Низкочастотный фильтр для сабвуфера своими руками

Как сделать своими руками

Проще всего изготовить пассивный фильтр низких частот. Это связано с тем, что он изготавливается при применении всего нескольких элементов. Среди особенностей проведения работы своими руками отметим следующее:

  • Проводятся подробные расчеты. Повысить удобство можно путем применения специальных калькуляторов, с помощью которых проводится расчет параметров основных элементов изделия.
  • Выбирается наиболее подходящая схема. Она предусматривает применение специального разделителя, который изготавливается в виде сумматора. Качественного звука в этом случае не достигнуть, но устройство прослужит долго.

Простой фильтр для 2-полосного усилителя собрать просто. Инструкция по проведению работы следующая:

  1. Подается сигнал на вход операционного усилителя.
  2. Подается сигнал на МС2.
  3. С выхода ФНЧ переводится сигнал на МС2.
  4. Блок стабилизации напряжения создается на основе резистора, конденсатора и стабилизатора.
  5. При напряжении питания менее 15В из схемы исключается резистор R11. На компонентах R1, R2, C1, C2 собирается сумматор входного сигнала. Этот элемент отключается в том случае, если подается моносигнал. Подключение источника сигнала проводится напрямую ко второму контакту.
  6. Конденсатор C7 предназначается для фильтрации выходного сигнала. Регулятор сигнала основан на R9, R10, C8.
  7. Для получения устройства потребуется печатная плата. Изготовить ее можно самостоятельно из стеклотекстиля, рекомендуемые размеры листа 2 на 4 см.
  8. Поверхность шлифуется до блеска, после чего обезжиривается. Распечатанный рисунок схемы переносится на поверхность.
  9. Выполняется травлене при применении специального состава. Лишняя медь растворяется, после чего поверхность промывается чистой водой.

Для соединения отдельных элементов проводится пайка. При правильной сборке схемы она должна заработать сразу, при этом дополнительная настройка не требуется. Если звука нет, то придется проверить надежность всех соединений. При работе есть вероятность повреждения основных элементов.

Активный фильтр

Большое широкое распространение получил активный фильтр сабвуфера. Подобная схема обладает следующими особенностями:

  • Активный элемент не нагружает акустическую систему.
  • Входной сигнал фильтруется. За счет этого есть возможность устранить шумы.
  • При правильном подходе можно гибко настроить усилитель.
  • Исходный спектр часто разделяется на несколько каналов. Схема активного фильтра позволяет выбрать низкие и средние, высокие частоты.

Изготовить самостоятельно активный фильтр можно, для этого не требуется специальное оборудование.

Пассивный фильтр

Пассивное устройство проще в изготовлении, но обладает менее привлекательными характеристиками. Его особенности заключаются в следующем:

  • Предназначено для отсеивания низких частот в заданном диапазоне.
  • Не усиливает сигнал.

В продаже встречается большое количество пассивных фильтров. Они могут прослужить в течение длительного периода и имеют относительно небольшие размеры.

Одноэлементные фильтры

Как вы поняли из названия, одноэлементные фильтры состоят из одного радиоэлемента. Это может быть либо конденсатор, либо катушка индуктивности. Сами по себе катушка и конденсатор не являются фильтрами – это ведь по сути просто радиоэлементы. А вот вместе с выходным сопротивлением генератора и с сопротивлением нагрузки их уже можно рассматривать как фильтры. Здесь все просто. Реактивное сопротивление конденсатора и катушки зависят от частоты. Подробнее про реактивное сопротивление вы можете прочитать в этой статье.

В основном одноэлементные фильтры применяются в аудиотехнике. В этом случае для фильтрации используется либо катушка, либо конденсатор, в зависимости от того, какие частоты надо выделить. Для ВЧ-динамика (пищалки), мы последовательно с динамиком соединяем конденсатор, который будет пропускать через себя ВЧ-сигнал почти без потерь, а низкие частоты будет глушить.

Для сабвуферного динамика нам нужно выделить низкие частоты (НЧ), поэтому последовательно с сабвуфером соединяем катушку индуктивности.

Номиналы одиночных радиоэлементов можно, конечно, рассчитать, но в основном подбирают на слух.

Для тех, кто не желает заморачиваться, трудолюбивые китайцы создают готовые фильтры для пищалок и сабвуфера. Вот один из примеров:

На плате мы видим 3 клеммника: входной клеммник (INPUT), выходной под басы (BASS) и клеммник под пищалку (TREBLE).

Сведение фильтров

Теперь начинается финальный этап — сведение фильтров. Пора намотать катушки… или не намотать? Мотать всегда лень, нет провода, каркасов, конкретных значений индуктивности. В виду этих причин поискав в хламе нашлись пары катушек на 0,8 мкг и 3 мкг — на них и пришлось строить. В крайнем случаи всегда же можно домотать или отмотать лишнее.

По графику видно, что раздел попал в район 1,8 кгц, что вполне вписывается в задуманные границы. Подбором конденсаторов удалось добиться следующего импеданса. На частоте раздела имеется два бугорка, но их высота меньше полу ома — это не критично. Это не конечный его вид, в последствии был несколько увеличен резистор в цепочке Цобеля пищалки.

На приведенных выше картинках АЧХ как самого фильтра, так и АЧХ динамиков с его включением.

RС-фильтры

RС-фильтр высоких частот

Схема RC-фильтра верхних (высоких) частот и его амплитудно-частотная характеристика показаны на рис. 1.

Рис. 1 — Схема и амплитудно-частотная характеристика высокочастотного CR-фильтра.

В этой схеме входное
напряжение прикладывается и к резистору,
и к конденсатору. Выходное же напряжение
снимается с сопротивления. При уменьшении
частоты сигнала возрастает реактивное
сопротивление конденсатора, а
следовательно, и полное сопротивление
цепи. Поскольку входное напряжение
остается постоянным, то ток, протекающий
через цепь уменьшается. Таким образом,
снижается и ток через активное
сопротивление, что приводит к уменьшению
падения напряжения на нем.

Фильтр характеризуется
затуханием, выраженным в децибелах,
которое он обеспечивает на заданной
частоте. RC-фильтры
рассчитываются таким образом, чтобы на выбранной частоте среза коэффициент передачи снижался приблизительно на 3
дБ (т.е. составлял 0,707 входного значения сигнала). Частота среза фильтра по уровню — 3 дБ определяется по формуле:

RС-фильтр низких частот

Фильтр низких частот имеет аналогичную структуру,
только емкость и сопротивление там
меняются местами. Амплитудно-частотную
характеристику такого фильтра можно
представить как зеркальное отображение
АЧХ предыдущего.

    

Рис. 2 — Схема и амплитудно-частотная характеристика низкочастотного RC-фильтра.

В этой цепи входное
напряжение также прикладывается и к
резистору, и к конденсатору, но выходное
напряжение снимается с конденсатора.
При увеличении частоты сигнала реактивное
сопротивление конденсатора, а
следовательно, и полное сопротивление
уменьшаются. Однако, поскольку это
полное сопротивление состоит из
реактивного и фиксированного активного
сопротивлений, его значение уменьшается
не так быстро, как реактивное сопротивление.
Следовательно, при увеличении частоты
снижение реактивного сопротивления (относительно полного сопротивления) приводит к уменьшению выходного напряжения. Частота среза этого фильтра по уровню -3 дБ также определяется по формуле предыдущего фильтра.

Рассмотренные
выше фильтры представляют собой RC-цепи,
которые характеризуются тремя параметрами,
а именно: активным, реактивным и полным
сопротивлениями. Обеспечиваемая этими
RC-фильтрами величина затухания зависит от отношения
активного или реактивного сопротивления
к полному сопротивлению.

При расчете любого RC-фильтра можно задать номинал либо резистора, либо конденсатора и вычислить значение другого элемента фильтра на заданной частоте среза. При практических расчетах
обычно задают номинал сопротивления,
поскольку он выбирается на основании
других требований. Например, сопротивление
фильтра является его выходным или
входным полным сопротивлением.

Полосовой RC-фильтр

Соединяя фильтры
верхних и нижних частот, можно создать
полосовой RC-фильтр,
схема и амплитудно-частотная характеристика
которого приведены на рис. 3.

Рис. 3 — Схема и АЧХ полосового RC-фильтра.

На схеме рис. 2. R1 — полное входное сопротивление; R2
полное выходное сопротивление, а частоты
низкочастотного и высокочастотного
срезов определяются по формулам:

Следует отметить,
что значение верхней частоты среза
()
должно быть по крайней мере быть в 10 раз
больше нижней частоты среза (),
поскольку только в этом случае
полосно-пропускающий фильтр будет
работать достаточно эффективно.

Многозвенные RC-фильтры

Одиночный RC-фильтр
не может обеспечить достаточного
подавления сигналов вне заданного
диапазона частот, поэтому для формирования
более крутой переходной области довольно
часто используют многозвенные фильтры
(рис. 4, 5). Частота среза многозвенного
фильтра определяется по формуле ВЧ, НЧ
RC-фильтра.
Добавление каждого звена приводит к
увеличению затухания на заданной частоте
среза примерно на 6 дБ.

Рис. 4 — Многозвенный высокочастотный фильтр

Рис. 5 — Многозвенный низкочастотный фильтр

Импедансная характеристика динамиков

Когда с примерными параметрами все более или менее ясно, самое время переходить к практике. Снимаем импедансную характеристику динамиков. С целью оценки сопротивления на графике имеется лесенка с шагом в один Ом. Скачек на 110 герцах это переключение с 10 Ом на 20.

Разумеется с такими горбами ни один фильтр нормально, и уж тем более расчетно работать не будет, особенно фильтр НЧ. Фильтру ВЧ этот подъем работать в общем то не мешает, однако как упоминалось ранее такой подъем на конце диапазона приведет к подъему высоких частот, в случае если усилитель имеет высокое сопротивление. Это можно использовать и во благо, оставив подъем небольшим.

Для примерного представления что от чего зависит привожу набор графиков для различных емкостей и сопротивлений. Ступенька начинается с 10 Ом.

Зная минимальное сопротивление НЧ звена, нужно привести к такому же и ВЧ звено. Тут много вариантов как соединить два резистора и цепочку Цобеля, и каждый кто решился на такой отважный шаг как сведение сам способен определить вид подключения и номиналы резисторов, поэтому описывать данную процедуру здесь излишне. Конкретно в данных колонках по результатам предварительного прослушивания решено было оставить родные резисторы на 2,2 ома и цепочку Цобеля параллельно ВЧ динамику.

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.

Непрерывная реализация первого порядка

Рисунок 1: Пассивный аналоговый фильтр верхних частот первого порядка, реализованный RC-цепью.

Простой электронный фильтр верхних частот первого порядка, показанный на рисунке 1, реализован путем подачи входного напряжения на последовательную комбинацию конденсатора и резистора и использования напряжения на резисторе в качестве выхода. Передаточная функция этой системы линейной инвариантной по времени является:

Vотыт(s)Vяп(s)знак равноsрC1+sрC.{\ displaystyle {\ frac {V _ {\ rm {out}} (s)} {V _ {\ rm {in}} (s)}} = {\ frac {sRC} {1 + sRC}}.}

Произведение сопротивления и емкости ( R × C ) — это постоянная времени (τ); она обратно пропорциональна частоте среза f c , то есть

жcзнак равно12πτзнак равно12πрC,{\ displaystyle f_ {c} = {\ frac {1} {2 \ pi \ tau}} = {\ frac {1} {2 \ pi RC}}, \,}

где f c — в герцах , τ — в секундах , R — в омах , а C — в фарадах . Частота среза — это то место, где полюс фильтра выравнивает частотную характеристику фильтра .

Рисунок 2: Активный фильтр верхних частот

Vотыт(s)Vяп(s)знак равно-sр2C1+sр1C.{\ displaystyle {\ frac {V _ {\ rm {out}} (s)} {V _ {\ rm {in}} (s)}} = {\ frac {-sR_ {2} C} {1 + sR_ { 1} C}}.}

В этом случае фильтр имеет коэффициент усиления полосы пропускания -R 2 / R 1 и частоту среза

жcзнак равно12πτзнак равно12πр1C,{\ displaystyle f_ {c} = {\ frac {1} {2 \ pi \ tau}} = {\ frac {1} {2 \ pi R_ {1} C}}, \,}

Поскольку этот фильтр активен , он может иметь коэффициент усиления полосы пропускания, отличный от единицы . То есть высокочастотные сигналы инвертируются и усиливаются посредством R 2 / R 1 .

Питание

Как видно из схемы, питание нужно двухполярное. Для питание можно сделать простенький обратноход на UC3842 или даже автогенераторный на транзисторах, но мне было лень ибо я нашел в ящике с хламом электронный трансформатор на 25 Вт. Он выдает переменное высокочастотное напряжение 12 В, так что придётся его перемотать. Трансформатор выглядит так:

Для перемотки я даже не стал его разбирать, так как было достаточно места для намотки необходимого количества витков. А как рассчитать количество витков на уже намотанном китайцами трансформаторе, ведь мы не знаем ни точной частоты (она может плавать при изменении нагрузки), ни материала сердечника и мы не можем это измерить? Я делал так: брал двухполупериодный мост на быстрых диодах, припаивал к нему конденсатор и подключал к исходной обмотке трансформатора. Замерял напряжение и считал количество витков. Далее, зная сколько вольт на выходе необходимо получить, составлял пропорцию и посредством таких несложных математических вычислений получал примерное количество витков для намотки. Затем надо округлить до ближайшего чётного числа в большую сторону (так как нам нужно двухполярное напряжение и при нагрузке оно может немного проседать) и наматывал. Так как ток тут маленький, провод можно брать 0.3 – 0.5 мм. Мотаем двумя жилами сразу, потом фазируем обмотки: начало оной с концом другой. Схема конкретно моего преобразователя такая:

Как видно из схемы, это простой автогенератор с двумя базовыми обмотками, по очереди открывающими транзисторы, без каких либо стабилизаций и защит. А оно тут и не нужно, ведь применены линейные стабилизаторы 7812 и 7912. Это позволяет убить сразу двух зайцев: появляется стабилизация и пропадают помехи от импульсника. Дело в том, что при малых токах нагрузки, блок питания может работать на низкой частоте, и эта частота в виде помех сказывается на чистоте сигнала и на общем КНИ. Линейный стабилизатор помогает свести пульсации напряжения практически к нулю, а так как ток не большой, радиатор им нужен совсем маленький. В отличии от транзисторов блока питания. Изначально стояли какие-то маленькие в корпусе to-92.

Но даже при незначительной нагрузке они грелись так, что прикоснуться к ним было невозможно, в связи с чем я решил поставить транзисторы mje13003. Но и они грелись. Тогда я психанул и прикрутил их напрямую к корпусу – так-то точно греться не будут! Так и сделал, результат – после часа эксплуатации на низкоомную нагрузку (а это не есть нормальный режим работы предусилителя, так как входное сопротивление усилителей от 22 до 100 кОм) в том месте, где прикручены транзисторы корпус нагрелся примерно до 24*С, что вполне отлично. Вот как это выглядит:

Трансформатор в штатном черном корпусе, стабилизаторы на отдельной монтажной плате (травить нормальную на такое совесть не позволила), выпрямитель навесным монтажом, так как при пайке стабилизаторов тупо забыл про него. На этом фото транзисторы ещё не выведены на корпус, так как проблему лютого нагрева я обнаружил после того, как сделал фото. Кстати, покопавшись в файлах плат, которые я рисовал, я нашел копию платы электронного трансформатора, используемого в данном проекте. Нарисовал её ещё летом, когда нечего было делать. Если кому-то нужна будет, она в архиве проекта.

Почему не катушка?

Зачем напрягаться и городить огород ради замены катушек индуктивности? Проблема в том, что любая катушка помимо индуктивности обладает такими паразитными параметрами, как сопротивление и емкость. И это уже не говоря о точности величины индуктивности и зависимости всех параметров от внешних условий, например от температуры..

Помимо этого, для получения достаточной индуктивности, катушки мотаются на сердечник. Для миниатюризации чаще других применяется феррит. Катушки без сердечника из-за своих габаритов в портативе не применимы в принципе.

Проблемой является и то, что сердечник может иметь нелинейную зависимость намагничивания от величины тока протекающего через катушку. Да и в зависимости от состава, феррит может быть как низкочастотным, так и высокочастотным…

Вобщем, если есть возможность, то от катушек стараются избавляться, тем более в сигнальных цепях. Гиратор на ОУ в этом плане — гораздо более качественная альтернатива.

Построение цифрового фильтра с конечной импульсной характеристикой

Вступление издалека

Недавно передо мной встала достаточно интересная задача, с которой я раньше никогда не сталкивался — борьба с шумом. Мы принимали сигнал с датчиков на аналогово-цифровой преобразователь (АЦП) А так как данная тема для меня была (хотя и сейчас есть кое-где) темным лесом, я пошел мучить вопросами гугл, мне показалось освещена эта тема не очень подробно и доступно, поэтому решил написать статью с примером разработки и готовым исходником.

Ближе к делу

Цифровые фильтры могут быть двух видов – с конечной и с бесконечной импульсной характеристикой (КИХ и БИХ). Для решения моей задачи подходит КИХ-фильтр, поэтому про него и расскажу. Для начала посмотрим как же он работает:

Здесь показан пример фильтра нижних частот, как видно на рисунке, этот фильтр пропускает нижние частоты, а все остальные старается отсечь (подавление), или хотя бы ослабить (переход). Отклонения в полосе пропускания и полосе подавления выбираются в зависимости от принимаемого сигнала, но при использовании различных весовых функций, на них могут накладываться определенные ограничения. Например, если используется весовая функция Хэмминга, то эти отклонения будут равны между собой. Ширина полосы перехода ∆F зависит от длины фильтра и от весовой функции (для функции Блэкмена ∆F=5,5|N).

Работает фильтр довольно просто: фильтр получает значения, с помощью коэффициентов преобразует их и выдаёт выходную последовательность, тогда с формулой самого фильтра всё понятно:

Она реализуется через цикл, но постойте, а где же взять нужные коэффициенты? Вот тут-то как раз и зарыта собака (и не одна).

Параметры фильтра

Естественно для разных фильтров нужны разные коэффициенты, и для этого нужно определиться с параметрами фильтра, это обычно сначала делается теоретически (с умным видом прикидываем какая у нашего сигнала частота, потом частоты, которые надо отсеивать), а потом изучаем АЧХ реальных измерений (и осознаем, как сильно мы ошибались). По этим АЧХ мы определяемся с идеальной частотной характеристикой (какие частоты проходят свободно, какие мы убираем и как сильно), теперь нам нужна идеальная импульсная характеристика её можно посчитать как Фурье-образ от идеальной частотной: где H_D(w) – идеальная характеристика.

Но можно пойти и по более простому пути – есть уже заранее вычисленные идеальные импульсные характеристики, например для фильтра нижних частот формула выглядит следующим образом:

где fc и wc – частота среза.

Итак, осталось уже немного идеал идеалом, а мы имеем дело с практикой, и нам нужна «реальная» импульсная характеристика. Для её расчета нам понадобится весовая функция w(n), их есть несколько разновидностей, в зависимости от требований к фильтру (Хэмминга, Хеннинга, Блэкмена, Кайзера, о них не говорю, ибо статья и так большая), в нашем случае я использую функцию Блэкмена:

где N – длина фильтра, т.е. количество коэффициентов.

Теперь надо перемножить идеальную импульсную характеристику и весовую функцию:

Финишная прямая

Теперь мы готовы рассчитать выходные значения, по формуле фильтра, она самая первая в этой статье, ну вот и всё, в завершение привожу исходный код фильтра: void Filter (const double in[], double out[], int sizeIn) { const int N = 20; //Длина фильтра long double Fd = 2000; //Частота дискретизации входных данных long double Fs = 20; //Частота полосы пропускания long double Fx = 50; //Частота полосы затухания long double H = {0}; //Импульсная характеристика фильтра long double H_id = {0}; //Идеальная импульсная характеристика long double W = {0}; //Весовая функция //Расчет импульсной характеристики фильтра double Fc = (Fs + Fx) / (2 * Fd); for (int i=0;i=0) out+= H*in; } }При подготовке статьи использовались: Основные характеристики и параметры фильтров. analogiu.ru/6/6-5-2.html Айфичер Э. Джервис Б. Цифровая обработка сигналов. Практический подход. 2-е издание

Важные характеристики АС

Для начала разберёмся чем характеризуется акустическая система. Тут три характеристики: амплитудная, фазовая и импедансная.

АЧХ считается наиболее важной, так как больше определяет звучание, впрочем не в ней счастье, ровная АЧХ еще не гарантия хорошего звука.

ФЧХ сама о себе не слышна, может быть слышен резкий перегиб фазы в точке раздела.

ИЧХ вовсе на звучание не влияет, зато влияет на усилитель, но не на каждый, а лишь на тот у которого высокое внутреннее сопротивление, в частности ламповые.

Из-за кривого импеданса многие колонки могут не спеться с лампой, вся неровность импеданса вылезет в АЧХ. В каком-то случае это может пойти на пользу, но надеяться на это не стоит, хотя бы потому, что такая акустика будет крайне чувствительна к усилителю, станут слышны лампы, их режимы, а сравнение с каменным усилителем становится вообще не корректным.

Потому, если задаться цель построить акустику мало чувствительную к усилителю, необходимо обеспечить постоянство импеданса во всем диапазоне частот, а это накладывает определенные ограничения. В частности это обязывает применять фильтра настроеные на равную частоту среза и имеющие равную добротность.

Это правило позволяет для настройки фильтра контролировать только линейность импеданса, что исключает необходимость измерения АЧХ фильтров и в случаи отсутствия хорошего микрофона в измерении ачх динамиков, то есть можно обойтись минимальным набором приборов: генератором (возможно программным) и вольтметром.

Что такое гиратор?

В русскоязычной литературе тема фильтров на гираторах встречается крайне редко. Информации кране мало. Обычно говорится что-то вроде: » гиратор способен превращать конденсатор в индуктивность» и приводится общая схема гиратора.

Вот то немногое, что становится известно о фильтре на гираторах из книги П. Хоровиц и У. Хилла “Искусство схемотехники”:

Гиратор действительно умеет превращать конденсатор в катушку. Наиболее часто он используется разработчиками микросхем когда необходима индуктивность. При этом гиратор располагают непосредственно на кристалле микросхемы.

Для радиолюбителей хорошей новостью станет то, что гиратор стабильно работает и при не самых точных используемых компонентах. Хотя конечно же лучше использовать прецизионные детали.

В англоязычной литературе фильтры на гираторах широко обсуждаются и применяются. Одним из наиболее интересных вариантов применения является фильтры на гираторах для ЦАП и АЦП.

Делаем корпус

Для создания корпуса я использовал корпус от DVD ROM. Его нужно полностью разобрать, но сохранить болтики, фиксирующие крышку, они нам ещё понадобятся. Вынимаем все потроха, отдираем пластмассовую переднюю панель и счищаем этикетку сверху. Далее измеряем переднюю панель и по её размерам нужно вырезать прямоугольники из оргстекла (желательно вырезать немного побольше, чтобы потом можно было немного отшлифоваться неровности в случае каких-либо перекосов). Сверлим отверстия под разъемы входов и выходов, а также под переменные резисторы и разъем подключения микрофона. Затем нужно высверлить фрезой прямоугольную дырку под выключатель (его берём от компьютерного блока питания). На задней панели я решил продублировать входные и выходные разъемы 3.5 мм разъёмами ‘тюльпан’. Мало ли понадобятся. Переднюю и заднюю панели прикручиваем на болты М3. Вкручиваем их столько, сколько необходимо, чтобы панель держалась и не шаталась. Поскольку панели прозрачные, просто жизненно необходимо поставить внутрь корпуса синий светодиод! Питаем его от 9 вольт – оттуда же, откуда и микрофонный предусилитель.

Чуть не забыл! Очень важно на выходы сумматоров поставить два подстроечных резистора, сопротивлением 20 – 50 кОм для согласования амплитуд на каждом канале. Далее ищем два одинаковых (прям одинаковых) постоянных резистора на 22 – 47 кОм, подключаем их на выходы, подаём сигнал на вход и вращением движков подстроечных резисторов добиваемся одинаковой амплитуды на обоих каналах

Ручки на переменные резисторы поставил чёрные пластмассовые. Не идеал конечно, но всё равно неплохо, мне нравится. Корпус ОБЯЗАТЕЛЬНО закоротить подключить к общему проводу! Если этого не сделать, он будет работать, как антенна и помех будет тьма.

А вот, как всё это выглядит внутри:

…и снаружи:

А вот, как я сделал сам микрофон. Взял картонную трубку без дырок на боковой поверхности, нашел подходящую по диаметру пробку от бутылки, впихнул одно в другое, просверлил отверстие для провода в пробке и засунул в трубку плату микрофонного предусилителя, зафиксировав всё термоклеем (его не видно, а держится отлично). Также необходимо сделать из куска пластика заглушку на микрофон с несколькими отверстиями. Она выполняет защитную функцию, предотвращая попадания пальцев и других инородных предметов на капсюль. Ну и, разумеется, перемотать всё это дело изолентой, куда ж без неё!

Порядок фильтра и его добротность

Следующий параметр, с которым надо определиться — это порядок фильтра и его добротность. В данной статье будут рассматриваться два порядка, первый и второй.

  • С первым все просто: есть катушка, есть конденсатор, считаем их параметры под требуемую частоту среза и при надобности корректируем значения до получения желаемой АЧХ, ФЧХ, ИЧХ.
  • Со вторым порядком по-хитрее, там уже две катушки и два конденсатора. От значений номиналов зависит такой параметр как добротность, он определяет крутизну спада АЧХ и в некоторой степени сдвиг фазы. Поскольку влияние фазового сдвига и крутизны  умозрительно не прикинешь, остается просто выбрать в какую сторону думать. А думать тут в сторону низкой добротности, читай больше индуктивности в катушках, меньше емкости в конденсаторах.

Как выбрать порядок. Тут руководствуются уже знакомыми соображениями о том, на что способны излучатели, в особенности высокочастотник. Если большой ход ему противопоказан (как в нашем случае) то предпочтение отдаем второму порядку.

Для полноты картины следует упомянуть, что порядок также определяет степень совместной работы динамиков, но это уже информация для самостоятельного размышления.

Звучание системы

И конечно же надо сказать про звук. Стало лучше, сцена получилась очень недурственная. Кривизна АЧХ особо не слышна, даже наоборот, подъем на середине поддает детальности, верхов как ни странно хватает. Был замечен интересный эффект на басу. Как можно заметить по АЧХ на сотне герц большой подъем, а за ним завал, разумеется качающего баса нет, но есть мид бас. К примеру партия гитары кажется немного просаженным, а нижний бас, партия бас гитары, переходит как бы в слышимую область и читается очень четко, создается впечатление наличия того самого низкого баса.

Конечно ящики маловаты, и порой слышно подбубнивание, для устранения этого эффекта в каждую колонку было добавлено по 30 грамм натуральней шерсти. В целом данная акустика играет тепло и мягко даже без лампового усилителя, сохраняя в звуке строгость и точность камня, а вот с теплой лампой получается перебор мягкости. Все же им нужен усилитель по-строже — триод или двухтакт, но это тема для следующих экспериментов. Специально для сайта Радиосхемы — SecreTUseR.

Форум по аудио

Фазировка динамиков

На этом сведение подходит в концу. Остается только определиться с фазировкой динамиков. Тут есть как минимум три способа: на слух, по форме АЧХ и по фазовому сдвигу на частоте раздела. Если у динамиков АЧХ и ФЧХ в меру линейная, и фильтр фазу на разделе сильно не накручивает, то при смене правильной фазы на неправильную на частоте раздела появится глубокий провал, пропустить его сложно. В таком случае стоит подгонять фазу по по ее сдвигу. Сделать это можно осциллографом подавая на горизонтальную развертку сигнал с усилителя, а на вертикальное отклонение с микрофона.

Подают на вход усилителя синус с частотой раздела и не меняя взаимного расположения микрофона и колонки переключают ВЧ и НЧ динамики. По одинаковости фигур Лиссажу делается вывод о равенстве фаз излучателей. Этот метод хорошо подходит для фильтров первого порядка. С кривизной наших динамиков этот метод себя не оправдывает, поэтому сравниваем АЧХ при разной фазировке.

Второй вариант заметно хуже. Однако и первый не предел мечтаний, но так как двигать индуктивности катушек не просто, а ковыряться дальше уже лень, то все было оставлено как есть.

Порядок фильтра и его добротность

Следующий параметр, с которым надо определиться — это порядок фильтра и его добротность. В данной статье будут рассматриваться два порядка, первый и второй.

  • С первым все просто: есть катушка, есть конденсатор, считаем их параметры под требуемую частоту среза и при надобности корректируем значения до получения желаемой АЧХ, ФЧХ, ИЧХ.
  • Со вторым порядком по-хитрее, там уже две катушки и два конденсатора. От значений номиналов зависит такой параметр как добротность, он определяет крутизну спада АЧХ и в некоторой степени сдвиг фазы. Поскольку влияние фазового сдвига и крутизны  умозрительно не прикинешь, остается просто выбрать в какую сторону думать. А думать тут в сторону низкой добротности, читай больше индуктивности в катушках, меньше емкости в конденсаторах.

Как выбрать порядок. Тут руководствуются уже знакомыми соображениями о том, на что способны излучатели, в особенности высокочастотник. Если большой ход ему противопоказан (как в нашем случае) то предпочтение отдаем второму порядку.

Для полноты картины следует упомянуть, что порядок также определяет степень совместной работы динамиков, но это уже информация для самостоятельного размышления.

Что необходимо знать для создания фильтра в колонке

В первую очередь – устройство акустической системы и общие положения:

  • Человек может слышать колебания частот от 16 до 20000 Гц, более высокие частоты воспроизводят менее габаритные динамики, а низкие – сабвуфер.
  • Качественная акустическая система должна состоять из двух и более динамиков высоких и средних частот (колонка) и одного — низких (сабвуфер).

Также стоит выделять виды АС:

  • моно (один канал подачи звука);
  • стерео (Два канала подачи звука);
  • многоканальная подача звука (в основном 5 колонок, 1 саб расставленные в разных частях территории).

Фильтр необходим при использовании стерео и многополосных АС, например, где один динамик ВЧ, а второй СЧ. В случае подключения без фильтра динамик ВЧ просто не выдержит более низких частот и выйдет из строя. В случае более схожих по параметрам динамиков фильтр служит распределителем частот нужную полосу.

Сборка сабвуфера

Вся система паяется на печатной плате. 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.

Расчет амплитудно-частотной характеристики фильтра

Мы можем рассчитать теоретическое поведение фильтра нижних частот, используя частотно-зависимую версию типового расчета делителя напряжения. Выходное напряжение резистивного делителя напряжения выражается следующим образом:

Рисунок 9 – Резистивный делитель напряжения

\

RC фильтр использует эквивалентную структуру, но вместо R2 у нас конденсатор. Сначала мы заменим R2 (в числителе) на реактивное сопротивление конденсатора (XC). Далее нам нужно рассчитать величину полного сопротивления и поместить его в знаменатель. Таким образом, мы имеем

\

Реактивное сопротивление конденсатора указывает величину противодействия протеканию тока, но, в отличие от активного сопротивления, величина противодействия зависит от частоты сигнала, проходящего через конденсатор. Таким образом, мы должны рассчитать реактивное сопротивление на определенной частоте, и формула, которую мы используем для этого, следующая:

\

В приведенном выше примере схемы R ≈ 160 Ом, и C = 10 нФ. Предположим, что амплитуда Vвх равна 1 В, поэтому мы можем просто удалить Vвх из расчетов. Сначала давайте рассчитаем амплитуду Vвых на частоте необходимой нам синусоиды:

\

\

Амплитуда необходимого нам синусоидального сигнала практически не изменяется. Это хорошо, поскольку мы намеревались сохранить синусоидальный сигнал при подавлении шума. Этот результат неудивителен, поскольку мы выбрали частоту среза (100 кГц), которая намного выше частоты синусоидального сигнала (5 кГц).

Теперь посмотрим, насколько успешно фильтр ослабит шумовую составляющую.

\

\

Амплитуда шума составляет всего около 20% от первоначального значения.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Adblock
detector