Расчет фильтров 1, 2 и 3 порядков

[LDS]

Отдельные статьи, брошюры, вырезки

Там где живут басы (в двух форматах) Образующие диффузоров Медные обмоточные провода Методика создания акустических систем - А. Клячин, редакция 2003 г.

ldsound.club

Расчет пасивных фильтров для АС

Расчёт элементов электрических фильтров для акустических систем.

ldsound.club

 

[Дмитрий Рутковский]

Таблицы сильно устарели. Сейчас 21-й век уже давно, всё есть в интернете, даже 4-й порядок.

 

[rngtng]

Это не расчёт, это таблицы, кем-то составленные неизвестно каким методом. Существует множество способов расчёта элементов электрического фильтра акустических систем. И даже такие:

Расчёт фильтров акустических систем

Расчёт акустического фильтра в AIE

www.aie.sp.ru

Но тут опять прискакал великий измеритель и сказал, что всё равно придётся мерять микрофоном.

 

[Александр Бокарёв]

Этим таблицам цена копейка. Для идеальных условий . Чего нет и не бывает в принципе.

 

[OLD]

Сейчас буду нещадно позориться, но лучше раз, чем постеснявшись уточнить, впоследствии садиться в лужу, либо жить в неведеньи.
Итак, часто вижу в ФНЧ двухполосок фильтр первого порядка для мидбаса, в котором катушка шунтирована резистором. Подумав логически, я так понимаю, резистор нужен для придания фильтру пропускания в динамик всей полосы с понижением амплитуды выше кривой среза ? К такому выводу меня татолкнуло то, что сопротивление катушки на ВЧ будет большое, а вчлюченный паралельно резистор будет пропускать всю полосу, но придавленно.

На рисунке синим я нарисовал работу катушки, а голубым продолжение где уже работает резистор. Или я заблуждаюсь не учев еще что то?

 

[Александр Бокарёв]

Сейчас буду нещадно позориться, но лучше раз, чем постеснявшись уточнить, впоследствии садиться в лужу, либо жить в неведеньи.
Итак, часто вижу в ФНЧ двухполосок фильтр первого порядка для мидбаса, в котором катушка шунтирована резистором. Подумав логически, я так понимаю, резистор нужен для придания фильтру пропускания в динамик всей полосы с понижением амплитуды выше кривой среза ? К такому выводу меня татолкнуло то, что сопротивление катушки на ВЧ будет большое, а вчлюченный паралельно резистор будет пропускать всю полосу, но придавленно.
Посмотреть вложение 37981
На рисунке синим я нарисовал работу катушки, а голубым продолжение где уже работает резистор. Или я заблуждаюсь не учев еще что то?

Вы все понимаете правильно, все так и есть, резистор протягивает отдачу динамика повыше,меняя крутой спад на верхнем крае на более протяженныйЧто на слух проявляется как ясность и живость средины .Применяю такой финт и часто.

 

[KSV]

я заблуждаюсь не учев еще что то?

Если есть желание посмотреть влияние каждой детали, то лучше использовать LSP CAD там можно играть до одури. Можно (но не нужно) брать динамик=резистор, лучше загрузить реально измеренные параметры.
И если без больших ошибок, результат будет близок к реальному. Вот пример - 10ГД-30Е с пивным донышком (важно!). Переделанный динамик позволил применить первый порядок (я уже писал раньше).
Вот динамик без фильтра.

Теперь фильтр - катушка 1 мГн с сопротивлением 0,5 ом и параллельно катушке 100 ом (практически бесконечность, резистора нет).

Теперь уменьшим номинал резистора параллельно катушке до 8 ом.

Теперь непрошенное. Сделаем фильтр 2 порядка (почти) добавим конденсатор 30 мкФ параллельно динамику.

Вот это уже фильтр, не то что припарки от первого порядка.
Теперь резистор шунтирующий катушку удалим (мне проще указать 1 кОм).

Не буду комментировать. Надо внимательно смотреть и думать.
Промежуточные номиналы позволяют плавно и точно настраивать фильтры.
Теперь понятно почему у меня разговоры, что мы дескать на слух, без микрофона всё настроим, вызывают только ухмылку и раздражение (надоело!)?
Это пустая трепотня, часто агрессивная.
Есть еще верующие в чудо (последовательные фильтры)...
Ну-ну, я писал, что настроить их намного сложнее, куда там, верующие люди плюют на факты - они верят в чудо.
P.S. Наблюдательные люди могут заметить, что все показанные фильтры гнут АЧХ через "ось" 1 кГц.
А теоретики (я и сам раньше так считал) думают: на какой частоте захочу, на такой и согну. В реальности не всё так просто. И самое интересное - есть податливые, а есть упрямые динамики.
С одним динамиком просто, а "поженить" два динамика (обеспечить плавный стык с ровной АЧХ) намного сложнее.
Иногда получается быстро (редкость), чаще и относительно быстро - приемлемый вариант, а получить хороший вариант у меня если и получается, то не с первой и не совторой попытки (надо ведь и слушать). Нередко вообще у меня динамики не стыкуются. И когда я вижу фото замусоленных бумажек найденных где-то на просторах интернета и меня убеждают "раз-два и готово", я начинаю злиться.
С измерениями, симуляторами, паяльниками всё это решаемо, но не так просто, как считают пользователи on-line симуляторов.

 

[OLD]

Теперь непрошенное. Сделаем фильтр 2 порядка (почти) добавим конденсатор 30 мкФ параллельно динамику.

Проанализировав графики и описание к ним, я так понимаю, что небольшая полочка от 5,8кГц до 7кГц на приведенном предпоследнем графике - это как раз работа резистора, а выше идет естественный спад самого динамика?

 

[KSV]

Проанализировав графики и описание к ним, я так понимаю, что небольшая полочка от 5,8кГц до 7кГц на приведенном предпоследнем графике - это как раз работа резистора, а выше идет естественный спад самого динамика?

Область 6...7 кГц в данном случае нас не сильно волнует. Изначально там горб у данного динамика, эту область надо отрезать.
"Полка" получается из-за поворота холма на крутом склоне большой горы.
Уровни ниже средних на более чем 20 дБ нас тоже мало волнует.
Но видно, что можно делать промежуточные "порядки" фильтров, чтобы точнее подстыковать один динамик к другому.
Вот что получилось с ПЕРВЫМ ПОРЯДКОМ (весь фильтр из двух деталей, катушки и конденсатора) на 10ГД-30Е и 3ГД-38Е.

Достаточно прилично, но динамики с баночными донышками. Но очевидно здесь необходима пищалка.
Не делал потому, что это просто прикидки.
Провальчик от 2 до 3,5 кгц оставлен сознательно, тем более он очень ровный.
Резисторы параллельно катушке или динамику - это инструмент для настройки.
Инструменты используем при необходимости.
Окончательная подгонка - по микрофону.
P.S. Надеюсь, все обратили внимание на последний рисунок из #7. Если удалить резистор от катушки, получаем большой горб на срезе.
P.P.S. Еще раз советую "поиграть" с фильтрами в LSP CAD, будет наглядно видна разница при изменении номиналов. А то есть любители поиска деталей с точностью до десятых долей процента...

 

[kolobrkin]

Допустим, на какой-то частоте катушка индуктивности вносит затухание в сигнал поступающий на динамик 6 дб (ослабляет в два раза). Т.е. сопротивление индуктивности на частоте равно сопротивлению динамика. Подключение резистора параллельно сопротивлению индуктивности понижает общее сопротивление (катушка-резистор) и приводит к увеличению сигнала поступающего на динамик. Ну и все это в частотно резистивно зависимом варианте.

 

[apalych]

Ну а ежели параллельно к катухе и резистору ещё и кондёрчик прицепить, то и с пищиком легче состыковать (в определённых частных случаях)

 

[kolobrkin]

Ну а ежели параллельно к катухе и резистору ещё и кондёрчик прицепить, то и с пищиком легче состыковать (в определённых случаях)

Режекторный фильтр, однако

 

[Александр Бокарёв]

Допустим, на какой-то частоте катушка индуктивности вносит затухание в сигнал поступающий на динамик 6 дб (ослабляет в два раза). Т.е. сопротивление индуктивности на частоте равно сопротивлению динамика. Подключение резистора параллельно сопротивлению индуктивности понижает общее сопротивление (катушка-резистор) и приводит к увеличению сигнала поступающего на динамик. Ну и все это в частотно резистивно зависимом варианте.

LR контур удобен для выравнивания динамика с торчащей выше уровня низкочастотного участка срединой.Благодаря резистору контур такой не вносит резонансной оскомины в звук, как это любит вытворять конденсатор или цобель.

 

[Сергей ДВ]

LR контур удобен для выравнивания динамика с торчащей выше уровня низкочастотного участка срединой.Благодаря резистору контур такой не вносит резонансной оскомины в звук, как это любит вытворять конденсатор или цобель.

Но, вы-то компенсировали бафл, а не торчащую середину. Поэтому у вас и номиналы сильно другие нежели, чем у KSV.

 

[Александр Бокарёв]

Но, вы-то компенсировали бафл, а не торчащую середину. Поэтому у вас и номиналы сильно другие нежели, чем у KSV.

Баффл другое.Коррекция динамиков типа Фостекса 206 или Визатога БГ20.

 

[Сергей ДВ]

Баффл другое.Коррекция динамиков типа Фостекса 206 или Визатога БГ20.

Речь про сравнительно недавний фильтр для 10гд30 и тw70.

 

[Александр Бокарёв]

Речь про сравнительно недавний фильтр для 10гд30 и тw70.

У 10 ГД30 контур ЛР присаживает избыток средины, проясняет ее в районе кила-двух, протягивает отдачу повыше,облегчая задачу пищалке.С шириками такой финт обеспечивает ровную ачх и баланс звука.

Скажу больше.ЛР контур ,добавляя басовику верхушек, превращает его в ничего себе ширик.Можно пищалу не ставить.Со Сканспиком такой финт работает на удивление,но страдает направленность, вне оси верха угасают заметно.

 

[Сергей ДВ]

Это печально, но не вижу ширика из басовика с фильтром LR от слова совсем - ни здесь, ни здесь. Причем не вижу собственно самого добавления где-либо. Только убыль.
В последнем случае вижу спад ~6Дб /октава с 1.5-1.7кГц, и 12Дб/октава с 6кГц. Поправьте, если ошибаюсь.

А изначально без фильтра 10гд30 ровный до 6кГц. За исключением бафла, который на этой картинке проявляет себя на уровне 5дб. Насколько я понял, ваши номиналы фильтра LR как раз и подравняли бафл на АЧХ 100 - 1000Гц в линейку.

 

[Марков Николай]

Специально для любителей первого аудиофильского порядка в ФВЧ - привет от Алдошиной.

 

[Александр Бокарёв]

Специально для любителей первого аудиофильского порядка в ФВЧ - привет от Алдошиной.
Посмотреть вложение 38218

Как тот самый любитель первого порядка, скажу , что данный абзац у меня в тетрадке законспектирован лет 15 назад и понятия имею, успешно применяю.Скажем, в среднике или пищалке.И то,исходя из поведения конкретного динамика и подводимой к нему мощности.И ваша цитата из Алдошиной ни разу не космическая истина, отход от которой карается, а нарушители подвергаются.Ближе к реальности держитесь и все получится.

 

[Сергей ДВ]

Специально для любителей первого аудиофильского порядка в ФВЧ - привет от Алдошиной.
Посмотреть вложение 38218

Ну, это какой-то набор банальностей. Ведь при росте амплитуды 12Дб/окт ничего особенного с нелинейными искажениями не происходило? - нет.
Фильтр ВЧ будет понижать абсолютный уровень искажений (как я понимаю средника) как 6Дб/окт в сторону НЧ. А недостаток давления будет компенсировать подоспевающий через ФНЧ мидбас, у которого с КНИ все в порядке.

 

[Rezvoy]

Когда на такой динамик работает 2А3, 300В или даже 845 и первого порядка много!
Промахнулся первый раз с даташитом, сорри!

А на такой и вовсе фильтр не нужен.

 

[Александр Бокарёв]

Хорошая пищала напрямую играет всю музыку,как игрушечная колонка.И вся задача сохранить эту красоту звука.

А на такой и вовсе фильтр не нужен.

В пиринсипе ти прав.В пиринсипе.Но по существу ти глубоко ошибаессе.

И скажу,почему.Да,есть динамики, басовики с особыми свойствами, ровной ачх и естественным спадом наверху, якобы позволяющим отказаться от нч фильтра и пристыковать пищалу , включив басовик напрямую.И получить достаточно хамский звук с неважной направленностью. Видел когда-нибудь кинозвезду и шоб без макияжа ?Нонсенс.Уверен,что и для передачи Пока все дома -нафуфырится.

 

[Марков Николай]

Ну, это какой-то набор банальностей.

Конечно не новость.

Ведь при росте амплитуды 12Дб/окт ничего особенного с нелинейными искажениями не происходило? - нет.

Для НЧ динамиков, рассчитанных на работу на частоте резонанса - не происходило. С купольными ВЧ и СЧ - возможны варианты.
Смотрим даташит #23 . Резонансная частота 600 Гц, рекоммендованная - от 1,5 кГц, мощности указаны для ФВЧ второго порядка при частоте среза 2,5 кГц.
Вопрос: какая минимальная частота среза допустима по критерию не превышения смещения 0,5 мм на сторону (по даташиту), при использовании ФВЧ первого порядка, при уровне давления, скажем, 100дБ? Необходимо учесть, что на частоте резонанса импеданс (и напряжение) подскакивает в три раза относительно значения при 3 кГц.

 

[Rezvoy]

Конечно не новость.

возможны варианты.
Смотрим даташит #23 . Резонансная частота 600 Гц, рекоммендованная - от 1,5 кГц, мощности указаны для ФВЧ второго порядка при частоте среза 2,5 кГц.
Вопрос: какая минимальная частота среза допустима по критерию не превышения смещения 0,5 мм на сторону (по даташиту), при использовании ФВЧ первого порядка, при уровне давления, скажем, 100дБ? Необходимо учесть, что на частоте резонанса импеданс (и напряжение) подскакивает в три раза относительно значения при 3 кГц.

Уже давно всё посчитано.

 

[Марков Николай]

Дюйм в размахом +-0,5мм разовьет давление 100Дб на 1500Гц.
Ход амплитуды можно посмотреть здесь -
Посмотреть вложение 38234
Ход 1/(частота в квадрате) для реальных пищалок продолжается как раз до 2*Fs( да и для любых динамиков) с приемлимой для рассмотрения движения дифф-а точностью.
Т.е. до 1,2кГц( Fs=600Гц по даташиту), ниже все гораздо спокойнее и до резонанса. Нужно взять реальные значения ТС и посчитать.



100Вт для этой пищалки - это на минуточку 115Дб. А 100Дб - всего где-то 4Вт.

Примем добротность головки на частоте резонанса 620 Гц равной, 0,7 , по графику где-то так и будет. Тогда на частоте 620 Гц, учитывая -3дБ по амплитуде от закона +12дБ/октаву, получаем размах+/-0,5мм при уровне (входном) 88дБ. Если бы не было троекратного подъёма уровня на частоте резонанса, то получили бы: 620 Гц -12дБ; 1240 Гц -7дБ; 2500 Гц -3дБ. То есть, БЕЗ выброса на частоте резонанса и требуемом уровне 100дБ можно применить ФВЧ первого порядка с частотой среза 2,5 кГц. Чтобы так было, надо в параллель данному ВЧ-шнику подключить режекторный последовательный контур, который выровняет импеданс на СЧ в линию. Без режекторного контура, будьте добры, повысьте частоту раздела до 4,5 кГц. Я об этом. Никаких 100 Вт с ФВЧ первого порядка подавать нельзя. Теперь смотрим АС Seas A26,

Уже давно всё посчитано.

Неужели. 3,3 мкФ и 16 Ом, получаем частоту среза ровно 3 кГц. Режектора нет. Максимальный уровень синусоидального сигнала, который может воспроизвести АС без перегрузки ВЧ динамика по амплитуде, составляет всего... 93дБ. Шикарный динамик не имеет никакого запаса по подводимому уровню, и всё - из-за экономии на фильтре. Достаточно добавить режектор или просто катушку индуктивности на землю, сделав ФВЧ второго порядка хоть по Линквицу с Q=0,5 , и можно подавать как минимум на 10дБ уровня больше. Собственный завал АЧХ (-10дБ на частоте 600 Гц) плюс -14дБ от ФВЧ = -24дБ => суммарная АЧХ может измениться вблизи частоты резонанса ВЧ динамика не больше, чем на 0,6дБ в самом худшем случае. Вот так посчитали А26!

 

[Rezvoy]

Я всё это поместил в 90 литров без вариовента, меня всё устраивает. С возможными вариантами фильтрации поэкспериментирую когда сделаю биамп. Пока не вижу необходимости. В любом случае на НЧ не более 15Вт придётся.

 

[Марков Николай]

В любом случае на НЧ не более 15Вт придётся.

Так этим, ..ки, и пользуются! Типа - для дома, хватит. И по боку, что ВЧ-шник - на грани выхода из линейной области смещения, а это - приличная добавка грязи в виде интермодуляционной дряни. Зачем?

 

[Сергей ДВ]

Первое любители первого порядка обычно не наваливают. Второе, для сисы мощность указана вместе с порядком фильтра - Баттерворт второй порядок.
На веге оголтелые любители первого после нескольких энергичных прослушиваний прослушиваний переходят на второй. Говорят, как будто звук прочистился. ХЗ, я не пользуюсь даже вторым.
ПС Ваши выкладки выглядят убедительными, согласен во всем.
ППССС
Второй не применяю из-за протяженной совместной работы головок. Пролазят искажения ВЧ головки, и сильно "гуляет" внеосевые АЧХ.
Посмотрите на Сведение А.Б. головок TW70. Резонанс торчит по минус 6Дб от полки, а то и выше. Значит нехилые искажения(а они огромны для пищалок, именно, около резонанса) пролазят придавленными всего на 6Дб.
Кроме того, головки имеют обычно разную осевую концентрацию на стыках полос. Протяженная работа создаст проблемы как по вертикали, так и по горизонтали. Я уже поднимал этот вопрос, не помню в какой теме. Мне хором ответили, что по горизонтали этого не может быть.
Раньше А.Б. писал, что внеосевые лучше не смотреть, зато по оси... а недавно заострился на этом моменте как-то наоборот.
Вопрос равномерности внеосевых АЧХ не прост. Как минимум он дает разное звучание из-за разного создаваемого диффузного поля, которое формируется такой характеристикой как ЕЧХ. При этом у АС с абсолютно плоской АЧХ может оказаться недостаток ВЧ, или... переизбыток. Ну, и другие артефакты. Поэтому разные АС с плоской осевой звучат по своему, и по разному относятся к разным помещениям... ВЧ могут спадать с удалением от колонки. Короче, не сейчас.... Это, кстати, повод для инсинуаций удифилов, либо кичливых производителей по поводу того, что АЧХ ничего не значит.

Это тема для отдельной ветки. Я же, чурбан неотесанный, стараюсь делать колонки с максимально широкой и равномерной дисперсией. Итог -музыка звучит в любом месте комнаты с одинаковым тональным балансом. Что вызывает необычные чуйства. Заходишь сзади АС, а высокие частоты на месте.

 

[Rezvoy]

Мне, действительно, более чем хватает. Браться за исследования ради идеи не хочу. На стыковочной частоте 1500 Гц с фильтром первого порядка будет -10дБ, при моих запросах до искажений далековато.
В двухполосном варианте с этими головками трудно сочинить что-то заметно лучшее. У знакомого есть акустика по конструкции Жоры Крылова с СЧ купольником . http://krilovlab.com/temp/H1411_D7608_Audax/
Хорошо, но не моё.