Problema separării frecvenței semnalelor în sistemele acustice excite mintea multor specialiști de mult timp. În jur de șaizeci de ani.
Primii ingineri, acustica încântată de acest lucru,
și problema trăiește și prosperă.
Astăzi vom încerca foarte scurt, dar nu superficial, să familiarizăm cititorul cu principalele prevederi ale teoriei și practicii de construire a difuzoarelor cu mai multe benzi, firește, cu accent pe rezolvarea problemelor audio auto.
Câțiva norocoși știu cum fel de sunet intern, blând, natural diferea vechi, cel mai bine - înainte de război, vorbitori de limba germană cu con de hârtie ușor de mare. Cu toate acestea, dorința de a maximiza sunet mai aproape de realitate, și anume, pentru a ajunge la uniformitatea AFC pe o bandă mai largă, de a crea un nivelurile de volum mare și, în același timp, dacă este posibil, pentru a reduce dimensiunea difuzorului a dus la o plecare treptată din tradițiile și principiile stabilite în epoca de argint de electro, și du-te în urmărirea obiectivelor tehnice ale obiectivului Golden Taurus. Care sunt dezavantajele obiective ale sistemelor cu o singură bandă, care fac dezvoltatorii să caute fericirea în domeniul separării frecvențelor? Dacă pe scurt (promis!), Principalele motive sunt puține:
Primul. Difuzorul oricărui cap este capabil să facă mișcarea în formă de piston, adică mișcarea ca întreg într-un anumit interval de frecvență. De îndată ce frecvența atinge o anumită valoare, pe suprafața difuzorului apar valuri elastice, care pot organiza un model de interferență. Mișcarea tip piston, pe baza căreia se bazează toate calculele parametrilor capului, încetează. Pentru majoritatea capetelor cu frecvență joasă, această frecvență se află în regiunea de câteva sute de hertzi. Bandele de bandă largă și medie pot păstra natura oscilațiilor difuzorului până la frecvențele unui kilohertz, unele dintre ele cu difuzoare compuse și ceramice - până la 5-8 kHz. La frecvențe mai mari, lucru încredere traductoare numai boltite: mid-range gama de servicii de la sute de Hz până la 10 kHz, și pe toată lungimea capetelor difuzor dom încearcă să se miște un piston. Articole ușoare, compuse sau metalice
Se înregistrează capetele HF în domeniul frecvenței audio a problemelor considerate.
procedeele descrise manifestat în mod obiectiv apariția, începând cu o anumită frecvență, frecvența de răspuns neregularitate în creșterea neregularităților distorsionare, intermodulație și fază neliniare. Principalul efect subiectiv evaluat este pierderea sunetului natural al instrumentelor acustice, apariția în sunet a rigidității, uneori a sunetului. Trebuie remarcat faptul că bun vechi capul de receptoare de pre-război dureau a descris boala în întregime - chiar și conuri de hârtie ușoare nu au fost în stare să reziste. Cu toate acestea, munca grea de generații de experimentatori, pulpe secrete, nu a fost preparată în zadar - natura oscilațiilor parazite difuzori vechi a fost de așa natură încât consecințele unui punct de vedere audiere (scuze pentru joc de cuvinte) sa dovedit a fi minim.
Al doilea. Foarte simplu. Inducția nu a anulat nici măcar rezultatul războiului mondial. De exemplu, dacă inductanța voce joasă frecvență cap bobina 1 mH (destul de un pic), apoi la componentul reactiv 1 kHz a impedanței este deja egală cu 6,28 ohm și 10 Ohmi 62,8 kHz. Pe această rezistență și toată tensiunea semnalului va cădea, firește, fără a provoca mișcarea dorită a difuzorului.
Al treilea. Toată lumea se așteaptă din capul dinamic al producției unui val sunetic sferic. Atunci caracteristica direcției radiației create va fi circulară, iar ascultătorul care se mișcă în spațiu nu va simți nici un disconfort. În mașină, nu-și schimbă poziția (cu excepția cazului unui accident), dar aici caracteristicile direcției sunt atribuite unor sarcini și mai responsabile, deoarece caracteristicile layout-ului în cabină sunt departe de limite. Un val sferic este generat de un emițător de puncte. În caz contrar: dimensiunile difuzorului ar trebui să fie considerabil mai mici decât lungimea de undă. De îndată ce această condiție nu mai este îndeplinită, caracteristica directivității capului se restrânge, ceea ce poate provoca o mulțime de probleme.
În al patrulea rând. La frecvențe joase, în special în apropiere de frecvența de rezonanță, capul se deplasează difuzor cu o viteză destul de mare debit, cu câteva procente din viteza sunetului. Prin urmare, atunci când reproducerea simultană și de modulare de înaltă și joasă frecvență Doppler de oscilație de înaltă frecvență joasă va avea loc, deoarece timpul acestor frecvențe vor fi emise la o viteză mare în mișcare difuzor la ascultător și timpul - de ascultător. Consecințele modulare Doppler sunt prezentate într-un ton foarte urât la pierderea auzului de puritate, ascultătorul este pierdut plăcerea de piese clasice, bazate pe legi stricte ale armoniei muzicale.
Fig. 1. Cele mai simple LPF (a) și HPF (b) din ordinul doi. De obicei, când se calculează filtrele AC, se presupune că filtrul este alimentat de la generatorul de tensiune, iar sarcina este rezistența ohmică a capului. Cazurile mai complexe sunt discutate separat.
Fig. 2. Pentru conceptul unui filtru separator de trecere. Sumarea acustică a semnalelor capetelor LF, MF și HF poate crea un răspuns de frecvență plat în punctul de observație, în mod natural, în anumite condiții. Rețineți că filtrul BANDPASS capul de alimentare MF poate fi configurat ca și componente bandpass (vezi. Fig.) Și reprezintă în cascadă HPF întârziere și LPF.
Fig. 3. Capul numai în prima aproximare reprezintă rezistența activă. Încercarea de a obține performanțe bune atunci când lucrați cu capete reale necesită luarea în considerare a reactivității lor. Această figură prezintă principalii parametri reactivi ai capului în apropierea frecvenței de rezonanță și a celui mai simplu circuit de compensare.
Cu alte cuvinte - indiferent de cât de nostalgia puternică a sunetului bun al rarităților de hârtie, este posibil să se joace perfect numai un sistem cu mai multe benzi. Acest adevăr a devenit evident dezvoltatorilor cu mai mult de o jumătate de secol în urmă, iar de atunci filtrele de separare au început să străpungă drumul spre piață.
Nu vom lua în considerare toate etapele dezvoltării filtrelor ca o componentă completă a piesei audio. Remarcăm doar că au parcurs o cale dificilă, a cărei început a fost realizată doar o funcție de împărțire a puterii frecvență, iar acum de la filtrele trebuie să se ocupe de problemele de separare a energiei, formarea caracteristicilor vorbitorilor direcționale ca un întreg, capete de compensare reactivitate în ceea ce privește efectul de proiectare acustic, etc.
Trebuie remarcat faptul că designerii au decis să rezolve problema tehnică: AS-urile produc un AFC excelent la PFC-uri optime, caracteristici direcționale atunci când se folosesc capete complet reale. Toate problemele matematice asociate calculelor au preluat calculatoarele. Programele de calcul în condiții amateur sunt pline de Internet. Dar pentru a spune că UA a început să se joace mai bine de la asta decât bine, nu putem. Problema este veche ca lumea: nu ar trebui să se străduiască pentru AFC perfectă și FCH, ci pentru un sunet bun, iar pe calea acestei aspirații apar probleme mult mai complicate decât dificile de calcul.
Cu toate acestea, ar fi incorect să nu împărtășim cu cititorul principiile elementare ale construirii filtrelor de separare. Orice dorință de calitate ar trebui să fie punctul de plecare. Punctul nostru este acela în care se obțin parametrii acceptabili, evaluați în mod obiectiv ai UA, iar filtrele de separare joacă un rol major în formarea lor.
Rezumatul răspunsului la frecvență al celor două filtre Butterworth de ordinul doi (LPF și HPF)
Crossover Batterforda doilea ordin însumare a HPF și a semnalelor de LPF pentru a furniza emisia de frecvență secțiunea 3 dB în cazul trecerii capetelor în antifază și poval la zero (N), atunci când este inclusă în fază.
Rezumatul răspunsului de frecvență al două filtre Butterworth din ordinul trei
Filtru de separare Butterford de ordinul trei. Planul AFC total este furnizat nu numai prin răspunsul parțial la frecvență, ci și printr-o schimbare de fază egală cu frecvența de separare de 270 °.
Rezumatul răspunsului la frecvență al celor două filtre de ordinul doi cu caracteristica Linkwitz-Riley
Filtrul de separare Linkwitz-Riley de ordinul doi: atât filtrul trece-jos, cât și filtrul de trecere superioară au atenuare la o frecvență de întrerupere de 6 dB, ceea ce asigură un AFC total plan.
Pe filtre în general și pe filtre în AS în special
Filtrul este un circuit electric liniar, care are proprietatea de a transmite în mod selectiv semnale de frecvențe diferite. Linear - în sensul că alimentarea unui semnal sinusoidal nu duce la o distorsionare a formei sale. Este clar că filtrele low-pass (LPF) trec mai bine la frecvențe mai joase, la filtrele de înaltă trecere (HPF) - cele superioare. Bandpass filtrele sări semnale care se află deasupra unui anumit fund, dar sub o anumită frecvență superioară. Acestea sunt fundațiile. Filtrul este caracterizat prin răspunsul la frecvență și PFC. Pentru cele mai simple filtre, acestea sunt conectate prin transformarea Hilbert, cu alte cuvinte, cunoscând răspunsul de frecvență, puteți calcula PFC și invers.
Procesele din filtre sunt descrise cu ușurință prin ecuații diferențiale liniare sau sistemele lor, iar în știință este ordinea sistemului de ecuații care este luată ca ordinea filtrului. Și în practică, când nu până la ecuații (cu cât diferența este mai mare), ordinea este de obicei egală cu numărul de inductanțe și capacități din care se face filtrul, luate împreună.
În afara filtrului benzii de trecere are o pierdere și este departe de frecvența de întrerupere este determinată printr-o simplă dependență de atenuare și 6N este egal cu decibeli pe octavă, unde N - ordinul filtrului. Voi explica prin exemplu. Luați în considerare un filtru low-pass de ordinul cinci, cu o frecvență de cutoff de 1 kHz. Pentru două frecvențe F1 și F2, în cazul în care acestea sunt distanțate suficient de departe de frecvența de tăiere și, să zicem, caracterizat dublat (o octavă), apoi atenuarea introdusă de filtru la aceste frecvențe vor fi diferite în 6h5h1 = 30 dB. Acesta este întregul calcul.
Nu departe de frecvența cutoff, comportamentul AFC depinde nu numai de ordine, ci și de tipul de filtru. Tipul de filtru este un concept mai complex decât comanda. Atât filtrul, cât și ecuația diferențială corespunzătoare sunt caracterizate printr-un polinom și, de asemenea, numit polinom caracteristic. Coeficienții săi depind de valorile componentelor electrice ale filtrului. Polinoame sunt diferite -. Bessel, Butterworth, Cebîșev, Zolotarev-Cauer și alții chemat să investigheze le cu mult înainte de apariția de filtre, și chiar mai mult audio auto, matematicieni.
Filtrele Bessel diferă de înălțimea minimă a tăieturii. Adică, în mod oficial, frecvențele "extra" sunt filtrate mai degrabă leneș. Dar cele mai multe astfel de filtre faza de răspuns este netedă, iar caracteristica de întârziere de grup (HG) are o diferență minimă de frecvență care indică posibilitatea unei perturbări minime a proceselor nesinusoidale.
Filtrul Butterworth este preferabil, dar PFC cu un DWT este mai rău. Și așa mai departe: cu cât filtrăm mai bine, cu atât suntem mai răi. Un necaz - totusi trebuie sa filtrezi!
Acum despre filtrele din acustică. Diferența lor principală față de filtrele simple constă în faptul că se confruntă cu sarcina de a nu filtra frecvența, ci de a separa frecvența. Cu alte cuvinte, urechea ascultătorului trebuie să ajungă la componentele tuturor frecvențelor, dar, să spunem, componentele cu frecvențe sub Fzd. ar trebui să fie jucat de un cap de joasă frecvență, deasupra - de un cap de înaltă frecvență (sistem bidirecțional). Răspunsul de frecvență al unui astfel de sistem ar trebui, în mod ideal, să fie plat, inclusiv în zona de separare a frecvenței. În legătură cu aceasta, astfel de filtre de separare sunt numite filtre de trecere.
Se pare că nu este ușor să se facă un filtru all-pass de la LPF și HPF, chiar dacă se ia în considerare decuplarea totală a acestora (suma este mai degrabă acustică decât electrică). Deci, dacă aplicați filtre Bitterworth chiar și pentru ordine, AFC va obține o ejectare de 3 dB la frecvența secțiunii, foarte vizibilă de ureche. Esența acestui fenomen poate fi urmărită pe unul dintre graficele din articol. Prin urmare, utilizarea sau filtre Linkwitz-Riley (battervortovskie similare, dar oarecum diferite confesiuni) sau generale refuza chiar filtrele de ordine și filtre folosite de ordinul a 3.
Un alt mod care conduce la un răspuns de frecvență plat este de a împărți frecvențele cutoff ale HPF și LPF. De exemplu, frecvența cutoff a LPF este selectată la 900 Hz, iar frecvența HPF este de 1111 Hz. Cu toate acestea, rețineți: răspunsul la frecvența plată este un mijloc și nu un scop în sine.
PFC ideal al oricărui filtru, inclusiv cel separator, ar putea fi considerat zero (fără întârziere) sau liniar (întârziere constantă la toate frecvențele). Dintre filtrele care sunt utilizate ca separatoare, numai un filtru de prima ordine are un PFC ideal. Ca rezultat, forma semnalului trecut de către AS cu filtre de separare de ordinul întâi are mai multe șanse să rămână nedistorsionată decât, de exemplu, cu filtre de ordinul trei. Cu toate acestea, este clar că rezolvarea principalei sarcini - filtrarea și divizarea frecvențelor - cu filtre de o astfel de ordine mică este dificilă.
DGS este, de asemenea, un răspuns de frecvență care reprezintă din nou derivatul de frecvență al PFC în funcție de frecvență. Fluctuațiile ascuțite ale DGS mărturisesc posibilitatea unor întârzieri diferite în componentele unui semnal real care are frecvențe diferite: semnalul își va distorsiona forma, după cum spun acusticienii, "se rupe". Tamburul nu va mai fi un tambur, pizzicato nu este un pizzicato.
Ordinea și tipul de filtre și ce depinde de ele
Răspunsul de frecvență al filtrelor de diverse comenzi (de tip Butterworth)
Cu cât ordinea este mai mare, cu atât mai puternic este filtrarea frecvențelor în afara benzii de trecere și cu atât mai mari sunt distorsiunile de fază introduse de filtru.
Filtrele din clasa a patra a filtrelor de diferite tipuri cu aceeași frecvență cutoff de 1 kHz.
Cel mai "leneș" filtru Bessel din punct de vedere al separării de frecvență oferă cel mai neted PFC. Filtrul "radical" al lui Chebyșev - vă vedeți singuri.
Trimiteți-le prietenilor: