Geçiş, filtre siparişleri - parmaklarda. Analog Ölçüm Cihazları Filtre Devreleri 3. Derece Filtreler

Herkese selam,

MF-HF filtresinin hesaplanmasında zorluk yaşamamak için, seçileni geniş bant (müzik) sinyalinden çıkaran bir diferansiyel amplifikatör olan ek fonksiyon filtresi (AFF) kullanmak doğru görünebilir. alçak geçiren filtre tarafından (bizim durumumuzda) ve geri kalanı, çıkışına ileten MF ve HF bileşenleridir.

FDF ile pratik geçiş şemaları, Radio dergisi makalelerinde ayrıntılı olarak açıklanmaktadır:
1981 No. 5-6 p 39 "Üç bantlı amplifikatör"
1987 No. 3 p 35 "Üç bantlı bir AF amplifikatörünün filtre bloğu"

"87/3" devresinde, aktif filtrenin önünde düşük çıkış empedansına sahip bir op-amp voltaj izleyici ve yüksek giriş empedansına sahip op-amp filtresinin (FDF) olduğuna dikkat edin. genellikle geçiş oluşturan devre ile filtreyi eşleştirmek için kullanışlıdır.

İki yönlü bir geçiş için geçiş frekansının, woofer'ın rezonans frekansından üç kat daha yüksek seçilmesi daha iyidir. Woofer olarak tam aralıklı bir hoparlör kullanılıyorsa, bölüm en iyi şekilde 3,5 kHz'in üzerinde yapılır (seçilen tweeter'ın rezonans frekansının üzerinde).
MF - HF bağlantısına getirilmesi gereken güç ile biampling sırasında bölümün bağlantı frekansını gösteren tablo Radio 2001 No.9 s.10'da verilmiştir.

Bu geçişin önüne, woofer'ınızın fiziksel olarak yeniden üretemeyeceğini kesmek için 40Hz veya daha düşük bir yüksek geçiş filtresi koymak iyi bir fikirdir. Bu, Audiokiller electroclub.info/samodel/sub_pred.htm adresinde ayrıntılı olarak açıklanmıştır.

Bir bilgisayar ses kartı kullanılarak hoparlörlerin rezonans frekansının ve "TC parametrelerinin" ölçülmesiyle ilgili bir makale burada, web sitesinde mevcuttur..html

İki yönlü ses üretimi (biampling) konusunda, V. Shorov'un Radio 1994 No. 2 "İki yönlü ses üretimi" makalesini ve daha iyi anlamak istiyorsanız bir dizi makaleyi okumak ilginçtir. A. Frunze “Hoparlörlerin ses kalitesinin iyileştirilmesi üzerine” Radyo 1992 9 - 12.

Üçüncü dereceden filtreleri hesaplama programı için AudioKiller'a teşekkür etmek istiyorum.
electroclub.info/mysoft.htm
Hesaplamalara göre, bir VHF alıcısı için 40 - 18000 Hz birleşik (bir op-amp üzerinde) bant geçiren filtre topladım. Kondansatörlerin ve dirençlerin tam olarak seçilmesiyle, filtrenin frekans tepkisi, ek ayar yapılmadan istenen frekansla çakıştı.

Bir devre kartını başarıyla monte eden yeni başlayanlar, folyosuz cam elyafı (getinaks veya kalın karton) ve kazınması gereken izlerin yerini alan ince kalaylı tel kullanarak kendilerini baskılı devre kartlarını aşındırma zahmetinden kurtarabilirler. LayOut programında iz genişliği 0,3 - 05 mm olan bir baskılı devre kartı çizilir. - görünür olmak. Şeffaf yapışkan bantla korunan pano deseninin çıktısına göre, textolite zımbalanır ve delinir. Daha sonra deliklere girişten çıkışa montaj sırasına göre parçalar sokulur, kalaylı uçları çizilen raylar yönünde bükülür ve lehimlenir. Kabloların uzunluğu yeterli değilse, kalaylı tel kullanın. İletkenler - "yollar" birbirine yakınsa ve kısa devre riski varsa, bir kambrik takabilirsiniz. Örneğin, birleştirilmiş devrenin %20'sini yeniden yapmanız gerekirse, yazdırılan izleri kesmeniz gerekmez - sadece bölümü lehimleyin, yeni bir delme yapın ve tekrar birleştirin - temiz, basit ve teknolojik kaldırım levhaları gibi. Yüksek frekanslı yapıları monte ederken, parçalara bakan folyo tabakası genel ekran olarak kullanılabilir. "Toprak" kontakları hariç, deliklerin etrafındaki folyo havşa açılmalıdır.
İlgilenirseniz, bu şekilde yapılmış tahtaların fotoğraflarını gönderirim.

B. Uspensky

Aşamaları frekans temelinde ayırmak için basit bir teknik, izolasyon kapasitörleri veya entegre RC devreleri kurmaktır. Bununla birlikte, genellikle RC zincirinden daha dik eğimli filtrelere ihtiyaç vardır. Böyle bir ihtiyaç, faydalı bir sinyali frekans olarak yakın bir girişimden ayırmak gerektiğinde her zaman vardır.

Pirinç. 1. İdeal düşük geçiş frekans yanıtı

Pirinç. 2. İkinci dereceden filtre yapısı:

Şu soru ortaya çıkıyor: kademeli entegre RC devrelerini bağlayarak, örneğin, Şekil 1'deki gibi ideal dikdörtgene yakın bir özelliğe sahip karmaşık bir alçak geçiren filtre (LPF) elde etmek mümkün mü? 1? Bu sorunun basit bir yanıtı var: Bağımsız RC bölümlerini tampon yükselteçlerle ayırsanız bile, yine de frekans yanıtındaki pek çok düzgün çekimden birini dikleştiremezsiniz. Şu anda, 0…0,1 MHz frekans aralığında benzer bir sorun, endüktans içermeyen aktif RC filtreleri kullanılarak çözülmektedir.

Entegre işlemsel amplifikatörün (op amp), aktif RC filtrelerini uygulamak için çok yararlı bir unsur olduğu kanıtlanmıştır. Frekans aralığı ne kadar düşükse, aktif filtrelerin elektronik ekipmanın mikro minyatürleştirilmesi açısından avantajları o kadar belirgindir, çünkü çok düşük frekanslarda bile (0,001 Hz'e kadar) çok büyük olmayan dirençler ve kapasitörler kullanmak mümkündür.

tablo 1

Alçak geçiren filtre özelliklerinin karşılaştırılması (tahmini bant genişliği kesme 1 Hz)

Aktif filtreler, her türden frekans yanıtının uygulanmasını sağlar: düşük ve yüksek frekanslar, bir ayar elemanı ile bant geçişi (tek bir LC devresine eşdeğer), birkaç eşlenik ayar elemanı ile bant geçişi, çentik, faz filtreleri ve bir dizi başka özel özellik .

Aktif filtrelerin oluşturulması, geçiş bandı sınırından belirli bir sayıda farklı olan, gerekli frekansta bir birim seviyesine göre istenen girişimin bastırılmasını sağlayacak frekans yanıtı tipinin grafiklerinin veya fonksiyonel tablolarının seçilmesiyle başlar. veya rezonans filtresi için merkez frekanstan. Alçak geçiren filtrenin bant genişliğinin frekans olarak 0'dan f gr kesme frekansına, yüksek frekans filtresinin (HPF) - f rp'den sonsuza kadar uzandığını hatırlayın. Filtreler oluşturulurken en yaygın olarak Butterworth, Chebyshev ve Bessel fonksiyonları kullanılır. Geçiş bandındaki Chebyshev filtresinin diğer özelliklerinden farklı olarak, desibel cinsinden ifade edilen belirlenmiş sınırlar dahilinde belirli bir seviye etrafında dalgalanır (titreşir).

Pirinç. 3. Üçüncü dereceden filtre yapısı:

a - düşük frekanslar; b - yüksek frekanslar

Belirli bir filtrenin özelliklerinin ideale yaklaşma derecesi, matematiksel işlevin sırasına bağlıdır (sıra ne kadar yüksekse, o kadar yakındır). Kural olarak, en fazla 10. dereceden filtreler kullanılır. Sırayı artırmak, filtrenin ayarlanmasını zorlaştırır ve parametrelerinin kararlılığını kötüleştirir. Aktif filtrenin maksimum kalite faktörü, 1 kHz'e kadar olan frekanslarda birkaç yüze ulaşır.

Kademeli filtrelerin en yaygın yapılarından biri, hesaplamalarda ideal olarak kabul edilen, tersine çeviren bir op-amp temelinde oluşturulmuş çok döngülü geri bildirimli bir bağlantıdır. İkinci mertebenin bağlantısı, Şek. 2. Uygulama kolaylığı açısından şunları kabul ediyoruz: LPF için - R1 = R2 = R3 = R, R4 = 1.5R; HPF için - C1 \u003d C2 \u003d C3 \u003d C, R2 \u003d R3. Alçak geçiren filtre için, hesaplanan kapasitansı C o \u003d 1 / 2pf rp R belirleriz, burada f gr kesme frekansıdır. HPF için R o - 1/2pf gr C tanımlıyoruz. Hesaplamalardaki boyutlar Ohm, F, Hz. Bağlantı aktarım katsayısı 1'dir.

Alçak geçiren filtre için C1, C2 ve yüksek geçiren filtre için Rl, R2 değerleri, C o ve Ro'nun tablodaki katsayılarla çarpılması veya bölünmesiyle belirlenir. 2 kurala göre:

C1 \u003d t 1 C 0,R1 = Ro/ M 1 C2 \u003d t 2 C 0,R2 = istek/ M 2 .

Üçüncü dereceden LPF ve HPF'nin bağlantıları, şekil 2'de gösterilmiştir. 3. Geçiş bandında bağlantı kazancı 0,5'tir. Öğeleri aynı kurala göre tanımlayacağız:

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

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

SZ \u003d t3 C3,R3 = R 0 / M 3 .

Oran tablosu böyle görünüyor.

Tablo 2

Filtrenin sırası, bilinen bir kesme frekansı f gr ile geçiş bandının dışındaki bir f frekansında U BU /U BX oranı verildiğinde hesaplama ile belirlenmelidir. Butterworth filtresi için bir bağımlılık var

n'yi bir tamsayıya yuvarlayarak bulabileceğiniz yerden. Sıra büyükse Chebyshev filtresine geçmek gerekir, küçükse o zaman geçiş bandındaki faydalı sinyali en az ölçüde bozan ve doğrusal faz karakteristiğine sahip olan Bessel filtresinin kullanılma olasılığı olmalıdır. değerlendirilecek.

Çift sıralı filtreler, birkaç ikinci dereceden bağlantının basamaklandırılmasıyla uygulanır. Bağlantıların sıralarının gerekli toplamı tek ise, o zaman filtreleri hesaplarken, m 1 , t g, t 3 endeksleri üçüncü dereceden bir bağlantıya ve geri kalanı - ikinci dereceden bağlantılara atıfta bulunur. Daha iyi gürültü bastırma için, düşük geçişli bir filtre - ikinci dereceden bir bağlantı, yani son bağlantılardan başlayarak, kalite faktörü Q 0 \u003d 0,33 (C1 / C2) -2 arttıkça kaskadlar açılır. tabloyu takip edin. 2.

Bessel, Butterworth, Chebyshev'in altıncı dereceden filtrelerinin en yüksek rezonans özelliklerine sahip bağlantıların kalite faktörü Q o'nun 1 dB ve 2 dB'lik tekdüze olmayan hesaplanan değerlerini belirtiyoruz:

Q o = 1.023; 1.932; 8.004; 10.462.

Op-amp'in sonlu bir kazancı K varsa, bu değerler azalır:

Q = QÖ/(1 + 3 Q 2 Ö/ K).

Bu nedenle, filtrenin kesme frekansında K > 3Q 2 o olmasını sağlamak gerekir, aksi takdirde durdurma bandındaki filtre karakteristiği daha da kötüye gidecektir. 2 dB düzensizlik ile altıncı dereceden Chebyshev filtre bölümü için hesaplamak kolaydır: K > 328.4. 1 MHz'e kadar birlik kazanç frekansına sahip standart bir K14ОУД7 op ampte, böyle bir bağlantı, 10 6 /328.4 = 304.5 Hz frekansta yüzde on kalite faktörü hatası sağlayacaktır. Yüksek hızlı op amp'leri kullanarak, ET U sınırını daha yüksek frekansların olduğu bölgeye taşıyabilirsiniz.

Şek. Şekil 4, üç altıncı dereceden düşük geçişli filtrenin özelliklerini bir RC devresinin zayıflama özellikleriyle karşılaştırır. Tüm cihazlar aynı f gr değerine sahiptir.

Şekil l'deki şemaya göre bir op-amp üzerine bir bant geçiren aktif filtre oluşturulabilir. 5. Sayısal bir örnek düşünün. Rezonans frekansı f 0 - 10 Hz ve kalite faktörü Q ~ 100 olan seçici bir filtre oluşturmak gerekli olsun.

Pirinç. 4. Altıncı dereceden alçak geçiren filtrenin özelliklerinin karşılaştırılması:

1 - Bessel filtresi, 2 - Eater-worth filtresi; 3 - Chebyshev filtresi (dalgalanma 0,5 dB)

Pirinç. 5. Bant geçiş filtresi

Bandı 9.95 ... 10.05 Hz aralığındadır. pr bölgesi frekansında transfer katsayısı Bo = 10'dur. Kondansatörün kapasitansını C = 1 μF olarak ayarlayalım. Ardından, dikkate alınan filtrenin formüllerine göre:

Pirinç. 6 Bant geçiren filtre 7. İkinci dereceden aktif filtre

R3 hariç tutulursa ve kazanç tam olarak 2Q 2'ye eşit olan bir op amp kullanılırsa cihaz çalışır durumda kalır. Ancak kalite faktörü, op-amp'in özelliklerine bağlıdır ve kararsız olacaktır. Bu nedenle, op-amp'in rezonans frekansındaki kazancı, 10 Hz frekansta 2Q 2 = 20.000'i önemli ölçüde aşmalıdır. Op-amp kazancı 10 Hz'de 200.000'den büyükse, hesaplanan Q faktörüne ulaşmak için R3'ü %10 artırabilirsiniz. Her op-amp'in 10 Hz frekansta 20.000, özellikle 200.000 kazancı yoktur.Örneğin, op-amp K14ОУД7 böyle bir filtre için uygun değildir; KM551UD1A (B) gereklidir.

Kademeli olarak bağlanmış bir alçak geçiren filtre ve bir yüksek geçiren filtre kullanılarak, bir bant geçiren filtre elde edilir (Şekil 6). Böyle bir filtrenin özelliklerinin eğimlerinin dikliği, seçilen LPF ve HPF'nin sırasına göre belirlenir. Yüksek kaliteli HPF ve LPF'nin kesme frekanslarını ayırarak bant genişliğini genişletmek mümkündür, ancak aynı zamanda bant içindeki aktarım katsayısının tekdüzeliği bozulmaktadır. Geçiş bandında düz bir frekans yanıtı elde etmek ilgi çekicidir.

Her biri Şekil 1'deki şemaya göre oluşturulabilen birkaç rezonant bant geçiren filtrenin (BPF) karşılıklı olarak ayarlanması. 5, seçiciliği arttırırken düz bir frekans yanıtı verir. Aynı zamanda, frekans tepkisi için belirtilen gereklilikleri yerine getirmek için bilinen işlevlerden biri seçilir ve daha sonra düşük frekans işlevi, kalite faktörü Q p'yi ve her bir bağlantının rezonans frekansını f p belirlemek için bir bant geçiş işlevine dönüştürülür. . Bağlantılar seri olarak bağlanır ve geçiş bandı dalgalanması ve seçicilik, rezonans PF aşamalarının sayısındaki artışla gelişir.

Tabloda kademeli PF'ler oluşturmaya yönelik metodolojiyi basitleştirmek için. 3, Af p frekans bandının (seviyeye göre - 3 dB) optimal değerlerini ve toplam frekans bandı Af (seviyeye göre - 3 dB) ve ortalama frekans f cinsinden ifade edilen rezonans bağlantılarının ortalama frekansı f p'yi gösterir. Kompozit filtrenin 0'ı.

Orta frekansın kesin değerleri ve seviye limitleri - 3 dB, kalite faktörünü ayarlayarak deneysel olarak en iyi şekilde seçilir.

LPF, HPF ve PF örneğini kullanarak, op-amp'in kazanç veya bant genişliği gereksinimlerinin aşırı derecede yüksek olabileceğini gördük. O zaman iki veya üç işletim sisteminde ikinci sıradaki bağlantılara gitmelisiniz. Şek. Şekil 7, üç filtrenin işlevlerini birleştiren ilginç bir ikinci dereceden filtreyi göstermektedir: DA1'in çıkışından düşük geçişli bir sinyal, DA2'nin çıkışından - yüksek geçişli bir sinyal ve DA3'ün çıkışından - bir PF alıyoruz. sinyal. Alçak geçiren filtrenin, yüksek frekanslı filtrenin ve PF'nin merkez frekansının kesme frekansları aynıdır. Kalite faktörü de tüm filtreler için aynıdır. C1 = C2 - C, R1 - R2, R3 = R5 = Rb koşulu altında, f rp , Qo, C'yi serbestçe seçeriz. O zaman filtrelerin hesaplanması basittir: R1 = R2 = = 1/2pf Г PC, R4= (2Q 0 - 1) R 3. Giriş kazancı

LPF, HPF: Geçiş bandında B o \u003d 2 - 1 / Q o, rezonans frekansında PF: B o \u003d 2Q 0 - 1.

Tüm filtreler aynı anda R1, R2 veya C1, C2 değiştirilerek ayarlanabilir. Bundan bağımsız olarak kalite faktörü R4 kullanılarak ayarlanabilir. Op-amp kazancının sonluluğu, gerçek kalite faktörünü Q = Qo(1 + 2Q 0 /K) belirler.

Tablo 3Karşılıklı ayarlamalı kaskadlarda PF parametreleri

Kesme frekansında kazanç K> 2Q 0 olan bir op-amp seçmek gereklidir. Bu durum, bir op-amp'e dayalı filtrelere göre çok daha az kategoriktir. Bu nedenle, nispeten düşük kaliteli üç op amp üzerinde daha iyi özelliklere sahip bir filtre monte etmek mümkündür.

Şebeke frekansı veya harmonikleri gibi dar bant parazitlerini kesmek için bazen bir bant durdurma (çentik) filtresi gerekir. Örneğin, 25 Hz ve 100 Hz (Şekil 8) kesme frekanslarına sahip dört kutuplu bir düşük geçişli filtre ve bir Butterworth yüksek geçişli filtre ve op amp üzerinde ayrı bir toplayıcı kullanarak, bir frekans için bir filtre elde ederiz. Q = 5 kalite faktörü ve 24 dB reddetme derinliği ile 50 Hz. Böyle bir filtrenin avantajı, geçiş bandındaki özelliğinin - 25 Hz'nin altında ve 100 Hz'nin üzerinde - tamamen düz olmasıdır.

Bir bant geçiren filtre gibi, tek bir op-amp üzerine bir çentik filtresi monte edilebilir. Ne yazık ki, bu tür filtrelerin özellikleri sabit değildir. Bu nedenle, iki op amp üzerinde bir döner filtre kullanmanızı öneririz (Şekil 9). DA2 amplifikatöründeki rezonans devresi, üretime eğilimli değildir. Dirençleri seçerken R1 / R2 = R3 / 2R4 oranı korunmalıdır. C2 kapasitörünün kapasitansını ayarlayarak, C1 kapasitörünün kapasitansını değiştirerek, filtreyi gerekli frekansa f 2 o (Hz) = 400 / C (μF) ayarlayabilirsiniz. Küçük sınırlar dahilinde, kalite faktörü, direnç R5 ayarlanarak ayarlanabilir. Bu şemayı kullanarak, 40 dB'ye kadar bir reddetme derinliği elde etmek mümkündür, ancak DA2 elemanı üzerindeki jiratörün doğrusallığını korumak için giriş sinyali genliği azaltılmalıdır.

Yukarıda açıklanan filtrelerde, kazanç ve faz kayması, giriş sinyalinin frekansına bağlıydı. Kazancı sabit kalan ve faz kayması frekansa bağlı olan aktif filtre devreleri vardır. Bu tür devrelere faz filtreleri denir. Sinyalleri bozulma olmadan faz düzeltme ve geciktirme için kullanılırlar.

Pirinç. 8. Bant durdurma filtresi

Pirinç. 9. Çentik döner filtre

En basit birinci dereceden faz filtresi, Şekil 1'de gösterilmektedir. 10. Düşük frekanslarda, C kondansatörünün kapasitansı çalışmadığında aktarım katsayısı +1'dir ve yüksek frekanslarda - 1'dir. Yalnızca çıkış sinyalinin fazı değişir. Bu devre Faz Kaydırıcı olarak başarıyla kullanılabilir. Direnç R'nin direncini değiştirerek, çıkışta giriş sinüzoidal sinyalinin faz kaymasını ayarlamak mümkündür.

Pirinç. 10. Birinci dereceden faz filtresi

İkinci dereceden faz bağlantıları da vardır. Bunları kademeli olarak birleştirerek, yüksek dereceli faz filtreleri oluşturulur. Örneğin, 0 ... 1 kHz frekans spektrumuna sahip bir giriş sinyalini 2 ms'lik bir süre boyunca geciktirmek için, parametreleri tablolardan belirlenen yedinci dereceden bir faz filtresi gerekir.

Kullanılan .RC elemanlarının değerlerinin hesaplanan değerlerden herhangi bir sapmasının filtre parametrelerinin bozulmasına yol açtığına dikkat edilmelidir. Bu nedenle, doğru veya seçilmiş dirençlerin kullanılması ve birkaç kondansatörün paralel bağlanmasıyla standart dışı değerler oluşturulması arzu edilir. Elektrolitik kapasitörler kullanılmamalıdır. Amplifikasyon gereksinimlerine ek olarak, op amp, filtre dirençlerinin direncinden çok daha yüksek, yüksek bir giriş empedansına sahip olmalıdır. Bu sağlanamıyorsa, evirici amplifikatörün girişinden önce bir op-amp takipçisi bağlayın.

Yerli sanayi, birlik kazanç amplifikatörlerine (takipçiler) dayalı altıncı dereceden RC yüksek ve alçak geçiren filtreler içeren K298 serisinin hibrit entegre devrelerini üretir. Filtreler, ± %3'ten fazla olmayan bir sapma ile 100 ila 10.000 Hz arasında 21 kesme frekansı derecesine sahiptir. K298FN1…21 ve K298FV1…21 filtrelerinin tanımı.

Filtre tasarım ilkeleri verilen örneklerle sınırlı değildir. Daha az yaygın olan, op-amp'in atalet özelliklerini kullanan, toplanmış kapasitansları ve endüktansları olmayan aktif R filtreleridir. 100 kHz'e kadar frekanslarda 1000'e kadar olan son derece yüksek Q değerleri, anahtarlamalı kapasitanslı senkron filtreler tarafından sağlanır. Son olarak, 3aj serisi transferli cihazlarda aktif filtreler oluşturmak için şarj bağlantılı yarı iletken teknolojisi yöntemleri kullanılır. 820 ... 940 Hz kesme frekansına sahip böyle bir yüksek frekanslı filtre 528FV1, 528 serisinin bir parçası olarak mevcuttur; dinamik alçak geçiren filtre 1111FN1, yeni gelişmelerden biridir.

Edebiyat

Graham J., Toby J., Hulsmay L. İşlemsel yükselteçlerin tasarımı ve uygulaması. - M.: Mir, 1974, e.510.

Marche Zh. İşlemsel yükselteçler ve uygulamaları. - L .: Enerji, 1974, s. 215.

Gareth P. Mikroişlemciler ve mini bilgisayarlar için analog cihazlar. - M.: Mir, 1981, s. 268.

Titze U., Shenk K. Yarı iletken devre. - M.: Mir, 1982, s. 512.

Horowitz P., Hill W. Devre sanatı, cilt 1. - M .: Mir, 1983, s. 598.

Hoparlörler için istenilen çalışma frekans aralıklarını oluşturan ses sistemlerindeki cihazlardır. Hoparlörler belirli bir frekans aralığında çalışacak şekilde tasarlanmıştır. Bu limitlerin dışındaki frekansları kabul etmezler. Yüksek frekanslı bir hoparlöre (tweeter) düşük bir frekans uygulanırsa, ses resmi bozulur ve sinyal de güçlüyse, tweeter "yanar". Tweeter'lar yalnızca yüksek frekanslarla çalışmalı ve woofer'lar genel ses sinyalinden yalnızca düşük frekans aralığı almalıdır. Kalan orta bant, orta seviye hoparlörlere (orta ton hoparlörleri) gider. Bu nedenle, geçişlerin görevi, ses sinyalini ilgili hoparlör türleri için istenen (optimal) frekans bantlarına ayırmaktır.

Basitçe söylemek gerekirse, bir geçit bir çift elektriktir filtreler. Diyelim ki geçişin 1000 Hz'lik bir kesme frekansı var. Bu, filtrelerinden birinin 1000 Hz'in altındaki tüm frekansları kestiği ve yalnızca 1000 Hz'nin üzerindeki frekansları geçirdiği anlamına gelir. Böyle bir filtreye yüksek geçiren filtre denir. 1000 Hz'in altındaki frekansları geçiren başka bir filtreye düşük geçiş denir. Grafiksel olarak, bu geçişin çalışması Şekil 3'te gösterilmiştir. İki eğrinin kesişme noktası, 1000 Hz'e eşit geçiş kesme frekansıdır. Üç yollu geçişlerde ayrıca yalnızca orta frekans aralığını (yaklaşık 600 Hz ila 5000 Hz) geçen bir orta aralık filtresi (bant geçişi) bulunur. Şekil, üç yollu geçişin frekans tepkisini gösterir.

Üçüncü dereceden geçitler. Bu tür geçişlerde, tweeter üzerine bir bobin ve iki kapasitör yerleştirilirken, düşük frekanslı hoparlörde bunun tersi geçerlidir. Bu tür geçitlerin hassasiyeti oktav başına 18 dB'dir ve herhangi bir polaritede iyi faz özelliklerine sahiptirler. 3. dereceden geçişlerin olumsuz bir özelliği, aynı dikey düzlemde yayılmayan hoparlörlerle ilgili sorunları ortadan kaldırmak için zaman gecikmelerinin kullanılmasının kabul edilemez olmasıdır.

Dördüncü dereceden geçitler. Dördüncü dereceden Butterworth geçişleri, frekans ayırma bölgesindeki hoparlörlerin karşılıklı etkisini büyük ölçüde azaltan oktav başına 24 dB'lik yüksek bir duyarlılığa sahiptir. Geçiş faz 360 derecedir ki bu aslında yokluğu anlamına gelir. Bununla birlikte, bu durumda faz kaymasının büyüklüğü sabit değildir ve geçişin kararsız çalışmasına yol açabilir. Bu geçitler pratikte pratikte kullanılmaz.
Linkwitz ve Riley, dördüncü dereceden geçişin tasarımını optimize etmeyi başardı. Bu geçiş, tweeter için seri olarak bağlanmış iki ikinci dereceden Butterworth geçişinden ve bas sürücüsü için aynısından oluşur. Ayrıca oktav başına 24 dB hassasiyete sahiptirler, ancak her filtredeki çıkış seviyesi, geçişin çıkış seviyesinden 6 dB daha azdır. Linkwitz-Riely geçidinde faz kayması yoktur ve aynı fiziksel düzlemde çalışmayan sürücüler için zaman düzeltmesine izin verir. Bu geçişler, diğer tasarımlara kıyasla en iyi akustik performansı sunar.

Pasif Geçişler Tasarlamak

Yukarıda bahsedildiği gibi, pasif bir geçiş kondansatörlerden ve indüktörlerden oluşur. Pasif birinci dereceden bir çaprazlama monte etmek için bir kondansatöre ve bir indüktöre sahip olmak gerekir. Kondansatör, tweeter (yüksek geçiş filtresi) üzerine seri olarak kurulur ve bobin, woofer (düşük geçiş filtresi) üzerinde seri olarak bulunur. Bobin endüktans değerleri ((H - mikrohenry) ve kapasitans değerleri ((F - mikrofaradlar), istenen geçiş frekansına ve hoparlör empedansına bağlı olarak tabloda verilmiştir.
1. dereceden geçiş (6 dB/oktav)

Örneğin, 4 ohm hoparlör empedansı ile 4000 Hz kesme frekansına sahip bir geçiş için kapasitans ve endüktansı seçelim. Yukarıdaki tablodan, birinci dereceden kapasitörün kapasitansının 10 mF ve bobinin endüktansının 0,2 mH olması gerektiğini bulduk.
İkinci dereceden bir geçiş (12 dB / oktav) için bileşenlerin nominal değerlerini belirlemek için, kapasitör için aynı tablodaki değerleri 0,7'ye eşit bir faktörle çarpmak gerekir. ve indüktörün değeri 1,414 çarpanı ile çarpılır. İkinci dereceden bir geçişin iki kapasitör ve iki indüktör gerektirdiği unutulmamalıdır. 4000 Hz kesme frekansı için ikinci dereceden bir çaprazlama yapalım. Her iki kondansatörün değerlerini belirlemek için, 10 mF tablosundaki değeri 0,7 faktörü ile çarpın ve 7 mF elde edin. Ayrıca, 0,2 mH'lik endüktans değeri 1,414 faktörü ile çarpılır ve her bobin için 0,28 mH'lik endüktans değerini elde ederiz. Bu kapasitörlerden biri tweeter'a seri olarak, ikincisi ise woofer'a paralel olarak kurulur. Bir bobin tweeter'a paralel, diğeri woofer'a seri.

Pasif ve aktif geçişler

Bu iki geçiş türü arasındaki fark çok basittir. Aktif bir geçiş, harici bir güç kaynağı gerektirirken, pasif bir geçiş gerektirmez. Bu nedenle, aktif geçiş, ses sisteminde amplifikatörden önce gerçekleşir ve ana ünite preamplifikatöründen gelen ses sinyalini işler (örneğin, araba radyoları). Ayrıca, aktif geçişten sonra iki veya üç güç amplifikatörü kurulur. Bu durumda, aktif bir geçişle ayrılan sinyalleri amplifikatörde tek bir sinyale indirgemenin bir anlamı olmadığından, bir amplifikatör kurulmaz. Ayrılmış sinyaller ayrı ayrı yükseltilmelidir. Gördüğünüz gibi, pahalı yüksek kaliteli ses sistemlerinde aktif geçişler kullanılıyor.
Pasif geçişler zaten yükseltilmiş sinyali işler ve hoparlörlerin önüne kurulur. Pasif geçişlerin olanakları, aktif geçişlere göre sınırlıdır, ancak bunların doğru uygulanması, minimum finansal maliyetle iyi sonuçlar verebilir. Pasif geçişler, oktav başına 18 dB'den daha düşük bir hassasiyet sırası gerektiğinde iyi performans gösterir. Bu sınırın üzerinde, yalnızca etkin geçişler iyi çalışır.

Pasif geçişler, esas olarak tweeter'ların ve orta kademelerin sinyalini işlemek için kullanılır. hoparlörler. Düşük frekanslı hoparlörler için bu geçişler kullanılabilir, ancak kapasitörlerin ve indüktörlerin kalitesine olan talep keskin bir şekilde artar, bu da fiyatlarının artmasına ve boyutlarının artmasına neden olur. Pasif geçişler aşırı yükleri iyi tolere etmez. Amplifikatörden gelen tepe sinyal yoğunlukları, filtrelerin kesme frekansını değiştirebilir. Ayrıca, aşırı yüklenmiş bir filtre zayıflar. ses sinyal (sönümleme). Bu nedenle, pasif geçişleri seçerken, amplifikatör tarafından oluşturulan tepe yüklere dayanma yeteneklerine dikkat edin.
Aktif (veya elektronik) geçişler, kontrol edilebilen ve herhangi bir kanalın kesme frekansını kolayca değiştirebilen bir dizi aktif filtredir. Aktif geçitlerin hassasiyet sırası, oktav başına 6 dB ila 72 dB (ve daha yüksek) arasında herhangi bir şey olabilir. araç ses sistemleri oktav başına 24 dB hassasiyete sahiptir. Bu hassasiyetle, hoparlörler arasındaki frekans değişimi pratik olarak ortadan kalkar. Ses görüntüsü çok kaliteli. Aktif geçişlerin tek dezavantajı, pasif olanlara kıyasla yüksek maliyetleridir.

Faz değişimi

Şimdi crossover kullanan ses sistemlerinde oluşabilen faz kaymalarından bahsedelim. Faz kayması, yüksek geçiren, alçak geçiren ve bant geçiren filtrelerin tasarım özelliklerinden kaynaklanan kaçınılmaz bir olgudur.
Faz, iki sinyalin zamanlamasıdır. Faz, 0 ila 360 derece cinsinden ölçülür. İki özdeş hoparlör zıt fazda (180 derece faz kayması) ses dalgaları yayarsa, ses zayıflar. Hoparlörlerden birinin kutupları ters çevrilerek sorun giderilir.
Hoparlör sistemi, farklı frekans aralıklarında (tweeter ve orta woofer) çalışan farklı hoparlörlerden oluştuğunda, faz kaymasının ortadan kaldırılması her zaman basitçe "+"yı "-" olarak değiştirmekle çözülmez. Tweeter'dan gelen dalga boyu midwoofer'dan daha kısadır. Bu nedenle, yüksek frekanslı dalganın önü, dinleyiciye orta frekanslı (veya düşük frekanslı) dalganın önünden daha geç (veya daha erken) ulaşabilir. Bu zaman gecikmesi, faz kaymasının bir sonucudur. Bu durumda, ses resmi iyileşene kadar iki hoparlörü birbirine göre dikey bir düzlemde fiziksel olarak hizalayarak ses resmini optimize edebilirsiniz. Örneğin, 1000 Hz'lik bir dalga frekansında, hoparlörlerin birbirine göre 30 cm kaydırılmasıyla bir milisaniyelik zaman gecikmesi ortadan kaldırılır.

Aktif Geçiş Ayarı

Bir geçiş kurarken en önemli şey, doğru kesme frekansını seçmektir. Üç bantlı bir aktif geçişimiz varsa, iki kesme noktası (frekans) belirleme görevi ile karşı karşıyayız. İlk nokta subwoofer için kesme frekansını (düşük geçiş) ve orta aralık (yüksek geçiş) için orta aralığın başlangıcını belirler. İkinci nokta, tweeter için orta aralığın bitiş frekansını (düşük geçiş) ve yüksek frekans aralığının başlangıç ​​frekansını (yüksek geçiş) belirler. En önemlisi, geçiş kesme frekanslarını ayarlarken, hoparlörün frekans özelliklerini unutmayın ve hoparlörü hiçbir durumda çalışma aralığına dahil olmayan frekanslarla yüklemeyin.
Örneğin, subwoofer biraz sallanırsa veya bir uğultu (araba gövdesinin hoş olmayan rezonansı) yayarsa, o zaman istenmeyen orta frekanslarla (100 Hz'nin üzerinde) aşırı yüklenir. Kesme frekansını (düşük geçiş) 75 Hz'e getirin ve/veya hassasiyeti mümkünse oktav başına 18 dB veya 24 dB'ye ayarlayın. Geçiş hassasiyeti (dB/oktav değeri) sırasındaki bir artışın, istenmeyen frekansları daha iyi keserek filtreden sızmalarını önlediğini hatırlayın. Midwoofer için yüksek geçiş filtrelerinin hassasiyet sırası 12 dB / oktavda bırakılabilir ("yumuşak" orta menzilli hoparlörler için). Aktif geçişin bu ayarına asimetrik denir.

Bu tablo, aktif geçişler kurulurken farklı hoparlör türleri için başlangıç ​​kesme frekanslarını gösterir.

DF'NİN FREKANS ÖZELLİKLERİNİN DÖNÜŞÜMÜ (LPF --> LPF1)

DF'NİN FREKANS ÖZELLİKLERİNİN DÖNÜŞÜMÜ (LPF --> HPF)

DF'NİN FREKANS ÖZELLİKLERİNİN DÖNÜŞÜMÜ (LPF --> PF)

DF'NİN FREKANS ÖZELLİKLERİNİN DÖNÜŞÜMÜ (LPF --> RF)

Butterworth filtresi 4 sipariş

DF'NİN FREKANS ÖZELLİKLERİNİN DÖNÜŞÜMÜ (LPF --> LPF1)

DF'NİN FREKANS ÖZELLİKLERİNİN DÖNÜŞÜMÜ (LPF --> HPF)

DF'NİN FREKANS ÖZELLİKLERİNİN DÖNÜŞÜMÜ (LPF --> PF)

DF'NİN FREKANS ÖZELLİKLERİNİN DÖNÜŞÜMÜ (LPF --> RF)

Chebyshev filtresi 3 sipariş

DF'NİN FREKANS ÖZELLİKLERİNİN DÖNÜŞÜMÜ (LPF --> LPF1)

DF'NİN FREKANS ÖZELLİKLERİNİN DÖNÜŞÜMÜ (LPF --> HPF)

DF'NİN FREKANS ÖZELLİKLERİNİN DÖNÜŞÜMÜ (LPF --> PF)

DF'NİN FREKANS ÖZELLİKLERİNİN DÖNÜŞÜMÜ (LPF --> RF)

Chebyshev filtresi 4 sipariş

DF'NİN FREKANS ÖZELLİKLERİNİN DÖNÜŞÜMÜ (LPF --> LPF1)

DF'NİN FREKANS ÖZELLİKLERİNİN DÖNÜŞÜMÜ (LPF --> HPF)

DF'NİN FREKANS ÖZELLİKLERİNİN DÖNÜŞÜMÜ (LPF --> PF)

DF'NİN FREKANS ÖZELLİKLERİNİN DÖNÜŞÜMÜ (LPF --> RF)

3. dereceden Bessel filtresi

DF'NİN FREKANS ÖZELLİKLERİNİN DÖNÜŞÜMÜ (LPF --> LPF1)

DF'NİN FREKANS ÖZELLİKLERİNİN DÖNÜŞÜMÜ (LPF --> HPF)

DF'NİN FREKANS ÖZELLİKLERİNİN DÖNÜŞÜMÜ (LPF --> PF)

DF'NİN FREKANS ÖZELLİKLERİNİN DÖNÜŞÜMÜ (LPF --> RF)

4 sipariş Bessel filtresi

DF'NİN FREKANS ÖZELLİKLERİNİN DÖNÜŞÜMÜ (LPF --> LPF1)

DF'NİN FREKANS ÖZELLİKLERİNİN DÖNÜŞÜMÜ (LPF --> HPF)

DF'NİN FREKANS ÖZELLİKLERİNİN DÖNÜŞÜMÜ (LPF --> PF)

DF'NİN FREKANS ÖZELLİKLERİNİN DÖNÜŞÜMÜ (LPF --> RF)

Dijital düşük geçiş filtresinin katsayılarını ayarlamadaki hataların frekans yanıtı üzerindeki etkisini analiz edin (katsayılardan birini değiştirerek b J). Frekans yanıtındaki değişikliğin doğasını tanımlayın. Katsayılardan birini değiştirmenin filtrenin davranışı üzerindeki etkisi hakkında bir sonuca varın.

4. dereceden Bessel filtresi örneğini kullanarak, dijital alçak geçiren filtre katsayılarını ayarlamadaki hataların frekans yanıtı üzerindeki etkisini analiz edeceğiz.

ε katsayılarının sapma değerini –%1,5'e eşit olarak seçiyoruz, böylece frekans yanıtının maksimum sapması yaklaşık %10 oluyor.

"İdeal" filtrenin ve katsayıları ε değerine göre değiştirilmiş filtrelerin frekans tepkisi şekilde gösterilmiştir:

VE

Şekilden b 1 ve b 2 katsayılarındaki değişimin frekans tepkisi üzerinde en büyük etkiye sahip olduğu görülebilir (değerleri diğer katsayıların değerini aşıyor). Negatif bir ε değeri kullanarak, pozitif katsayıların spektrumun alt kısmında genliği azalttığını, negatif katsayıların ise artırdığını not ediyoruz. Pozitif bir ε değeriyle, her şey tam tersi olur.

Dijital filtrenin katsayılarını, orijinal olandan frekans yanıtının maksimum sapması yaklaşık %10 - 20 olacak şekilde ikili basamak sayısıyla niceleyin. Frekans tepkisini çizin ve değişiminin doğasını tanımlayın.

Katsayıların kesirli kısmının basamak sayısını değiştirerek B J%20'yi aşmayan orijinal frekans yanıtının maksimum sapmasının n≥3'te elde edildiğine dikkat edin.

Çeşitli frekans yanıtı türleri Nşekillerde gösterilmiştir:

N \u003d 3, frekans yanıtının maksimum sapması \u003d %19,7

N \u003d 4, frekans yanıtının maksimum sapması \u003d %13,2

N \u003d 5, frekans yanıtının maksimum sapması \u003d %5,8

N \u003d 6, frekans yanıtının maksimum sapması \u003d %1,7

Bu nedenle, filtre katsayılarının kuantizasyonu sırasında bit derinliğindeki bir artışın, filtrenin frekans yanıtının orijinal olana giderek daha fazla yönelmesine yol açtığı not edilebilir. Ancak, bunun filtrenin fiziksel uygulamasını zorlaştırdığına dikkat edilmelidir.

Çeşitli için niceleme N resimde görülebilir:

// Filtre sırası ve kesim dikliği nedir?

Filtre sırası ve kesim dikliği nedir?

Herkese selam!

Bu videomuzda filtre sıralaması ve kesimin dikliği nedir sorusuna cevap veriyoruz. İzliyoruz

Videoyu izleyemeyenler için metin versiyonu var:

Bugün sizlerle kesimin dikliği nedir, filtrenin sırası vb. konulardan bahsedeceğiz. Muhtemelen birçok kez böyle bir kayıt görmüşsünüzdür ki, peki, amplifikatörden gelen kılavuzda, filtrelerin oktav başına 12db veya oktav başına 24db olduğunu veya filtrenin birinci veya ikinci dereceden olduğunu söyleyelim, sizinle konuşalım. ne olduğunu.

İlk olarak, filtrenin genel olarak nasıl çalıştığına bakalım.

Onlar. Resimde frekans tepkisini görüyorsunuz, dikey ölçekte dB cinsinden genliğe sahibiz, yatay ölçekte Hz cinsinden bir frekans olacaktır. Diyelim ki bir aralığı kesmemiz gerekiyor, diyelim ki midbass frekans tepkisini ve 80Hz diyelim ve bu şeyi kesmemiz gerekiyor ve amplifikatörü veya aktif bir geçiş, işlemci, her neyse pasif geçişi kesiyoruz. Ve böyle bir frekans tepkimiz var. Filtrenin dikey olarak kesmediği, 80 Hz'de kesersek, aşağıda hiçbir şey oynamadığı anlaşılmalıdır - hayır, çalar, her filtre eğimin belirli bir eğimi ile keser, eğimin ne olduğunu grafiksel olarak görebilirsiniz. eğimi vardır.

Sayılarla bu belirtilir:

Daha yüksek siparişler var, ancak daha az kullanılıyorlar, asıl mesele bu.

Şimdi sizinle bir oktavın ne olduğunu ve bu kaydın genel olarak ne anlama geldiğini anlayalım.

Evet arkadaşlar takdim edecek olursak skalamız bu, frekansı 2 kere değiştirmek oktav olur, 40Hz-80Hz oktav olur, 80'den 160'a oktav, 160'tan 320'ye değiştirmek oktav olur.

Şimdi bu girişin ne anlama geldiğine bakın, diyelim ki birinci dereceden bir filtremiz var, 6db / oktav, diyelim ki orada 120db'lik bir sinyalimiz var, sonra oktavı aşağı çekiyoruz ve 40Hz'de 6db daha düşük olacağı ortaya çıkıyor. , yani 114db olacak. Böylece birinci dereceden filtreyi kesin. İkinci dereceden bir filtre ile kesersek, burada - 12 dB, yani. 108 dB olacaktır. Çok mu az mı anlamak ve filtrenin ne kadar ciddi bir şekilde kesildiğini anlamak için, 3 dB'nin 2 kat, orijinalinden 6 dB'nin 4 kat olduğunu hayal etmeniz yeterlidir. Onlar. oktav başına 6 dB'lik bir filtre bile sesi bir oktav daha düşük 4 kat daha sessiz hale getirir. Onlar. filtrenin sırası ne kadar yüksekse, o kadar güçlü keser, filtre bu filtrenin sınırları içinde kalan her şeyi o kadar kesin bir şekilde keser anlamak gerekir. yani buradaki gibi bir yüksek geçiş filtremiz varsa, yani aşağıdan kesilen şey, altındaki her şeyin kesimin belirli bir dikliği ile kesilmesi anlamına gelir. Düşük geçişten bahsediyorsak, yani. yukarıdan kesen bir filtre, üstündeki her şeyin kesinlikle aynı yasalara göre kesildiği anlamına gelir. Hangi filtreler nerede uygulanır, nasıl kullanılır, her filtrenin artıları eksileri eksileri nelerdir, tüm bunları çok yakında sahip olacağımız yoğun “A'dan Z'ye araba sesi” içinde konuşuyoruz, gelin oraya ve orada her şeyi birçok ayrıntıyla öğreneceksiniz, ancak böyle bir genel bakış videosu için bence bu kadarı yeterli. Hepsi bu kadar, Sergey Tumanov sizlerleydi, video işinize yaradıysa parmaklarınızı kaldırın, kanalımıza abone olun, bu videoyu arkadaşlarınızla paylaşın ve yoğun çalışmalarımıza gelin, hepinizi görmekten mutluluk duyarım. O zamana kadar görüşürüz!