|
Arabic
Bengali
Chinese
English
French
German
Hebrew
Hindi
Italian
Japanese
Korean
Malay
Polish
Portuguese
Spanish
Turkish
Ukrainian
Vietnamese
ЕНЦИКЛОПЕДІЯ РАДІОЕЛЕКТРОНІКИ ТА ЕЛЕКТРОТЕХНІКИ Фазовий метод розрахунку фільтрів роздільних акустичних систем. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки
Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки / Акустичні системи Останніми роками значно зросли вимоги до якості апаратури звуковідтворення. Насамперед це стосується ширини робочого діапазону частот і величини нелінійних і фазових спотворень. Якість відтворення значною мірою залежить від конструктивного виконання акустичних систем (АС). Зокрема, для відтворення низьких, середніх та високих частот знайшли широке застосування багатосмугові АС, у яких встановлюються по дві, три та більше динамічних головок. Для розділення смуг звукового спектру динамічні головки включаються через фільтри розділення першого, другого або вищого порядку. Однак, як відомо, точне поділ частот складного звукового сигналу на граничній частоті розділу fp виконати неможливо (рис. 1). Тому між сусідніми смугами відтворення динамічних головок є зона спільної дії. Сигнал з частотою розділу fp обидві головки відтворюють приблизно з рівним рівнем. На інших частотах зони спільної дії рівні сигналів, що подаються на головки, різко відрізняються один від одного за амплітудою. Для ідеального відтворення звуку в зоні спільної дії повинні бути забезпечені умови для синфазної по звуковому тиску роботи обох головок (надалі - синфазна робота головок), тобто між струмами головок не повинно бути фазового зсуву, а зона спільної дії має бути якомога менше. Однак виконати ці умови дуже важко. Фільтри першого порядку (рис. 1, а) прості, їх амплітудночастотні характеристики (АЧХ) мають пологу форму, і завдяки цьому зони спільної дії динамічних головок відносно широкі. Наприклад, зона спільної дії низькочастотної ВА1 та середньочастотної ВА2 головок приблизно дорівнює 50...5000 Гц (рис. 1, б).
Для АС, що містять три динамічні голівки, можуть бути зони одночасної дії всіх трьох голівок (рис. 1, б, 500...5000 Гц). (Амплітудно-частотні характеристики будувалися рівня сигналів практичної чутності звучання динамічних головок.) У таких розділових фільтрах послідовно з низькочастотною (НЧ) головкою ВА1 включається дросель L1, індуктивний опір якого прямо пропорційно до частоти. Як відомо, в ланцюгах з індуктивним опором струм відстає від прикладеної напруги, а в ланцюгах, що містять ємність, випереджає напругу. Отже, амплітуда струму і кут зсуву між струмом і напругою не залишаються постійними і знаходяться в складній залежності від частоти. Наприклад, для простих фільтрів розділення фазочастотна характеристика (ФЧХ) має вигляд, представлений на рис. 1, ст. У зоні спільної дії 50...5000 Гц, залежно від частоти, кут (р зсуву фаз між струмами, що проходять головками ВА1 і ВА2, змінюється відповідно від 142 до 35 °. Аналогічна картина спостерігається і між фазочастотними характеристиками головок ВА2 і ВАЗ Кут зсуву фаз між струмами головок на краях зони спільної дії складає 60 і 100 °. зоні спільної дії не забезпечено. Якщо струм у першій голівці змінюється за законом Ii sin ot, а в другій-l2 sin(o)t+cpi2), отже, між струмами динамічних головок існує фазовий зсув на кут (pi2 і в цьому випадку в навколишньому просторі звуковий тиск буде пропорційно так званому еквівалентному струму Iе IЭ = I1 sin ωt + I2sin(ωt + φ1-2) = яMsin (ωt + α), амплітуда якого IM визначається з виразу: IM = Корінь.кв (I12 + Я22 + Я1I2cosφ1-2), а кут між еквівалентним струмом і струмом першої головки можна визначити таким чином: tg α = (I2sin φ1-2) / (І1 + Я2 cosφ1-2), т. е. кут залежить не тільки від кута зсуву фаз між складовими струмами (pi2, але і від співвідношення їх амплітуд I1 / Я2. У зоні спільної дії динамічних головок кут зсуву фаз може змінюватись у межах від 0 до φ1-2в залежності від співвідношення амплітуд струмів і, отже, при відтворенні звуку будуть внесені спотворення оригіналу запису.
При відомих параметрах елементів розподільчого фільтра та динамічної головки можуть бути розраховані та побудовані амплітудно та фазочастотні характеристики (рис. 2 б, в). У формулі (1) є реактивні опори конденсатора C3, дроселя L1 і котушки динамічної головки ВА1, які знаходяться в складній залежності від частоти. Внаслідок цього у фільтрах другого порядку кут зсуву фаз між струмом динамічної голівки та прикладеною напругою не залишається постійною і залежно від частоти змінюється в широких межах. Так, наприклад, для низькочастотного розділювального фільтра кут зсуву фаз між струмом динамічної головки і прикладеним до фільтра напругою в залежності від частоти може змінюватися в межах від -10 до -270° на частотах 20 і 20000 Гц відповідно (рис. 2, в). Для середньочастотної динамічної головки цей кут може змінюватися від +110 до -75° на частотах 80 і 20000 Гц (рис. 3), а високочастотної - від +135 до -50° (на 150 і 20000 Гц).
2 - те саме, але при С4=20 мкФ 3 - те саме, але при С4=20 мкФ (у статті мабуть помилка) 4-те, але при C4=80 мкФ 5-те, але при L2=0,6 мкФ 6-то ж, але при R3 = 5 Ом Таким чином, кут зсуву фаз між струмом низькочастотної динамічної головки і напругою, прикладеним до фільтра, при зміні частоти напруги, що подається може змінюватися . на 260 °, а для середньочастотної і високочастотної головок цей же кут змінюється на 185 °. Ця обставина є основною причиною несинфазної роботи динамічних головок у зоні їхньої спільної дії. Зміною параметрів елементів розділових фільтрів можна регулювати фазочастотну характеристику кожної динамічної головки. Завдяки цьому є можливість отримання ідентичних характеристик головок і тим самим забезпечення умов синфазності їх роботи в зоні спільної дії. Так для низькочастотного фільтра розділення за схемою рис. 2,а фазочастотна характеристика зазнає наступних змін: зі збільшенням ємності конденсатора C3 (крива 2) центральна частина характеристики зміщується паралельно вліво; зменшення ємності конденсатора C3 (крива 3) зміщує паралельно центральну частину характеристики праворуч; зі збільшенням опору резистора R1 і зменшення індуктивності дроселя L1 ліва частина зміщується в область малих значень кутів з одночасним зміщенням центральної частини вправо (крива 5); включення резистора R2 послідовно з конденсатором C3 зміщує праву частину характеристики (крива 4) область менших кутів. При зміні параметрів розділових фільтрів відбувається корекція як фазочастотної характеристики, а й деформація амплітудночастотної характеристики. Так, на рис. 2,6: від збільшення ємності конденсатора C3 (крива 2) трохи зростає амплітуда струму, смуга пропускання частот зменшується; при зменшенні ємності конденсатора C3 (крива 3) струм зменшується, а смуга пропускання збільшується; збільшення опору резистора R1 знижує максимальне значення амплітуди струму, не впливаючи на смугу пропускання фільтра (крива 5); зменшення індуктивності дроселя L1 супроводжується збільшенням амплітуди струму та розширенням смуги пропускання фільтра тощо. Електричні схеми розділових фільтрів для середньочастотної та високочастотної динамічних головок можуть бути однаковими, відрізняючись лише значенням параметрів елементів (рис. 3, а). Для такої схеми значення сили струму головки може бути розраховане за формулою
При ємності конденсатора С4 = 40 мкФ для динамічної головки ЗГД1 фазочастотна характеристика схожа формою на характеристику низькочастотної головки, проте вона зміщена в область позитивних значень кутів. Зміна параметрів елементів розподільчого фільтра впливає на фазочастотну характеристику (рис. 3,6) наступним чином: - збільшення ємності конденсатора С4 (крива 4) зміщує центральну частину характеристики область низьких частот; - зменшення індуктивності дроселя L2 (крива 5) зміщує центральну частину область високих частот і лівий кінець характеристики область менших значень кутів φ; - Збільшення активного опору головки RД(або опору резистора, включеного послідовно з нею) переміщає всю характеристику паралельно у бік збільшення кута зсуву струму; - збільшення опору резистора R3 (крива 6) спрямовує характеристику, зміщуючи праву та ліву частини у бік менших значень кута. Вплив змін параметрів цих елементів на амплітудно-частотну характеристику наступне: - збільшення ємності конденсатора С4 веде до зростання максимального значення амплітуди характеристики, різкого підвищення її нерівномірності, зона пропускання збільшується у бік низьких частот; - Збільшення активного опору головки RДнезначною мірою знижує нерівномірність АЧХ; - збільшення опору резистора R4 знижує нерівномірність АЧХ і одночасно зміщує її у бік низьких частот; - Опір R3 згладжує нерівномірність характеристики. При відомих закономірностях впливу змін параметрів елементів розділових фільтрів на їх фазо і амплітудно-частотні характеристики, створення ідентичних (сумісних) фазових характеристик низькочастотної та середньочастотної динамічних головок не становить особливих труднощів. Найбільшу складність викликає узгодження фазових характеристик високочастотної та середньочастотної динамічних головок. Обидва розділові фільтри ємнісні і, природно, ідентичність їх фазочастотних характеристик може наступити при однакових значеннях ємностей конденсаторів С4, а це суперечить умові поділу частот. Тому одним із варіантів є установка у високочастотному фільтрі конденсатора С4 малої ємності (близько 2 мкФ) та дроселя L2 з незначною індуктивністю (менше 0,1 мГн). Зміна ємності конденсатора С4 різко впливає на фазову та амплітудну характеристики. Крім цього, можуть проявлятися резонансні явища, тому необхідно вживати заходів щодо зменшення нерівномірності АЧХ, наприклад, послідовно включити з конденсатором С4 (на рис. 3) резистор R3 з невеликим опором. Другим варіантом фазового узгодження струмів головок ВА2 і ВАЗ є побудова фільтрів за різними схемами: Наприклад, головку ВАЗ можна включити через фільтр розділення третього порядку
Порядок розрахунку фазо та амплітудно-частотних характеристик акустичних систем може бути наступним. По-перше, для виконання розрахунку необхідно знати активні та індуктивні опори кожної динамічної головки на частотах у зоні їхньої корисної роботи. Активний опір може бути виміряний мостом постійного струму, омметром або іншим приладом. Визначення індуктивного опору динамічних головок пов'язане з деякими труднощами, оскільки воно перебуває у складній залежності від частоти та умов монтажу головки. Тому індуктивний опір динамічних головок слід визначати за нормальних умов їх роботи (змонтованих у ящику із закритою задньою стінкою тощо). Насправді індуктивний опір динамічних головок визначається експериментально-розрахунковим шляхом. Для цього вимірюють повний опір головки за схемою рис. 4. Активний допоміжний опір г у схемі рис. 4,а має бути більше, а у схемі рис. 4,6 - менше очікуваного опору головки у 10...20 разів. За вказаними схемами знімається залежність повного опору динамічної головки від частоти. За схемою рис. 4,а вимір здійснюється методом заміщення. Встановлюючи через певні інтервали частоту звукового генератора G, вольтметром PV вимірюється падіння змінної напруги на опір котушки динамічної головки ВА. Потім замість головки включається змінний резистор R і зміною його опору домагаються отримання на ньому того ж значення напруги. У цьому випадку активний опір R дорівнює повному опору 2д1 динамічної головки на даній частоті. Кількість точок виміру визначається типом головки (НЧ, ВЧ) та нерівномірністю її характеристики. За отриманого значення повного опору для кожного значення частоти індуктивний опір динамічної головки визначається за формулою Xдi = кор.кв (Zдi2 - Rд2) Рівень вихідної напруги звукового генератора впливу результати вимірювань майже не надає. Так, при зміні напруги від 1 до 30 В повний опір динамічної головки змінюється на 5...8%. Вимірювання за схемою рис. 4,6 точніші, величина повного опору головки дорівнює Zдi = r Uдi / Ur За певними значеннями опорів динамічних головок для конкретних, частот і передбачуваних параметрів елементів розподільчих фільтрів за формулами (1) і (2) розраховуються фазочастотні та амплітудночастотні характеристики. За побудованими амплітудними характеристиками визначаються граничні частоти розділу та зони спільної дії динамічних головок, а також нерівномірність характеристик та необхідність їх вирівнювання. За цими ж характеристиками можна зробити висновок про крутість поділу частот, оцінку якостей розділових фільтрів і шляхи бажаного зміни (зміщення, звуження тощо. буд.). Потім будуються фазові характеристики і звертає особливу увагу на їхнє зближення в зоні спільної дії динамічних головок. Після аналізу побудованих показників і за наявності якихось недоліків, з урахуванням відомого характеру впливу зміни елементів розділових фільтрів з їхньої характеристики, намічається варіант коригування і знову прораховуються характеристики. Отримані характеристики будуються, аналізуються тощо до отримання необхідних результатів. Потім усі елементи акустичної системи монтуються та проводяться електричні випробування. За викладеною методикою нами були визначені параметри фільтрів розділення для акустичної системи на динамічних головках: 6ГД2 (L1 = 7,9 мГн, R2 = 1 Ом С3 = 30 мкФ, Rд = 5,5 Ом, R1 = 1,45 Ом); ЗГД1 (L2 = 1,3 мГн, R4 = 1 Ом, С4 = 60 мкФ, Rд6,8 Ом, R3 = 2 Oм); 1ГДЗ (L2 = 0,08 мГн, R4 = 0,5 Ом, С4 = 2мкФ, Rд = 8,70 м, R3 = 1 Ом).
На рис. 5 та 6 представлені виміряні характеристики низькочастотної (НЧ - 6ГД2) та середньочастотної (СЧ-ЗГД1) динамічних головок. Як бачимо, гранична частота поділу fP1 = 400 Гц, зона спільної дії 80...2000 Гц, а кут зсуву між фазочастотними характеристиками становить 150...190°. Отже, потрібно змінити полярність включення однієї з динамічних головок ("повернути" струм на 180°). Як стане ясним із узгодження середньочастотної головки з високочастотною, слід змінити полярність включення середньочастотної головки (рис. 6, перевернена СЧ-характеристика). У цьому випадку кут зсуву фаз між струмами головок становить 30 і 10° відповідно на частотах 80 та 2000 Гц. Для більш точного поєднання характеристик у зоні 500...2000 Гц слід збільшити опір R2 до 1,3 Ом (див. рис. 2,а). Аналогічно виконано узгодження фазових характеристик середньої та високочастотної динамічних головок. В результаті узгодження фазових характеристик низько, середньо і високочастотної динамічних головок є можливим створення акустичної системи з високоякісним відтворенням всього діапазону частот і "здається" розширенням діапазону відтворюваних частот. При виготовленні розділових фільтрів як конденсатори C3 і С4 необхідно використовувати паперові конденсатори на робочу напругу не менше 100 В, наприклад МБГП2 на 160 В. Резистори R1-R4 можна виконати дротом діаметром 0,4...0,6 мм з будь-якого високоомного сплаву ; намотування проводиться біфілярно. Дросель у ВЧ фільтрі виконується на будь-якому циліндричному каркасі мідним дротом діаметром 0,6. ..0,8мм (близько 140 витків). Дросель L2 СЧ фільтра (приблизно 240 витків) виконується дротом діаметром 0,8 мм, активний опір якого не повинен перевищувати опору резистора R4, так як на схемі під R4 позначено активний сумарний опір обмотки дроселя та додаткового резистора. Якщо величина індуктивності виявиться недостатньою при необхідному значенні активного опору, в котушку вставляється невеликий феритовий сердечник. Дросель L1 низькочастотного фільтра виконується на каркасі середніх розмірів (зовнішній діаметр 25...30 мм) дротом 0,8 мм. Активний опір обмотки 1,45 Ом. Для підвищення індуктивності в котушку вставляється феритовий П-подібний осердя від трансформатора малої розгортки. Сердечники з інших матеріалів (трансформаторна сталь, карбонільне залізо тощо) застосовувати не слід, оскільки з ними проявляється залежність значення індуктивності від сили або від частоти струму. Це може призвести до появи нелінійних спотворень. З'єднувальні дроти у фільтрах повинні мати переріз не менше 0,8 мм2, а для з'єднання з підсилювальною апаратурою - не менше ніж 1,5 мм2. Це необхідно для зниження втрат напруги та потужності у проводах та усунення можливих взаємних впливів між фільтрами. Зовсім неприпустимо використання окремих елементів у схемах двох фільтрів, наприклад, конденсатор С4 високочастотного фільтра включати після аналогічного середньочастотного конденсатора фільтра (як це часто практично робиться). Якщо цю умову не виконувати, з'являються взаємні впливи на амплітудні і особливо фазочастотні характеристики. Автор: А. Вахрамєєв; Публікація: cxem.net
Машина для проріджування квітів у садах
02.05.2024 Удосконалений мікроскоп інфрачервоного діапазону
02.05.2024 Пастка для комах
01.05.2024
▪ Камери GoPro в автомобілях BMW ▪ Антибактеріальні пов'язки з дуріану ▪ Ефективний штучний фотосинтез ▪ Щорічне прискорення темпів танення льодових покривів ▪ Повітря в метро руйнує організм людини
▪ Розділ сайту Електромонтажні роботи. Добірка статей ▪ стаття Огюст Роден. Знамениті афоризми ▪ стаття Яка інженерна споруда нашого часу є найбільшою? Детальна відповідь ▪ стаття Слюсар з обслуговування теплових мереж. Типова інструкція з охорони праці ▪ стаття Фотоелектричні системи із генераторами. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки ▪ стаття Моделі парашутів. Фізичний експеримент
Головна сторінка | Бібліотека | Статті | Карта сайту | Відгуки про сайт
www.diagram.com.ua |
Дивіться інші статті розділу 
Останні новини науки та техніки, новинки електроніки:
All languages of this page