Акустические системы

Как расчитать и изготовить звуковые колонки

ФИЛЬТРЫ «ВСЕПРОПУСКАЮЩЕГО ТИПА»

  версия для печати


В настоящее время это наиболее перспективные фильтры. Отличительной чертой фильтров «всепропускающего типа» является:

  • Плоская суммарная АЧХ по напряжению;
  • Симметричные характеристики направленности АС в вертикаль ной плоскости в области частот раздела, благодаря идентичности фазочастотных характеристик разделяемых каналов;
  • Низкая чувствительность к изменению значений элементов;
  • Малый уровень фазовых искажений.

Фильтры чётных порядков обеспечивают симметричную ориентацию главного лепестка характеристики направленности, поэтому их применение предпочтительнее.

На рис. 10 представлена схема лестничного фильтра-прототипа нижних частот шестого порядка. Фильтры более высокого порядка применяются довольно редко. Нормированные значения элементов фильтров «всепропускающего типа» с плоской АЧХ 1…6 порядка сведены в табл. 3.

Схемы фильтров-прототипов меньших порядков образуются путём отбрасывания соответствующих элементов m (начиная с больших). Например, фильтр-прототип первого порядка состоит из одной индуктивности m1.

Таблица 3

Порядок фильтров Нормированные коэффициенты m
m1 m2 m3 m4 m5 m6
1 1.0 - - - - -
2 2.0 0.50 - - - -
3 1.5 1.3333 0.50 - - -
4 1.8856 1.5909 0.9428 0.3536 - -
5 1.5451 1.6944 1.3819 0.9844 0.3090 -
6 1.80 1.8518 1.4727 1.1204 0.7273 0.50

  • Фильтр НЧ
Каждый элемент mi-индуктивность фильтра-прототипа переводится в реальную индуктивность по формуле:

(36)

Каждый элемент mi -ёмкость переводится в реальную ёмкость по формуле:

(37)

  • Фильтр ВЧ
Каждый элемент mi -индуктивность фильтра-прототипа заменяется реальной ёмкостью, рассчитанной по формуле:

(38)

Каждый элемент mi -ёмкость заменяется реальной индуктивностью, рассчитанной по формуле:

(39)

  • Полосовой фильтр (ПФ)
Каждый элемент mi -индуктисвность заменяется на последовательный контур, стоящий из реальных L и C элементов, рассчитываемых по формулам:

(40)

(41)

Где

– средняя частота полосового фильтра;

fВ – верхняя частота среза;

fН – нижняя частота среза.

Каждый элемент mi -ёмкость заменяется на параллельный контур, состоящий из реальных L и C элементов, рассчитываемых по формулам:

(42)

(43)

Такой фильтр применяют для СЧ-головок. Иногда для выравнивания чувствительностей головок последовательно с СЧ-головкой приходится включать резистор или использовать аттенюатор. В этом случае и резистор, и аттенюатор должны быть учтены в суммарном сопротивлении нагрузки фильтра.

Номиналы расчётных индуктивностей в миллигенри и ёмкостей в микрофарадах для фильтров «всепропускающего» типа 1…4 порядков, рассчитанных на сопротивление нагрузки 8 Ом для трёхполосных АС при частотах раздела 500 и 5000 Гц и двухполосных АС при частоте раздела 4000 Гц, приведены в табл. 4. При увеличении сопротивления нагрузки пропорционально увеличивают индуктивности и уменьшают ёмкости конденсаторов, и наоборот.

Таблица 4

ЭРЭ ФНЧ ФСЧ (ПФ) ФВЧ
Частоты раздела 500 и 5000 Гц
I II III IV I II III IV I II III IV
L1 2.5 5.1 3.8 4.8 0.28 0.57 0.42 0.53 - 0.51 0.19 0.16
L2 - - 1.27 2.4 - 4.6 1.75 1.5 - - - 0.72
L3 - - - - - - 0.14 0.27 - - - -
L4 - - - - - - - 6.3 - - - -
C1 - 20 53 63 36 18 25 19 3.9 1.9 2.6 2.1
C2 - - - 14 - 2.2 5.8 7 - - 7.9 4.2
C3 - - - - - - 76 36 - - - -
C4 - - - - - - - 1.6 - - - -
Частота раздела 4000 Гц
L1 0,3 0,62 0,48 0,6 - - - - - 0,62 0,24 0,2
L2 - - 0,16 0,3 - - - - - - - 0,9
C1 - 2,5 6,6 7,9 - - - - 5,0 2,5 3,3 2,7
C2 - - - 1,8 - - - - - - 10,0 5,3

Пример расчёта фильтра второго порядка (рис. 11) для трёхполосной системы приведённой в табл. 4.

Фильтр НЧ:

Фильтр СЧ:

Фильтр ВЧ:

Если рассчитывать фильтр на полное сопротивление НЧ-головки на частоте раздела, то из-за большого сопротивления индуктивности переменному току снизится КПД НЧ-головки, увеличится её полная добротность, а значит, ухудшится и демпфирование.

С целью компенсации индуктивной составляющей головки (стабилизация модуля электрического сопротивления головки) в простейшем случае применяют компенсирующие  RC-цепи, включаемые параллельно головке. При этом сопротивление резистора выбирают равным номинальному сопротивлению головки, а ёмкость включаемого последовательно с резистором конденсатора рассчитывают по формуле:

(44)

Где f1 – частота, на которой модуль электрического сопротивления увеличивается в 1,41 раза (3 дБ) по сравнению с номинальным.

Ориентировочное значение индуктивности головок номинальным сопротивлением 8 Ом: НЧ-головок около 3 мГн, СЧ-головок – 0,5 мГн.

Коррекция ВЧ-гооловок практически не применяется, т.к. индуктивность большинства ВЧ-головок в рабочем диапазоне частот (а тем более на частоте раздела) пренебрежимо мала, и ею можно пренебречь.

Отношение мощности вещательного сигнала в ВЧ-канале к общей мощности громкоговорителя от частоты (в соответствии с публикацией МЭК N268-1C) приведена в табл. 5.

Таблица 5

Частота раздела, Гц 63 160

400

500

800 1000 1600 2000 3150 4000 5000 6300
Мощность сигнала в ВЧ-канале, % 91 72 50 44 32 22 17 12 5.7 3.9 2.5 1.4

Как правило, динамические головки имеют разные уровни характеристической чувствительности (УХЧ). В этом случае их выравнивают с помощью делителей (резисторных, трансформаторных, автотрансформаторных). Предположим, в двухполосной АС 4-омная НЧ-головка имеет характеристическую чувствительность 84 дБ/Вт1/2м, а ВЧ-головка – 90 дБ/Вт1/2м, т.е. на 6 дБ/Вт1/2м выше, что соответствует разности по звуковому давлению в 2 раза, а по мощности в 4 раза (22  = 4 раза). В этом случае приведённая мощность ВЧ-головки в 4 раза выше. В случае одинаковых сопротивлений головок, для выравнивания чувствительности головок, достаточно с помощью делителя снизить напряжение, подаваемое на ВЧ-головку в 2 раза, что снизит и мощность, подводимую к ВЧ-головке в 4 раза. Если сопротивление ВЧ-головки равно 8 Ом, то для выравнивания чувствительностей необходимо уменьшить подводимое к ней напряжение в √2= 1,41 раза (3дБ), а если сопротивление ВЧ-головки равно 16 Ом, то она автоматически согласуется по чувствительности с НЧ-головкой сопротивлением 4 Ом и чувствительностью 84 дБ/Вт1/2м. В отдельных случаях, когда ВЧ- (СЧ-)головка имеет меньшую характеристическую чувствительность, чем НЧ-головка, вместо делителя используют повышающий автотрансформатор. При расчётах следует учитывать и потери в разделительных фильтрах, которые можно принять равными 1…1,5 дБ.

В старых справочниках указано среднее стандартное звуковое давление (CCL)? На расстоянии 1 м от центра излучателя, при подведении к нему 100 мВт электрической мощности на частоте 1 кГц.

Для сравнения в табл. 6 приведено соответствие некоторых значений УХЧ значениям ССД.

Фильтры «всепропускающего» типа нашли широкое применение как в любительских разработках, так и в АС промышленного  производства, например, АС типа 100АС-003, 25АС-033 и др. Номиналы индуктивностей и ёмкостей отличаются от расчётных в результате компьютерной оптимизации под реальные параметры головок и акустического оформления.

Таблица 6

УХЧ, дБ/Вт1/2м 84 87,5 90 92 93,5 95 96
ССД, Па 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35 0,4



Фазировка головок в АС >>>
ptc73 ® © Copyright 2007–2012   Александр Малинин Rambler's Top100 Рейтинг@Mail.ru