Crossover, filtrovat objednávky - na prstech. Analogová měřicí zařízení Filtrační obvody Filtry 3. řádu

Ahoj všichni,

Aby nebyly potíže s výpočtem MF-HF filtru, může se zdát správné použít tzv. doplňkový funkční filtr (AFF) - diferenciální zesilovač, který od širokopásmového (hudebního) signálu odečítá ten, který byl zvolen. dolní propustí (v našem případě) a zbytek tvoří MF a HF složka, která vysílá na jeho výstup.

Praktická schémata výhybek s FDF jsou podrobně popsána v článcích časopisu Radio:
1981 č. 5-6 str 39 "Třípásmový zesilovač"
1987 č. 3 p 35 "Filtrační blok třípásmového AF zesilovače"

Vezměte prosím na vědomí, že v obvodu "87/3" je před aktivním filtrem napěťový sledovač operačního zesilovače, který má nízkou výstupní impedanci, a filtr operačního zesilovače (FDF) s vysokou vstupní impedancí je nabitý, což je obecně užitečné pro přizpůsobení filtru obvodu, který tvoří výhybku.

Dělicí kmitočet, pro obousměrnou výhybku, je lepší zvolit třikrát vyšší, než je rezonanční kmitočet basového reproduktoru. Pokud je jako basový reproduktor použit širokopásmový reproduktor, pak je nejlepší provést sekci nad 3,5 kHz (nad rezonanční frekvencí zvoleného výškového reproduktoru).
Tabulka s propojovacím kmitočtem úseku při biamplingu s výkonem, který je potřeba přivést na spoj MF - KV je uvedena v Rádiu 2001 č. 9 str. 10

Před tuto výhybku je dobré umístit horní propust na 40 Hz nebo méně, abyste odřízli to, co váš basový reproduktor fyzicky nedokáže reprodukovat. To je podrobně popsáno v Audiokiller electroclub.info/samodel/sub_pred.htm

Článek o měření rezonanční frekvence reproduktorů a jejich "TC parametrů" pomocí zvukové karty počítače je k dispozici zde na webu..html

K tématu obousměrné reprodukce zvuku (biampling) je zajímavé přečíst si článek V. Shorova z Rádia 1994 č. 2 „Obousměrná reprodukce zvuku“ a chcete-li tomu lépe porozumět, sérii článků od A. Frunze „O zlepšení kvality zvuku reproduktorů“ Rádio 1992 9 - 12.

Chci poděkovat AudioKiller za program na výpočet filtrů třetího řádu.
electroclub.info/mysoft.htm
Podle výpočtů jsem sestavil kombinovanou (na jeden operační zesilovač) pásmovou propust 40 - 18000 Hz pro VKV přijímač. Při přesném výběru kondenzátorů a rezistorů se frekvenční charakteristika filtru shodovala s požadovanou bez dalšího ladění.

Začátečníci, kteří úspěšně sestavili desku s plošnými spoji, si mohou ušetřit starosti s leptáním desek plošných spojů použitím nefóliovaného sklolaminátu (getinaky nebo tlusté lepenky) a tenkého pocínovaného drátu, který nahradí stopy, které měly být vyleptány. V programu LayOut se nakreslí plošný spoj o šířce stopy 0,3 - 05 mm. - být vidět. Na základě výtisku vzoru desky, chráněného průhlednou lepicí páskou, je textolit děrován a vrtán. Poté se do otvorů, v pořadí montáže, od vstupu k výstupu, vkládají díly, jejich pocínované vývody se ohýbají ve směru nakreslených drah a připájejí. Pokud délka přívodů nestačí, použijte pocínovaný drát. Pokud vodiče - „koleje“ leží blízko sebe a existuje riziko zkratu, můžete nasadit cambric. Důležité je, že pokud potřebujete předělat např. 20% sestaveného obvodu, nemusíte vytištěné stopy odřezávat - stačí úsek odpájet, udělat nový vrt a znovu sestavit - čisté, jednoduché a technologické , jako dlažební desky. Při montáži vysokofrekvenčních struktur lze fóliovou vrstvu přivrácenou k dílům použít jako obecné stínění. Fólie kolem otvorů musí být zahloubena, kromě „zemních“ kontaktů.
V případě zájmu zašlu fotografie takto vyrobených desek.

B. Uspenský

Jednoduchou technikou pro oddělení stupňů na frekvenční bázi je instalace izolačních kondenzátorů nebo integrace RC obvodů. Často jsou však potřeba filtry se strmějšími sklony než RC řetěz. Taková potřeba existuje vždy, když je nutné oddělit užitečný signál od interference, která je frekvenčně blízká.

Rýže. 1. Ideální frekvenční odezva dolní propusti

Rýže. 2. Struktura filtru druhého řádu:

Nabízí se otázka: je možné zapojením kaskádových integračních RC obvodů získat např. komplexní dolní propust (LPF) s charakteristikou blízkou ideálnímu obdélníkovému, jako na Obr. 1? Na tuto otázku je jednoduchá odpověď: i když oddělíte jednotlivé RC sekce vyrovnávacími zesilovači, stejně nemůžete udělat jeden strmý z mnoha hladkých inflexí ve frekvenční odezvě. V současné době je v kmitočtovém rozsahu 0…0,1 MHz řešen obdobný problém pomocí aktivních RC filtrů, které neobsahují indukčnosti.

Integrovaný operační zesilovač (op amp) se ukázal jako velmi užitečný prvek pro implementaci aktivních RC filtrů. Čím nižší je frekvenční rozsah, tím výraznější jsou výhody aktivních filtrů z hlediska mikrominiaturizace elektronických zařízení, protože i při velmi nízkých frekvencích (do 0,001 Hz) je možné použít odpory a kondenzátory nepříliš velkých jmenovitých hodnot.

stůl 1

Porovnání charakteristik dolní propusti (odhadovaná hranice šířky pásma 1 Hz)

Aktivní filtry zajišťují implementaci frekvenčních charakteristik všech typů: nízké a vysoké frekvence, pásmová propust s jedním ladícím prvkem (ekvivalent jednoho LC obvodu), pásmová propust s několika konjugovanými ladícími prvky, zářez, fázové filtry a řada dalších speciálních charakteristik .

Vytváření aktivních filtrů začíná výběrem grafů nebo funkčních tabulek typu frekvenční odezvy, která zajistí požadované potlačení rušení vzhledem k jednotkové úrovni na požadované frekvenci, která se o daný počet liší od hranice propustného pásma. nebo ze střední frekvence pro rezonanční filtr. Připomeňme, že šířka pásma dolní propusti sahá frekvenčně od 0 do mezní frekvence f gr, vysokofrekvenčního filtru (HPF) - od f rp do nekonečna. Při konstrukci filtrů se nejvíce používají funkce Butterworth, Chebyshev a Bessel. Na rozdíl od jiných charakteristik Čebyševova filtru v propustném pásmu kolísá (pulsuje) kolem dané úrovně ve stanovených mezích, vyjádřených v decibelech.

Rýže. 3. Struktura filtru třetího řádu:

a - nízké frekvence; b - vysoké frekvence

Míra přiblížení charakteristik konkrétního filtru k ideálu závisí na řádu matematické funkce (čím vyšší řád, tím bližší). Zpravidla se používají filtry nejvýše 10. řádu. Narůstající pořadí znesnadňuje vyladění filtru a zhoršuje stabilitu jeho parametrů. Maximální kvalitativní faktor aktivního filtru dosahuje několika stovek při frekvencích do 1 kHz.

Jednou z nejběžnějších struktur kaskádových filtrů je propojení s vícesmyčkovou zpětnou vazbou, postavené na bázi invertujícího op-amp, což je ve výpočtech považováno za ideální. Propojení druhého řádu je znázorněno na Obr. 2. Pro usnadnění implementace akceptujeme: pro LPF - R1 = R2 = R3 = R, R4 = 1,5R; pro HPF - C1 \u003d C2 \u003d C3 \u003d C, R2 \u003d R3. Pro dolní propust určíme vypočtenou kapacitu C o \u003d 1 / 2pf rp R, kde f gr je mezní frekvence. Pro HPF definujeme R o - 1/2pf gr C. Rozměry ve výpočtech jsou Ohm, F, Hz. Koeficient přenosu spojení je 1.

Hodnota C1, C2 pro dolní propust a Rl, R2 pro horní propust se pak určí vynásobením nebo dělením C o a R o koeficienty z tabulky. 2 podle pravidla:

C1 \u003d t 1 C 0,R1 = R o/ m 1 C2 \u003d t 2 C 0,R2 = RQ/ m 2 .

Vazby LPF a HPF třetího řádu jsou znázorněny na Obr. 3. V propustném pásmu je zisk spoje 0,5. Prvky definujeme podle stejného pravidla:

C1 \u003d t 1 C 0,Rl = R/ m 1

C2 \u003d t 2 C 0,R2 = R 0 / m 2

SZ \u003d t 3 C 3,R3 = R 0 / m 3 .

Tabulka kursů vypadá takto.

tabulka 2

Pořadí filtru musí být určeno výpočtem, daným poměrem U BU /U BX při frekvenci f mimo propustné pásmo se známou mezní frekvencí f gr. Existuje závislost na Butterworthově filtru

odkud můžete najít n zaokrouhlením nahoru na celé číslo. Pokud je zakázka velká, je nutné přejít na Čebyševův filtr, pokud je malá, pak by měla být možnost použití Besselova filtru, který v nejmenší míře zkresluje užitečný signál v propustném pásmu a má lineární fázovou charakteristiku. být hodnocen.

Filtry sudého řádu jsou implementovány kaskádováním několika odkazů druhého řádu. Pokud je požadovaný součet řádů vazeb lichý, pak se při výpočtu filtrů indexy m 1, tg, t 3 vztahují k jednomu článku třetího řádu a zbytek k vazbám druhého řádu. Pro lepší potlačení šumu se kaskády zapínají, když se faktor kvality zvyšuje Q 0 \u003d 0,33 (C1 / C2) -2 pro dolnopropustný filtr - odkaz druhého řádu, tj. počínaje od posledních odkazů, pokud postupujte podle tabulky. 2.

Uvádíme vypočtené hodnoty faktoru kvality Q o spojů s nejvyššími rezonančními vlastnostmi filtrů šestého řádu Bessel, Butterworth, Chebyshev s nerovnoměrností 1 dB a 2 dB:

Qo = 1,023; 1,932; 8,004; 10,462.

Tyto hodnoty se snižují, pokud má operační zesilovač konečný zisk K:

Q = QÓ/(1 + 3 Q 2 Ó/ K).

Proto je nutné zajistit, aby při mezním kmitočtu filtru K > 3Q 2 o se v opačném případě charakteristika filtru v dorazovém pásmu lišila k horšímu. Je snadné vypočítat pro sekci Čebyševova filtru šestého řádu s nerovnoměrností 2 dB: K > 328,4. Na standardním operačním zesilovači K14ОУД7 s frekvencí jednotkového zisku až 1 MHz bude takové spojení poskytovat desetiprocentní chybu faktoru kvality při frekvenci 10 6 /328,4 = 304,5 Hz. Pomocí vysokorychlostních operačních zesilovačů můžete posunout hranici ET U do oblasti vyšších frekvencí.

Pro ilustraci na Obr. Obrázek 4 porovnává charakteristiky tří dolnopropustných filtrů šestého řádu s útlumovými charakteristikami RC obvodu. Všechna zařízení mají stejnou hodnotu f gr.

Pásmová propust může být postavena na jednom operačním zesilovači podle schématu na Obr. 5. Zvažte číselný příklad. Nechť je třeba postavit selektivní filtr s rezonanční frekvencí f 0 - 10 Hz a činitelem jakosti Q ~ 100.

Rýže. 4. Porovnání charakteristik dolní propusti šestého řádu:

1 - Besselův filtr, 2 - Eatter-worthův filtr; 3 - Čebyševův filtr (zvlnění 0,5 dB)

Rýže. 5. Pásmový filtr

Jeho pásmo je v rozsahu 9,95 ... 10,05 Hz. Při kmitočtu pr-zóny je koeficient přenosu B o = 10. Nastavme kapacitu kondenzátoru C = 1 μF. Poté podle vzorců pro uvažovaný filtr:

Rýže. 6 pásmový filtr 7. Aktivní filtr druhého řádu

Zařízení zůstává funkční, pokud je R3 vyloučen a je použit operační zesilovač se ziskem přesně rovným 2Q 2 . Ale pak faktor kvality závisí na vlastnostech operačního zesilovače a bude nestabilní. Zisk operačního zesilovače na rezonanční frekvenci by tedy měl výrazně překročit 2Q 2 = 20 000 při frekvenci 10 Hz. Pokud je zisk operačního zesilovače větší než 200 000 při 10 Hz, můžete zvýšit R3 o 10 %, abyste dosáhli vypočítaného Q faktoru. Ne každý operační zesilovač má při frekvenci 10 Hz zisk 20 000, zvláště pak 200 000. Například operační zesilovač K14ОУД7 není pro takový filtr vhodný; Je vyžadován KM551UD1A (B).

Pomocí dolnopropustného filtru a hornopropustného filtru zapojených do kaskády se získá pásmová propust (obr. 6). Strmost sklonů charakteristik takového filtru je určena pořadím vybraných LPF a HPF. Rozmístěním mezních frekvencí vysoce kvalitních HPF a LPF je možné rozšířit šířku pásma, ale zároveň se zhoršuje rovnoměrnost koeficientu přenosu v rámci pásma. Je zajímavé získat plochou frekvenční odezvu v propustném pásmu.

Vzájemné rozladění několika rezonančních pásmových filtrů (BPF), z nichž každý může být sestaven podle schématu na Obr. 5 poskytuje plochou frekvenční odezvu při zvýšení selektivity. Současně je vybrána jedna ze známých funkcí pro implementaci specifikovaných požadavků na frekvenční odezvu a následně je nízkofrekvenční funkce převedena na pásmovou propusti pro určení činitele kvality Q p a rezonanční frekvence f p každého spoje. . Spoje jsou zapojeny do série a zvlnění propustného pásma a selektivita se zlepšují se zvýšením počtu rezonančních stupňů PF.

Pro zjednodušení metodiky vytváření kaskádových PF v tabulce. 3 ukazuje optimální hodnoty frekvenčního pásma Af p (podle úrovně - 3 dB) a průměrnou frekvenci f p rezonančních spojů, vyjádřenou jako celkové frekvenční pásmo Af (podle úrovně - 3 dB) a průměrnou frekvenci f 0 kompozitního filtru.

Přesné hodnoty střední frekvence a limity úrovně - 3 dB se nejlépe volí experimentálně s úpravou faktoru kvality.

Na příkladu LPF, HPF a PF jsme viděli, že požadavky na zisk nebo šířku pásma operačního zesilovače mohou být příliš velké. Pak byste měli přejít na odkazy druhého řádu na dvou nebo třech OS. Na Obr. 7 ukazuje zajímavý filtr druhého řádu, který kombinuje funkce tří filtrů: z výstupu DA1 dostaneme signál dolní propusti, z výstupu DA2 - signál horní propusti a z výstupu DA3 - PF signál. Mezní frekvence dolní propusti, vysokofrekvenčního filtru a střední frekvence PF jsou stejné. Faktor kvality je také u všech filtrů stejný. Za podmínky C1 = C2 - C, R1 - R2, R3 = R5 = Rb volně volíme f rp , Qo, C. Pak je výpočet filtrů jednoduchý: R1 = R2 = = 1/2pf Г P C, R4= (2Q 0 - 1) R 3. Vstupní zisk

LPF, HPF: B o \u003d 2 - 1 / Q o v propustném pásmu, PF: B o \u003d 2Q 0 - 1 na rezonanční frekvenci.

Všechny filtry lze upravit změnou R1, R2 nebo C1, C2 současně. Faktor kvality, bez ohledu na to, lze upravit pomocí R4. Konečnost zesílení operačního zesilovače určuje skutečný činitel jakosti Q = Qo(1 + 2Q 0 /K).

Tabulka 3Parametry PF na kaskádách se vzájemným rozladěním

Je nutné zvolit operační zesilovač se ziskem K> 2Q 0 na mezní frekvenci. Tato podmínka je mnohem méně kategorická než u filtrů založených na jednom operačním zesilovači. Proto je možné sestavit filtr s lepšími charakteristikami na třech operačních zesilovačích relativně nízké kvality.

Pásmová zádrž (notch) je někdy nezbytná k odstranění úzkopásmového rušení, jako je frekvence sítě nebo její harmonické. Pomocí např. čtyřpólové dolní propusti a Butterworthovy horní propusti s mezními frekvencemi 25 Hz a 100 Hz (obr. 8) a samostatnou sčítačkou na operačním zesilovači získáme filtr pro kmitočet 50 Hz s faktorem kvality Q = 5 a hloubkou potlačení 24 dB. Výhodou takového filtru je, že jeho charakteristika v propustném pásmu - pod 25 Hz a nad 100 Hz - je dokonale plochá.

Stejně jako pásmový filtr lze zářezový filtr namontovat na jeden operační zesilovač. Bohužel vlastnosti takových filtrů nejsou stabilní. Proto doporučujeme použít otočný filtr na dvou operačních zesilovačích (obr. 9). Rezonanční obvod na zesilovači DA2 není náchylný ke generování. Při výběru odporů by měl být zachován poměr R1 / R2 = R3 / 2R4. Nastavením kapacity kondenzátoru C2, změnou kapacity kondenzátoru C1 můžete upravit filtr na požadovanou frekvenci f 2 o (Hz) = 400 / C (μF). V malých mezích lze faktor kvality upravit nastavením odporu R5. Pomocí tohoto schématu je možné získat hloubku potlačení až 40 dB, je však nutné snížit amplitudu vstupního signálu, aby byla zachována linearita gyrátoru na prvku DA2.

U výše popsaných filtrů závisel zisk a fázový posun na frekvenci vstupního signálu. Existují aktivní filtrační obvody, jejichž zesílení zůstává konstantní a fázový posun závisí na frekvenci. Takové obvody se nazývají fázové filtry. Používají se pro fázovou korekci a zpoždění signálů bez zkreslení.

Rýže. 8. Pásmový filtr

Rýže. 9. Otočný filtr se zářezem

Nejjednodušší fázový filtr prvního řádu je znázorněn na Obr. 10. Při nízkých frekvencích, kdy kapacita kondenzátoru C nefunguje, je koeficient přenosu +1 a při vysokých frekvencích - 1. Mění se pouze fáze výstupního signálu. Tento obvod lze úspěšně použít jako Phase Shifter. Změnou odporu rezistoru R je možné upravit fázový posun vstupního sinusového signálu na výstupu.

Rýže. 10. Fázový filtr prvního řádu

Existují také fázové vazby druhého řádu. Jejich kombinováním v kaskádě se vytvářejí fázové filtry vyššího řádu. Například pro zpoždění vstupního signálu s frekvenčním spektrem 0 ... 1 kHz po dobu 2 ms je zapotřebí fázový filtr sedmého řádu, jehož parametry jsou určeny z tabulek.

Je třeba poznamenat, že jakákoli odchylka hodnot použitých prvků .RC od vypočtených hodnot vede ke zhoršení parametrů filtru. Proto je žádoucí použít přesné nebo vybrané odpory a vytvořit nestandardní jmenovité hodnoty připojením několika kondenzátorů paralelně. Elektrolytické kondenzátory by se neměly používat. Kromě požadavků na zesílení musí mít operační zesilovač vysokou vstupní impedanci, mnohem vyšší než odpor filtračních rezistorů. Pokud to nelze zajistit, připojte sledovač operačního zesilovače před vstup invertujícího zesilovače.

Domácí průmysl vyrábí hybridní integrované obvody řady K298, která zahrnuje RC horní a dolní propusti šestého řádu založené na jednotkových zesilovačích (sledovačích). Filtry mají 21 jmenovitých mezní frekvence od 100 do 10 000 Hz s odchylkou ne větší než ± 3 %. Označení filtrů K298FN1…21 a K298FV1…21.

Principy návrhu filtrů nejsou omezeny na uvedené příklady. Méně obvyklé jsou aktivní R-filtry bez koncentrovaných kapacit a indukčností, které využívají setrvačných vlastností operačního zesilovače. Extrémně vysoké hodnoty Q, až 1000 při frekvencích do 100 kHz, poskytují synchronní filtry se spínanými kapacitami. A konečně, metody nábojově vázané polovodičové technologie jsou použity k vytvoření aktivních filtrů na zařízeních s přenosem řady 3aj. Takovýto vysokofrekvenční filtr 528FV1 s mezní frekvencí 820 ... 940 Hz je k dispozici jako součást řady 528; dynamický dolní propust 1111FN1 je jednou z novinek.

Literatura

Graham J., Toby J., Hulsmay L. Návrh a aplikace operačních zesilovačů. - M.: Mir, 1974, e. 510.

Marche Zh. Operační zesilovače a jejich aplikace. - L .: Energie, 1974, str. 215.

Gareth P. Analogová zařízení pro mikroprocesory a minipočítače. - M.: Mir, 1981, str. 268.

Titze U., Shenk K. Polovodičové obvody. - M.: Mir, 1982, str. 512.

Horowitz P., Hill W. The art of circuitry, svazek 1. - M.: Mir, 1983, str. 598.

Jedná se o zařízení ve zvukových systémech, která vytvářejí požadované provozní frekvenční rozsahy pro reproduktory. Reproduktory jsou navrženy tak, aby fungovaly v určitém frekvenčním rozsahu. Nepřijímají frekvence mimo tyto limity. Pokud je na vysokofrekvenční reproduktor (výškový reproduktor) aplikována nízká frekvence, zvukový obraz se zhorší, a pokud je signál také silný, výškový reproduktor „vyhoří“. Výškové reproduktory by měly pracovat pouze s vysokými frekvencemi a basové reproduktory by měly z celkového zvukového signálu přijímat pouze nízkofrekvenční rozsah. Zbývající střední pásmo jde do středobasových reproduktorů (midwooferů). Úkolem výhybek je proto rozdělit audio signál do požadovaných (optimálních) frekvenčních pásem pro příslušné typy reproduktorů.

Jednoduše řečeno, crossover je dvojice elektrických filtry. Řekněme, že výhybka má mezní frekvenci 1000 Hz. To znamená, že jeden z jeho filtrů ořezává všechny frekvence pod 1000 Hz a propouští pouze frekvence nad 1000 Hz. Takový filtr se nazývá horní propust. Další filtr, který propouští frekvence pod 1000 Hz, se nazývá dolní propust. Graficky je činnost této výhybky znázorněna na obrázku 3. Průsečíkem dvou křivek je dělicí mezní frekvence rovna 1000 Hz. Třípásmové výhybky mají také středopásmový filtr (pásmová propust), který propouští pouze střední frekvenční rozsah (přibližně od 600 Hz do 5000 Hz.) Obrázek ukazuje frekvenční odezvu třípásmové výhybky.

Crossovery třetího řádu. U takových výhybek je na výškovém reproduktoru umístěna jedna cívka a dva kondenzátory, zatímco u nízkofrekvenčního reproduktoru je tomu naopak. Citlivost takových výhybek je 18 dB na oktávu a mají dobré fázové charakteristiky v jakékoli polaritě. Negativní vlastností výhybek 3. řádu je nepřijatelnost použití časových zpoždění pro odstranění problémů spojených s reproduktory, které nevyzařují ve stejné vertikální rovině.

Crossovery čtvrtého řádu. Výhybky Butterworth čtvrtého řádu mají vysokou citlivost 24 dB na oktávu, což drasticky snižuje vzájemné ovlivňování reproduktorů v oblasti frekvenčního oddělení. Posunout o fáze je 360 ​​stupňů, což ve skutečnosti znamená jeho nepřítomnost. Velikost fázového posunu však v tomto případě není konstantní a může vést k nestabilnímu provozu výhybky. Tyto crossovery se v praxi prakticky nepoužívají.
Linkwitz a Riley uspěli při optimalizaci designu crossoveru čtvrtého řádu. Tato výhybka se skládá ze dvou Butterworthových výhybek druhého řádu zapojených do série pro výškový reproduktor a stejného pro basový měnič. Mají také citlivost 24 dB na oktávu, ale výstupní úroveň každého filtru je o 6 dB nižší než výstupní úroveň výhybky. Crossover Linkwitz-Riely nemá žádné fázové posuny a umožňuje časovou korekci pro ovladače, které nepracují ve stejné fyzické rovině. Tyto výhybky nabízejí nejlepší akustický výkon ve srovnání s jinými konstrukcemi.

Navrhování pasivních crossoverů

Jak bylo uvedeno výše, pasivní výhybka se skládá z kondenzátorů a induktorů. Pro sestavení pasivní výhybky prvního řádu je nutné mít jeden kondenzátor a jednu tlumivku. Kondenzátor je instalován v sérii na výškovém reproduktoru (hornopropustný filtr) a cívka je v sérii na basovém reproduktoru (dolnopropustný filtr). Hodnoty indukčnosti cívky ((H - microhenry) a jmenovité kapacity ((F - microfarad) jsou uvedeny v tabulce v závislosti na požadované dělicí frekvenci a impedanci reproduktoru.
Výhybka 1. řádu (6 dB/oktávu)

Zvolme například kapacitu a indukčnost pro výhybku s mezní frekvencí 4000 Hz s impedancí reproduktoru 4 ohmy. Z výše uvedené tabulky zjistíme, že kapacita kondenzátoru prvního řádu by měla být 10 mF a indukčnost cívky by měla být 0,2 mH.
Pro určení jmenovitých hodnot komponent pro výhybku druhého řádu (12 dB / oktáva) je nutné vynásobit hodnoty ze stejné tabulky pro kondenzátor faktorem rovným 0,7 a hodnota pro induktor vynásobená faktorem 1,414. Je třeba si uvědomit, že výhybka druhého řádu vyžaduje dva kondenzátory a dvě induktory. Udělejme výhybku druhého řádu pro mezní frekvenci 4000 Hz. Chcete-li zjistit hodnoty pro oba kondenzátory, vynásobte hodnotu z tabulky 10 mF faktorem 0,7 a získáte 7 mF. Dále se hodnota indukčnosti 0,2 mH vynásobí faktorem 1,414 a dostaneme hodnotu indukčnosti pro každou cívku 0,28 mH. Jeden z těchto kondenzátorů je instalován v sérii na výškovém reproduktoru a druhý paralelně na basovém reproduktoru. Jedna cívka paralelně k výškovému reproduktoru a druhá sériově k basovému reproduktoru.

Pasivní a aktivní crossovery

Rozdíl mezi těmito dvěma typy crossoverů je velmi jednoduchý. Aktivní výhybka vyžaduje externí napájení, zatímco pasivní výhybka ne. Z tohoto důvodu se aktivní výhybka odehrává ve zvukovém systému před zesilovačem a zpracovává zvukový signál z předzesilovače hlavní jednotky (např. autorádia). Dále po aktivní výhybce jsou instalovány dva nebo tři výkonové zesilovače. V tomto případě není instalován jeden zesilovač, protože nemá smysl redukovat signály oddělené aktivním crossoverem na jediný signál v zesilovači. Oddělené signály musí být zesíleny samostatně. Jak vidíte, aktivní výhybky se používají v drahých vysoce kvalitních zvukových systémech.
Pasivní výhybky zpracovávají již zesílený signál a instalují se před reproduktory. Možnosti pasivních výhybek jsou oproti aktivním výhybkám omezené, ale jejich správná aplikace může přinést dobré výsledky při minimálních finančních nákladech. Pasivní výhybky fungují dobře, když vyžadují řádově citlivost nižší než 18 dB na oktávu. Nad touto hranicí fungují dobře pouze aktivní výhybky.

Pasivní výhybky se používají především ke zpracování signálu výškových a středových reproduktorů. Řečníci. Pro nízkofrekvenční reproduktory lze tyto výhybky použít, ale prudce roste poptávka po kvalitě kondenzátorů a tlumivek, což vede k jejich zdražování a zvětšování. Pasivní crossovery špatně snášejí přetížení. Špičkové intenzity signálu přicházející ze zesilovače mohou změnit mezní frekvenci filtrů. Přetížený filtr navíc slábne zvuk signál (tlumení). Při výběru pasivních výhybek proto věnujte pozornost jejich schopnosti odolat špičkovému zatížení vytvářenému zesilovačem.
Aktivní (nebo elektronické) výhybky jsou sadou aktivních filtrů, které lze ovládat a snadno měnit mezní frekvenci libovolného kanálu. Pořadí citlivosti aktivních výhybek může být od 6 dB do 72 dB na oktávu (a vyšší). audio systémy automobilů mají citlivost 24 dB na oktávu. Při této citlivosti je prakticky vyloučena frekvenční výměna mezi reproduktory. Zvukový obraz je velmi kvalitní. Jedinou nevýhodou aktivních crossoverů je jejich vysoká cena ve srovnání s pasivními.

Fázový posun

Nyní si povíme něco o fázových posunech, které mohou nastat ve zvukových systémech, které používají výhybky. Fázový posun je nevyhnutelný jev vyplývající z konstrukčních vlastností horních, dolních a pásmových propustí.
Fáze je časování dvou signálů. Fáze se měří ve stupních od 0 do 360. Pokud dva stejné reproduktory vydávají zvukové vlny v opačné fázi (fázový posun o 180 stupňů), pak je zvuk utlumen. Problém je vyřešen obrácením polarity na jednom z reproduktorů.
Když se systém reproduktorů skládá z různých reproduktorů pracujících v různých frekvenčních rozsazích (výškový reproduktor a středobasový reproduktor), není vždy odstranění fázového posunu vyřešeno pouhou změnou „+“ na „-“. Vlnová délka z výškového reproduktoru je kratší než ze středového reproduktoru. Přední část vysokofrekvenční vlny se proto může dostat k posluchači později (nebo dříve) než přední část středofrekvenční (neboli nízkofrekvenční) vlny. Toto časové zpoždění je důsledkem fázového posunu. V tomto případě můžete optimalizovat zvukový obraz fyzickým zarovnáním dvou reproduktorů vůči sobě ve svislé rovině, dokud se zvukový obraz nezlepší. Například při vlnové frekvenci 1000 Hz je eliminováno časové zpoždění jedné milisekundy posunutím reproduktorů vůči sobě o 30 cm.

Nastavení aktivního přechodu

Nejdůležitější věcí při nastavování výhybky je výběr správné mezní frekvence. Pokud máme třípásmovou aktivní výhybku, pak stojíme před úkolem určit dva hraniční body (frekvence). První bod určuje mezní frekvenci pro subwoofer (dolní propust) a začátek středního pásma pro střední pásmo (horní propust). Druhý bod určuje koncovou frekvenci středního rozsahu (dolní propust) a počáteční frekvenci vysokofrekvenčního rozsahu pro výškový reproduktor (horní propust). Hlavně při nastavování dělicích frekvencí pamatujte na frekvenční charakteristiky reproduktoru a v žádném případě nezatěžujte reproduktor frekvencemi, které nejsou zahrnuty v jeho provozním rozsahu.
Pokud například subwoofer trochu chrastí nebo vydává brum (nepříjemná rezonance karoserie vozu), pak je přetížen nežádoucími středními frekvencemi (nad 100 Hz). Posuňte mezní frekvenci (dolní propust) na 75 Hz a/nebo nastavte citlivost na 18 dB nebo 24 dB na oktávu, pokud je to možné. Připomeňme, že zvýšení řádové citlivosti výhybky (hodnota dB/oktávu) lépe ořezává nežádoucí frekvence a zabraňuje jejich úniku přes filtr. Pořadí citlivosti hornopropustných filtrů pro středobasový reproduktor lze ponechat na 12 dB / oktávu (pro "měkké" středopásmové reproduktory). Toto nastavení aktivního crossoveru se nazývá asymetrické.

Tato tabulka ukazuje počáteční mezní frekvence pro různé typy reproduktorů při nastavování aktivních výhybek.

PŘEVOD FREKVENČNÍCH VLASTNOSTÍ DF (LPF --> LPF1)

PŘEVOD FREKVENČNÍCH VLASTNOSTÍ DF (LPF --> HPF)

PŘEVOD FREKVENČNÍCH VLASTNOSTÍ DF (LPF --> PF)

PŘEVOD FREKVENČNÍCH VLASTNOSTÍ DF (LPF --> RF)

Butterworth filtr 4 objednávky

PŘEVOD FREKVENČNÍCH VLASTNOSTÍ DF (LPF --> LPF1)

PŘEVOD FREKVENČNÍCH VLASTNOSTÍ DF (LPF --> HPF)

PŘEVOD FREKVENČNÍCH VLASTNOSTÍ DF (LPF --> PF)

PŘEVOD FREKVENČNÍCH VLASTNOSTÍ DF (LPF --> RF)

Čebyšev filtr 3 objednávky

PŘEVOD FREKVENČNÍCH VLASTNOSTÍ DF (LPF --> LPF1)

PŘEVOD FREKVENČNÍCH VLASTNOSTÍ DF (LPF --> HPF)

PŘEVOD FREKVENČNÍCH VLASTNOSTÍ DF (LPF --> PF)

PŘEVOD FREKVENČNÍCH VLASTNOSTÍ DF (LPF --> RF)

Čebyšev filtr 4 objednávky

PŘEVOD FREKVENČNÍCH VLASTNOSTÍ DF (LPF --> LPF1)

PŘEVOD FREKVENČNÍCH VLASTNOSTÍ DF (LPF --> HPF)

PŘEVOD FREKVENČNÍCH VLASTNOSTÍ DF (LPF --> PF)

PŘEVOD FREKVENČNÍCH VLASTNOSTÍ DF (LPF --> RF)

Besselův filtr 3. řádu

PŘEVOD FREKVENČNÍCH VLASTNOSTÍ DF (LPF --> LPF1)

PŘEVOD FREKVENČNÍCH VLASTNOSTÍ DF (LPF --> HPF)

PŘEVOD FREKVENČNÍCH VLASTNOSTÍ DF (LPF --> PF)

PŘEVOD FREKVENČNÍCH VLASTNOSTÍ DF (LPF --> RF)

4 objednávka Besselův filtr

PŘEVOD FREKVENČNÍCH VLASTNOSTÍ DF (LPF --> LPF1)

PŘEVOD FREKVENČNÍCH VLASTNOSTÍ DF (LPF --> HPF)

PŘEVOD FREKVENČNÍCH VLASTNOSTÍ DF (LPF --> PF)

PŘEVOD FREKVENČNÍCH VLASTNOSTÍ DF (LPF --> RF)

Analyzujte vliv chyb v nastavení koeficientů digitální dolní propusti na frekvenční odezvu (změnou jednoho z koeficientů b j). Popište povahu změny frekvenční charakteristiky. Udělejte závěr o vlivu změny jednoho z koeficientů na chování filtru.

Na příkladu Besselova filtru 4. řádu budeme analyzovat vliv chyb v nastavení koeficientů digitálních dolních propustí na frekvenční odezvu.

Hodnotu odchylky koeficientů ε volíme rovnou –1,5 %, tak aby maximální odchylka frekvenční charakteristiky byla asi 10 %.

Frekvenční charakteristika "ideálního" filtru a filtrů s upravenými koeficienty o hodnotu ε je znázorněna na obrázku:

A

Z obrázku je vidět, že největší vliv na frekvenční charakteristiku má změna koeficientů b 1 a b 2 (jejich hodnota převyšuje hodnotu ostatních koeficientů). Při použití záporné hodnoty ε zjistíme, že kladné koeficienty snižují amplitudu ve spodní části spektra, zatímco záporné koeficienty ji zvyšují. Při kladné hodnotě ε se vše děje naopak.

Kvantifikujte koeficienty digitálního filtru takovým počtem binárních číslic, aby maximální odchylka frekvenční charakteristiky od původní byla asi 10 - 20 %. Načrtněte frekvenční odezvu a popište povahu její změny.

Změnou počtu číslic zlomkové části koeficientů b j všimněte si, že maximální odchylka frekvenční odezvy od originálu nepřesahující 20% je získána při n≥3.

Typ frekvenční odezvy pro různé n zobrazeno na obrázcích:

n \u003d 3, maximální odchylka frekvenční odezvy \u003d 19,7 %

n \u003d 4, maximální odchylka frekvenční odezvy \u003d 13,2 %

n \u003d 5, maximální odchylka frekvenční odezvy \u003d 5,8%

n \u003d 6, maximální odchylka frekvenční odezvy \u003d 1,7 %

Lze tedy poznamenat, že zvýšení bitové hloubky při kvantování koeficientů filtru vede k tomu, že frekvenční charakteristika filtru se stále více přiklání k původní. Je však třeba poznamenat, že to komplikuje fyzickou implementaci filtru.

Kvantování pro různé n je vidět na obrázku:

// Jaké je pořadí filtru a strmost cutoff?

Co je pořadí filtru a strmost mezní hodnoty?

Ahoj všichni!

V tomto videu odpovídáme na otázku, jaké je pořadí filtru a strmost řezu. Díváme se

Pro ty, kteří se na video nemohou podívat, je k dispozici textová verze:

Dnes si s vámi povíme, jaká je strmost řezu, pořadí filtru a podobně. Pravděpodobně jste mnohokrát viděli takovou nahrávku, že, dobře, řekněme, že v návodu od zesilovače jsou filtry 12db na oktávu nebo 24db na oktávu, nebo že filtr je prvního řádu nebo druhého řádu, pojďme si s vámi promluvit o co to je.

Nejprve se podívejme, jak filtr funguje obecně

Tito. na obrázku vidíte frekvenční charakteristiku, na vertikální stupnici máme amplitudu v dB, na horizontální stupnici bude frekvence v Hz. Řekněme, že potřebujeme uříznout nějaký rozsah, řekněme frekvenční odezvu středobasů a řekněme 80 Hz, a tuto věc potřebujeme odříznout a ořízneme zesilovač nebo pasivní výhybku aktivní výhybkou, procesorem, čímkoli. A máme takovou frekvenční odezvu. Je třeba chápat, že filtr se neodřízne vertikálně, že když odřízneme na 80 Hz, tak níže nic nehraje - ne, hraje, každý filtr se ořezává s určitým sklonem sklonu, graficky vidíte jaký sklon svahu je.

V číslech je to uvedeno:

Existují vyšší objednávky, ale používají se méně často, hlavní je toto.

Nyní si s vámi porozumíme, co je to oktáva a co tato deska obecně znamená.

Dobře, přátelé, pokud vám představíme, zde je naše stupnice, změna frekvence o 2 krát bude oktáva, 40Hz-80Hz je oktáva, od 80 do 160 je oktáva, od 160 do 320 je oktáva.

Nyní se podívejte, co tento záznam znamená, řekněme, že máme filtr prvního řádu, 6db/oktávu, řekněme, že tam máme signál 120db, pak oktávu snížíme a ukáže se, že při 40Hz budeme mít o 6db nižší , tj. bude 114 db. Tím odřízněte filtr prvního řádu. Pokud bychom osekali filtrem druhého řádu, tak zde budeme mít - 12 dB, tzn. bude 108 dB. Abyste pochopili hodně nebo málo a jak vážně se filtr odřízne, stačí si představit, že 3 dB jsou 2krát, 6 dB od originálu jsou 4krát atd. Tito. dokonce i 6 dB na oktávový filtr činí zvuk o oktávu nižší 4krát tišším. Tito. je třeba pochopit, čím vyšší je řád filtru, tím silněji odřízne, tím přísněji filtr odřízne vše, co leží v mezích tohoto filtru. No, tj. pokud máme horní propust jako zde, tj. to, co se odřezává zespodu, znamená, že vše pod tím se odřezává s určitou strmostí řezu. Pokud se bavíme o dolní propusti tzn. filtr, který řeže shora, znamená, že vše nad ním je odříznuto absolutně podle stejných zákonů. Jaké filtry se kde aplikují, jak se používá, jaké jsou klady a zápory a nevýhody jednotlivých filtrů, o tom všem se bavíme v intenzivním „autu od A do Z“, které budeme mít velmi brzy, pojďte tam a tam se dozvíte vše na spoustu detailů, ale na takové přehledové video to myslím stačí. To je vše, byl s vámi Sergej Tumanov, pokud pro vás bylo video užitečné, zvedněte prsty, odebírejte náš kanál, sdílejte toto video se svými přáteli a přijďte na naši intenzivní, rád vás všechny uvidím. Do té doby se všichni uvidíme!