Симметричные нч-вч фильтры: новое слово в цифровой обработке сигналов

Введение

Современные комплексы радиоэлектронной аппаратуры (РЭА) работают в сложной электромагнитной обстановке, обусловленной, в том числе, необеспеченностью отдельных показателей качества электроэнергии. Это вызвано ростом удельных характеристик устройств, имеющих низкий коэффициент мощности и работающих по резкопеременным графикам нагрузки. Особо осложняет электромагнитную обстановку работа электроприемников, генерирующих высшие гармонические составляющие (ВГС), с уровнем электромагнитной совместимости, выходящим за рамки диапазонов, определенных ГОСТ 32144-2013

Перечисленное приводит к неконтролируемым изменениям величины и формы напряжения в точках присоединения потребителей. Ухудшение качества электроэнергии напрямую влияет на снижение срока службы РЭА, является наиболее вероятной причиной ее отказов и выхода из строя, приводит к увеличению потерь энергии во всех элементах системы электроснабжения и, соответственно, влечет к увеличению расхода топливных ресурсов. 

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

Интегрирующий усилитель на ОУ

Схема интегратора, в которой в цепи ООС установлен конденсатор, показана на рисунке:

Пусть на вход подается прямоугольный импульс Uвх. На интервале t1…t2 амплитуда Uвх равна U. Так как входной ток ОУ равен нулю, то |iвх| = |-ic|, iвх = Uвх/R1, ic = C · dUвых/dt.

Uвх/R1 = C · dUвых/dt или

где Uвых(0) – напряжение на выходе (конденсаторе С) к моменту начала интегрирования (к моменту t1).

τ = R1 · C – постоянная времени интегрирования, т.е. время, в течение которого Uвых изменится на величину ΔUвых = U.

Таким образом выходное напряжение на интервале t1…t2 изменяется по линейному закону и представляет интеграл от входного напряжения. Постоянная времени должна быть такой, чтобы до конца интегрирования Uвых < Eпит.

Инвертирующий усилитель на ОУ

Схема инвертирующего усилителя, охваченного параллельной ООС по напряжению показана на рисунках:

ООС реализуется за счет соединения выхода усилителя со входом резистором R2.

На инвертирующем входе ОУ происходит суммирование токов. Поскольку входной ток ОУ i- = 0, то i1 = i2. Так как i1 = Uвх/R1, а i2 = -Uвых/R2, то . Ku = = -R2/R1. Знак «-» говорит о том, что происходит инверсия знака входного напряжения.

На рисунке (б) в цепь неинвертирующего входа включен резистор R3 для уменьшения влияния входных токов ОУ, сопротивление которого определяется из выражения:

Входное сопротивление усилителя на низких частотах приблизительно равно Rвх.ос = ≈ R1

Выходное сопротивление Rвых.ос = существенно меньше Rвых собственно ОУ.

Блок фильтров для аудио системы.

Для завершения инсталляции аудио системы потребовался блок фильтров с регуляторами громкости. Сбылась мечта «идиота», чтобы регуляторы громкости поставить именно перед усилителями мощности так, как это обычно делается в домашке, причем еще и раздельно по каждому каналу.

С головы и чейнджера цифровой сигнал выходит только тогда, когда устройство активировано. То есть, если включена голова, цифра идет только с головы. Если включен чейнджер, то цифра выходит только с чейнджера. Далее цифра поступает на ЦАП саба и через Машину времени на ЦАП фронта. Таким образом нам необходимо цифру с двух источников превратить в два выхода цифры. Схемка для соединения и разделения оптики сделана на микросхеме Hex Inverter 74NC04. Про Машину времени (Процессор временных задержек с интерфейсом S/PDIF) можно почитать здесь: https://sova-audio.blogspot.com/2012/07/2.html Есть уже новый вариант Машины времени, которая может управляться дистанционно: https://sova-audio.blogspot.com/2014/10/blog-post.html

В Машине времени цифровой сигнал будет задержан относительно саба и затем левый фронт будет задержан на необходимую величину относительно правого фронта.

2. Регуляторы громкости. Применены регуляторы громкости Никитина (РГН) Att7+ и Att7 разработки от antecom:

https://forum.vegalab.ru/showthread.php?t=48665 Про использование регуляторов громкости Никитина в автозвуке я описывал здесь: https://halin-caraudio.blogspot.com/2013/12/16.html Так как у усилителя MC420M я сделал входное сопротивления 20 кОм, то соответственно РГН я тоже согласовал на входное сопротивление 20 кОм. 2. Сам активный фильтр 4 порядка ( двухполосн ый фазокогерентн ый фильтр с аппроксимацией по Linkwitz-Riley на State Variable Filter) сделан на частоту раздела в 3100 Гц.

АЧХ колонки с пассивным излучателем

Установка пассивного излучателя приводит к увеличению площади излучающей поверхности. Два диффузора колеблются вместе, поэтому во-первых повышается уровень в НЧ диапазоне, а во вторых и повышается КПД всей акустической системы.

Для примера рассмотрим обобщенную АЧХ акустической системы до и после вставки пассивного излучателя.

На сравнительном графике видно, что при наличии пассивного излучателя, АЧХ акустической системы значительно повышается в диапазоне от 20 до 500Гц. А это и есть низкочастотная область, т.е. те самые басы.

Как активный, так и каждый пассивный излучатель имеет свою резонансную частоту. На этой частоте его колебания максимальны.

Основную трудность для любой акустической системы обычно представляют самые низкие частоты, поэтому резонансную частоту всегда стараются понизить. Для этого диффузор пассивного динамика делают большей массы.

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.

   Обсудить статью ФИЛЬТР ДЛЯ АКУСТИКИ

Частота раздела

Тут самое время задуматься о частоте раздела. Обычно частота раздела выбирается на ровных горизонтальных участках, вдали от резонансов и завалов, стараясь обойти внезапные неравномерности как потенциальные источники искажений… А если вспомнить что существует фаза, о которой мало известно, а если известно, то векторно ачх на бумажке не сложишь, а из-за кривизны фаз даже на идеально ровной ачх что-то вылезет, что-то провалится в большей или меньшей степени. Также надо помнить что может дать сам динамик, особенно ВЧ, скажем не надо заставлять дюймовый купольник играть от двух, а тем более одного килогерца, даже если он способен их отыграть по АЧХ.

Итак, смотрим какие уникальные динамики нам достались. Высокочастотник начинает валить с 1,3 кгц, значит ниже его пускать нельзя. С другой стороны низкочастотник пытается играть по самые 10 кгц, с переменным успехом. Однако здравый смысл подсказывает, что выше килогерца его пускать плохая затея. И что спрашивается делать, если рабочие диапазоны динамиков не пересекаются?

Тут есть два варианта: если спады имеют адекватную крутизну, то лучше всего сводить в ямку, особенно если ямка получается широкой. В случае же нашем, когда спады круты как обрывы, надо держатся подальше от самого крутого из них. Чаще всего это может случится с высокочастотником, им всегда тяжко работать у нижней границы диапазона, поэтому им целесообразнее облегчить жизнь возлагая воспроизведение нижней части диапазона на НЧ динамик, который отыграет хоть плохо, но не нагадит. Поэтому ограничиваем диапазон участком от 1,5 кгц до 2,2 кгц.

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.

Активный фильтр высоких частот

Активные фильтры обладают огромным преимуществом перед их пассивными «сородичами», тем более на частотах, значение которых меньше 10 кГЦ. Дело в том, что пассивные содержат катушки повышенной индуктивности и конденсаторы, которые обладают большой емкостью. Из-за этого они получаются громоздкими и дорогостоящими, и поэтому их характеристика по итогу выходит далеко не идеальной.

Большой индуктивности достигают благодаря увеличенному количеству витков катушки и использования ферромагнитного сердечника. Это освобождает ее свойства чистой индуктивности, потому что длинный провод катушки с большим числом витков имеет значимое сопротивление, а ферромагнитный сердечник подвергается влиянию температуры, что в значительной мере сказывается на его магнитных свойствах. Из-за того, что необходимо использовать большую емкость, приходится применять конденсаторы, которые обладают не лучшей стабильностью. К ним можно отнести электролитические конденсаторы. Фильтры, именуемые активными, во-многом лишены указанных выше недостатков.

Дифференциаторные и интеграторные схемы построены с применением операционных усилителей, они собой представляют простейшие активные фильтры. Когда выбирают элементы схемы по четкой инструкции, соблюдая зависимость от частоты дифференциатора, они становятся высокочастотными фильтрами, а от частоты интеграторов, напротив, – низкочастотными. Фото, объясняющие все сказанное, приведено ниже:

3.2 ФИЛЬТРЫ ВЕРХНИХ ЧАСТОТ НА ИНУН

Схема на ИНУН,
реализующая функцию фильтра верхних частот Баттерворта или Чебышева второго
порядка, изображена на рис. 8.

Рис. 8. Схема фильтра
верхних частот на ИНУН.

Анализируя эту схему,
получаем

                                                          (19)

Коэффициент усиления
схемы — неинвертирующий, а значения сопротивлений определяются следующим
образом:

         (20)

где C₁ имеет произвольное значение.

Если K=1, то в качестве
сопротивления R₃ можно взять разомкнутую, а сопротивления R₄
— короткозамкнутую цепь, и в этомслучае ОУ работает как повторитель
напряжения, а сопротивления R₁ и R₂ не изменяются.

Преимущества схемы
верхних частот нас ИНУН такие же, как у схемы нижних частот на ИНУН,
рассмотренной в п. 2.3.

Принципиальная схема ФНЧ

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

Принципиальная схема ФНЧ к сабу

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

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

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

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

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

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

Фильтр для усилителя PAM8403

В статье я не буду открывать никакой Америки. Однако, представленную ниже информацию в нужном контексте в Интернете я не нашел и решил это исправить.

История вот в чем. Есть у меня некоторое количество модулей усилителей класса D на базе микросхем PAM8403. Это, наверное, самая популярная и дешевая микросхема усилителей, которая применяется в море DIY самоделок. Но звучит она, мягко говоря, так себе. Тем не менее, у меня есть предложение, как сделать её лучше.

Причиной этих мыслей стало применение такой микросхемы в качестве колонки, которая подключена к моему компу и я слушаю через неё музычку. Городить что-то сложнее нет желания, но страдать от звука тоже не хочется. С предисловием закончили, переходим к практике.

Для начала, давайте подключим к усилителю динамик 8 Ом 1 Вт и посмотрим на сигнал на выходе

Тут важно помнить, что микросхема имеет мостовую схему выхода, поэтому нельзя соединять минус выхода и землю. Все измерения я проводил на реальном динамике, а не на резистивной нагрузке

Вы видите синус 1 кГц? Вот и я не вижу, а он есть. Понятное дело, что это D класс и «китайцы», в силу удешевления и простоты, не стали заморачиваться с выходными фильтрами, чтобы подавлять ВЧ импульсы, и просто написали в описании микросхемы:

Оно-то как бы работает, но что-то из ушей вытекает все-таки… Собственно, предлагаемая мной доработка представляет собой LC фильтр по следующей топологии. Я использую только один канал, если вы хотите такое для стерео, то надо собрать два таких фильтра.

Берем две индуктивности и пару конденсаторов. Значение индуктивности должно быть от 10 до 50 мкГн, конденсаторы должны быть от 0.22 до 1 мкФ. В моем случае я раздобыл пару колец T94-2 и намотал на них около 47 витков проводом от витой пары, что должно было дать примерно 20 мкГн, конденсаторы по 0.47 мкФ. Как-то так это выглядит.

А теперь немного измерений. Сначала спектр с шагом 1 кГц и 10 кГц при выключенном входном сигнале. Шаг по амплитуде (вертикали) 20 дБ.

А теперь синус в 1 кГц. Шаг по частоте и амплитуде аналогичен предыдущим картинкам.

Фильтр уменьшает уровень шума на 20 дБ.

Теперь подаем немного шума, дабы примерно понять АЧХ получившегося фильтра. Здесь шаг по частоте 5 кГц, по амплитуде по прежнему 20 дБ.

Получился спад примерно на 23 кГц, что меня вполне устраивает. Хотя, тут, безусловно, существует влияние цепей аудиовыхода компьютера. Ну и помните мнимый синус в 1 кГц? Теперь он выглядит так.

Теперь мой мозг не вытекает от высокочастотного шума из колонки. При питании от USB советую добавить еще по питанию LC фильтр. Но не переборщите с емкостью конденсатора, иначе чего-нибудь да сгорит. И еще совет. Подавайте звук на усилитель через переменный резистор. Лучше держать громкость на компьютере на высоком уровне и регулировать её резистором. Таким образом вы увеличите соотношение сигнал-шум и уменьшите цифровой шум, который в любом случае будет проникать в сигнал. У меня получилась следующая схема подключения.

Надеюсь, статья будет кому-нибудь полезна. Крепкого всем здоровья. И слушайте музыку, а не усилители.

Калькулятор простых фильтров: https://sim.okawa-denshi.jp/en/Fkeisan.htm

Список радиоэлементов

Дискретно-временная реализация

Многие цифровые фильтры предназначены для получения характеристик низких частот. И с бесконечной импульсной характеристикой и с конечной импульсной характеристикой фильтра нижних частот, а также фильтры с использованием преобразования Фурье широко используются.

Простой фильтр с бесконечной импульсной характеристикой

Эффект фильтра нижних частот с бесконечной импульсной характеристикой можно смоделировать на компьютере, проанализировав поведение RC-фильтра во временной области и затем дискретизируя модель.

Простой RC-фильтр нижних частот

На принципиальной схеме справа согласно законам Кирхгофа и определению емкости :

Типы фильтров

Фильтры СВЧ, как и фильтры с сосредоточенными параметрами, представляют собой один или N последовательно соединенных четырехполюсников, избирательно пропускающих определенную полосу частот. В зависимости от полосы пропускания фильтры разделяются на следующие типы:

фильтры нижних частот (ФНЧ), пропускающие частоты от нуля до частоты среза — f1 (рис 4.1, а);

фильтры верхних частот (ФВЧ), пропускающие частоты от f1 до (рис.4.1, б);

полосовые фильтры (ПФ), пропускающие определенную полосу частот от f-nдо fn(рис. 4.1, в);

заграждающие (режекторные) фильтры (ЗФ), не пропускающие полосу частот от f-з до fз (рис. 4.1, г).

Фильтры, находящие применение в обработке сигналов, бывают

• аналоговыми и цифровыми
• пассивными или активными
• линейными и нелинейными
• рекурсивными и нерекурсивными

Среди множества рекурсивных фильтров отдельно выделяют следующие фильтры (по виду передаточной функции):

• фильтры Чебышева
• фильтры Бесселя
• фильтры Баттерворта
• эллиптические фильтры

По порядку ( степени уравнения) передаточной функции ( ЛАФЧХ) различают фильтры первого, второго и более высоких порядков. Крутизна ЛАЧХ фильтра 1-го порядка в полосе подавления равна 20 дБ на декаду, фильтра 2-го порядка — 40 дБ на декаду, и т. д.

По тому, какие частоты фильтром пропускаются (задерживаются), фильтры подразделяются на

• фильтры нижних частот (ФНЧ)
• фильтры верхних частот (ФВЧ)
• полосно-пропускающие фильтры (ППФ)
• полосно-задерживающие (режекторные) фильтры (ПЗФ)
• фазовые фильтры

Причины шумов и способы их устранения

Так как цена вопроса с заменой автомагнитолы на новую нас не устраивает, то я предлагаю найти причину посторонних шумов своими руками, старым проверенным способом – методом исключения. И что бы увеличить шансы на скорейшее выявление и устранение виновника помех советую начинать от большего к меньшему, а именно от головного устройства к периферии.

Магнитола

Достаём автомагнитолу из посадочного места (кстати, фон может пропасть уже при демонтаже головного устройства) и затем:

• Попробуем отключить антенный штекер. Фонит? Идём дальше…;
• Любым подходящим проводом(см.Провода для автомагнитолы: какие они бывают), минуя все соединения и разъёмы, прокладываем плюс и минус на головное устройство напрямую от аккумуляторной батареи;

Фильтры на гираторах

При построении фильтров 2-го порядка и выше минимальное число элементов получается, если использовать L-C элементы (последовательное и параллельный колебательный контур).

Однако на НЧ габариты таких фильтров значительны, т. к. необходимы большие L и С.

w = 1/

С помощью ОУ можно синтезировать как эквивалент индуктивности и эквивалент емкости. Такие схемы принято называть конверторами сопротивлений. Они позволяют преобразовать R в – R и наоборот, x_L x_c. Т. е. используют емкость, а на выходе схемы – как индуктивность.

Гираторы – схемы, преобразующие реактивность сопротивление одного вида в реактивное сопротивление другого вида. В основе таких схем лежит также использование ИНУН, ИТУН и т. д.

L_экв = R₁*R₂*C, если R₁ >> R₂

R_экв = , где

Q – добротность синтезированной индуктивности

Q = 1/2

Добротность реальная: Q < 10

x_L = wL Þ при w­ x_L­

С w­ x_c¯ Þ U_R1­ U_R2­ Þ

В т. а поступает через R₂ возрастающее напряжение.

Таким образом, с т. зр. частотных свойств схема ведет себя как эквивалентная индуктивность.

При соединении её с емкостью С₁ образуется последовательный колебательный контур L_эквС₁, его резонансная частота:

w = 1/

Таким образом, особенно на НЧ можно строить эквивалентные индуктивности с малыми размерами, т. к. при большой величине R₁ емкости С может быть достаточно маленькой.

Синтезирование реактивности позволяет создавать фильтры высоких порядков эквивалентные LC фильтры на пассивных элементов с малыми габаритами. Однако такие фильтры имеют «-»:

Ø требуется источник питания;

Ø имеет меньшую добротность, чем пассивный;

Ø имеет большую нестабильность, особенно температурную;

Ø обладает худшими шумовыми характеристиками.

Предназначение

Сделать фильтр для сабвуфера

Фильтр или кроссовер(см.Самодельные кроссоверы для акустики и их предназначение), как его еще называют, сегодня выполняет важнейшую функцию. Дело в том, что практически все современные динамики, включая и сабвуфер, воспроизводят эффективно только определенную долю частот. К примеру, тот же басовик воспроизводить хорошо в состоянии только низкие басы.

Фильтр для автомобильного сабвуфера

За границами «родной» полосы (эффективно воспроизводимой), звуковое давления, идущее из динамика, заметно снижается и возрастает одновременно с этим уровень искажений. В таком случае говорить о каком-то качестве звука просто глупо и следовательно, чтобы решить проблему, приходится использовать в аудиосистеме несколько динамиков(см.Как выбрать динамики для автомагнитолы своими силами). Такова реалия: это происходит и в домашней акустике, и в автомобильной. Это не новость.

Типичные схемы расположения динамиков в авто и роль фильтров

Динамики в авто

Касательно автомобильной акустики хотелось бы выделить две типичные схемы построения системы звука, с которыми знакомы, наверное, все, кто много мало знаком с автозвуком.Речь идет о следующих схемах:

Наиболее популярная схема подразумевает три динамика. Это басовик (нацеленный исключительно на низы), динамик средних и низких частот (мидбасс) и отвечающий за воспроизведение ВЧ, твитер.

Фильтр низких частот сделать самому для сабвуфера

Именно для того, чтобы не нарушать это требование, предназначены электрические фильтры, в роль которых входит выделение конкретных «родных» частот и подавление «чужих».

Типы фильтров

Фильтры(см.Как сделать самому фильтр для автомагнитолы) частот различаются по типам.Принято выделять следующие варианты:

Обычные фильтры, принцип действия которых сводится к тому, чтобы у их катушек индуктивности сопротивление возрастало с ростом частоты сигнала и спадало у конденсаторов, которыми они наделены. Несложно догадаться, что в таких фильтрах эффективно пропускают НЧ катушки индуктивности, а ВЧ – конденсаторы.

Полосовой фильтр

• Режекторный фильтр – полная противоположность полосовому. Здесь та полоса, которая ПФ пропускается без изменений, подавляется, а полосы вне этого интервала усиливаются;
• ФИНЧ или фильтр подавления инфранизких частот стоит особняком. Принцип его действия основывается на подавлении высоких частот с низким показателем среза (10-30Гц). Предназначение этого фильтра – непосредственная защита басовика.

Нч фильтр для сабвуфера самому

Параметры

Кроме типов фильтров, принято разделять и их параметры.К примеру такой параметр, как порядок, свидетельствует о количестве катушек и конденсаторов (реактивных элементов):

• 1-ый порядок содержит только один элемент;
• 2-ой порядок два элемента и т.д.

Другой, не менее важный показатель – крутизна спада АЧХ, показывающая, насколько резко фильтр подавляет «чужие» сигналы.

Для сабвуфера

В принципе, любой фильтр, в том числе и этот, представляет собой сочетание нескольких элементов. Обладают компоненты эти свойством избирательно пропускать сигналы определенных частот. Принято разделять три популярные схемы этого разделителя для басовика.Они представлены ниже:

Первая схема подразумевает самый простой разделитель (изготовить который своими руками, не составит никакой сложности). Он выполнен в виде сумматора и стоит на одном транзисторе. Конечно, серьезного качества звука с таким простейшим фильтром не добиться, но из-за своей простоты, он прекрасно подходит любителям и начинающим радиоманам;

Простая схема

Две другие схемы намного сложны, чем первая. Построенные по эти схемам элементы, размещаются между местом выхода сигнала и входом усилителя басовика.

Каким бы ни был разделитель, простейшим или сложным, он должен иметь следующие технические характеристики.

ПОСОБЫ СНИЖЕНИЯ УРОВНЯ ГАРМОНИК

Возможные способы ослабления гармоник – это, например, увеличение тока короткого замыкания сети (снижение импеданса сети), ограничение производительности / количества одновременно работающих источников гармоник, сбалансированное подключение однофазных нагрузок к трём фазам и применение оборудования с большей пульсностью (к примеру, использование 12– или 18-пульсного частотного преобразователя вместо 6-пульсного). Однако наиболее распространёнными решениями являются использование пассивного фильтра, состоящего из комбинации конденсаторов, индуктивностей и сопротивлений (RC, RL , LC, LCQ и других), а также получающих всё более широкое распространение активных фильтров. Также применяются гибридные решения (комбинации активных и пассивных фильтров).

При использовании пассивного резонансного фильтра его схема настраивается на определённую частоту, то есть резонансные частоты последовательного фильтра очень близки к частотам имеющихся гармоник. При проектировании резонансного фильтра большое значение имеет тщательный анализ нагрузки и качества электроэнергии, также очень важна величина импеданса сети (рисунок 2).

Рис. 2. Зависимость импеданса шинопровода системы от частоты

Как показано на рисунке 3, для резонансной фильтрации важна последовательность коммутации, она должна следовать правилу LIFO (последним пришёл – первым вышел), обратное может привести к проблемам.

Рис. 3. Последовательность коммутации резонансных фильтров в соответствии с правилом LIFO

А) Пример: применение резонансного фильтра

На приведённом ниже реальном примере (рисунки 4, 5) показан резонансный фильтр для 5-й и 7-й гармоник. Он установлен в торговом центре в Китае.

Рис. 4. Электрическая схема подключения резонансного фильтра в торговом центре в Китае

Результаты анализа фильтра показаны на рисунке 5. Можно увидеть, что не только уменьшены токи 5-й и 7-й гармоник, но также снизились гармонические искажения напряжения с 4,8% до 1,8%. Также увеличилось значение коэффициента мощности с 0,92 до 0,99.

Рис. 5. Результаты применения резонансного фильтра в торговом центре в Китае

B) Преимущества и недостатки пассивных фильтров

Почему важны небольшие дросселя?

Производители автомобилей добавляют к ним автомобилям все больше электронных схем, а пространство внутри остается неизменным. Это означает, что производители отдельных электронных схем для автомобилей должны проектировать всё меньшие и меньшие модули. Кроме того, все эти компоненты должны быть меньше и потому, чтобы автомобили были легче (снизить расход топлива).

Существует множество способов уменьшить размер и вес аудиоустройств класса D, а уменьшение индуктивности в выходном фильтре LC — один из них. Типичная звуковая система автомобиля имеет как минимум четыре выходных канала — два для передней и две для задней АС. Это означает что каждый из этих динамиков должен управляться схемой, как показано на рисунке. Тогда на монтажной плате требуется не менее восьми катушек. Они представляют собой довольно большие элементы и будут занимать большую часть поверхности печатной платы в такой системе.

Похожие записи:

Как убрать мелкие и глубокие царапины на стекле? Радиосхемы схемы электрические принципиальные Каркасный дом своими руками: пошаговая инструкция сборки с фото Как открыть консервную банку со шпротами открывалкой, консервным ножом и другими способами Механизм подъема, опускания и регулирования дозатора Расчет забора из профнастила: калькулятор онлайн!