Переходные процессы в фильтрах

[Марков Николай]

Вопрос затронул Куприянов Александр. По его мнению, Г-образные и Т-образные контуры не звенят. Я считаю, что могут. Вот он, Г-образный фильтр:

Контур замыкается источником напряжения с низким (нулевым) выходным сопротивлением. Получаем резонанс токов, со всеми вытекающими, включая звон. Подтверждается наличием выброса на АЧХ перед срезом при завышенном сопротивлении нагрузки.

 

[Куприянов Александр]

Вопрос затронул Куприянов Александр. По его мнению, Г-образные и Т-образные контуры не звенят. Я считаю, что могут. Вот он, Г-образный фильтр:
Посмотреть вложение 7043
Контур замыкается источником напряжения с низким (нулевым) выходным сопротивлением. Получаем резонанс токов, со всеми вытекающими, включая звон. Подтверждается наличием выброса на АЧХ перед срезом при завышенном сопротивлении нагрузки.

Это колебательный контур. А у вас фильтр Г образный второго порядка. Ваша цепь разорвана источником сопротивление которого не равно нулю. И WL и WC друг друга не перезаряжают как в параллельном включении. Добротность понижена и генерация сорвана. Не звенит. Конденсатор пропускает высокие частоты и не пропускает низкие. А индуктивность замыкает и не пропускает низкие частоты , но не влияет на высокие. А мой LC контур настроен на одну частоту её пропускает и генерирует. Низкие замкнуты индуктивностью , а высокие замкнуты ёмкостью и не проходят. А средняя проходит и даже усилена. Такие контура применяют в радиопередатчиках и радиоприёмниках. Но не в фильтрах акустики. Поэтому я и возразил в теме когда увидел контура в фильтре средних частот.

 

[Марков Николай]

Посмотреть вложение 7046Это колебательный контур. А у вас фильтр Г образный второго порядка. Ваша цепь разорвана источником сопротивление которого не равно нулю. И WL и WC друг друга не перезаряжают как в параллельном включении. Добротность понижена и генерация сорвана. Не звенит. Конденсатор пропускает высокие частоты и не пропускает низкие. А индуктивность замыкает и не пропускает низкие частоты , но не влияет на высокие. А мой LC контур настроен на одну частоту её пропускает и генерирует. Низкие замкнуты индуктивностью , а высокие замкнуты ёмкостью и не проходят. А средняя проходит и даже усилена. Такие контура применяют в радиопередатчиках и радиоприёмниках. Но не в фильтрах акустики. Поэтому я и возразил в теме когда увидел контура в фильтре средних частот.

Александр! И параллельный, и последовательный контур применяются и в радио, и в АС. И один, и другой имеют добротность. Вы пишете, что в случае последовательного контура (мой рисунок) цепь разорвана сопротивлением источника, хотя я и нарисовал Ra=0. Но даже если выходное сопротивление будет единицы Ом (ламповик), а характеристическое контура - больше, то имеем добротность выше единицы и заметные затухающие колебания, которые и дают звон. Да, кстати, вся разница между последовательным и параллельным контуром в плане звона в том, что первый зазвенит от источника с высоким выходным сопротивлением, а второй - от источника с низким выходным. А наша задача - создать такие условия работы того или другого (импедансом источника, которым может быть УМ, резистор или предыдущее звено фильтра, и импедансом нагрузки, которым тоже может быть последующее звено фильтра, необязательно динамик), при которых добротность образовавшихся контуров не выше требуемой, что гарантирует отсутствие звона и окрашенности звучания.

Простой пример. НЧ динамик на частоте механического резонанса. При подключении к клеммам получаем эквивалентную схему последовательного контура. Тукнули пальцем - загудел. Значит, механическая (или акустическая) добротность больше единицы, переходной процесс слышен. Теперь подключаем его к УМ (с достаточно низким выходным сопротивлением) и получаем любимые 0,7 (а лучше 0,63) единицы добротности в ЗЯ. И что? Физически динамик - тот же, эквивалентная схема - тот же контур, но гудеть уже не будет, потому что мы внесли потери (отобрали энергию демпфированием), и не какие-нибудь, а точно требуемые. Как-то так.

 

[KSV]

"Звенеть" динамик может, что и показывают измерения.
В институте фильтры обычно изучают для простой нагрузки, обычно резистивной и нужного номинала.
А динамик - очень сложная электроМЕХАНИЧЕСКАЯ нагрузка. И каждый тип динамика - разная.
Звон динамика часто бывает из-за фильтра по ряду причин, одна - сопротивление фильтра со стороны динамика гораздо больше, чем без фильтра когда выход УНЧ подключен напрямую. Qts становится равной не Qes а Qms. А механическая (акустическая) добротность выше на порядок. Вот динамик и звенит на своём резонансе при подаче любого импульса.
С этим борются по-разному.
Одни предлагают шунтировать динамик резистором. Так себе решение - резистор в 1 Ом не поставишь, потери очень велики.
Другие - последовательный контур. Но он требует подгонки. Для любителя - можно, для завода - плохо.
Третьи ставят ПАС в окна корзины. Хорошо, но не для завода.
Добавлю. Нас интересует не "звон" чисто фильтра, а системы фильтр+динамик (в боксе или ящике) и для музыкального (импульсного) сигнала.
Кстати, это уже чисто моё, чем ниже добротность, не значит "тем лучше". Кроме апериодичности нужен ещё крутой фронт воспроизводимого импульса. Очень многие динамики (но не басовики) отлично звучат при высокой добротности, особенно в открытом оформлении.
Динамик должен быть резким (не вялым), но без истерик (долгого звона).

 

[Александр Бокарёв]

Мне ваш диспут навеял давнюю картинку из газеты , с карикатурой, на которой два субъекта сцепившись в смертельной схватке, мутузят друг дружку. один-серпом, второй-молотом. Такое вот трудовое братство.
Забавно то, что ваш спор- лишь в умах и на бумаге, важно и серьёзно, но - мимо жизни. А в жизни - три детальки на фанерке и динамик в ящичке, смотрим, двигаем детальками до победы, слушаем, вслушиваемся. Получилось-радуемся, не получилось- откладываем до появления умных мыслей.

 

[Марков Николай]

Мне ваш диспут навеял давнюю картинку из газеты , с карикатурой, на которой два субъекта сцепившись в смертельной схватке, мутузят друг дружку. один-серпом, второй-молотом. Такое вот трудовое братство.
Забавно то, что ваш спор- лишь в умах и на бумаге, важно и серьёзно, но - мимо жизни. А в жизни - три детальки на фанерке и динамик в ящичке, смотрим, двигаем детальками до победы, слушаем, вслушиваемся. Получилось-радуемся, не получилось- откладываем до появления умных мыслей.

Ни разу. Драки не будет. Но уточнить, что когда звенит, оказывается, не мешает.

 

[Александр Бокарёв]

дяденьки, вы бы переходили к старческим фильтрам Бесселя или Гаусса, там все плавно, неспешно, без этих ваших закидонов на фронтах. И на звуке достойно, поверьте .
Пошарьте по моим ачехам, найдите там вздрыки на стыке и ими мне - в харю, в харю.....Только вряд ли.

"Звенеть" динамик может, что и показывают измерения.
В институте фильтры обычно изучают для простой нагрузки, обычно резистивной и нужного номинала.
А динамик - очень сложная электроМЕХАНИЧЕСКАЯ нагрузка. И каждый тип динамика - разная.
Звон динамика часто бывает из-за фильтра по ряду причин, одна - сопротивление фильтра со стороны динамика гораздо больше, чем без фильтра когда выход УНЧ подключен напрямую. Qts становится равной не Qes а Qms. А механическая (акустическая) добротность выше на порядок. Вот динамик и звенит на своём резонансе при подаче любого импульса.
С этим борются по-разному.
Одни предлагают шунтировать динамик резистором. Так себе решение - резистор в 1 Ом не поставишь, потери очень велики.
Другие - последовательный контур. Но он требует подгонки. Для любителя - можно, для завода - плохо.
Третьи ставят ПАС в окна корзины. Хорошо, но не для завода.
Добавлю. Нас интересует не "звон" чисто фильтра, а системы фильтр+динамик (в боксе или ящике) и для музыкального (импульсного) сигнала.
Кстати, это уже чисто моё, чем ниже добротность, не значит "тем лучше". Кроме апериодичности нужен ещё крутой фронт воспроизводимого импульса. Очень многие динамики (но не басовики) отлично звучат при высокой добротности, особенно в открытом оформлении.
Динамик должен быть резким (не вялым), но без истерик (долгого звона).

Удовольствие читать такие верные суждения о главном. Сам долго не мог избавиться от воплей средника с контуром первого порядка, пока не вышел на резисторный шунт к динамику. Тогда сложился звук именно средника, ясный и спокойный. Отдача конечно присаживается, но среднику и не положено торчать и изображать старшего . Если нужен акцент на стыке с пищалой, ставим емкостишку вдобавок к резисторному шунту.
Недавняя возня с рупорными излучателями вывела на интересный фильтр для них. Он конечно не годится для эстрадных задач в сотни ватт, но для дома самое то.
Принцип простой: емкость вч фильтра нагружена на переменник. 22 Ома либо делитель фискированный , скажем, 6,8 ом и 15 ом. С бегунка подаем на рупорник. АЧХ плавная, уровень задаем емкостью, баланс СЧ-ВЧ ею же. Просто и удобно. И нет противного титанового звона, выход динамика на полку плавный без выброса. Раньше. повторяя всякие фирменные умные и правильные схемы, ничего, кроме мерзкого визга, не получал.

 

[Марков Николай]

Покопался в справочниках.
Соответствие типа фильтра и его добротности.
Чебышёв с неравномерностью 2дБ - Q=1,13
Чебышёв с 1,3дБ - Q=1
Чебышёв с 0,5дБ - Q=0,86
Баттерворт (максимально плоская АЧХ) - Q=0,707
Бессель (максимально ровная ФЧХ и наилучшая переходная характеристика) - Q=0,58
Линквитц-Райли (апериодический) - Q=0,5
Гаусса в аналоговом исполнении не нашёл, только в цифре. Не знаю, как его А.Б. применяет
Вывод: изменением соотношения характеристического сопротивления фильтра LC к полному сопротивлению потерь (источник, провода, внутренние потери в деталях фильтра, нагрузка) при той же схеме получаем, что пожелаем: от апериода до неприличных выбросов во временной области.
Страшилка на ночь с фильтрами 6-го порядка, для конкретности:

Со вторым разница меньше, но суть та же.
Начиная от добротности 0,63 и ниже (для второго порядка) высота выброса (единственного) при подаче прямоугольного импульса меньше 3%, его нет. Начиная с Баттерворта и выше можно говорить о появлении окраски звучания, кто как слышит. Оптимальная добротность по критерию передачи формы прямоугольного импульса в пределах 0,58...0,65. Да здравствуют ЗЯ и ФИ по Бесселю.

 

[Александр Бокарёв]

Гаусс у меня в программе TCJ_Filter

 

[Марков Николай]

Гаусс у меня в программе TCJ_Filter

Скорее всего, это Линквитц.

 

[Александр Бокарёв]

Линквитц там тоже есть, но Гаусса он не заменит при всем желании. Гаусс, Карл, это был такой математик.

 

[Марков Николай]

Линквитц там тоже есть, но Гаусса он не заменит при всем желании. Гаусс, Карл, это был такой математик.

Изобразите фильтр второго порядка с той же частотой среза и той же нагрузкой по Линквитцу (или по Бесселю) и по Гауссу. Сразу всё поймём

 

[Александр Бокарёв]

Линквитц оказался самый вежливый. 0,5 у него добротность. У Гаусса 0,53, у Бесселя 0,56, у Баттерворта 0,707 . А какая добротность у моих фильтров....Самая добрая, видимо))))
Кстати, в статье Ирины Аркадьевны Алдошиной про фазоинвертор в аппроксимации Бесселя упоминалось значение Qtc= 0,57, что совпадает с расчетом этого параметра через Vas и Qts .

Надо глянуть параметры фильтров 1го порядка у всех четырёх авторов. Хотя и так видно, что тот же Бессель-2 по ачх весьма близок к первому порядку. Сравнивал поведение фильтра из емкости и резистора с емкостью и катушкой +резистор нагрузки. В самом низу есть отличие, выше одинаково

 

[Марков Николай]

Надо глянуть параметры фильтров 1го порядка у всех четырёх авторов. Хотя и так видно, что тот же Бессель-2 по ачх весьма близок к первому порядку. Сравнивал поведение фильтра из емкости и резистора с емкостью и катушкой +резистор нагрузки. В самом низу есть отличие, выше одинаково

Первый порядок у всех одинаков
Бессель почти равен RC фильтру на частоте среза и ещё на октаву в сторону задержания, совершенно верно.

Полезная схемка ФНЧ с формулами:

Заметьте, что её пассивный аналог - Г-образный фильтр. Полезно тем, что имеется формула для добротности при произвольных значениях элементов, в том числе - резисторов ООС. При Ку=1 (R5=0) и R1=R3 формула для добротности упрощается и получаем следующее:
Для Бесселя нормированные значения С2=2/3, С4=1/2, откуда Q=0,577
Для Баттерворта С2=1,414 (корень из 2), С1=0,707 (единица делить на корень из 2), Q=0,707.
Понятно, что, поменяв местами ёмкости и сопротивления, получим ФВЧ, а в формуле для добротности под корнем будет отношение сопротивлений, только номинал стоящего на землю резистора - в числителе.

 

[Марков Николай]

Кстати, это уже чисто моё, чем ниже добротность, не значит "тем лучше". Кроме апериодичности нужен ещё крутой фронт воспроизводимого импульса. Очень многие динамики (но не басовики) отлично звучат при высокой добротности, особенно в открытом оформлении.

Если динамик работает не в районе резонанса, а на две-три октавы выше (для СЧ/ВЧ, надо думать), то добротность на частоте мех. резонанса, видимо, безразлична.

Динамик должен быть резким (не вялым), но без истерик (долгого звона).

Получится доработанный 2ГД-38 или что-то типа того. Доработанный - чтобы не звенел, по возможности, во всём диапазоне, ни на каких частотах. А это видно по АЧХ с малым усреднением, она должна быть монотонно-купольно-полого-протяжённой. Обратно, такая АЧХ есть необходимое, но недостаточное условие. Радиально противоположные участки диффузора могуг звенеть в противофазе, компенсируясь и давая ровную суммарную АЧХ в одной точке, но пичок - в другой точке (звон сложился в фазе) и так далее.