Марков Николай
1 ранг
- Регистрация
- 23 Июл 2019
- Сообщения
- 6,718
- Реакции
- 5,330
- Репутация
- 203
- Страна
- Украина
Расчетная работа на тему "Сравнение в лоб параллельного, последовательного и последовательного с дополнительным конденсатором фильтров для НЧ/СЧ динамиков".
Исходные данные:
- тема Небольшой апгрейд 25АС-109;
- динамики в НЧ звене: два последовательно соединённых четырехомных 25ГД-26, акустически - "изобарик", один за другим;
- динамик в СЧ звене - самоделка, см. тему.
- схема последовательного фильтра с допконденсатором (который 6 мкФ) оптимизирована под специфику АЧХ динамиков;
- АЧХ НЧ динамиков имеет горб 1,2 кГц +5дБ: #156
- АЧХ СЧ динамика имеет холм 700...1100 Гц +4дБ (см. там же).
- схема НЧ/СЧ последовательного фильтра (ВЧ звено - обычный параллельный фильтр, см. #155 )
Симулированные АЧХ полос (по напряжению), суммарная АЧХ (по напряжению, приблизительная) для схемы "последовательный с допконденсатором 6 мкФ":
Сочетание номиналов 2,23 мГн и 6 мкФ даёт яму в НЧ полосе на нужных 1,2 кГц, глубина ямы задана потерями в образовавшемся фильтре-пробке, потери - активное сопротивление СЧ звена (10+(10||6))=14 Ом, и составляет 5дБ. Горбы СЧ и НЧ полос на частоте около 1,7 кГц заданы номиналами 1,57 мГн и 6 мкФ. 100 Ом выравнивают импеданс на частоте 7 кГц и уменьшают волнистость зоны 1...2 кГц в НЧ полосе (в дальнейшем он будет исключён из схемы #177 ).
Импеданс фильтра, минимальное сопротивление 6,5 Ом:
и ФЧХ токов в НЧ и СЧ динамиках:
Ниже частоты раздела имеем около 220° разницы фаз токов, на частоте 1 кГц - ровно 180°, выше 1 кГц разница фаз быстро уменьшается, что позволяет в некоторой полосе частот компенсировать более глубокое геометрическое расположение АЦ НЧ динамика относительно АЦ СЧ собрата.
Реально снятая АЧХ: #156
(Есть вопросы по ВЧ полосе и верхнему разделу, но сие к теме не относится.)
То же самое для схемы параллельного фильтра (нижняя точка СЧ динамика вместо верхней точки НЧ динамиков теперь подключена к общему проводу), номиналы - те же:
Видим: классический ФНЧ; полосовой ФСЧ с центром точно на той же частоте, что и раньше; пролезание сигнала в районе резонансной частоты СЧ динамика 220 Гц, что увеличивает его амплитуду смещения и ИМИ (только при большИх уровнях, а так то и не страшно))). Возможность управления зоной 1...2 кГц в НЧ полосе утеряна, крутизна ската 12дБ/октаву = отвечает второму порядку.
Импеданс ничем не интересен, очень похож на предыдущий.
Фазы токов:
Разница фаз увеличилась выше 900 Гц и уменьшилась - ниже 800 Гц, из-за увеличения крутизны ската ФНЧ.
Сравнение в лоб АЧХ параллельного и последовательного с допконденсатором:
Таким образом, с точки зрения СЧ полосы последовательный фильтр с допконденсатором (небольшого номинала!) можно считать... обычным полосовым, с полезным дополнением в виде лучшего подавления частот в районе резонансной! Его характеристики слабо (покажу в следующей работе!) зависят от номиналов деталей ФНЧ, одна рука осталась свободной.
С точки зрения НЧ полосы ситуация иная. Во-первых, понизилась частота раздела. Во-вторых, уровень на новом стыке просел на 2дБ. В- третьих, появилась регулируемая зона посередине ската. Подбором номиналов резисторов делителя (что - внимание! - изменяет ширину полосы СЧ, покажу позже) в удачных случаях можно получить как монотонный скат 6дБ/октаву, так и довольно волнистую переходную зону. В неудачных случаях АЧХ ФНЧ и ФСЧ просто не складываются с АЧХ и сопротивлениями реально имеющихся динамиков. Вторая рука (ФНЧ) получается ну не то чтобы полностью связанной, но уже привязанной на коротком поводке.
Сравнение в лоб симулированных АЧХ (по напряжению) классического последовательного фильтра (который БЕЗ допконденсатора), схема
, с вариантом с допконденсатором 6 мкФ.
Тут и сравнивать-то нечего.
Единственное, что не изменилось - частота раздела (!), вот только уровень напряжений на ней подскочил на 5дБ (у параллельного уровень на стыке выше на 2дБ), что даст +3,5...4дБ по звуковому давлению относительно фильтра с допконденсатором (причину см. на картинке ниже: менее выгодная разница фаз). СЧ пашет на частоте резонанса, обе руки связаны за спиной. Не представляю, как его применять в чистом виде!
АЧХ полос, суммарная АЧХ, построенная вручную, и фазы токов варианта без допконденсатора:
Ручное построение потребовалось потому, что разница фаз напряжений отличается от разницы фаз токов до 30°, а суммирование с разницей 90° (напряжение) и 120° (ток) - две большие разницы, ((С) Одесса).
Итоги.
1. Последовательный фильтр в чистом виде для нижнего раздела очень тяжело применим. Практически, необходимо подобрать пару динамиков, имеющую следующие особенности:
а) СЧ имеет очень ровную АЧХ (исправлять её будет нечем);
б) СЧ конусного типа, мощно демпфирован механически на частоте резонанса, не имеет на ней высокого горба импеданса, имеет огроменный запас по мощности и линейному смещению диффузора (большой лопух с низкой резонансной частотой в большом объёме?)
в) НЧ и/или СЧ имеют недостаток уровня на стыке (как было здесь #22 ), иначе на стыке поимеем холм.
Вариант мог бы неплохо подойти для двухполоски с ШП динамиком в качестве СЧ/ВЧ при повышенной частоте раздела, не ниже 1 кГц, если найти динамики, отвечающие требованиям а) и в), а ШП динамик оснастить мощной ПАС в окнах корзины диффузородержателя, но я знаю лишь один советский НЧ динамик с недостатком уровня на стыке: 75ГДН-3, а о ШП со свойствами а) и в) вообще затрудняюсь что-то вспомнить. В основном НЧ имеют подъём АЧХ в сторону СЧ (10ГД-34; 15ГД-14; 15ГД-17) или вообще горб посреди более-менее ровного участка СЧ (10ГД-30; 35ГДН-1). Поэтому переходим к варианту ниже.
2. Последовательный фильтр с дополнительным конденсатором в СЧ звене. Требования к динамикам следующие:
а) СЧ - обычный по АЧХ, открытого конусного типа. Купольные и с закрытой корзиной могут потребовать дополнительную катушку или последовательный режекторный RLC контур в параллель своим контактам, это будет немного другая топология, требующая отдельного разбирательства в конкретном случае.
б) НЧ - ровный, с подъёмом в сторону СЧ или с чётким горбом посередине СЧ участка: при удачном сочетании параметров пары динамиков возможны все три варианта хода АЧХ НЧ динамика.
Подходит в 90% АС для нижнего раздела, где уже есть ФНЧ 1-1,5-го порядков, для исправления косяков АЧХ НЧ звена, снижения частоты раздела, улучшения подавления частот, близких к частоте резонанса СЧ динамика в боксе.
3. Параллельный фильтр. Не даёт возможностивыпендриться регулировать зону ската АЧХ НЧ полосы, слабо подавляет частоты возле резонанса СЧ динамика, но зато его звенья абсолютно независимы в настройке. НЧ динамики с горбом посередине СЧ участка требуют либо отдельного режекторного фильтра, либо заметного понижения частоты раздела/и/или увеличения крутизны ската.
Исходные данные:
- тема Небольшой апгрейд 25АС-109;
- динамики в НЧ звене: два последовательно соединённых четырехомных 25ГД-26, акустически - "изобарик", один за другим;
- динамик в СЧ звене - самоделка, см. тему.
- схема последовательного фильтра с допконденсатором (который 6 мкФ) оптимизирована под специфику АЧХ динамиков;
- АЧХ НЧ динамиков имеет горб 1,2 кГц +5дБ: #156
- АЧХ СЧ динамика имеет холм 700...1100 Гц +4дБ (см. там же).
- схема НЧ/СЧ последовательного фильтра (ВЧ звено - обычный параллельный фильтр, см. #155 )
Симулированные АЧХ полос (по напряжению), суммарная АЧХ (по напряжению, приблизительная) для схемы "последовательный с допконденсатором 6 мкФ":
Сочетание номиналов 2,23 мГн и 6 мкФ даёт яму в НЧ полосе на нужных 1,2 кГц, глубина ямы задана потерями в образовавшемся фильтре-пробке, потери - активное сопротивление СЧ звена (10+(10||6))=14 Ом, и составляет 5дБ. Горбы СЧ и НЧ полос на частоте около 1,7 кГц заданы номиналами 1,57 мГн и 6 мкФ. 100 Ом выравнивают импеданс на частоте 7 кГц и уменьшают волнистость зоны 1...2 кГц в НЧ полосе (в дальнейшем он будет исключён из схемы #177 ).
Импеданс фильтра, минимальное сопротивление 6,5 Ом:
и ФЧХ токов в НЧ и СЧ динамиках:
Ниже частоты раздела имеем около 220° разницы фаз токов, на частоте 1 кГц - ровно 180°, выше 1 кГц разница фаз быстро уменьшается, что позволяет в некоторой полосе частот компенсировать более глубокое геометрическое расположение АЦ НЧ динамика относительно АЦ СЧ собрата.
Реально снятая АЧХ: #156
(Есть вопросы по ВЧ полосе и верхнему разделу, но сие к теме не относится.)
То же самое для схемы параллельного фильтра (нижняя точка СЧ динамика вместо верхней точки НЧ динамиков теперь подключена к общему проводу), номиналы - те же:
Видим: классический ФНЧ; полосовой ФСЧ с центром точно на той же частоте, что и раньше; пролезание сигнала в районе резонансной частоты СЧ динамика 220 Гц, что увеличивает его амплитуду смещения и ИМИ (только при большИх уровнях, а так то и не страшно))). Возможность управления зоной 1...2 кГц в НЧ полосе утеряна, крутизна ската 12дБ/октаву = отвечает второму порядку.
Импеданс ничем не интересен, очень похож на предыдущий.
Фазы токов:
Разница фаз увеличилась выше 900 Гц и уменьшилась - ниже 800 Гц, из-за увеличения крутизны ската ФНЧ.
Сравнение в лоб АЧХ параллельного и последовательного с допконденсатором:
Таким образом, с точки зрения СЧ полосы последовательный фильтр с допконденсатором (небольшого номинала!) можно считать... обычным полосовым, с полезным дополнением в виде лучшего подавления частот в районе резонансной! Его характеристики слабо (покажу в следующей работе!) зависят от номиналов деталей ФНЧ, одна рука осталась свободной.
С точки зрения НЧ полосы ситуация иная. Во-первых, понизилась частота раздела. Во-вторых, уровень на новом стыке просел на 2дБ. В- третьих, появилась регулируемая зона посередине ската. Подбором номиналов резисторов делителя (что - внимание! - изменяет ширину полосы СЧ, покажу позже) в удачных случаях можно получить как монотонный скат 6дБ/октаву, так и довольно волнистую переходную зону. В неудачных случаях АЧХ ФНЧ и ФСЧ просто не складываются с АЧХ и сопротивлениями реально имеющихся динамиков. Вторая рука (ФНЧ) получается ну не то чтобы полностью связанной, но уже привязанной на коротком поводке.
Сравнение в лоб симулированных АЧХ (по напряжению) классического последовательного фильтра (который БЕЗ допконденсатора), схема
, с вариантом с допконденсатором 6 мкФ.
Тут и сравнивать-то нечего.
Единственное, что не изменилось - частота раздела (!), вот только уровень напряжений на ней подскочил на 5дБ (у параллельного уровень на стыке выше на 2дБ), что даст +3,5...4дБ по звуковому давлению относительно фильтра с допконденсатором (причину см. на картинке ниже: менее выгодная разница фаз). СЧ пашет на частоте резонанса, обе руки связаны за спиной. Не представляю, как его применять в чистом виде!
АЧХ полос, суммарная АЧХ, построенная вручную, и фазы токов варианта без допконденсатора:
Ручное построение потребовалось потому, что разница фаз напряжений отличается от разницы фаз токов до 30°, а суммирование с разницей 90° (напряжение) и 120° (ток) - две большие разницы, ((С) Одесса).
Итоги.
1. Последовательный фильтр в чистом виде для нижнего раздела очень тяжело применим. Практически, необходимо подобрать пару динамиков, имеющую следующие особенности:
а) СЧ имеет очень ровную АЧХ (исправлять её будет нечем);
б) СЧ конусного типа, мощно демпфирован механически на частоте резонанса, не имеет на ней высокого горба импеданса, имеет огроменный запас по мощности и линейному смещению диффузора (большой лопух с низкой резонансной частотой в большом объёме?)
в) НЧ и/или СЧ имеют недостаток уровня на стыке (как было здесь #22 ), иначе на стыке поимеем холм.
Вариант мог бы неплохо подойти для двухполоски с ШП динамиком в качестве СЧ/ВЧ при повышенной частоте раздела, не ниже 1 кГц, если найти динамики, отвечающие требованиям а) и в), а ШП динамик оснастить мощной ПАС в окнах корзины диффузородержателя, но я знаю лишь один советский НЧ динамик с недостатком уровня на стыке: 75ГДН-3, а о ШП со свойствами а) и в) вообще затрудняюсь что-то вспомнить. В основном НЧ имеют подъём АЧХ в сторону СЧ (10ГД-34; 15ГД-14; 15ГД-17) или вообще горб посреди более-менее ровного участка СЧ (10ГД-30; 35ГДН-1). Поэтому переходим к варианту ниже.
2. Последовательный фильтр с дополнительным конденсатором в СЧ звене. Требования к динамикам следующие:
а) СЧ - обычный по АЧХ, открытого конусного типа. Купольные и с закрытой корзиной могут потребовать дополнительную катушку или последовательный режекторный RLC контур в параллель своим контактам, это будет немного другая топология, требующая отдельного разбирательства в конкретном случае.
б) НЧ - ровный, с подъёмом в сторону СЧ или с чётким горбом посередине СЧ участка: при удачном сочетании параметров пары динамиков возможны все три варианта хода АЧХ НЧ динамика.
Подходит в 90% АС для нижнего раздела, где уже есть ФНЧ 1-1,5-го порядков, для исправления косяков АЧХ НЧ звена, снижения частоты раздела, улучшения подавления частот, близких к частоте резонанса СЧ динамика в боксе.
3. Параллельный фильтр. Не даёт возможности
Последнее редактирование:
Я думал, будем ржать...
