Активный фильтр нч для сабвуфера своими руками: Активный фильтр НЧ для сабвуфера купить в Мастер Кит. Драйвер, программы, схема, отзывы, инструкция, своими руками, DIY

Содержание

Фильтр низкой частоты

Активный фильтр низкой частоты

     Необходимость собрать активный фильтр низкой частоты (ФНЧ) у меня появилась после того, как был собран сабвуфер на двух динамиках Beyma 12B100/R. После долгого выбора я остановился на схеме активного ФНЧ, предложенной человеком с ником subsonic с форума vegalab.ru (если кому-то будет интересна схема – можете обратиться к нему). Схема меня привлекла довольно крутым спадом АЧХ на частотах, выше которых сабвуфер не должен работать. Срез АЧХ автор предложил мне довольно низкий, т.к. мои басовые секции типа La Scala вполне адекватно воспроизводят сигнал с 80 Гц вверх. Саб мне нужен для поддержки звукового материала ниже 80 Гц, где басовые секции работают уже с сильным затуханием.
     На фотографиях ниже довольно подробно представлен процесс сборки платы ФНЧ и корпуса усилителя с ФНЧ. Про усилитель я мельком упоминал на странице

Моё общение со звукотехникой (летом 2006), схема усилителя представлена там же.
       ФНЧ питается стабилизированным напряжением (у меня – через интегральные стабилизаторы 15 В).
     Отзывы: фильтр успешно справляется со своей задачей – очень хорошо «режет» верхний сигнал и таким образом, сабвуфер работает лишь в самом низком частотном диапазоне, предназначенном для его работы. В современных композициях сабвуфер с ФНЧ позволяет получить необходимый бас – т.е. создать некую «подушку», «основание», «фундамент», без которых звучание многих современных групп воспринимается непривычно. С сабвуфером появляется так называемое «мясо» в музыке.
     С другой стороны – сабвуфер своим звучанием вносит некоторую неестественность. Если звучат электронные инструменты – то неестественность незаметна. Но вот если звучит, например, классика – то сабвуфер (на мой взгляд) портит общую картину натуральности звучания инструментов.
     Тем не менее, для себя я решил, что в большинстве своём я слушаю такую музыку, которая в совокупности с сабом звучит интереснее, нежели без него.
     Некоторая информация по поводу сборки ФНЧ также содержится в этой ветке форума.

     P.S. мои каракули на тему что такое ФНЧ для сабвуфера и зачем он нужен здесь же несколько схем ФНЧ, которые мне приглянулись в своё время.

Схема активного фильтра для трехканальной акустической системы » Паятель.Ру


При построении стереосистемы по трехканальной схеме, комплексный стереосигнал разделяют на две полосы, средне-высокочастотную и низкочастотную. Причем, низкочастотный канал делают общим для обоих стереоканалов и подают на отдельный более мощный низкочастотный усилитель, нагруженный на низкочастотную акустическую систему (так называемый, сабвуфер), а средне-высокочастотных каналов два, — по одному на каждый стереоканал.


Сигналы средне-высокочастотных каналов подают на обычный стереоусилитель, меньшей мощности (на канал), чем низкочастотный, и нагруженный широкополосными или средне-высокочастотными акустическими системами.

Характеристики фильтра

1. Напряжение питания………. ± 8… 15V
2. Общий частотный диапазон при общей неравномерности 2 дБ……. 10-20000Гц.
3. Глубина разделения……..24 дБ на октаву.
4. Номинальный входной сигнал ……….. 1V
5. Номинальный выходной сигнал………. 1V
6. Входное сопротивление…………. 47 Om.
7. Выходное сопротивление……… 200 Оm.
8. Разделение средне-высокочастотных стереоканалов………………….. 60 дБ
9. Коэффициент нелинейных искажений не более ………………………………0,02%.

Такая схема позволяет, без ухудшения восприятия стереоэффекта и низкочастотной составляющей, оптимизировать стереосистему по занимаемому в помещении пространству (одну крупную низкочастотную АС располагают внизу посредине между разнесенных двух более компактных средне-высокочастотных акустических систем).

Для качественного воспроизведения стереосигнала необходимо, чтобы было обеспечено хорошее разделение каналов, так как, попадание средне-высокочастотных составляющих в низкочастотный канал сужает зону стереоэффекта, а попадание низкочастотной составляющей в средне-высокочастотные каналы влечет к искажениям звука из-за неспособности средне-высокочастотных АС качественно воспроизводить низкие частоты. Наилучшие результаты дают двух-трехзвенные активные фильтры на операционных усилителях.

На рисунке приводится схема фильтра-формирователя трехполосного сигнала, сделанного на основе двухзвенных активных фильтров. Входной стереосигнал поступает на разъемы INL и INR. Каналы средне-высоко-частотные сделаны на микросхемах А1 и А2 по схемам фильтров ВЧ На операционных усилителях А1 1 и А2 1 сделаны входные повторители Это буферные каскады. Далее следуют по два каскада фильтров ВЧ (А1 2-А1 3 и А2.2-А2 3), настроенные на выделение полосы сигнала выше 240 Гц. Подавление низкочастотной составляющей 24 дб на октаву.

Подстроенные резисторы R15 и R16 служат для установки номинальных уровней выходных сигналов. А каскады на операционных усилителях А1 4 и А2.4 усиливают выходные сигналы фильтров так, чтобы обеспечить оптимальную работу с усилителем мощности.

Для получения низкочастотного канала стереосигналы сначала поступают на микшер, выполненный на ОУ A3 1. Входное сопротивление микшера составляет 10 kOm, а выходные сопротивления операционных усилителей А1 1 и А2 1. — около 100 Оm. Поэтому, микшер практически не ухудшает разделения средне-высокочастотных стереоканалов

Полученный монофонический сигнал с выхода А3.1 поступает на двухзвенный фильтр НЧ на операционных усилителях A3.2 и A3 3. Фильтр настроен на выделение частот ниже 240 Гц. Далее следует резистор R27 для установки уровня низкочастотного канала и буферный нормирующий усилитель на операционном усилителе A3.4.

Питается фильтр от двухполярного источника напряжением 12V Это напряжение берется с компьютерного источника питания, который служит источником питания усилителя мощности

Напряжение источника может быть от ±8 до ±15V, — это может быть любой двуполярный источник, даже не стабилизированный. Важно чтобы у него хорошо соблюдалось равенство по модулю разнополярных напряжений. В простейшем случае источник может быть выполнен на маломощном силовом трансформаторе, с одной вторичной обмоткой на 6-10V и двумя однополупериодными выпрямителями на диодах, один из которых дает положительное напряжение, а другой отрицательное.

Емкости сглаживающих конденсаторов. в таком случае, желательно выбрать не менее 1000мкФ. Иначе возможно возникновение фона переменного тока.

Фильтр собирался в единичном экземпляре, поэтому печатная плата для него на разрабатывалась. Весь монтаж выполнен на покупной печатной макетной плате, размерами, примерно, 100×180 мм. Монтаж просторный, — размеры корпуса усилителя это позволяют.

Фильтр сделан на трех микросхемах TL074, в корпусе каждой по четыре операционных усилителя. Микросхемы можно заменить на TL064, LM324, LM2902 или КМ1401УД4 Эти подходят полностью. Можно использовать микросхему КМ1401УД2, но нужно знать, что питание на неё подается наоборот (на 11-й вывод плюс, на 4 -минус).

С успехом можно применить и другие ОУ, например, 12 штук одинарных ОУ К140УД608 или 6 штук двойных, например, TL072. При необходимости фильтр можно настроить на другую частоту раздела. Резисторы и конденсаторы можно рассчитать исходя из формулы:


где, F — частота в кГц, R — сопротивление в кОм, С — емкость а мкФ.

Причем, резисторы R9, R10. R13, R14, R23, R24, R25, R26 принимаются как R, а резисторы R7, R8, R11, R12 принимаются как 2R, конденсаторы С5, С7, С6, С8, С11. С10, С9. С12, С14, С16 принимаются как С, а конденсаторы С15 и С17 принимаются как 2С.

Усилитель с фильтром для сабвуфера — простая схема

Вещь, о которой мы сейчас расскажем, как понятно из названия статьи, является самодельным усилителем для сабвуфера, в народе называемом «Саб». Устройство имеет активный фильтр НЧ, построенный на операционных усилителях, и сумматор, обеспечивающий ввод сигнала с выхода стерео.

Поскольку сигнал для схемы берется с выходов на акустические системы, нет необходимости вмешательства в работающий усилитель. Получение сигнала с динамиков имеет еще одно преимущество, а именно — позволяет сохранить постоянное соотношение громкости сабвуфера к стереосистеме.

Естественно, усиление канала сабвуфера можно регулировать с помощью потенциометра. После отфильтровывания высоких частот и выделения низких (20-150 Гц), звуковой сигнал усиливается с помощью микросхемы TDA2030 или TDA2040, TDA2050. Это дает возможность настройки выходной мощности басов по своему вкусу. В этом проекте успешно работает любой динамик НЧ с мощностью более 50 Ватт на сабвуфер.

Схема фильтра с УМЗЧ сабвуфера


Схема принципиальная ФНЧ и УМЗЧ сабвуфера

Описание работы схемы усилителя

Стерео сигнал подается на разъем In через C1 (100nF) и R1 (2,2 М) на первом канале и C2 (100nF) и R2 (2,2 М), в другом канале. Затем он поступает на вход операционного усилителя U1A (TL074). Потенциометром P1 (220k), работающем в цепи обратной связи усилителя U1A, выполняется регулировка усиления всей системы. Далее сигнал подается на фильтр второго порядка с элементами U1B (TL074), R3 (68k), R4 (150к), C3 (22nF) и C4 (4,7 nF), который работает как фильтр Баттерворта. Через цепь C5 (220nF), R5 (100k) сигнал поступает на повторитель U1C, а затем через C6 (10uF) на вход усилителя U2 (TDA2030).

Конденсатор С6 обеспечивает разделение постоянной составляющей сигнала предусилителя от усилителя мощности. Резисторы R7 (100k), R8 (100k) и R9 (100k) служат для поляризации входа усилителя, а конденсатор C7 (22uF) фильтрует напряжение смещения. Элементы R10 (4.7 k), R11 (150к) и C8 (2.2 uF) работают в петле отрицательной обратной связи и имеют задачу формирования спектральной характеристики усилителя. Резистор R12 (1R) вместе с конденсатором C9 (100nF) формируют характеристику на выходе. Конденсатор C10 (2200uF) предотвращает прохождение постоянного тока через динамик и вместе с сопротивлением динамика определяет нижнюю граничную частоту всего усилителя.

Защитные диоды D1 (1N4007) и D2 (1N4007) предотвращают появление всплесков напряжений, которые могут возникнуть в катушке динамика. Напряжение питания, в пределах 18-30 В подается на разъем Zas, конденсатор C11 (1000 — 4700uF) — основной фильтрующий конденсатор (не экономьте на его ёмкости). Стабилизатор U3 (78L15) вместе с конденсаторами C12 (100nF), C15 (100uF) и C16 (100nF) обеспечивает подачу напряжения питания 15 В на микросхему U1.

Элементы R13 (10k), R14 (10k) и конденсаторы C13 (100uF), C14 (100nF) образуют делитель напряжения для операционных усилителей, формируя половину напряжения питания.

Сборка сабвуфера

Вся система паяется на . Монтаж следует начинать от впайки двух перемычек. Порядок установки остальных элементов любой. В самом конце следует впаивать конденсатор C11 потому что он должен быть установлен лежа (нужно согнуть соответствующим образом ножки).


Плата печатная для устройства

Входной сигнал должен быть подключен к разъему In с помощью скрученных проводов (витой пары). Микросхему U2 обязательно необходимо оснастить радиатором большого размера.

Схему следует питать от трансформатора через выпрямительный диодный мост, фильтрующий конденсатор стоит уже на плате. Трансформатор должен иметь вторичное напряжение в пределах 16 — 20 В, но чтобы после выпрямления оно не превышало 30 В. К выходу следует подключить сабвуфер с хорошими параметрами — от головки очень многое зависит.

проектирование схемы и подбор основны элементов

Фильтры частот – это простейшие электрические цепи, АЧХ которых нелинейная. Сопротивление в таких цепях изменяется при изменении частоты сигнала. Состоять такая цепь может из одного или нескольких элементов цепи.

Краткое содержимое статьи:

Пассивные и активные фильтры низких частот

Пассивный фильтр состоит только из резисторов или конденсаторов. Они не требуют энергии для выполнения возложенных на них задач. Почти все пассивные фильтры обладают линейной характеристикой.

Активный фильтр включает в свою конструкцию транзистор или операционный усилитель. АЧХ такого фильтра благоприятнее чем у пассивного.

Спрашивается, зачем и где они применяются? У фильтров принцип действия следующий: поступающий на них сигнал фильтруется, и остаются только те сигналы, которые необходимы. Одной из областей применения таких устройств является электронная цветомузыка.

Характеристики частотных фильтров

Частота, при которой понижается амплитуда выходного сигнала, до значения 0,7 от входного, называется частотой среза.

Крутизна частотной характеристики фильтра. Она показывает, как резко меняется сигнал после того, как прошел фильтр. Чем больше будет угол, тем лучше.


Виды частотных фильтров

  • Одноэлементные;
  • Г,Т,П-образные;
  • Многозвездные. Они представляют собой последовательно подключенные Г-образные.

В данной статье будут рассмотрены схемы и устройство фильтра нижних частот.

Простейшие фильтр нижних частот своими руками

В домашних условиях вполне можно изготовить данное устройство и по качеству оно будет не сильно уступать магазинному аналогу. К тому же, дешевизна и простота конструкции окупит все вложенные усилия.

Какими будут характеристики

  • Частота среза – 300 Гц. Пропускаемый сигнал не будет выше данного показателя;
  • Требуемое напряжение –9/30 В;
  • Потребление электричества – 7 мА.

Что нужно для изготовления фильтра низких частот:

  • DD1 BA4558;
  • VD1 Д814Б;
  • C1, C2 10 мкФ;
  • С3 0,033 мкФ;
  • С4 220 нф;
  • С5 100 нф;
  • С6 100 мкФ;
  • С7 10 мкФ;
  • С8 100 нф;
  • R1, R2 15 кОм;
  • R3, R4 100 кОм;
  • R5 47 кОм;
  • R6, R7 10 кОм;
  • R8 1 кОм;
  • R9 100 кОм — переменный;
  • R10 100 кОм;
  • R11 2 кОм.

Инструкция, как правильно сделать простой фильтр

В схеме включающей в себя резистор R11, конденсатор С6, и стабилизатор VD1 собран блок, который стабилизирует входящее напряжение. Если подаваемое напряжение меньше 15 В резистор нужно удалить из схемы.

Элементы R1, R2, С1, С2 являются сумматорами входящих сигналов. Если на фильтр подается моносигнал, сумматор можно удалить. После этого необходимо подключить источник сигнала напрямую к следующему (второму) контакту.


DD1.1 является усилителем поступаемого сигнала, а на DD1.2 расположено устройство, не пропускающее высокие сигналы.

Далее фильтром входного сигнала служит R7, а R9, R10, С8 является регулятором звука. Его можно отключать, при этом С7 будет снят со звуковой дорожки.

Изготовление печатной платы

Мы описали схему, которую нужно использовать, теперь изготовим важнейший элемент, а именно печатную плату.

Необходимо взять стеклотекстолит, ширина которого должна быть 2 см, а длина 4 см. Для начала обезжирьте поверхность и тщательно ее отшлифуйте. Затем распечатав представленную ниже схему, перенесите ее на кусочек стеклотекстолита, соблюдая габариты. Рекомендуется использовать метод ЛУТ.

Обратите внимание!

Рисунок должен полностью отпечататься на поверхности заготовки, если не получилось сделать это с первого раза, можно дорисовать прерванные дорожки о руки.

Приготавливаем раствор, в котором будем травить стеклотекстолит. Вам необходимо взять 2 столовые ложки лимонной кислоты и 6 столовых ложек перекиси водорода и тщательно их перемешать. Для ускорения процесса перемешивания добавляем в щелочной раствор щепотку соли. Соль не участвует в процессе растворения.

Нужно поместить приготовленную заготовку с начертанными дорожками прямо в полученный раствор. Перед погружением убедитесь, что рисунок дорожки хорошо прорисован, иначе вы испортите поверхность.

Подождав немного убедитесь, что весь лишний медный слой растворился. Затем необходимо достать заготовку из емкости и промыть ее в проточной воде. При помощи ацетона удаляем чернила с платы.

Сборка

Для того, чтобы не ошибиться во время спаивания желательно использовать схему. Последовательно и аккуратно припаивайте все элементы.

Обратите внимание!

Заключение

Описанная выше схема должна заработать после первого включения. Никаких настроек фильтр не требует. Основные проблемы, которые могут возникнуть при запуске, связанны с некачественной сборкой или спайкой, в редких случаях с неисправностью применяемых элементов схемы.

В некоторых случаях звук не идет после включения фильтра. Чтобы исправить проблему требуется покрутить ручку переменного резистора. Если не помогло, проверьте все соединения в местах спайки.

Фото фильтров низких частот

Обратите внимание!

2.Создайте ощущение глубины

Глубина микса позволяет нам ощущать физическое расстояние между передней и задней частями звуковой сцены.

Если подумать о том, как мы воспринимаем звуки в повседневной жизни, то чем дальше от нас что-то находится, тем оно менее яркое и менее громкое. Мы можем изо всех сил пытаться услышать собственные мысли, когда идем по городскому транспорту, но обнаруживаем, что моторы и гудки сливаются в более сдержанный тон в квартале или около того от действия.

Эту же идею можно перенести в студию.Отфильтровывая верхние частоты и уменьшая уровень инструментов, мы смещаем их в конец микса. Вообще говоря, вокал, ударные и гитары остаются впереди, а перкуссия, пэды и клавиши располагаются немного дальше.

Вы также можете автоматизировать один инструмент для перемещения издалека в ближнее, поместив фильтр нижних частот на полосу канала и автоматизировав отсечку вверх. Получите максимальную отдачу от автоматизации DAW с помощью творческих подходов или, если вам нужно освежить знания, получите ответы на вопросы автоматизации, которые вы, возможно, слишком боитесь задать.

3. Уменьшение коллизий между инструментами с одинаковым звучанием

По замыслу фильтрацию лучше всего использовать, чтобы освободить место для звуков. В случае фильтра нижних частот это означает выборочное удаление высоких частот, чтобы можно было услышать инструменты верхнего диапазона.

Проект с несколькими широкими синтезаторами и вокальными слоями будет звучать загроможденным, так как все эти элементы конкурируют за одни и те же частоты. Новый инженер может попытаться бороться с этим, подняв верхние частоты вокальных треков, чтобы они выделялись, еще больше усугубляя проблему и создавая слишком яркий микс.

С другой стороны, если вы избавитесь от верхних частот в звуке, который на самом деле в них не нуждается, вы получите гораздо более безупречный результат, который на самом деле увеличит общую энергию. Если то, что вам нравится в синтезаторном треке, происходит в среднем диапазоне, уменьшите эти высокие частоты, чтобы вокал прозвучал легче. Хрустящие малые барабаны также могут конфликтовать с вокалом и могут лучше служить общему груву, если они слегка приглушены.

Мы часто прислушиваемся к тому, что нам следует добавить в микс, но в равной степени важно прислушиваться к тому, что мы должны удалить или уменьшить.

 Отличный способ научиться слышать эти дисбалансы — это контроль тонального баланса, который сопоставляет частотный состав вашего микса с выбранным вами эталоном — отдельной песней, набором песен или жанром. Узнайте, как эталонные треки влияют на микс из десятилетия в десятилетие.

Взгляните на приведенный ниже снимок экрана для справки — синие границы дают приблизительное представление о том, где ваша музыка должна располагаться в различных точках спектра, а белые линии отражают сравнение вашей музыки.

Регулятор тонального баланса

Полезный совет: Если ваши средние и высокие частоты постоянно остаются около или выше верхних границ, более яркие элементы в вашем миксе, возможно, должны быть сглажены. Если они приземляются рядом или ниже нижних границ, вы можете открыть эти фильтры.

4. Баланс ведущего и бэк-вокала

Чем больше вокальных треков вы добавляете, тем больше частот перекрывается и тем сложнее все услышать.Возможно, одно из самых больших столкновений, с которыми вы столкнетесь в миксе, происходит между лидами и фоном.

Чтобы выделить место для лидера, используйте низкие частоты для бэк-вокала, чтобы он действовал скорее как тень, чем как конкурент. Для улучшения разделения обычно требуются дополнительные сокращения по всему спектру.

Если вам трудно сбалансировать соло и фон, попробуйте уменьшить количество вокальных треков в вашей DAW. Слишком большое количество стеков будет сужать ваш микс и в конечном итоге будет стоить вам драгоценного запаса мощности и динамики.

Узнайте больше о вокале и о том, как создавать бэк-вокал, дополняющий соло.

5. Добавление края и прикуса  

Хотя обычно фильтры нижних частот используются для удаления частот, вы также можете использовать их, чтобы добавить в сигнал больше того, что вам нравится.

Возможно, в вашем звуке есть интересные верхние гармоники, но они слишком тихие. Поместите отсечку фильтра низких частот вокруг точки, в которой они теряют энергию, и слегка поднимите их, чтобы подчеркнуть их, как показано на снимке экрана ниже с узлом 8. Вы не хотите заходить слишком далеко, что создает квадратное ощущение в середине и резкость в высоких частотах.

Верхний совет: Чтобы предотвратить это, используйте более широкое усиление вместо узкого — первое дает более естественное ощущение и с меньшей вероятностью приводит к появлению артефактов.

Буст вокруг отсечки в нейтроне 3

Попробуйте то же самое на противоположном конце спектра с фильтром верхних частот.Вы можете аккуратно приручить более дикие инструменты в своем миксе, одновременно усиливая качества, которые вам больше всего в них нравятся, очень музыкальным способом.

6. Опасно! Действовать осторожно!

Как и все инструменты для микширования, вы можете переусердствовать с фильтрами низких частот, особенно если вы новичок. Но как узнать, что вы зашли слишком далеко?

В качестве эксперимента поместите фильтр нижних частот на выходной канал сеанса, а затем опустите порог среза до самой нижней точки. Вы заметите, как уходит яркость микса (особенно после того, как вы превысите 15 кГц), пока все, что у вас останется, не станет мутным низкочастотным супом.Снова переместите отсечку вверх и послушайте, как вернется яркость. Это должно показать вам, сколько энергии может быть потеряно, когда вы опрометчиво используете низкие частоты.

Хотя маловероятно, что кто-то будет применять такую ​​решительную фильтрацию ко всему миксу, чувствительность нашего уха к средним и высоким частотам может привести к тому, что мы будем скатывать больше, чем нужно, на богатых гармонических инструментах. Наша природная чувствительность ослабевает еще больше, когда мы проводим много часов в студии, и наступает усталость ушей.

Долгие часы в студии также означают многократное прослушивание микса. Если для начала слишком много фильтрации нижних частот, мы можем привыкнуть к приглушенному звуку и найти добавление высоких частот слишком резким по сравнению с ним. Вы можете предотвратить оба этих сценария, делая перерывы. Удивительно, насколько больше вы замечаете в миксе после 10-минутного перерыва.

Чтобы подчеркнуть важность сдержанности при фильтрации, послушайте следующий пример, в котором синтезаторный бас играет вместе с барабанным лупом.В первой части клипа установлена ​​слишком высокая частота среза и чрезмерно яркий бас, что отвлекает от его ритмической функции. Низкочастотный фильтр более четко работает во второй части клипа; Бас звучит басово и кажется округлым, но он также потерял остроту исходного сигнала. Возвращая немного яркости, бас возвращает свое отношение, не выходя за рамки своей роли, что вы можете услышать в третьей части.

Заключение

С помощью всего лишь одного параметра низкочастотные фильтры дают нам большой творческий и корректирующий контроль над нашими миксами.По этой причине они используются во всех стилях музыки для улучшения баланса и ясности.

Я уже давно предупреждал об опасностях чрезмерной фильтрации, поэтому не буду продолжать дальше, за исключением повторения того, что низкочастотный фильтр может создать столько же проблем, сколько и решить, если использовать его без ограничений.  Немного терпения, тренировки слуха и визуальной обратной связи управления тональным балансом, и у вас должно быть более чем достаточно, чтобы принимать наилучшие решения для вашего микса.

Переходя черту — PS Audio

В нашей продолжающейся серии статей о сабвуферах я решил разбить сабвуфер на четыре основные части: кроссовер, низкочастотный динамик, усилитель мощности и корпус.Сегодня приступим к обзору кроссовера.

Целью сабвуфера является усиление низких частот нашей стереосистемы. Мы хотим, чтобы он заполнил недостающие частоты в музыке, возможно, от 60 Гц до нескольких Гц. То, насколько высоко может подняться наш сабвуфер, зависит от низкочастотной характеристики основного динамика в комнате. Если у вас есть небольшой набор полочных динамиков, маловероятно, что они работают намного ниже 60 Гц, и в этом случае вам нужно, чтобы сабвуфер заполнял все, что ниже 60 Гц.Если, например, у вас есть полнодиапазонный напольный громкоговоритель, вы, вероятно, начнете с более низкой частоты, например, 30 Гц, и заполняете ее ниже. Но это никогда не бывает так просто.

Многое зависит от типа вашего громкоговорителя. Электростатический или ленточный динамик может похвастаться частотной характеристикой 30 Гц, но маловероятно, что какой-либо динамик плоского типа сможет двигать воздух на этих более низких частотах; несмотря на взвешенный ответ. Полезно помнить, что измеренный отклик, опубликованный производителем колонок, не всегда соответствует вашим ощущениям от прослушивания в вашей комнате.На самом деле редко совпадает.

Таким образом, наш сабвуфер должен взять на себя роль основного динамика. Для этого нам нужно убедиться, что сабвуфер не перекрывает выход основного динамика. Это сложная задача: одно заканчивается другим, плавно вступая во владение. На самом деле, это одна из самых сложных задач, которые у нас есть.

Большинство саб-кроссоверов довольно просты и состоят из фильтра нижних частот и регулятора громкости. Другие включают фильтр верхних частот, переменный наклон для фильтров, третьи предлагают управление фазой, а некоторые даже имеют встроенную систему калибровки. Давайте сосредоточимся на среднем диапазоне управления.

И позвольте мне добавить здесь кое-что. Я НЕ ценю и не рекомендую отключать низкие частоты наших основных динамиков. Я знаю, что это обычная практика в домашних кинотеатрах, но, на мой взгляд, это настоящее нет-нет. Давайте не будем слышать эти слова ободрения в этом направлении; чтобы я не попал в мыльницу и не начал проповедовать против зла, связанного с отключением полнодиапазонных громкоговорителей.

Фильтр низких частот — это основной инструмент кроссовера, который нам нужен.«Низкий проход» означает то, что он говорит. Минусы проходят, а максимумы нет. Возьми? Низкие «проходят», низкие проходят, высокие нет. Обычно есть регулятор частоты, позволяющий пользователю установить, насколько высокой может быть музыка, прежде чем она обрывается. Например, если фильтр нижних частот (иногда называемый фильтром низких частот) установлен на 40 Гц, это просто означает, что все, что ниже 40 Гц, прокачивается через сабвуфер, а выше 40 Гц — нет.

И сколько музыки выше 40 Гц (в этом примере) проходит? Это кирпичная стена? Должны ли мы понимать, что 40 Гц проходят, а 41 Гц нет? Нет, это, конечно, не так.Здесь в игру вступает наклон или скорость изменения.

Когда вы устанавливаете частоту на регуляторе фильтра нижних частот, результат не обязательно будет резким срезом. Обычно это означает, что выбранная частота будет на -3 дБ ниже. Выше этой частоты звук уменьшается (обычно) на 12 дБ/октаву. Что это означает? Это означает, что звук уменьшается на 12 дБ при каждом удвоении частоты. Таким образом, в этом примере с частотой 40 Гц звук на 12 дБ менее громкий при 80 Гц и на 24 дБ менее громкий при 160 Гц и так далее.

К этому моменту мы уже остекленели для многих людей.Подробнее завтра.

Разработка активного фильтра нижних частот

Согласно первой статье этой серии о разработке фильтров, мы узнали, что они важны для четкой коммуникации. Основная функция фильтров — подавлять или отфильтровывать компоненты смешанных частотных сигналов. По сути, они пропускают определенный диапазон частот, известный как «проходной изгиб», отклоняя (или подавляя) все другие частоты, называемые «стоп-изгибом».

Частота среза — это параметр, который разделяет эти два изгиба.В зависимости от проходного и остановочного изгибов существует четыре типа фильтров (фильтры нижних частот , фильтры верхних частот , полосовые фильтры и режекторные фильтры ). В этом уроке мы обсуждаем фильтры нижних частот или LPF.

ФНЧ пропускают все частоты ниже его частоты среза, останавливая все остальные.

ФНЧ первого порядка

  • Шаг 1: Выберите требуемую частоту среза.Например, предположим, что мы хотим, чтобы фильтр пропускал все частоты ниже 15 кГц, слышимые человеческим ухом. Это означает: FC = 15000 Гц
  • Шаг 2: Далее мы должны принять необходимое значение конденсатора. Она должна быть меньше 0,1 мкФ. Это необходимо для лучшей стабильности частоты. В этом случае примем C равным 4,7 нФ (нанофарад) 90 261.
  • Шаг 3: Теперь рассчитайте значение сопротивления по уравнению.

Пример расчетов, необходимых для определения сопротивления фильтра нижних частот первого порядка.

Наше предположение о емкости 4,7 нФ выглядит хорошо (или, по крайней мере, нормально!). Но что, если расчетное значение R намного меньше 1 К? Тогда нам пришлось бы принять другое значение для конденсатора, потому что значение R никогда не должно быть меньше 1,

.

  • Шаг 4: Выберите необходимое усиление полосы пропускания. Давайте возьмем 2. Теперь составьте уравнение…

Af = 1 + (R2 / R1)
2 = 1 + (R2 / R1)
R2 / R1 = 1
R2 = R1

Скриншот расчетов, необходимых для определения сопротивления фильтра нижних частот.

Стоит отметить, что операционный усилитель является активным компонентом и требует напряжения смещения +ve и -ve. Также можно проверить схему, подав вход через генератор сигналов и наблюдая за выходом на DSO или осциллографе, а также на плоттере Боде.

Принципиальная схема фильтра нижних частот первого порядка на основе ОУ LM741 IC.

Примечание : Я смоделировал приведенную выше схему в программе NI multisim 11 .Схематический проект также подготовлен с использованием того же программного обеспечения. Программное обеспечение доступно в виде бесплатного месячного пробного периода на веб-сайте National Instrument ( NI ). Приведенные ниже схемы также подготовлены с использованием программы multisim 11 и протестированы в ней.

Фильтр нижних частот второго порядка

  • Шаг 1: Для простоты предположим: R1 = R2 = R и C1 = C2 = C
  • Шаг 2: Выберите желаемую частоту среза. В этом случае используем: FC = 1 кГц = 1000 Гц
  • Шаг 3: Затем примите значение конденсатора C равным 10 нФ
  • Шаг 4: Рассчитайте значение R по

Расчеты, необходимые для определения сопротивления и коэффициента усиления в полосе пропускания для второго порядка ФНЧ.

Вот окончательный вариант:

Принципиальная схема фильтра нижних частот второго порядка на основе ОУ LM741 IC.

Фильтры нижних частот более высокого порядка
Фильтры более высокого порядка, такие как фильтры третьего, четвертого или пятого порядка, могут быть разработаны путем каскадирования секций LPF первого и второго порядка. Увеличение порядка увеличит затухание в полосе задерживания на 20 дБ.

На рисунке ниже показана эта концепция. Используя фильтр более высокого порядка, можно получить лучший отклик с жестким отстоем. Например, мы можем получить такой ответ, как холостой LPF.

Частота среза для всех ступеней одинакова, что означает, что значение RC всех ступеней также одинаково.

Обзор фильтра нижних частот третьего, четвертого и пятого порядка.

 

 

 

Project Video


Рубрики: Electronic Projects
С тегами: фильтр нижних частот
 

Усиление басов — активный и пассивный набор схем для всех

Эта статья посвящена методам усиления басов для систем, где это желательно, путем добавления цепей перед усилителем.

Бас — неприятная частота, но мы чувствуем себя неудовлетворенными, когда слушаем установку, в которой просто не хватает басов.

Теперь я настроил и использовал несколько схем усиления басов, и они могут поднять низкие частоты для систем, в которых используются небольшие динамики (например, портативные), или систем. которые имеют полочные динамики разумного размера, но отклик ниже 100 Гц все еще нуждается в небольшой помощи, особенно при прослушивании на низкой громкости.

Динамики подчиняются железному закону Хофманна — Небольшой корпус, высокая эффективность, низкие частоты — выберите любые два!

Для маленьких/миниатюрных колонок, особенно портативных, физика играет ограничение. Колонки в небольшой коробке/шкафу с небольшой перегородкой собираются с трудом воспроизводят частоты ниже 200 Гц и довольно быстро падают после 100 Гц. Помня о том, что маленькие портативные колонки должны иметь эффективность, поэтому они могут реагировать с низкими усилителями с батарейным питанием.В противном случае, при их размере, они бы перегрелись с большими усилителями.

Для небольших «hi-fi» динамиков, т. е. динамиков с портами для книжной полки или без портов с 4-5-дюймовыми драйверами, они могут работать достаточно хорошо, но отклик часто цитируется ниже. только до 70 Гц, и я по-прежнему предпочитаю подъем басов ниже 100 Гц, особенно когда я слушаю на малой громкости, например, когда я работаю и слушаю радио. В этих случаях обычные регуляторы тембра не работают так хорошо, поскольку регулировка басов может быть слишком «гулкой», так как она слишком сильно поднимается выше 100 Гц.

Динамики большего размера — это нормально, а моя основная система с напольными колонками не имеет усиления басов. Установки с сабвуферами также не нуждаются в усилении басов.

Но для других настроек здесь я представил некоторые решения для повышения требуемых частот. Это почти как фильтр громкости, только что из 80-х! Но они не усиливают высокие частоты.

Обратите внимание, что усиление басов имеет и обратную сторону — усилителю мощности потребуется больше мощности, чтобы обеспечить более высокое напряжение на этих частотах.Это уменьшит общую громкость, что приведет к более быстрому появлению искажений, как только вы увеличите громкость.

Даже если ваш усилитель достаточно мощный, также имейте в виду, что усиление басов приведет к большему отклонению динамиков, и они могут раньше достичь своего предела. особенно если это портированный динамик и ваше усиление ниже настроенной частоты портов.

Я также не рекомендую их для Hi-Fi систем, подключенных к проигрывателям винила/фоно.Усиление басов усилит неприятные частоты грохота (ниже 20 Гц), из-за чего страдают искажения и динамический диапазон.

Так что на самом деле эти схемы больше подходят для улучшения качества звука, когда вы слушаете музыку в гостиничном номере (тихо!), улучшая звук многих телевизоров. или радиоколонки, а не вечеринки с друзьями.

Ультрапростой — пассивный усилитель басов

Эта схема не является настоящим усилением басов (см. активные схемы ниже), это пассивная схема, которая фактически срезает частоты, кроме баса, оставляя бас близко к исходному входному уровню.

Это очень простая схема (показывает только один канал) с тем преимуществом, что она симметрична, поэтому не имеет значения, какой порт является входом/выходом.

В моем примере потери составляют 8 дБ для частот выше 1 кГц, потери около 2,6 дБ для частот около 100 Гц и минимальные потери (0,6 дБ) для басов в районе 40 Гц и ниже. Ниже вывод моделирования:

Как это работает, более высокие частоты могут проходить через конденсатор, и эта часть высокочастотного выхода уходит на землю через R3.Больше частоты начинают выглядеть как постоянный ток для конденсатора, и поэтому блокируются от замыкания на землю, ослабляясь только резисторами R1/R2.

Переключатель можно использовать для короткого замыкания конденсатора, поэтому все частоты проходят через резистор R3, что устраняет усиление басов, но дает тот же срез. частоты. В качестве альтернативы вы можете полностью обойти схему, но это даст неожиданный внезапный прирост общей громкости.

В моем сценарии заметно резкое снижение уровня звука при использовании, это ⅖ входной уровень в конце концов. К счастью, усилитель мощности I Использование в сочетании с выходом на наушники телевизора имеет достаточную мощность, хотя для достижения комфортной громкости прослушивания (и немного больше). Бас заметно теплее, но будучи пассивной схемой, она немного поднялась выше 100 Гц, но результат по-прежнему звучит лучше, чем без него.

В этом проблема пассивных цепей — общий срез может быть неприемлемым, а также на результат может влиять импеданс входа и выхода.

Если требуется меньшее «повышение», вы можете увеличить R3 до большего значения, чтобы меньший общий уровень опускался на землю.

Учитывая простоту схемы, для нее может даже не понадобиться печатная плата. Мне удалось втиснуть шесть резисторов, два конденсатора, два разъема 3,5 мм и ползунковый переключатель в отключите «усилитель», все в небольшой проектной коробке 4 x 3 x 2 см и подключите ее точка-точка.

Я использовал это на своем маленьком телевизоре во второй спальне, к которому подключен небольшой усилитель PAM8610 (10 Вт + 10 Вт) и несколько дешевых динамиков Eltax 2009 года. Это крошечный, висит вокруг задней панели телевизора, и, поскольку он не подключен к источнику питания, к нему подходят только два кабеля с разъемом 3,5 мм.

Пассивный блок усиления басов

Без крышки

Первоначальная пайка компонентов

Активное усиление

Вот несколько лучших версий. В отличие от пассивной схемы, они действительно усиливают басы.

Первая версия представляет собой простой неинвертирующий усилитель, который идеально подходит для установки в самодельные усилители или другие усилители, которые управляют относительно небольшими книжными полками. компьютерные колонки.

Он основан на одном операционном усилителе (на канал), и он должен питаться от раздельного источника питания. Раздельные блоки питания имеют положительную, отрицательную и линия заземления (0В). Обычно это +/-12В или +/-15В. Операционные усилители нуждаются в разделенных источниках питания, чтобы они могли выводить сигнал переменного тока, где аудиосигнал переменного тока становится положительным. и отрицательный по отношению к заземлению.

На приведенной выше схеме для простоты показан только один канал.Он также не показывает подключения источника питания — они идут прямо к контактам питания операционных усилителей. и должен быть зашунтирован конденсаторами 100 мкФ на землю и конденсатором 100 нФ непосредственно между положительной и отрицательной шинами. Поместите их как можно ближе возможно к контактам питания операционного усилителя (контакты 4 и 8 для двойного операционного усилителя).

С показанными значениями вы получите усиление на 6 дБ на частоте 50 Гц и до 7,6 дБ на частоте 20 Гц. На 100 Гц это 3,5 дБ, выравниваясь около 250 Гц.

Выбор ОУ не критичен. Если вы создаете стерео версию, для удобства выберите двойной операционный усилитель. Типичными деталями являются TL072 и NE5532.

Я построил и использовал аналогичный усилитель в своей спальне, который был подключен к радиоприемнику и набору небольших полочных колонок. Сверхнизкочастотный подъем был тонким и работает хорошо. Для меня это более дешевый и удобный вариант, чем добавление сабвуфера.

Неинвертирующая версия с однополярным питанием

Вышеупомянутая схема проста и рекомендуется, если у вас есть источник питания с раздельной шиной, но обычно системы, которым требуется усиление басов, небольшие системы, работающие от +12 В, + 5 В или просто от аккумуляторов, где отрицательная клемма заземлена, ноль вольт.

Следующая схема поддерживает именно это и работает от одного источника питания 5 В для удобства и может даже работать при напряжении до 3 В, если вы используете LMV358, или он будет работать от +9В до +24В со стандартными сдвоенными операционными усилителями, такими как 4458, TL072, NE5532 и подобными.Это усилит входной сигнал для более низких частот, так что ваша мощность Усилитель получает больший сигнал для этих частот, а впоследствии и ваши динамики.

Цель этой версии состояла в том, чтобы сделать очень маленькую схему с батарейным питанием, которую можно втиснуть в небольшие динамики и улучшить басовый отклик.

Напоминаем, что схемы на операционных усилителях проще создавать с раздельным источником питания. В своих Hi-Fi системах я использую +15В, -15В и заземление 0В.Требуются раздельные поставки для сигнала переменного тока, чтобы пойти положительный и отрицательный на землю.

Но для цепей с питанием от батареи / с одним источником питания мы можем использовать любой из этих вариантов:

  • Используйте две батареи последовательно, с линией 0 В, взятой от того места, где отрицательная клемма первой батареи встречается с положительной клеммой второй. Недостаток этого заключается в том, что при отключении от сети также требуется раздельный источник питания, что затрудняет работу, скажем, с USB-портом.
  • Используйте разветвитель — простой делитель напряжения (например, Project 43 на сайте sound-au.com) может разделить батарея или порт USB, обеспечивающий половинное напряжение для земли. Это становится проблемой, когда источник подает сигнал и заземляет питание — например, ноутбук, обеспечивающий заземление USB и аудио заземление через порт для наушников. Внезапно порт для наушников получает 2,5 В — не идеально!
  • Используйте разветвитель для смещения входного сигнала на операционный усилитель, создавая виртуальную опорную землю.Схема ниже делает это. Он смещает сигнал на добавляя половину напряжения (т. е. 2,5 В для 5 В) к сигналу переменного тока. Это позволяет сигналу переменного тока быть отрицательным до -2,5 В и положительным до 2,5 В.

Здесь используется третий вариант. Это позволяет мне без проблем подключать любую батарею, источник питания USB или блок питания с одним источником питания.

У этого метода есть некоторые недостатки, поэтому для hi-fi я рекомендую раздельное питание, но эта схема не совсем hi-fi!

  • Вам нужно использовать еще несколько компонентов.Для работы с раздельными направляющими можно уменьшить количество компонентов.
  • Меньшая стабильность — во входной сигнал могут быть введены колебания в питании, шипение и гул.
  • Отсечка низких частот — в цепи есть фильтры верхних частот (для блокировки постоянного тока), и поэтому они имеют точку отсечки -3 дБ, где начинаются низкие частоты. упасть. Однако для очень маленьких динамиков мы можем использовать это в своих интересах.Это потому, что мы можем обрезать частоты ниже 30 Гц, поскольку такие динамики все равно никогда не доберутся туда, так зачем тратить энергию!

Выбор операционного усилителя

Если эта схема построена с однополярным питанием +9 В или выше, сам операционный усилитель не имеет решающего значения, поскольку он может повышать напряжение без ограничения. NE5532, TL072 или даже скромный 4458 будет работать нормально, если у вас есть +12В.

Однако при одном источнике питания 5 В или ниже эти типичные операционные усилители не могут работать, поскольку они могут достигать напряжения питания только от 2 до 3 В.Смещение 2,5 В постоянного тока уже находится в пределах допустимых значений и не позволит пройти через него сигналу переменного тока до +/- 1 В.

Нам нужно что-то более современное. Существуют операционные усилители Rail-to-Rail, и многие из них удовлетворят требованиям. Я выбрал LMV358 (не путать с LM358) поскольку это один из самых дешевых операционных усилителей rail-to-rail. Это сдвоенный операционный усилитель, но он поставляется в корпусе 8SOIC (или даже меньшего размера, но это действительно сложно). припой для DIY!).Стандартные переходники DIP rail-to-rail встречаются редко, но вы можете дешево купить адаптеры SOIC-DIP, и я сделал именно это, чтобы создать прототип этой схемы на макетной плате. и я принес 10 из них для экспериментов, запасных частей и возможного использования в будущем.

Небольшой размер имеет преимущество — с помощью нескольких других компонентов для поверхностного монтажа и пайки с обратной стороны печатная плата может быть сделана очень маленькой! Смотрите инвертирующую версию ниже. я вполне доволен выбором LMV358, однако имейте в виду, что этот чип имеет максимальный запас 5.5 В, поэтому приложение ограничено питанием от USB или 3 батареями по 1,5 В. Для своих динамиков я использую либо усилитель PAM8403 с таким же ограничением по напряжению, либо мостовой TDA2822, который не должен потреблять более 6 В на одной шине. так что я не возражал.

Неинвертирующий — усиление басов для небольших динамиков

Это схема, которую я использую в своих мини-колонках PAM8403. Он обеспечивает хорошее усиление басов и делает звучание динамиков лучше, а не перегруженным. среднечастотный звук. Это схема, которую я рекомендую вам использовать, поскольку она работает хорошо.

Работа цепи

Итак, как это работает? Вот некоторые указатели с одним напряжением питания 5В:

  • R1 и R2 образуют делитель напряжения, чтобы получить смещение 2,5 В постоянного тока от 5 В. Это применяется к сигналу переменного тока после R3. Рекомендуемое значение: 100 тыс. (для более 5 В) или 33 тыс. (до 3 В) для устройств с батарейным питанием для снижения энергопотребления.Более низкие значения для R1/R2 уменьшают шипение и улучшают стабильность за счет мощности. потребление. Целью здесь является работа от батареи и работа от USB, поэтому меньшее потребление лучше для увеличения срока службы и большей громкости усилителя, когда это необходимо!
  • C1 предназначен для уменьшения шума на выходе постоянного тока делителя. 180 нФ или выше будут работать эффективно. Не делайте слишком большой, иначе время стабилизации, когда цепь будет увеличиваться. В моем я использовал 1 мкФ, удаляя любые шумы выше 0,2 Гц.
  • R3 — 1 МОм; резистор, соответствующий высокому входному сопротивлению операционного усилителя. Это нужно для того, чтобы C1 не снимал звуковой сигнал.
  • Конденсатор C2 действует как блокиратор постоянного тока, поэтому наше смещение 2,5 В, применяемое к сигналу, не возвращается к источнику, где оно может нанести ущерб. Это также фильтр верхних частот используется для обрезки частот от 160 Гц и ниже.Значение 10n дает мне спад после 63 Гц в сочетании с бустом, поэтому мой буст не повышает частоты. ниже этой частоты, поскольку маленькие динамики в любом случае очень неспособны воспроизводить эти частоты. Если вам это не нужно, сделайте C2 100n или выше.
  • C3 устанавливает повышающую частоту. На низких частотах C3 блокирует сигнал, заставляя вместо этого низкие частоты проходить через R5. Это та часть, которая обеспечивает усиление операционного усилителя. бас.Если вы хотите включить / выключить усиление, вы можете добавить переключатель «поражение» на короткое замыкание над C3.
  • R5 и R6 устанавливают усиление баса. При 12k и 22k максимальное усиление составляет 2,83 (9 дБ). Это рассчитывается как 1+(22/12) = 2,83. В дБ — это 20 * log (2,83) = 9.
  • C4 — еще один блокатор постоянного тока. Он также образует фильтр верхних частот с импедансом R6. Я использовал 3,3 мкФ, чтобы обеспечить комфортную частоту среза 4 Гц.
  • C5 блокирует постоянный ток от выходного сигнала (это будет иметь 2.смещение 5 В постоянного тока на блоке питания 5 В). Опять же, он образует фильтр верхних частот с импедансом усилителя. цепь подключена к. Сделайте C5 достаточно большим, чтобы справиться с различными импедансами усилителя. 1 мкФ при импедансе 10 кА (довольно типично) 15 Гц.
  • R4 дает нашей схеме более низкий входной импеданс, который требуется для некоторых источников, особенно если они предназначены для работы с наушниками.
  • Наконец, для стабильности необходимы обходные конденсаторы источника питания C7 (керамические емкостью 100 нФ, как можно ближе к микросхеме) и C6 (поляризованные электролитические).

Вы можете поэкспериментировать с частотой и усилением баса, отрегулировав C3 и R5. При 47нФ и 22к ответ будет выглядеть так:

Это довольно агрессивное усиление басов, поэтому отрегулируйте его по мере необходимости. Например, уменьшение R5 до 12k приведет к двукратному усилению.

Обратите внимание, что сигнал снова начинает обрезаться ниже 63 Гц. Если это нежелательно, увеличьте C2 до 100 нФ или выше.Вот как будет выглядеть ответ при вводе 100n конденсатор.

Приведенная выше схема предназначена для одного сигнала. Чтобы построить стереоверсию, продублируйте все, кроме R1, R2 и C1 — создание смещения 2,5 В можно разделить на оба канала.

Помните, хотя это и не показано, на входе питания на землю необходимы шунтирующие конденсаторы. Добавьте конденсаторы емкостью 100 нФ и 100 мкФ рядом с выводами 4 и 8 операционных усилителей. (меньший конденсатор находится ближе всего к операционному усилителю).

Одинарное питание Версия с инвертором

На схеме ниже показана схема для одного канала. Он находится в инвертирующей конфигурации — это дает нам возможность как резать, так и усиливать (неинвертирующая может только усиление), однако, если вы собираетесь комбинировать эту схему усиления басов с другими динамиками или сабвуфером, вы будете не в фазе с ними, что может гасить звуковые волны.

Следовательно, эта схема предназначена для использования с динамиками отдельно или с простым инвертирующим буфером, который после этого вернет фазу назад, как требуется.

Преимущество по сравнению с неинвертирующей версией, описанной выше, заключается в том, что на канал меньше на два компонента, а для работы с одним источником питания инвертирующие конфигурации обычно более эффективны. стабильный. Другим преимуществом является также возможность ослабления сигнала, что позволяет вам создать нечто среднее между обрезанием небасовых частот и усилением басов. в том случае, когда вам нужен серьезный подъем басов, не вызывающий клиппирования операционного усилителя.

Как работает инвертор? Вот несколько указателей:

  • R1 и R2 образуют делитель напряжения, чтобы получить 2.Смещение 5 В постоянного тока, которое применяется к сигналу переменного тока после резистора R3. Рекомендуется 100К (для более 5В) или 33К (для до 3 В) для устройств с батарейным питанием для снижения энергопотребления. Более низкие значения для R1/R2 уменьшают шипение и улучшают стабильность за счет мощности. потребление. Еще раз, целью здесь является работа от батареи и работа от USB, поэтому более низкое потребление лучше для более длительного срока службы и большей громкости на усилителе, когда требуется! Выход делителя напряжения подается на положительный вход операционного усилителя — в раздельном питании этот положительный контакт обычно подключается к земле, но здесь мы подключаем его к нашему 2. Виртуальная земля 5В.
  • C1 предназначен для уменьшения шума на выходе постоянного тока делителя. 180 нФ или выше будут работать эффективно. Не делайте слишком большой, иначе время стабилизации, когда цепь будет увеличиваться. В моем я использовал 1 мкФ, удаляя любые шумы выше 0,2 Гц.
  • Конденсатор C2 действует как блокиратор постоянного тока, поэтому наше смещение 2,5 В, применяемое к сигналу, не возвращается к источнику, где оно может нанести ущерб.Это также высокий проход фильтр, используемый для обрезки частот от 160 Гц и ниже. Значение 470n дает мне спад после 63 Гц в сочетании с бустом, поэтому мой буст не усиливается. частоты ниже этой частоты, так как маленькие динамики в любом случае очень неспособны воспроизвести эти частоты. Если вам это не нужно, сделайте C2 2 мкФ или выше.
  • C3 устанавливает повышающую частоту. На низких частотах C3 блокирует сигнал, заставляя вместо этого низкие частоты проходить через R5. Это часть, которая делает операционный усилитель усилить бас. Если вы хотите включить / выключить усиление, вы можете добавить переключатель «поражение» на короткое замыкание над C3.
  • Нормальный коэффициент усиления я сделал близким к единице — это R5 и R3 деленные на R6. Поскольку резисторы 39k и 18k оба вносят свой вклад в усиление небасовой частоты, резисторы параллельно рассчитываются как 1/((1/39) + (1/18)) — что дает 12,3к. Таким образом, нормальный коэффициент усиления составляет около 1,025.
  • R6 и R5 устанавливают усиление баса.С 39k и 12k максимальное усиление составляет 3,25 (5,2 дБ), но оно не совсем достигает этого из-за C2, который обрезает некоторые из нижних частот. частоты, как показано на графике частотной характеристики ниже.
  • C5 блокирует постоянный ток от выходного сигнала (это имеет смещение постоянного тока 2,5 В на блоке питания 5 В). Опять же, он образует фильтр верхних частот с импедансом усилителя этой схемы. подключен к. Сделайте C5 достаточно большим, чтобы справиться с различными импедансами усилителя.1 мкФ при импедансе 10 кА (довольно типично) дает срез на частоте 15 Гц.
  • R4 дает нашей схеме более низкий входной импеданс, который требуется для некоторых источников, особенно если они предназначены для работы с наушниками.
  • Наконец, как и в случае с неинвертирующей версией и любой схемой на операционных усилителях, шунтирующие конденсаторы источника питания C7 (керамические емкостью 100 нФ как можно ближе к микросхеме) и C6 (поляризованные электролитические) необходимы для стабильности.

Частотная характеристика аналогична инвертирующей версии, описанной выше, но с использованием стандартных конденсаторов и резисторов, которые легко достать. Не стесняйтесь, хотя для настройки используемых резисторов и конденсаторов в соответствии с частотной характеристикой, которую вы предпочитаете.

Обновление: симулятор на сайте partsim.com теперь кажется очень ненадежным. Я построил модель в LTSpice XVII, которую вы можете скачать здесь и не стесняйтесь экспериментировать с изменением значений и запуском моделирования.

Обратите внимание, что при включении питания будет слышен щелчок и движение динамика, пока конденсаторы заряжаются. Это нормально, и этого трудно избежать без отключения звука. схема. Многие микросхемы усилителей имеют контакты отключения звука, которые можно включить примерно через полсекунды, поэтому при подаче питания как на эту схему, так и на усилитель в то же время, вы избежите хлопка, включив звук усилителя примерно через полсекунды после него.

Инвертирование — Полная схема

Ниже приведена полная схема стерео версии и предварительные значения, с которых вы можете начать.

Я добавил переключатель для отключения наддува, что достигается закорачиванием C1. При коротком замыкании C1 вы получите небольшое сокращение объема, которое вряд ли будет заметно с резистором 1M для R3. Параллельное подключение резисторов R3 и R2 дает 44,8 кОм, что дает коэффициент усиления (44,8/47) = 0,95. Нормально закрытый или нажимной переключатель даст вам кнопку, которую вы нажимаете для усиления басов. Он должен быть двухполюсным для стерео.

В качестве альтернативы, усиление басов можно отключить путем полного обхода цепи с помощью переключателя DPDT для обхода стереосигнала.Однако сигнал изменит фазу, так как эта схема инвертирует его, когда активна.

В дополнение к приведенной выше схеме вы должны добавить шунтирующие конденсаторы к отрицательным и положительным контактам операционных усилителей (контакты 4 и 8). Это будет 100 нФ керамический конденсатор и электролитический конденсатор на 100 мкФ, показанные на полной схеме ниже. Эти конденсаторы должны быть как можно ближе к операционному усилителю. булавки.

В этой схеме также добавлены обходные конденсаторы на источнике питания 1/2 В — C2 имеет емкость 100 нФ, но для повышения производительности добавлен C8 емкостью 100 мкФ. электролитический.

Показанная схема дает довольно большое усиление — R3.1/R3.2 показаны как 1 МОм — это дает хорошие результаты, но поэкспериментируйте. В ходе тестов я обнаружил, что это Схема работает лучше после регулятора громкости. Прямое подключение к источнику иногда может вызывать проблемы, и я обнаружил, что при прямом подключении к телевизору или рации было абсолютно нормально, подключение к выходу для наушников для мобильных телефонов приводило к тому, что один канал не работал, а другой слегка искаженный.Это связано с тем, что R4 в базовой схеме отсутствует.

Чтобы решить эту проблему, поместите эту схему после регулятора громкости. Ниже показано, как я также добавил фильтр нижних частот, чтобы обрезать высокие частоты и уменьшить нагрузка на источник. Показано с конденсаторами 1k и 6,8 нФ, частоты выше 23 кГц будут ниже на -3 дБ. Однако я использовал 10 нФ, который будет ниже -3 дБ на частоте 16 кГц, что достаточно хорош для музыки и телевидения, и я сомневаюсь, что мои маленькие динамики в любом случае будут воспроизводить частоты выше этого.Вы можете настроить резистор и конденсатор в соответствии с — точка -3 дБ рассчитывается как 1 / (2πRC). Еще одной хорошей комбинацией будет 820 Ом и 10 нФ — 19,4 кГц -3 дБ.

При этом подключение мобильных телефонов к колонкам работало отлично, с хорошим усилением басов. В качестве альтернативы, если у вас уже есть регулятор громкости в вашем усилителя, вы можете добиться некоторого успеха (не проверено), просто поставив резистор 10k между входом и землей.

Ответ версии выше показан здесь:

Печатные платы

Я показываю здесь два разных типа печатных плат, хотя я могу добавить больше, если соберу их. Оба стерео и оба однополярные.

Первый — это печатная плата Stripboard/Veroboard для неинвертирующего усиления басов с использованием стандартных сдвоенных операционных усилителей, таких как TL072. Стриптиз легко доступен и хотя технически это прототип платы, она в любом случае прослужит годы.Эта версия предназначена для работы с напряжением +9 В и выше (примерно до +30 В).

Второй — изготовленная на заказ печатная плата для инвертирующей конфигурации. Все еще можно построить дома с помощью нескольких дешевых инструментов (см. руководство по сборке печатных плат), но для проектирования, сверления, рисования, травления и очистки требуется больше времени. В этой версии используется поверхностный монтаж. LMV358 и из-за этого очень мал и предназначен для работы при +5В.

Стрипборд — не инвертирующий

Эта версия, пожалуй, самая доступная для любителей! Все, что вам нужно, это паяльник, припой, маленькие бокорезы, разделочная доска и комплектующие. В идеале иметь также оплетку для удаления припоя, чтобы исправить ошибки, и резак для разделочных досок, чтобы сделать надрезы дорожек там, где это необходимо (небольшое сверло или какой-нибудь аккуратный инструмент). хотя работа с ножом тоже подойдет). На пайку у меня ушло около часа.

Будучи картоном, макет ограничен, и в результате он довольно большой, 7,3 x 3,7 см, но, возможно, все еще достаточно мал, чтобы его можно было использовать во многих проектах. Обычай Печатная плата с операционным усилителем в стиле DIP будет меньше, но, возможно, не , а намного меньше, поскольку мой макет ниже упаковывает компоненты довольно плотно, поскольку использует большую часть космос.

Эта схема предназначена для работы с 8-контактными операционными усилителями DIP со сквозным отверстием, такими как TL072, NE5532 или 4458. Всем им потребуется напряжение в идеале +12 В или выше, иначе они будут обрезаны. Если вам нужна схема, которая будет работать при напряжении 5 В, вам нужно выбрать операционный усилитель rail-to-rail, такой как LMV358. но вы все равно можете использовать макет Stripboard, если купите 8-контактный адаптер SOIP-DIP.

Ниже приведен макет, который я использовал.Будьте осторожны при воспроизведении.

На этом макете нужно сделать восемь разрезов дорожек, показанных оранжевыми квадратами. Это четыре дорожки, где находится DIP IC, но также четыре дополнительных дорожки, чтобы сделать. Один разрез дорожки находится над DIP, чтобы изолировать R Out и C5 с левой стороны от C3, R5 и перемычки с правой стороны. Два разреза гусеницы на левой руке сторону платы тоже нужно сделать — справа от С2 (нижний стык) и справа от R6 (нижний стык).Также есть один вырез, который нужно сделать на с правой стороны платы между C1 и C2. Я предлагаю сделать эти надрезы дорожек перед пайкой, так как припой может помешать и усложнить разрез. делать после.

Наконец, есть три дорожки для перемычек: одна слева от R5 с левой стороны, другая справа от R5 с правой стороны и одна на левый нижний угол ИС. Эти дорожки перемычек могут быть выполнены с ответвлениями от резисторов или конденсаторов.

Ниже показано, как получилось у меня. Все резисторы 1% металлопленочные. Входные конденсаторы C2 представляют собой зеленые конденсаторы из майлара и полиэстера, так как они были у меня и хорошо подходят. на трех полосах. С3 — полиэфирные ПЭТ конденсаторы (думаю, они очень старые!). Как было сказано ранее, эта схема не предназначена для Hi-Fi, поэтому не покупайте самые дорогие конденсаторы. Однако избегайте керамических, потому что их емкость падает, когда на них подается постоянное напряжение.Особенно это будет касаться С3.

Печатная плата — неинвертирующая

Платы здесь просверлены вручную и нарисованы устойчивым к травлению пером, а также протравлены хлоридом феррита. Это дешево и просто, и на самом деле надежно и легко паять, но у вас может быть оборудование, чтобы сделать лучше, чем это.

Чтобы увидеть неинвертирующую версию, см. мою статью о портативных колонках PAM8403. Обратите внимание, что некоторые компоненты исключены, например конденсаторы блокировки постоянного тока на входе (поскольку используется трансформатор) и конденсаторы на выходе (поскольку они уже есть в PAM8403).

Плата инвертора

Это ультракомпактная версия, в которой используются конденсаторы поверхностного монтажа LMV358 и 100 нФ для входных конденсаторов C3 и конденсатора делителя напряжения. С2.

Ниже вытравленная разводка перед пайкой.

Моя нарисованная версия печатной платы. Я всегда предпочитаю сначала рисовать макет платы карандашом на бумаге, чтобы потом внести поправки. Затем я пробиваю отверстия с помощью компаса. так что я могу перевернуть и использовать этот бумажный шаблон в качестве шаблона для сверления доски.

Припаянная сторона платы.

Верхняя сторона платы.

Обратите внимание, что дизайн моей печатной платы можно улучшить, и вам также следует учитывать следующие моменты:

  • Поменяйте местами R4 с конденсатором — конденсатор должен быть между источником напряжения (два резистора) и стоком (операционный усилитель)
  • Конденсатор C6 емкостью 100 мкФ также должен находиться между входом V (исток) и стоком (операционный усилитель), а не в том положении, в котором я его указал.Я позже спаял это в нижней части платы вплотную к V in и Ground, но можно включить в конструкцию.

Обратите внимание, что моя плата использовала конденсаторы 2,2 мкФ вместо 1 мкФ на выходах — они будут работать так же хорошо.

Благодаря специальной печатной плате, операционному усилителю SOIP, резисторам для поверхностного монтажа и повторному использованию делителя напряжения для обоих стереофонических операционных усилителей в результате получается очень маленькая плата. Легкий и удобный для любого проекта, он улучшает звук моих маленьких динамиков, делая их более теплыми и объемными, чем они есть на самом деле!

Я протестировал эту схему с питанием от USB и двумя немного использованными батарейками типа АА (менее 3 В) — обе работали нормально.

Некоторые ссылки, которые помогли мне с этой схемой:
http://www.partsim.com
https://sound-au.com/articles/eq.htm
http://www.antonine-education.co.uk /Pages/Electronics_5/Filters/active_filters.htm
http://ta2020.huuryuu.com/usbDAC_e.html
http://electronics.stackexchange.com/questions/153911/single-supply-op-amp-audio-amplifier
http://www.swarthmore.edu/NatSci/echeeve1/Ref/SingleSupply/SingleSupply.html
http://stompville.co.uk/?p=470
https://en.wikipedia.org/wiki/Йозеф_Антон_Хофманн

стратегий оптимизации

стратегий оптимизации

MSO допускает ряд подходов к оптимизации. Вы можете оптимизировать интеграцию сабвуферов только друг с другом или включить в оптимизацию и основные динамики, чтобы оптимизировать интеграцию сабвуферов и сателлитов. Использование MSO требует, чтобы у вас было какое-то устройство DSP с доступными фильтрами IIR, чтобы эквалайзер, усиление и задержка могли применяться к каждому сабвуферу индивидуально.Альтернативы можно классифицировать следующим образом.

  • Для оптимизации только сабвуферов используйте AVR с частотой кроссовера (или LPF LFE), временно установленной на максимально допустимую частоту перед выполнением измерений.
  • Для оптимизации сабвуферов, основных динамиков и их интеграции друг с другом выберите частоту кроссовера, установите кроссовер на эту частоту, а затем выполните необходимые измерения с основными динамиками, установленными на маленькую частоту.
  • В некоторых редких случаях вы можете использовать MSO для определения оптимальной частоты кроссовера. Это потребует, чтобы у вас было устройство обработки сигналов, которое можно настроить для подачи монофонического сигнала на сабвуферы без обычного фильтра нижних частот, используемого в системах с управлением басами, и подачи отдельных сигналов на основные динамики без обычного фильтра высоких частот. фильтр. Такие устройства встречаются редко.
    • Использование MSO для оптимизации частоты кроссовера здесь не рассматривается.Он был перенесен в отдельную тему из-за его сложности и сильной зависимости от конкретного используемого оборудования.
  • Используйте AVR или pre-pro без обычного кроссовера, используя конфигурацию, рекомендованную Эрлом Геддесом.
    • Этот метод не следует использовать, если у вас есть портированные основные динамики, которые не защищены фильтрами верхних частот, поскольку подход Геддеса не использует кроссовер, а значит, и фильтры верхних частот на основных динамиках.
    • Такие фильтры верхних частот необходимы для портированных основных динамиков, чтобы предотвратить чрезмерное отклонение на частотах ниже их частоты настройки коробки.Исключением из приведенного выше правила может быть использование некоторых активных профессиональных аудиомониторных динамиков, которые уже включают такой фильтр верхних частот для защиты, например, JBL Pro 708p.
    • Этот метод сейчас устарел. Обсуждение перенесено в отдельную тему.
  • Используйте HTPC, настроенный для применения DSP к каждому сабвуферу отдельно и, при необходимости, к основным динамикам.

Причина различных типов конфигурации

Два типа конфигурации (только подсистема и подсистема+сеть) существуют, потому что существуют два разных набора правил, касающихся допустимого количества и положения блоков задержки для двух типов.Например, при добавлении блоков задержки и усиления пользовательский интерфейс MSO накладывает ограничения, обеспечивающие соблюдение этих правил. Эти правила существуют для предотвращения возникновения проблем сходимости во время оптимизации.

Существуют и другие правила, которые различаются между типами конфигурации. Например, вы должны выбрать фиксированный опорный уровень в параметрах оптимизации для конфигурации «только подсистема», но допустимо использовать либо фиксированный, либо автоматический контрольный уровень для конфигураций подсистема+сеть.

Оптимизация только сабвуферов

При подготовке к выполнению измерений, необходимых для оптимизации только сабвуферов с MSO, вы должны установить частоту кроссовера AVR или pre-pro (или его «LPF of LFE») на максимально допустимую частоту. Выбираете ли вы частоту кроссовера или LPF LFE, зависит от того, как вы подаете входной сигнал на AVR. Если вы используете один из основных каналов громкоговорителей через аналоговое или HDMI-возбуждение, временно установите частоту кроссовера на максимальное допустимое значение.Если вы подаете сигнал HDMI через канал HDMI 4, временно установите LPF LFE на максимально допустимую частоту. Перед выполнением измерений обязательно прочтите рекомендации по измерению.

Использование мастеров для оптимизации только сабвуферов

Чтобы использовать MSO для оптимизации только сабвуферов, а не их интеграции с основными динамиками, вы должны создать и использовать «конфигурацию только сабвуферов» для своего проекта. Поскольку все известные дополнительные конфигурации также являются стандартными конфигурациями, следует использовать мастер импорта измерений для импорта измерений и мастер конфигурации для создания конфигурации.

Когда вы запустите мастер импорта измерений, вы увидите следующую страницу мастера.

Выберите параметр для импорта только дополнительных данных

Выберите Только дополнительные данные, как показано на изображении выше. После выбора файлов для импорта вам будет представлена ​​страница мастера ниже.

Выберите «Запустить мастер настройки»

Выберите вариант запуска мастера настройки. Следуйте инструкциям мастера настройки, чтобы создать свою конфигурацию.Использование Мастера импорта измерений и Мастера настройки подробно обсуждается в руководстве и далее в справочнике.

Оптимизация сабвуферов и сетей

Перед выполнением измерений, необходимых для MSO, установите частоту кроссовера вашего AVR на желаемое значение. Измерения следует выполнять с установленным кроссовером в соответствии с инструкциями в разделе измерений.

Использование мастеров для оптимизации сабвуферов и сетей

Большинство конфигураций с подводными и сетевыми блоками, которые необходимо оптимизировать, являются стандартными конфигурациями, для которых можно использовать мастер импорта измерений и мастер настройки. По возможности следует использовать мастера, чтобы избежать ненужной работы. Когда вы запускаете мастер импорта измерений, на первой странице мастера вы можете выбрать импорт только вспомогательных данных или данных как вспомогательных, так и основных. Это показано ниже. Выберите параметр для импорта данных вспомогательного и основного динамика.

Выберите параметр для импорта данных вспомогательного и основного динамика

После выбора файлов для импорта вам будет представлена ​​страница мастера с вопросом, хотите ли вы запустить мастер настройки. Выберите вариант запуска мастера настройки, как показано на изображении выше.Когда мастер настройки запустится, он спросит вас, хотите ли вы создать конфигурацию только для подчиненных устройств или конфигурацию с вспомогательными устройствами и сетью. Выберите Конфигурация с сабвуферами и сетью, как показано на изображении ниже.

Создайте конфигурацию с данными вспомогательного и основного динамика

Затем просто следуйте инструкциям мастера, чтобы создать конфигурацию. Пошаговые инструкции по завершению работы мастера настройки см. в учебнике.

Создание конфигурации «Аббас+сеть» вручную

При использовании нестандартной конфигурации мастер настройки использовать нельзя.В таких случаях необходимо использовать ручную процедуру создания конфигураций.

При использовании ручной процедуры для создания конфигураций сабвуфер+сеть добавление фильтров к каналам сабвуфера является частью задачи. Не добавляйте кроссоверные фильтры нижних или верхних частот, так как их эффект уже будет присутствовать в измеренных данных. Любые фильтры, добавленные в MSO, отражают 90 152 изменения по сравнению с измеренным состоянием 90 155 . При использовании фиксированной частоты кроссовера выберите «Инструменты», «Параметры проекта» в главном меню MSO и убедитесь, что флажок «Корректировать субизмерения для удаления отклика субфильтра нижних частот» не установлен.

Использование HTPC с фильтрами, реализованными в программном обеспечении

Современные многоканальные аудиоинтерфейсы для профессионального аудио, наряду с программным обеспечением, имеющим возможности DSP, таким как Equalizer APO и JRiver Media Center, открывают интересные возможности для систем с несколькими сабвуферами без использования AVR или предусилителя-процессора. Поскольку они очень гибкие, трудно дать конкретные рекомендации относительно их работы с MSO. Тем не менее, есть несколько рекомендаций, которые обычно применимы.

  • Перед измерением настройте программное обеспечение маршрутизации сигналов для сети, сабвуферов и других источников, чтобы нужные сигналы поступали на правильные громкоговорители, включая маршрутизацию суммированных сигналов основного канала на вспомогательные каналы.
  • При измерении запустите как основные громкоговорители, так и сабвуферы «на полную мощность», без высоких частот для сети и без низких частот для сабвуферов.
  • В главном меню MSO выберите «Инструменты», «Параметры проекта» и убедитесь, что флажок «Исправить вспомогательные измерения для удаления отклика вспомогательного LPF» не установлен.

MSO имеет встроенную поддержку экспорта файлов конфигурации Equalizer APO. Использование Equalizer APO для двухканальных установок с несколькими сабвуферами обсуждается в разделе Двухканальные настройки с несколькими сабвуферами с использованием MSO и Equalizer APO.

Author:

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.