Nu este un secret pentru nimeni că sunetul unui sistem depinde în mare măsură de nivelul semnalului din secțiunile sale. Prin monitorizarea semnalului în secțiunile de tranziție ale circuitului, putem judeca funcționarea diferitelor blocuri funcționale: câștig, distorsiune introdusă etc. Există, de asemenea, cazuri în care semnalul rezultat pur și simplu nu poate fi auzit. În cazurile în care nu este posibilă controlul semnalului după ureche, se folosesc diferite tipuri de indicatori de nivel.
Pentru observare pot fi folosite atât instrumente indicatoare, cât și dispozitive speciale care asigură funcționarea indicatoarelor „coloană”. Deci, să ne uităm la munca lor mai detaliat.

1 Indicatori de scară
1.1 Cel mai simplu indicator de scară.

Acest tip de indicator este cel mai simplu dintre toate cele existente. Indicatorul de scară constă dintr-un dispozitiv indicator și un divizor. O diagramă simplificată a indicatorului este prezentată în Fig.1.

Microampermetrele cu un curent total de abatere de 100 - 500 μA sunt cel mai adesea folosite ca contoare. Astfel de dispozitive sunt proiectate pentru curent continuu, așa că pentru ca acestea să funcționeze, semnalul audio trebuie rectificat cu o diodă. Un rezistor este conceput pentru a transforma tensiunea în curent. Strict vorbind, dispozitivul măsoară curentul care trece prin rezistor. Se calculează simplu, conform legii lui Ohm (a existat așa ceva. Georgy Semenych Ohm) pentru o secțiune a lanțului. Trebuie luat în considerare faptul că tensiunea după diodă va fi de 2 ori mai mică. Marca diodei nu este importantă, așa că orice persoană care operează la o frecvență mai mare de 20 kHz va face. Deci, calculul: R = 0,5U/I
unde: R – rezistența rezistenței (Ohm)
U - Tensiunea maximă măsurată (V)
I – curentul de deviere total al indicatorului (A)

Este mult mai convenabil să evaluezi nivelul semnalului dându-i o anumită inerție. Acestea. indicatorul arată valoarea medie a nivelului. Acest lucru poate fi realizat cu ușurință prin conectarea unui condensator electrolitic în paralel cu dispozitivul, dar trebuie luat în considerare faptul că acest lucru va crește tensiunea pe dispozitiv de (rădăcină de 2) ori. Un astfel de indicator poate fi folosit pentru a măsura puterea de ieșire a unui amplificator. Ce să faceți dacă nivelul semnalului măsurat nu este suficient pentru a „agita” dispozitivul? În acest caz, tipi precum tranzistorul și amplificatorul operațional (denumit în continuare op-amp) vin în ajutor.

Dacă puteți măsura curentul printr-un rezistor, atunci puteți măsura curentul de colector al tranzistorului. Pentru a face acest lucru, avem nevoie de tranzistorul în sine și de o sarcină a colectorului (același rezistor). Diagrama unui indicator de scară pe un tranzistor este prezentată în Fig.2

Fig.2

Totul este simplu și aici. Tranzistorul amplifică semnalul de curent, dar în rest totul funcționează la fel. Curentul de colector al tranzistorului trebuie să depășească curentul total de deviație al dispozitivului de cel puțin 2 ori (acest lucru este mai calm atât pentru tranzistor, cât și pentru tine), adică. dacă curentul total de abatere este de 100 μA, atunci curentul colectorului trebuie să fie de cel puțin 200 μA. De fapt, acest lucru este relevant pentru miliametri, deoarece 50 mA „fluieră” prin cel mai slab tranzistor. Acum ne uităm la cartea de referință și găsim în ea coeficientul de transfer curent h 21e. Se calculează curentul de intrare: I b = I k /h 21E unde:
I b – curent de intrare

R1 se calculează conform legii lui Ohm pentru o secțiune a circuitului: R=U e /I k unde:
R – rezistența R1
U e – tensiunea de alimentare
I k – curent de abatere total = curent de colector

R2 este proiectat pentru a suprima tensiunea la bază. Când îl selectați, trebuie să obțineți o sensibilitate maximă cu o abatere minimă a acului în absența unui semnal. R3 reglează sensibilitatea și rezistența sa nu este practic critică.

Există cazuri când semnalul trebuie amplificat nu numai de curent, ci și de tensiune. În acest caz, circuitul indicator este completat cu o cascadă cu OE. Un astfel de indicator este utilizat, de exemplu, în casetofonul Comet 212. Diagrama sa este prezentată pe Fig.3

Fig.3

Astfel de indicatori au sensibilitate ridicată și rezistență de intrare, prin urmare, efectuează modificări minime semnalului măsurat. O modalitate de a utiliza un amplificator operațional - un convertor tensiune-curent - este prezentată în Fig.4.

Fig.4

Un astfel de indicator are o rezistență de intrare mai mică, dar este foarte simplu de calculat și fabricat. Să calculăm rezistența R1: R=U s /I max unde:
R – rezistența rezistenței de intrare
U s – Nivelul maxim al semnalului
I max – curent de abatere totală

Diodele sunt selectate după aceleași criterii ca și în alte circuite.
Dacă nivelul semnalului este scăzut și/sau este necesară o impedanță de intrare ridicată, poate fi utilizat un repetor. Diagrama sa este prezentată pe Fig.5.

Fig.5

Pentru funcționarea fiabilă a diodelor, se recomandă creșterea tensiunii de ieșire la 2-3 V. Deci, în calcule, începem de la tensiunea de ieșire a amplificatorului operațional. În primul rând, să aflăm câștigul de care avem nevoie: K = U out / U in. Acum să calculăm rezistențele R1 și R2: K=1+(R2/R1)
Se pare că nu există restricții în alegerea denumirilor, dar nu este recomandat să setați R1 la mai puțin de 1 kOhm. Acum să calculăm R3: R=U o /I unde:
R – rezistența R3
U o – tensiunea de ieșire a amplificatorului operațional
I – curent de abatere totală

2 indicatori de vârf (LED).

2.1 Indicator analogic

Poate cel mai popular tip de indicatori în prezent. Să începem cu cele mai simple. Pe Fig.6 Este prezentată diagrama unui indicator de semnal/vârf bazat pe un comparator. Să luăm în considerare principiul de funcționare. Pragul de răspuns este stabilit de tensiunea de referință, care este stabilită la intrarea inversoare a amplificatorului operațional de către divizorul R1R2. Când semnalul de la intrarea directă depășește tensiunea de referință, +U p apare la ieșirea amplificatorului operațional, VT1 se deschide și VD2 se aprinde. Când semnalul este sub tensiunea de referință, –U p operează la ieșirea amplificatorului operațional. În acest caz, VT2 este deschis și VD2 se aprinde. Acum să calculăm acest miracol. Să începem cu comparatorul. Mai întâi, să selectăm tensiunea de răspuns (tensiunea de referință) și rezistorul R2 în intervalul 3 - 68 kOhm. Să calculăm curentul în sursa de tensiune de referință I att =U op /R b unde:
I att – curent prin R2 (curentul intrării inversoare poate fi neglijat)
U op – tensiune de referință
R b – rezistența R2

Fig.6

Acum să calculăm R1. R1=(U e -U op)/ I att unde:
U e – tensiunea de alimentare
U op – tensiune de referință (tensiune de funcționare)
I att – curent prin R2

Rezistorul de limitare R6 este selectat conform formulei R1=U LED e/I unde:
R – rezistenta R6
U e – tensiunea de alimentare
I LED – curent LED continuu (se recomandă să fie selectat în interval de 5 – 15 mA)
Rezistoarele de compensare R4, R5 sunt selectate din cartea de referință și corespund rezistenței minime de sarcină pentru amplificatorul operațional selectat.

Să începem cu un indicator de nivel limită cu un LED ( Fig.7). Acest indicator se bazează pe un declanșator Schmitt. După cum se știe, declanșatorul Schmitt are unele histerezis acestea. Pragul de acționare este diferit de pragul de eliberare. Diferența dintre aceste praguri (lățimea buclei de histerezis) este determinată de raportul dintre R2 și R1, deoarece Declanșatorul Schmitt este un amplificator cu feedback pozitiv. Rezistorul de limitare R4 se calculează după același principiu ca în circuitul anterior. Rezistorul de limitare din circuitul de bază este calculat pe baza capacității de sarcină a LE. Pentru CMOS (se recomandă logica CMOS), curentul de ieșire este de aproximativ 1,5 mA. Mai întâi, să calculăm curentul de intrare al treptei tranzistorului: I b =I LED /h 21E unde:

Fig.7

I b – curentul de intrare al etajului tranzistorului
I LED – curent continuu al LED-ului (se recomandă setarea 5 – 15 mA)
h 21E – coeficient de transfer de curent

Dacă curentul de intrare nu depășește capacitatea de sarcină a LE, puteți face fără R3, altfel poate fi calculat folosind formula: R=(E/I b)-Z unde:
R–R3
E – tensiunea de alimentare
I b – curent de intrare
Z – impedanța de intrare în cascadă

Pentru a măsura semnalul într-o „coloană”, puteți asambla un indicator cu mai multe niveluri ( Fig.8). Acest indicator este simplu, dar sensibilitatea sa este scăzută și este potrivit doar pentru măsurarea semnalelor de la 3 volți și mai sus. Pragurile de răspuns LE sunt stabilite prin rezistențe de reglare. Indicatorul folosește elemente TTL dacă se utilizează CMOS, la ieșirea fiecărui LE ar trebui instalată o etapă de amplificare.

Fig.8

Cea mai simplă opțiune pentru a le face. Unele diagrame sunt prezentate pe Fig.9

Fig.9

De asemenea, puteți utiliza și alte amplificatoare de afișare. Puteți cere magazinului sau Yandex diagrame de conectare pentru ele.

3. Indicatori de vârf (luminiscenți).

La un moment dat erau folosite în tehnologia casnică, acum sunt utilizate pe scară largă în centrele muzicale. Astfel de indicatori sunt foarte complex de fabricat (include microcircuite și microcontrolere specializate) și de conectat (necesită mai multe surse de alimentare). Nu recomand folosirea lor în echipamente de amatori.

Lista radioelementelor

UMZCH-urile arată frumos și stilat, exact unde să le găsești... Există o cale de ieșire - vom face un metru în care rolul săgeții va fi jucat de diode emițătoare de lumină controlate de un microcircuit. LM3916- Acesta este un cip special pentru indicatoarele de nivel LED.

Diagrama unui indicator LED

LED-urile sunt conectate prin conectorii J3 - J12 (în diagramă este prezentat doar un rând de LED-uri). Circuitul indicator va necesita o sursă de alimentare bipolară pentru a funcționa corect. Potențialul de alimentare pozitiv al benzilor LED trebuie să fie sub +25 V și, în combinație cu tensiunea negativă, nu trebuie să depășească 36 V. Nivelul minim de tensiune depinde de tensiunea de funcționare a LED-urilor. De exemplu, dacă LED-ul este de 1,9 V și avem 7 LED-uri pe pin, atunci tensiunea pozitivă minimă va fi de 7 x 1,9 V + 1,5 V (cădere de tensiune pe LM3916) = 14,8 volți. LED-urile verzi tind să aibă o tensiune puțin mai mare de 2,2-2,4V, așa că +18V va fi suficient în majoritatea cazurilor.

Curentul LED este determinat de rezistența R1_REF, iar cu o rezistență de 2,2 kOhm vor fi 5 mA.
Formula de calcul: Iled = 10 x (1,2 V / R1_REF)

Puteți utiliza TL072, TL082, LM358 ca amplificator operațional dublu la intrare. Modul de ieșire poate fi setat prin jumperul cu 3 pini JP1. Tensiunea maximă de intrare pentru LM3916 este de 1,2 V, iar R8-R7 poate fi utilizat pentru a regla nivelul de intrare.

Video cu indicatorul

Culoare LED la alegere. Folosit aici verde LED-uri pentru niveluri negative, galben- 0dB și roșu pentru un nivel pozitiv al semnalului audio. Pentru aceasta aveți nevoie de LED-uri dreptunghiulare. Este disponibilă o arhivă cu desene ale plăcilor cu circuite imprimate.

Iuri Sadikov
Moscova

Articolul prezintă rezultatele muncii privind crearea unui dispozitiv care este un set de filtre active pentru construirea de amplificatoare de joasă frecvență cu trei benzi de înaltă calitate din clasele HiFi și HiEnd.

În procesul studiilor preliminare ale răspunsului total în frecvență al unui amplificator cu trei benzi construit folosind trei filtre active de ordinul doi, s-a dovedit că această caracteristică are o neuniformitate foarte mare la orice frecvență de joncțiune a filtrului. În același timp, este foarte important pentru acuratețea setărilor filtrului. Chiar și cu o nepotrivire mică, neuniformitatea răspunsului total în frecvență poate fi de 10...15 dB!

MASTER KIT produce kitul NM2116, din care se poate asambla un set de filtre, construit pe baza a doua filtre si a unui sumator subtractiv, care nu prezinta dezavantajele mai sus mentionate. Dispozitivul dezvoltat este insensibil la parametrii frecvențelor de tăiere a filtrelor individuale și, în același timp, oferă un răspuns total în frecvență extrem de liniar.

Elementele principale ale echipamentelor moderne de reproducere a sunetului de înaltă calitate sunt sistemele acustice (AS).

Cele mai simple și mai ieftine sunt difuzoarele cu o singură direcție care au un singur difuzor. Astfel de sisteme acustice nu sunt capabile să funcționeze cu o calitate înaltă într-o gamă largă de frecvențe din cauza utilizării unui singur difuzor (cap de difuzor - GG). La reproducerea diferitelor frecvențe, pe GG sunt aplicate cerințe diferite. La frecvențe joase (LF), difuzorul trebuie să aibă un con mare și rigid, o frecvență de rezonanță scăzută și să aibă o cursă lungă (pentru a pompa un volum mare de aer). Și la frecvențe înalte (HF), dimpotrivă, aveți nevoie de un difuzor mic, ușor, dar solid, cu o cursă mică. Este aproape imposibil să combinați toate aceste caracteristici într-un singur difuzor (în ciuda numeroaselor încercări), astfel încât un singur difuzor are denivelări de înaltă frecvență. În plus, în difuzoarele de bandă largă există un efect de intermodulație, care se manifestă prin modularea componentelor de înaltă frecvență ale unui semnal audio de către cele de joasă frecvență. Ca urmare, imaginea sonoră este perturbată. Soluția tradițională la această problemă este de a împărți gama de frecvență reprodusă în subgami și de a construi sisteme acustice bazate pe mai multe difuzoare pentru fiecare subgamă de frecvență selectată.

Filtre de izolare electrică pasive și active

Pentru a reduce nivelul distorsiunii de intermodulație, în fața difuzoarelor sunt instalate filtre de izolare electrică. Aceste filtre îndeplinesc și funcția de a distribui energia semnalului audio între GG. Ele sunt proiectate pentru o anumită frecvență de încrucișare, dincolo de care filtrul oferă o cantitate selectată de atenuare, exprimată în decibeli pe octava. Panta de atenuare a filtrului separator depinde de proiectarea construcției acestuia. Filtrul de ordinul întâi oferă o atenuare de 6 dB/oct, al doilea - 12 dB/oct, iar al treilea - 18 dB/oct. Cel mai adesea, filtrele de ordinul doi sunt folosite în difuzoare. Filtrele de ordine superioară sunt rareori utilizate în difuzoare din cauza implementării complexe a valorilor exacte ale elementelor și a lipsei de a avea pante de atenuare mai mari.

Frecvența de separare a filtrului depinde de parametrii GG-ului utilizat și de proprietățile auzului. Cea mai bună alegere a frecvenței de încrucișare este la care fiecare difuzor GG funcționează în zona de acțiune a pistonului difuzorului. Cu toate acestea, în acest caz, difuzorul trebuie să aibă multe frecvențe de încrucișare (respectiv, GG), ceea ce îi crește semnificativ costul. Este justificat din punct de vedere tehnic că pentru reproducerea sunetului de înaltă calitate este suficient să folosiți separarea frecvenței pe trei benzi. Cu toate acestea, în practică există sisteme de difuzoare cu 4, 5 și chiar 6 căi. Prima frecvență de trecere (scăzută) este selectată în intervalul 200...400 Hz, iar a doua frecvență de trecere (medie) în intervalul 2500...4000 Hz.

În mod tradițional, filtrele sunt realizate folosind elemente pasive L, C, R și sunt instalate direct la ieșirea amplificatorului de putere final (PA) din carcasa difuzorului, conform Fig. 1.

Fig.1. Performanța tradițională a difuzoarelor.

Cu toate acestea, acest design are o serie de dezavantaje. În primul rând, pentru a asigura frecvențele de tăiere necesare, trebuie să lucrați cu inductanțe destul de mari, deoarece trebuie îndeplinite simultan două condiții - pentru a furniza frecvența de tăiere necesară și pentru a vă asigura că filtrul este potrivit cu GG (cu alte cuvinte, este imposibil de redus inductanța prin creșterea capacității incluse în filtru). Este recomandabil să înfășurați inductori pe cadre fără utilizarea feromagneților din cauza neliniarității semnificative a curbei lor de magnetizare. În consecință, inductoarele de aer sunt destul de voluminoase. În plus, există o eroare de înfășurare, care nu permite o frecvență de tăiere calculată cu precizie.

Firul folosit pentru bobinarea bobinelor are o rezistență ohmică finită, ceea ce duce, la rândul său, la o scădere a eficienței sistemului în ansamblu și la conversia unei părți din puterea utilă a PA în căldură. Acest lucru se observă în special la amplificatoarele auto, unde tensiunea de alimentare este limitată la 12 V. Prin urmare, pentru a construi sisteme stereo auto, sunt adesea folosite GG-uri cu rezistență redusă la înfășurare (~2...4 Ohmi). Într-un astfel de sistem, introducerea unei rezistențe suplimentare de filtru de ordinul a 0,5 Ohm poate duce la o scădere a puterii de ieșire cu 30%...40%.

Când proiectează un amplificator de putere de înaltă calitate, ei încearcă să minimizeze impedanța de ieșire pentru a crește gradul de amortizare al GG. Utilizarea filtrelor pasive reduce semnificativ gradul de amortizare al GG, deoarece reactanța suplimentară a filtrului este conectată în serie cu ieșirea amplificatorului. Pentru ascultător, acest lucru se manifestă prin aspectul unui bas „în plină expansiune”.

O soluție eficientă este utilizarea filtrelor electronice nu pasive, ci active, care nu au toate dezavantajele enumerate. Spre deosebire de filtrele pasive, filtrele active sunt instalate înaintea PA, așa cum se arată în Fig. 2.

Fig.2. Construirea unei căi de reproducere a sunetului folosind filtre active.

Filtrele active sunt filtre RC pe amplificatoare operaționale (amplificatoare operaționale). Este ușor să construiți filtre audio active de orice ordine și cu orice frecvență de tăiere. Astfel de filtre sunt calculate folosind coeficienți tabulari cu un tip de filtru preselectat, ordinea necesară și frecvența de tăiere.

Utilizarea componentelor electronice moderne face posibilă producerea de filtre cu niveluri minime de zgomot intrinsec, consum redus de energie, dimensiuni și ușurință de execuție/replicare. Ca urmare, utilizarea filtrelor active duce la o creștere a gradului de amortizare a GG, reduce pierderile de putere, reduce distorsiunea și crește eficiența căii de reproducere a sunetului în ansamblu.

Dezavantajele acestei arhitecturi includ necesitatea de a folosi mai multe amplificatoare de putere si mai multe perechi de fire pentru a conecta sistemele de difuzoare. Cu toate acestea, acest lucru nu este critic în acest moment. Nivelul tehnologiei moderne a redus semnificativ prețul și dimensiunea minții. În plus, au apărut destul de multe amplificatoare integrate puternice, cu caracteristici excelente, chiar și pentru uz profesional. Astăzi, există un număr de circuite integrate cu mai multe PA într-un singur caz (Panasonic produce CI RCN311W64A-P cu 6 amplificatoare de putere special pentru construirea de sisteme stereo cu trei căi). În plus, PA poate fi plasat în interiorul difuzoarelor și pot fi folosite fire scurte, de secțiune mare, pentru a conecta difuzoarele, iar semnalul de intrare poate fi furnizat printr-un cablu subțire ecranat. Cu toate acestea, chiar dacă nu este posibilă instalarea PA în interiorul difuzoarelor, utilizarea cablurilor de conectare multi-core nu ridică o problemă dificilă.

Modelarea și selectarea structurii optime a filtrelor active

La construirea unui bloc de filtre active, s-a decis să se utilizeze o structură constând dintr-un filtru trece-înalt (HPF), un filtru de frecvență medie (filtru trece-bandă, PSF) și un filtru trece-jos (LPF).

Această soluție de circuit a fost practic implementată. A fost construit un bloc de filtre active LF, HF și PF. A fost ales un adaos cu trei canale ca model de difuzor cu trei căi, oferind însumarea componentelor de frecvență, conform Fig. 3.

Fig.3. Model de difuzor cu trei canale cu un set de filtre active și un filtru de filtru pe PF.

La măsurarea răspunsului în frecvență al unui astfel de sistem, cu frecvențe de tăiere selectate optim, se aștepta să se obțină o dependență liniară. Dar rezultatele au fost departe de a fi așteptate. La punctele de joncțiune ale caracteristicilor filtrului, s-au observat scăderi/depășiri în funcție de raportul frecvențelor de tăiere a filtrelor învecinate. Ca rezultat, prin selectarea valorilor frecvenței de tăiere, nu a fost posibilă aducerea răspunsului în frecvență de trecere al sistemului la o formă liniară. Neliniaritatea caracteristicii de trecere indică prezența distorsiunilor de frecvență în aranjamentul muzical reprodus. Rezultatele experimentului sunt prezentate în Fig. 4, Fig. 5 și Fig. 6. Fig. 4 ilustrează împerecherea unui filtru trece-jos și a unui filtru trece-înalt la un nivel standard de 0,707. După cum se poate observa din figură, în punctul de joncțiune răspunsul în frecvență rezultat (indicat cu roșu) are o scădere semnificativă. La extinderea caracteristicilor, adâncimea și, respectiv, lățimea golului crește. Fig. 5 ilustrează împerecherea unui filtru trece-jos și a unui filtru trece-înalt la un nivel de 0,93 (schimbarea caracteristicilor de frecvență ale filtrelor). Această dependență ilustrează neuniformitatea minimă posibilă a răspunsului în frecvență de trecere, prin selectarea frecvențelor de tăiere ale filtrelor. După cum se poate vedea din figură, dependența nu este în mod clar liniară. În acest caz, frecvențele de tăiere ale filtrelor pot fi considerate optime pentru un sistem dat. Odată cu o schimbare suplimentară a caracteristicilor de frecvență ale filtrelor (potrivire la un nivel de 0,97), apare o depășire în răspunsul de frecvență de trecere la punctul de joncțiune al caracteristicilor filtrului. O situație similară este prezentată în Fig. 6.

Fig.4. Răspuns în frecvență trece jos (negru), răspuns în frecvență trece înalt (negru) și răspuns în frecvență trecere (roșu), potrivire la nivelul 0,707.

Fig.5. Răspuns în frecvență trece jos (negru), răspuns în frecvență trece înalt (negru) și răspuns în frecvență trecere (roșu), potrivire la nivelul 0,93.

Fig.6. Răspuns în frecvență trece-jos (negru), răspuns în frecvență trece înalt (negru) și răspuns în frecvență trecere (roșu), potrivire la nivelul de 0,97 și apariția unei depășiri.

Motivul principal pentru neliniaritatea răspunsului în frecvență de trecere este prezența distorsiunilor de fază la limitele frecvenței de tăiere a filtrului.

O problemă similară poate fi rezolvată prin construirea unui filtru de frecvență medie nu sub forma unui filtru trece-bandă, ci folosind un adunator subtractiv pe un amplificator operațional. Caracteristicile unui astfel de PSF sunt formate în conformitate cu formula: Usch = Uin - Uns - Uss

Structura unui astfel de sistem este prezentată în Fig. 7.

Fig.7. Model de difuzor cu trei canale cu un set de filtre active și un PSF pe un adunator subtractiv.

Cu această metodă de formare a unui canal de frecvență medie, nu este nevoie să reglați fin frecvențele de tăiere a filtrului adiacent, deoarece Semnalul de frecvență medie este format prin scăderea semnalelor filtrului trece-înalt și trece-jos din semnalul total. Pe lângă faptul că oferă răspunsuri de frecvență complementare, filtrele produc și răspunsuri de fază complementare, ceea ce garantează absența emisiilor și a scăderilor în răspunsul de frecvență total al întregului sistem.

Răspunsul în frecvență al secțiunii de frecvență medie cu frecvențe de tăiere Fav1 = 300 Hz și Fav2 = 3000 Hz este prezentat în Fig. 8. În funcție de scăderea răspunsului în frecvență, este asigurată o atenuare de cel mult 6 dB/oct, care, după cum arată practica, este destul de suficientă pentru implementarea practică a PSF și obținerea sunetului de înaltă calitate a gamei medii GG .

Fig.8. Răspunsul în frecvență al filtrului de trecere medie.

Coeficientul de transmisie de trecere al unui astfel de sistem cu un filtru trece-jos, un filtru trece-înalt și un filtru trece-înalt pe un sumator de scădere se dovedește a fi liniar pe întregul interval de frecvență de 20 Hz...20 kHz , conform fig. 9. Distorsiunile de amplitudine și de fază sunt complet absente, ceea ce asigură puritatea cristalină a semnalului sonor reprodus.

Fig.9. Răspunsul în frecvență al unui sistem de filtrare cu un filtru de frecvență pe un sumator subtractiv.

Dezavantajele unei astfel de soluții includ cerințe stricte pentru precizia valorilor rezistențelor R1, R2, R3 (conform Fig. 10, care arată circuitul electric al sumatorului de scădere) care asigură echilibrarea sumatorului. Aceste rezistențe trebuie utilizate cu toleranțe de precizie de cel mult 1%. Cu toate acestea, dacă apar probleme cu achiziționarea unor astfel de rezistențe, va trebui să echilibrați sumatorul folosind rezistențe de tăiere în loc de R1, R2.

Echilibrarea sumatorului se realizează folosind următoarea metodă. În primul rând, la intrarea sistemului de filtrare trebuie aplicată o oscilație de joasă frecvență cu o frecvență mult mai mică decât frecvența de tăiere a filtrului trece-jos, de exemplu 100 Hz. Prin modificarea valorii lui R1, este necesar să se seteze nivelul minim al semnalului la ieșirea sumatorului. Apoi, la intrarea sistemului de filtrare este aplicată o oscilație cu o frecvență evident mai mare decât frecvența de tăiere a filtrului trece-înalt, de exemplu 15 kHz. Prin schimbarea valorii lui R2, nivelul minim al semnalului de la ieșirea adunatorului este din nou setat. Configurarea este completă.

Fig. 10. Circuit sumator stractiv.

Metodologie de calcul a filtrelor active low-pass și high-pass

După cum arată teoria, pentru a filtra frecvențele gamei audio, este necesar să se utilizeze filtre Butterworth de cel mult al doilea sau al treilea ordin, asigurând denivelări minime în banda de trecere.

Circuitul de filtru trece-jos de ordinul doi este prezentat în Fig. 11. Calculul acestuia se face după formula:

unde a1=1,4142 și b1=1,0 sunt coeficienți tabulari, iar C1 și C2 sunt selectați din raportul C2/C1 mai mare decât 4xb1/a12 și nu ar trebui să alegeți raportul C2/C1 mult mai mare decât partea dreaptă a inegalității.

Fig. 11. Circuit de filtru trece-jos Butterworth de ordinul 2.

Circuitul de filtru trece-înalt de ordinul doi este prezentat în Fig. 12. Calculul acestuia se face folosind formulele:

unde C=C1=C2 (setat înainte de calcul) și a1=1,4142 și b1=1,0 sunt aceiași coeficienți de tabel.

Fig. 12. Circuit de filtru trece-înalt Butterworth de ordinul 2.

Specialistii MASTER KIT au dezvoltat si studiat caracteristicile unei astfel de unitati de filtrare, care are functionalitate maxima si dimensiuni minime, ceea ce este esential atunci cand se foloseste aparatul in viata de zi cu zi. Utilizarea elementelor moderne de bază a făcut posibilă asigurarea calității maxime a dezvoltării.

Caracteristicile tehnice ale unității de filtrare

Schema circuitului electric a filtrului activ este prezentată în Fig. 13. Lista elementelor de filtrare este dată în tabel.

Filtrul este realizat folosind patru amplificatoare operaționale. Op-amp-urile sunt combinate într-un pachet MC3403 (DA2) IC. DA1 (LM78L09) conține un stabilizator de tensiune de alimentare cu condensatori de filtru corespunzători: C1, C3 la intrare și C4 la ieșire. Un punct de mijloc artificial este realizat pe divizorul rezistiv R2, R3 și condensatorul C5.

Amplificatorul operațional DA2.1 are o cascadă de tampon pentru împerecherea impedanțelor de ieșire și de intrare ale sursei de semnal și filtre trece-jos, trece-înalt și medii. Un filtru trece-jos este asamblat pe amplificatorul operațional DA2.2, iar un filtru trece-înalt este asamblat pe amplificatorul operațional DA2.3. Op-amp DA2.4 îndeplinește funcția unui model de filtru de bandă medie.

Tensiunea de alimentare este furnizată la contactele X3 și X4, iar semnalul de intrare este furnizat la contactele X1, X2. Semnalul de ieșire filtrat pentru calea de joasă frecvență este eliminat din contactele X5, X9; cu trasee X6, X8 – HF și respectiv cu X7, X10 – MF.

Fig. 13. Schema circuitului electric al unui filtru activ cu trei benzi

Lista elementelor unui filtru activ cu trei benzi

Aspectul filtrului este prezentat în Fig. 14, placa de circuit imprimat este prezentată în Fig. 15, locația elementelor este prezentată în Fig. 16.

Din punct de vedere structural, filtrul este realizat pe o placă de circuit imprimat din folie de fibră de sticlă. Designul prevede instalarea plăcii într-o carcasă standard BOX-Z24A, în acest scop, sunt prevăzute găuri de montare de-a lungul marginilor plăcii cu un diametru de 4 și 8 mm. Placa este fixată în carcasă cu două șuruburi autofiletante.

Fig. 14. Vedere externă a filtrului activ.

Fig. 15. Placa de circuit imprimat cu filtru activ.

Fig. 16. Dispunerea elementelor pe placa de circuit imprimat cu filtru activ.

Psihoacustica (știința care studiază sunetul și efectul acestuia asupra oamenilor) a stabilit că urechea umană este capabilă să perceapă vibrațiile sonore în intervalul de la 16 la 20.000 Hz. În ciuda faptului că intervalul este de 16-20 Hz (frecvențe joase), acesta nu mai este perceput de ureche în sine, ci de organele tactile.

Mulți iubitori de muzică se confruntă cu faptul că majoritatea sistemelor de difuzoare furnizate nu le satisfac pe deplin nevoile. Există întotdeauna defecte minore, nuanțe neplăcute etc., care vă încurajează să asamblați difuzoarele și amplificatoarele cu propriile mâini.

Pot exista și alte motive pentru asamblarea unui subwoofer (interes profesional, hobby etc.).

Subwoofer (din limba engleză „subwoofer”) este un difuzor de joasă frecvență care poate reproduce vibrații sonore în intervalul 5-200 Hz (în funcție de tipul de design și model). Poate fi pasiv (folosește semnalul de ieșire de la un amplificator separat) sau activ (dotat cu un amplificator de semnal încorporat).

Frecvențele joase (basul), la rândul lor, pot fi împărțite în trei subtipuri principale:

• Upper (în engleză: UpperBass) – de la 80 la 150-200 Hz.
• Medie (ing. MidBass / midbass) - de la 40 la 80 Hz.
• Deep sau subbass (ing. SubBass) – totul sub 40 Hz.

Filtrele de frecvență sunt folosite atât pentru subwooferele active, cât și pentru cele pasive.

Avantajele wooferelor active sunt următoarele:

• Amplificatorul subwoofer activ nu încarcă suplimentar sistemul de difuzoare (deoarece este alimentat separat).
• Semnalul de intrare poate fi filtrat (se exclude zgomotul străin de la reproducerea frecvențelor înalte, funcționarea dispozitivului se concentrează doar pe domeniul în care difuzorul asigură cea mai bună calitate a transmisiei vibrațiilor).
• Un amplificator cu abordarea corectă a designului poate fi configurat în mod flexibil.
• Spectrul de frecvență original poate fi împărțit în mai multe canale, care pot fi lucrate separat - frecvențe joase (până la subwoofer), frecvențe medii, înalte și uneori ultra-înalte.

Tipuri de filtre pentru frecvențe joase (LF)

Prin implementare

• Circuite analogice.
• Dispozitive digitale.
• Filtre software.

Tip

• Filtru activ pentru subwoofer(așa-numitul crossover, un atribut obligatoriu al oricărui filtru activ - o sursă de alimentare suplimentară)
• Filtru pasiv (un astfel de filtru pentru un subwoofer pasiv filtrează doar frecvențele joase necesare într-un interval dat, fără a amplifica semnalul).

După abruptul declinului

• Primul ordin (6 dB/octavă)
• Ordinul doi (12 dB/octavă)
• Ordinul al treilea (18 dB/octavă)
• Ordinul al patrulea (24 dB/octavă)

Principalele caracteristici ale filtrelor:

• Lățimea de bandă (gama de frecvențe trecute).
• Banda de oprire (gamă de suprimare semnificativă a semnalului).
• Frecvența de tăiere (tranziția dintre benzile de trecere și de oprire are loc neliniar. Frecvența la care semnalul transmis este atenuat cu 3 dB se numește frecvență de tăiere).

Parametri suplimentari pentru evaluarea filtrelor de semnal acustic:

• Panta declinului AHF (Amplitude-Frequency Characteristics of the signal).
• Neuniformitate în banda de trecere.
• Frecvența de rezonanță.
• Calitate bună.

Filtrele liniare ale semnalelor electronice diferă unele de altele prin tipul de curbe de răspuns în frecvență (dependența indicatorilor).

Varietățile de astfel de filtre sunt cel mai adesea denumite după numele oamenilor de știință care au identificat aceste modele:

• filtru Butterworth (răspuns neted în frecvență în banda de trecere),
• filtru Bessel (caracterizat printr-o întârziere lină de grup),
• filtru Chebyshev (scădere abruptă a răspunsului în frecvență),
• Filtru eliptic (unduri de răspuns în frecvență în benzile de trecere și de suprimare),

Si altii.

Cel mai simplu filtru trece-jos pentru un subwoofer al doilea ordin arată astfel: o inductanță (bobină) conectată în serie la difuzor și o capacitate (condensator) în paralel. Acesta este așa-numitul filtru LC (L este denumirea pentru inductanța pe circuitele electrice, iar C este pentru capacitate).

Principiul de funcționare este următorul:

1. Rezistența inductivă este direct proporțională cu frecvența și, prin urmare, bobina trece frecvențele joase și blochează frecvențele înalte (cu cât frecvența este mai mare, cu atât rezistența inductivă este mai mare).
2. Rezistența capacității este invers proporțională cu frecvența semnalului și, prin urmare, oscilațiile de înaltă frecvență sunt atenuate la intrarea difuzorului.

Acest tip de filtru este pasiv. Mai greu de implementat sunt filtrele active.

Cum să faci un filtru simplu pentru un subwoofer cu propriile mâini

După cum am menționat mai sus, cele mai simple în design sunt filtrele pasive. Acestea conțin doar câteva elemente (numărul depinde de ordinea de filtrare necesară).

Vă puteți asambla propriul filtru trece-jos folosind circuite gata făcute pe Internet sau folosind parametri individuali după calcule detaliate ale caracteristicilor necesare (pentru comoditate, puteți găsi calculatoare speciale pentru filtre de diferite ordine, cu care puteți calcula rapid parametrii elementelor constitutive - bobine, condensatoare etc.).

Pentru filtrele active (încrucișări), puteți utiliza software specializat, de exemplu, „Crossover Elements Calculator”.

În unele cazuri, poate fi necesar un adăugător de filtru la proiectarea unui circuit.

Aici, ambele canale de sunet (stereo), de exemplu, după ieșirea de la un amplificator etc., trebuie mai întâi filtrate (lăsând doar frecvențe joase) și apoi combinate într-unul singur folosind un agregator (deoarece cel mai adesea este instalat un singur subwoofer) . Sau invers, însumați mai întâi și apoi filtrați frecvențele joase.

Ca exemplu, să luăm cel mai simplu filtru trece-jos pasiv de ordinul doi.

Dacă impedanța difuzorului este de 4 ohmi, frecvența de tăiere așteptată este de 150 Hz, atunci va fi necesară filtrarea Butterworth.