 (TDA2030).

    Конденсатор C6 отделяет постоянную составляющую сигнала предусилителя от усилителя мощности. Резисторы R7 (100 кОм), R8 (100 кОм) и R9 (100 кОм) служат для поляризации входа усилителя, а конденсатор C7 (22 мкФ) фильтрует напряжение смещения.Элементы R10 (4,7 кОм), R11 (150 кОм) и C8 (2,2 мкФ) работают в цепи отрицательной обратной связи и имеют задачу формирования спектральных характеристик усилителя. Резистор R12 (1R) вместе с конденсатором C9 (100 нФ) формируют выходную характеристику. Конденсатор C10 (2200 мкФ) предотвращает прохождение постоянного тока через динамик и вместе с импедансом динамика определяет нижнюю частоту среза всего усилителя.

    Защитные диоды D1 (1N4007) и D2 (1N4007) предотвращают скачки напряжения, которые могут возникнуть в катушке динамика.Напряжение питания в пределах 18-30 В подается на разъем Zas, конденсатор C11 (1000 — 4700uF) является основным фильтрующим конденсатором (не экономьте на его емкости). Стабилизатор U3 (78L15) вместе с конденсаторами C12 (100 нФ), C15 (100 мкФ) и C16 (100 нФ) подает напряжение питания 15 В на U1. Элементы R13 (10k), R14 (10k) и конденсаторы C13 (100uF), C14 (100nF) образуют делитель напряжения для операционных усилителей, формируя половину напряжения питания.

    Сборка сабвуфера

    Припаивается вся система.Монтаж следует начинать с припайки двух перемычек. Порядок установки остальных элементов произвольный. В самом конце следует припаять конденсатор С11, так как он должен устанавливаться в положении лежа (соответственно нужно согнуть ножки).


    PCB для устройства

    Входной сигнал должен быть подключен к разъему In с помощью витых проводов (витая пара). Микросхема U2 должна быть оснащена радиатором большого размера.

    Схема должна питаться от трансформатора через выпрямительный диодный мост, конденсатор фильтра уже стоит на плате.Трансформатор должен иметь вторичное напряжение в пределах 16-20 В, но так, чтобы после выпрямления оно не превышало 30 В. К выходу должен быть подключен сабвуфер с хорошими параметрами — многое зависит от головы.

    ФИЛЬТР ДЛЯ САБВУФЕРА

    Каждый хочет иметь дома свой персональный очень хороший домашний кинотеатр, что вполне оправдано при нынешних ценах на посещение публики, но не всем это удается. Кто-то довольствуется покупкой дешевых китайцев 2.1 колонки, кто-то адаптирует советскую акустику под бас. А низкочастотный канал сабвуфера делают самые продвинутые радиолюбители, меломаны. Тем более что процедура изготовления совсем не сложная. Штатный сабвуфер представляет собой активный фильтр нижних частот, питающий правый и левый каналы линейного выхода, многоваттный усилитель мощности и большой деревянный ящик с вуфером. Расчет и изготовление корпуса чисто столярные, можно Об этом читайте на других ресурсах, усилитель мощности тоже не проблема — с богатым ассортиментом всевозможных и… А вот на входе ФНЧ для усилителя канала сабвуфера, мы здесь подробно остановимся.

    Как известно, сабвуфер воспроизводит частоты до 40 Гц и используется вместе с небольшими сателлитными колонками. Сабвуферы бывают пассивными и активными. Пассивный сабвуфер — это низкочастотный динамик, размещенный в корпусе, который подключен к общему усилителю. При таком способе подключения широкополосный выходной сигнал УМЗЧ подается на вход сабвуфера, а его кроссоверный фильтр удаляет низкочастотный сигнал из сигнала и подает отфильтрованный сигнал на громкоговорители.

    Гораздо более эффективный и распространенный способ подключения сабвуфера — это электронный фильтр кроссовера и отдельный усилитель мощности, который отделяет басы от сигнала, поступающего на основные динамики, в том месте на пути, где фильтрация сигнала вносит гораздо меньше гармонических искажений. чем фильтрация выходного сигнала усилителя мощности. Кроме того, добавление отдельного усилителя мощности для канала сабвуфера значительно увеличивает динамический диапазон и освобождает усилитель основных СЧ и ВЧ каналов от дополнительной нагрузки.Ниже я предлагаю первый, простейший вариант ФНЧ для сабвуфера. Он выполнен в виде сумматора фильтров на одном транзисторе и с ним нельзя рассчитывать на серьезное качество звука. Оставим его сборку самым новичкам.

    Но эти три варианта с равным успехом зарекомендовали себя как отличные фильтры для сабвуфера и некоторые из них установлены в моих усилителях.

    Эти фильтры устанавливаются между линейным выходом источника сигнала и входом усилителя мощности сабвуфера.Все они обладают низким уровнем шума и энергопотребления, широким диапазоном питающих напряжений. В микросхемах использовались любые сдвоенные операционные усилители, например TL062, TL072, TL082 или LM358. К пассивным элементам предъявляются обычные требования в отношении деталей высококачественных аудиотрактов. На мой слух, звук нижнего контура был особенно упругим и динамичным, сабвуфер с этой опцией слушаешь даже не ушами, а животом 🙂

    Технические характеристики фильтра для сабвуфера:

    • напряжение питания, В 12… 35В;
    • ток потребления, мА 5;
    • частота среза, Гц 100;
    • усиление в полосе пропускания, дБ 6;
    • Внеполосное затухание, дБ / 12 октября.

    Фотографии плат фильтров сабвуфера предоставлены товарищем Dimanslm:

    Добавление активного сабвуфера резко увеличивает динамический диапазон, снижает нижнюю частоту среза, улучшает чистоту средних частот и обеспечивает высокую громкость без искажений.Удаление низких частот из спектра основного сигнала, идущего на сателлиты, позволяет им звучать громче и четче, поскольку конус НЧ-динамика не колеблется с большой амплитудой, внося серьезные искажения, пытаясь воспроизвести басы.

    При использовании современной магнитолы с акустикой с чувствительностью 89 дБ и выше уровня громкости обычно вполне достаточно. Поэтому первый (бюджетный) усилитель, как правило, предназначен в первую очередь для сабвуфера.Обычно там есть блок формирования сигнала, но его возможности ограничены. Чаще всего фильтры имеют фиксированную частоту среза. А специализированный усилитель с плавно настраиваемыми фильтрами — уже не бюджетная вещь.

    Предлагаемые схемы предназначены именно для таких случаев. Большинство из них были разработаны «по заказу рабочих». Поэтому чертежей печатных плат, кстати, немного — это дело сугубо индивидуальное, зависит от деталей и компоновки в целом.Но от платы зависит очень многое, в том числе и количество «граблей», на которые наступит радиолюбитель. с повторением, поэтому все дополнения только приветствуются. Пока проектирую платы только для дизайнов «личного пользования», на все некогда …

    При разработке были поставлены два условия:

    • делать только с униполярным блоком питания на 12 вольт, чтобы не связываться с изготовлением преобразователей и не лезть за повышенное напряжение внутри усилителя
    • схема должна быть предельно простой и не требовать особой квалификации для повторения.

    Первая схема предназначена для простейших инсталляций. Поэтому его характеристики далеки от идеала, но возможностей вполне достаточно. Широкий диапазон настройки частоты среза позволяет использовать сабвуфер практически с любой акустикой. Если в магнитоле нет линейных выходов, это не имеет значения. Схема может работать с «динамиковыми» выходами магнитолы. Для этого достаточно увеличить сопротивление резисторов R1, R2 до 33 … 100 кОм.

    При широком диапазоне частот, воспроизводимых сабвуфером, необходимо использовать регулируемый фазовращатель, чтобы «согласовать» звук с передней акустикой. Схема простейшего сумматора с фазовращателем представлена ​​на следующем рисунке. По сравнению с предыдущей схемой пределы настройки частоты среза несколько сужены, все остальные рекомендации остаются в силе. Печатная плата не показана — пусть это будет «домашнее задание».


    Однако возможности простейших схем ограничены.Пассивный сумматор дает большое затухание сигнала, что заставляет усилитель использовать максимальную чувствительность. Кроме того, при работе с небуферизованного линейного выхода магнитолы (а в бюджетных строках все они такие) разделение стереоканалов может ухудшиться из-за низкого входного сопротивления сумматора.
    Следовательно, нужно перейти в активный микшер сигналов левого и правого каналов. Удобнее всего выполнять на полевых транзисторах — при использовании транзисторов с напряжением отсечки более 3 вольт (КП303Г, КП303Е) требуемый режим работы достигается без смещения на затворе.В этом случае блокирующий конденсатор на входе не требуется. А это дополнительное повышение качества звука. Да и сами полевые транзисторы «благороднее».


    Если вас устраивает встроенный фильтр усилителя, схему можно упростить.


    И, наконец, когда есть все необходимое и нужен только фазовращатель.


    Наконец, если сабвуфер представляет собой нечто более сложное, чем закрытый ящик, вам необходимо включить фильтр нижних частот в канал усиления.Правда, для повышения добротности приходилось выполнять по схеме третьего порядка, хотя АЧХ соответствует второму.


    В случаях, когда вам необходимо встроить блок формирования сигнала сабвуфера непосредственно в усилитель, имеет смысл переключиться на биполярный источник питания операционного усилителя. Ниже представлен вариант схемы, дополненный входом высокого уровня и регулировкой усиления. Резистор R18 определяет минимальный выходной уровень. Если необходимо уменьшить его до нуля, следует заменить резистор перемычкой или уменьшить сопротивление до 100-200 Ом.Входные каскады и фильтр остались практически без изменений, но из-за увеличения напряжения питания до 15 В перегрузочная способность была немного увеличена. Небольшое изменение номиналов фильтра увеличило его добротность, в результате чего крутизна АЧХ увеличилась непосредственно в зоне перегиба. Обладая широкой полосой пропускания, он приближается к фильтру третьего порядка. При регулировке необходимо следить, чтобы постоянное напряжение на эмиттере транзистора VT3 составляло 6-7 вольт.
    Если необходимо увеличить коэффициент передачи этого фильтра, можно обойти резисторы на истоках полевых транзисторов электролитическими конденсаторами емкостью 10 мкФ и выше.Прирост увеличится примерно в 3 раза, но есть риск искажения.


    Детали и установка
    Для плавной регулировки частоты среза необходимы резисторы с нелинейной зависимостью сопротивления (тип В). В среднем положении двигателя сопротивление одной половины «подковы» заметно больше, чем у другой. Их нужно включать, чтобы двигатель закоротил участок с большим сопротивлением.
    Керамические конденсаторы в аудиотракте нельзя использовать из-за микрофонного эффекта, их можно установить только в цепи питания.Из недорогих и доступных лучше всего использовать полипропилен, фторопласт или лавсан. Например, К73-17 (от 0,01 до 6,8 мкФ, напряжение от 50 до 630В, цена от 0,5 до 8 рублей за штуку в зависимости от габаритов и допуска). Конденсаторы необходимо подбирать попарно с минимальным разбросом (важно не точное значение емкости, а рассогласование каналов). Многие современные мультиметры позволяют напрямую измерять емкость. Если такой возможности нет, лучше использовать конденсаторы с допуском 5%.
    Полевые транзисторы по каналам должны быть согласованы попарно в соответствии с начальным током стока и напряжением отсечки. Если такой возможности нет, лучше использовать транзисторы из одной партии — внутри упаковки разброс параметров обычно невелик. Вместо КП303 можно использовать сборки серии КПС, где идентичность пар обеспечивается технологически. Вместо КТ3102Е можно использовать любые другие транзисторы n-p-n с коэффициентом передачи тока более 50.Одним словом, открываются широкие возможности для творчества …
    Во избежание наводок, для транзисторов КП303 «заземляющая» ножка транзистора (вывод корпуса) должна быть соединена с общим проводом. Входные делители также должны быть как можно ближе к транзистору, чтобы не было длинных проводов в схеме делитель-затвор. Это особенно важно при высоком сопротивлении делителя.

    Источник http://www.bluesmobil.com/shikhman/ Шихатов А.И. 1999-2003 гг.

    ФИЛЬТР ДЛЯ САБВУФЕРА

    Принципиальная схема, печатная плата, описание

    Этот фильтр предназначен для суммирования стереосигнала и отделения низкочастотного сигнала от этой суммы для сабвуфера.По сложности фильтр довольно сложен, так как построен по принципу параметрического эквалайзера, т.е.позволяет произвести максимум регулировок.
    Принципиальная схема фильтра для сабвуфера показана на рисунке 1. Это последний, самый популярный и универсальный фильтр из пяти разработанных фильтров для сабвуфера. На входе фильтра используется обычный резистивный смеситель, затем на ОУ делается буферный усилитель с коррекцией АЧХ, позволяющий обрабатывать сигнал с уже вырезанными среднечастотными и высокочастотными сигналами, но с довольно большая полоса захвата.
    Далее идет сам фильтр, сделанный на ОУ DA3, в обратную связь которого включен качественный фильтр на ОУ DA2 и DA4. В этом фильтре обрабатывается аудиосигнал, и можно регулировать добротность, то есть полосы. На рисунке 2 показано изменение АЧХ в зависимости от положения переключателя добротности (резистор R14).
    На рисунке 3 показана форма частотной характеристики в зависимости от положения регулятора частоты (резистор R15), на рисунке 4 показана форма частотной характеристики уровня перегиба, фактически того же уровня громкости, что и на входе, однако , регулируется именно перегиб АЧХ, хотя кажется, что уровень меняется (резистор R16).
    На рис. 5 показан вид частотной характеристики в зависимости от положения регуляторов частоты и добротности.
    Как видно из рисунка, этот фильтр позволяет идеально настроить практически любой сабвуфер и даже может составить конкуренцию корректору Linkwitz.

    На рисунке 1 схематично показан фильтр для сабвуфера.


    Рисунок 2 — Регулировка добротности.


    Рисунок 3 — регулировка частоты.


    Рисунок 4 — изменение уровня перегиба АЧХ.


    Рисунок 5 — Одновременное изменение частоты и добротности.

    Принципиальная схема фильтра для сабвуфера Рисунок печатной платы Описание фильтра рекомендаций по работе для схемы фильтра нижних частот сабвуфера

    На рис. 6 показан внешний вид фильтра, на рис. 7 схематично показано расположение деталей на печатной плате. Вы можете взять доску в формате лайка. Поскольку качественные фильтры достаточно сильно сдвигают фазу сигнала, в фильтр вводится фазовращатель, позволяющий получить максимальное совпадение сигналов по фазе широкополосного сигнала с сигналом сабвуфера.Кроме того, фильтр имеет 2 выхода, на которые сигнал идет в противофазе. Это позволяет компенсировать отсутствие фазового сдвига в фазовращателе при использовании обычного усилителя для сабвуфера или при использовании 2 идентичных усилителя, соединенных мостом.


    Рисунок 6 — внешний вид фильтра.


    Рисунок 7 — расположение деталей и схема подключения.

    Фильтр для сабвуфера питается от усилителя мощности (биполярный источник), так как параметрический регулятор напряжения уже встроен в фильтр, необходимо только подбирать токоограничивающие резисторы, чтобы избежать повреждения стабилитронов от теплового пробоя.

    Несколько слов о построении этого фильтра и его тестировании на симуляторе

    Для Microcap 8 в архиве есть модель этого фильтра. Также есть несколько фильтров как для биполярного, так и для униполярного источника питания, поэтому желающие могут заниматься спортом.

    На что мне установить фильтр высоких частот?

    Хотите лучший звук? Использование фильтра верхних частот — отличный способ получить лучшее качество звука и производительность даже от бюджетных колонок.

    В этой статье я поделюсь тем, что вам нужно знать, а также вы узнаете основы кроссоверов и их значение.

    Что такое фильтр низких частот (LPF) или фильтр высоких частот (HPF)?

    Различия между фильтром верхних частот и фильтром нижних частот

    Фильтр верхних частот (HPF) блокирует нежелательные частоты на выходе аудиосигнала (низкочастотные звуки) ниже точки кроссовера от попадания в динамик. Все, что находится выше точки пересечения, будет разрешено проходить.

    Аналогично, фильтр нижних частот (LPF) работает, чтобы блокировать высокочастотные звуки выше частоты среза. Кроссовер нижних частот обычно используется для сабвуферов, но также может использоваться с более высокой настройкой частоты для настройки 2-полосных динамиков, чтобы блокировать высокие частоты на низкочастотном динамике, или также как часть 3-полосной системы.

    Это верно для кроссоверов, встроенных в домашний ресивер, домашний или автомобильный усилитель или современную автомобильную стереосистему. Кроссоверы динамиков делают то же самое, но для этого в них используются конденсаторы и катушки индуктивности вместо электронных схем.

    Примечание: Иногда вы можете встретить слово «кроссовер», записанное как «Xover», как сокращенную версию названия.

    Когда следует использовать фильтр высоких частот?

    Фильтры верхних частот чрезвычайно полезны в одних случаях и более полезны в других — это зависит от вашей конкретной акустической системы.

    В основном, вы должны использовать фильтр высоких частот, когда:

    • Вы используете твитеры без кроссовера или , прилагаемый кроссовер недостаточно хорош (подробнее см. Раздел крутизны кроссовера ниже).
    • В автомобильной аудиосистеме, где вы хотите получить большую громкость и четкость от небольших динамиков, предотвращая искажения и «выход из строя» из-за тяжелых басов, которые они не могут воспроизводить хорошо.
    • Для домашней аудиосистемы, в которой вы используете сабвуфер и не хотите, чтобы басы были чрезмерно высокими. Это полезно при использовании активного сабвуфера вместе с основными динамиками, чтобы избежать слишком сильного баса.
    • Двухканальное усиление: удаление пассивного кроссовера (кроссовера динамиков) для управления динамиками напрямую от каналов усилителя, по одному динамику на канал.
    • Предотвращение попадания басов в маленькие или задние домашние стереодинамики объемного звучания, которые не могут воспроизводить глубокие басы.

    Когда дело доходит до высокочастотных динамиков, особенно важно не допускать, чтобы они работали с низкими басовыми частотами. То же можно сказать и о многих типах среднечастотных динамиков. Они не справляются с частотным диапазоном музыкального контента, например басовых нот.

    Он вызывает искажения и даже может нанести им непоправимый урон, если им управлять с достаточной силой. Низкие частоты требуют большого диффузора динамика, чтобы воспроизводить такой диапазон звука, который невозможен с их крошечным диффузором или куполом.

    На что мне установить фильтр высоких частот?

    Поначалу это может сбивать с толку, но как только вы немного познакомитесь с динамиками, слава богу, станет немного легче! В следующих разделах я упрощу частоту HPF, которую вы должны использовать для каждого случая, а также предоставлю несколько примечаний, которые помогут объяснить , почему это важно.

    1. Рекомендации производителя динамика

    Производители часто включают спецификации, которые сообщают вам, какую частоту среза следует использовать. Иногда это четко указывается как рекомендуемое пороговое значение, в то время как в других случаях вам придется основывать его на информации о частотной характеристике динамика. Например, на изображении выше мы видим, что твитер имеет полезный диапазон частот 3,5 кГц (кГц) и выше.

    Если ни то, ни другое не предусмотрено, вы можете использовать приведенные ниже таблицы. Хорошая новость заключается в том, что обычно содержит некоторую информацию , чтобы сообщить вам диапазон частотной характеристики динамика, по которому вы можете настроить фильтр высоких частот.

    2. Таблица частот кроссовера высоких частот для домашнего аудио

    Тип / система динамика Частота кроссовера
    Фронтальные колонки основного / вертикального типа (малые) Высокочастотный фильтр от 60 до 80 Гц. Лучше всего сочетается с сабвуфером, который их дополняет.
    Фронтальные колонки основного / вертикального типа (большие) Высокочастотный фильтр 60-80 Гц.
    Центральный или объемный звук (малый) Высокочастотный фильтр 100–120 Гц. Эти типы динамиков плохо воспроизводят басы и могут легко искажаться.
    Центральный или объемный звук (средний / большой) Высокочастотный фильтр 60-80 Гц. Большинство центральных громкоговорителей не предназначены для воспроизведения низких частот.
    Настенные или мини-сателлитные колонки Высокочастотный фильтр 100–120 Гц. Это помогает избежать сильных искажений, поскольку они не могут воспроизводить глубокие басы.
    2-полосные акустические системы от 3 кГц до 3.5 кГц. Очень распространенная частота кроссовера
    3-полосные акустические системы 3,5 кГц ВЧ (твитер) и 250-500 Гц ВЧ (СЧ)
    Дозвуковой фильтр сабвуфера ВЧ 20-30 Гц. Используется для старинных аудиозаписей, например, виниловых пластинок, для блокировки грохота и сигналов, расходующих энергию.
    Домашний стереофонический сателлит или задний динамик

    Следует отметить, что домашние стереофонические задние или сателлитные динамики (например, динамики объемного звука) обычно немного слабые и не могут воспроизводить глубокие басы из-за небольших динамиков и плохого корпуса.Это одна из причин, по которой они плохо звучат во время тяжелых звуковых моментов, таких как объемный звук в фильмах или тяжелая музыка.

    Это особенно верно для систем домашнего кинотеатра в коробке, в которых используются простые и недорогие тыловые колонки с одним диффузором.

    Примечание: Купленные вами домашние или автомобильные усилители могут иметь только фиксированные настройки (не регулируемые). Однако, как правило, они близки к перечисленному выше и предназначены для наиболее распространенных потребностей ораторов.

    3.Таблица частот кроссовера верхних частот автомобильной аудиосистемы

    Тип / система динамика Частота кроссовера
    Передние или задние широкополосные коаксиальные или компонентные динамики 56, 60, пропускание верхних частот до 80 Гц . Блокирует низкие частоты, вызывающие искажения.
    Твитеры 3–3,5 кГц ВЧ
    Среднечастотные или низкочастотные динамики 250-500 Гц ВЧ
    2-полосные акустические системы от 3 кГц до 3.5 кГц на твитеры. То же для СЧ / НЧ-динамиков
    3-полосные акустические системы 3,5 кГц (средние / высокие частоты) и 500 Гц (средние / низкие частоты)
    Дозвуковой фильтр сабвуфера ВЧ 20-30 Гц. Полезно, когда вы имеете дело с низкими частотами, из-за которых звук расходуется неэффективно из-за определенных звуковых дорожек или оборудования.

    Автомобильные аудиосистемы часто подвержены плохому звуку, искажениям и «выходу из строя» во время музыки с тяжелыми басами и особенно при большой мощности.Выход из строя — это когда узел звуковой катушки динамика доводится до предела во время тяжелого баса и касается магнита динамика, потому что его толкают до предела и за его пределами при попытке воспроизвести басовые ноты.

    Как они помогают улучшить звук

    Это довольно распространенная проблема. Например, когда коаксиальные динамики устанавливаются на приборной панели или дверях без надежного ограждения, условия на открытом воздухе означают, что диффузор динамиков практически не противодействует (без противодавления).

    Это позволяет конусу слишком легко перемещаться, создавая шум, искажения и даже в некоторых случаях повреждения.Это особенно верно, если вы используете функцию усиления низких частот — иногда вы сразу слышите искажения.

    Фильтры верхних частот могут полностью предотвратить это! У него также есть еще одно преимущество: вы можете довести свои динамики до предела мощности с отличной четкостью и громкостью звука. Это поможет вам получить максимальную отдачу от даже бюджетных колонок, если все сделано правильно.

    Какую крутизну кроссовера мне использовать?

    Что такое крутой наклон?

    Наклон — это крутизна фильтрующей способности кроссовера.Другими словами, насколько эффективно он блокирует звук после точки отсечки кроссовера.

    Наклоны описываются в децибелах (дБ) на октаву, записанных как «дБ / октава». Отрицательный символ (-) используется, чтобы показать, что они представляют ослабление или уменьшение сигнала за пределами точки отсечки.

    В аудио мы часто измеряем диапазон звуковых частот между двумя точками с использованием октавы. Одна октава — это удвоение или уменьшение числа частоты вдвое. (100 Гц, 200 Гц, 400 Гц и т. Д.)

    Когда мы говорим о кроссовере с отсечкой -6 дБ на октаву, мы имеем в виду, что он будет продолжать уменьшать выходную мощность на дополнительные 6 дБ при каждом удвоении предыдущей частоты.

    Пример: -6 дБ при 1 кГц, -12 дБ при 2 кГц, -18 дБ при 4 Гц, -24 дБ при 8 кГц, -32 дБ при 16 кГц, до 20 кГц.

    Какую настройку фильтра крутизны я должен использовать?

    Вообще говоря, крутизна -12 дБ часто является лучшим выбором и подходит для большинства акустических систем. Чтобы блокировать низкие частоты для небольших динамиков или твитеров, я рекомендую по крайней мере 12 дБ или даже лучше 18 дБ, если у вас есть такая возможность.

    Наиболее часто используемые склоны:

    • -6дБ — типично для встроенных фильтров верхних частот в дешевые твитеры, но не очень хорошо блокирует нежелательные звуки.
    • -12 дБ — Намного лучше и один из самых распространенных.
    • -18dB — Особенно эффективен при блокировке.

    Электронные кроссоверы (особенно для автомобильного усилителя) обычно имеют -12 дБ. Не все предлагают дополнительные настройки, но когда они есть, часто стоит поэкспериментировать с ними, чтобы увидеть, как это звучит для вашей аудиосистемы.

    Могу ли я использовать фильтр высоких частот с динамиками, у которых уже есть кроссоверы?

    Да, в большинстве случаев можно! На самом деле, хотя обычно и не требуется, в некоторых случаях может быть полезен.

    При использовании стереосистемы, усилителя или встроенного кроссовера ресивера он будет работать в дополнение к уже используемому кроссоверу динамиков. Во многих случаях вы получите более крутой уклон (лучшее блокирование), чем любой другой.

    Например, при использовании кроссовера HPF на 12 дБ на частоте 3,5 кГц с твитером с конденсатором кроссовера 6 дБ при 3,5 кГц, они эффективно складываются и дают вам наклон 18 дБ — более крутой и эффективный срез, чем у вас ». буду получать иначе.

    Однако необходимо уточнить несколько важных моментов:

    • Если частота среза HPF близка к частоте среза кроссовера громкоговорителей, их крутизны в основном складываются.
    • Если отсечка HPF усилителя намного ниже, чем у кроссовера динамика, это не будет столь же полезным (или даже может быть бесполезным) .Кроссовер динамика будет приоритетным.
    • Если HPF намного выше, чем у кроссовера динамиков, кроссовер динамиков будет фактически проигнорирован , поскольку в этом случае он не будет задействован. В этом случае приоритет будет отдаваться фильтру HPF усилителя.

    При желании вы можете полностью удалить кроссовер динамика, если вы работаете над проектом уровня аудиофилов. Это связано с тем, что компоненты кроссовера (конденсаторы и катушки индуктивности) создают проблему, называемую фазовым сдвигом , которой нет в электронном кроссовере.

    Примечание: Во многих случаях использование обоих кроссоверов не является необходимым и избыточным, хотя, как правило, это не проблема.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.