Фильтры акустических систем расчет программа на русском. Акустические системы

JBL Speakershop включает в себя две независимые программы: Enclosure Module и Crossover Module.

Enclosure Module предназначен для определения необходимого объема и размеров корпусов низкочастотных громкоговорителей. Качество звучания конструкции оценивается в режиме нормального уровня прослушивания (анализ на малых сигналах, включающий групповую задержку, фазовую и амплитудно-частотную характеристику, величину сопротивления звуковой катушки) и при максимальной громкости (анализ на больших сигналах, учитывающий индекс термальной акустической мощности на средних частотах и максимальную мощность при различных отклонениях).

Утилита Enclosure Module позволяет самостоятельно выбирать два направления конструирования корпусов: с учетом конкретных динамиков или путем подбора подходящих динамиков для уже имеющегося корпуса (ограниченного пространства). Рассматриваемый модуль программы предлагает моделирование корпусов с фазоинвертором пользовательской, оптимальной и рассчитанной на уникальную полосу частот конструкций, корпусов с пассивным излучателем, а также закрытых систем оптимального или пользовательского типа. Одновременная демонстрация конструкции всех типов облегчает их сравнительный анализ. В программе описывается строение и основные параметры корпусов каждого типа, присутствуют списки их достоинств и недостатков. Для начинающих есть файл помощи, облегчающий работу, а также прилагаются примеры с соответствующими примечаниями и инструкциями.

Набор минимальных параметров, необходимых для конструирования корпуса, включает в себя название фирмы-производителя и номер модели, а также значение резонансной частоты динамика, объем воздуха с упругостью равной упругости подвеса динамика и добротность устройства с учетом всех потерь. Полный же список параметров включает в себя длинный ряд механических, электрических и комбинированных значений проектируемого девайса. Помимо прочего JBL Speakershop Enclosure Module строит графики максимальной звуковой мощности, амплитудно-частотной характеристики (нормированной и при подаче тестового сигнала 2,83 В), сопротивления звуковой катушки, групповой и фазовой задержек.

Вторая часть программы JBL Speakershop — Crossover Module — предназначена для определения параметров фильтров-кроссоверов, разделяющих сигнал на низкие и высокие частоты. Утилита проводит расчет двух- и трехполосных пассивных разделительных систем первого, второго, третьего и четвертого порядков с применением целого ряда типовых фильтров: Чебышева, Бесселя, Баттерворта, Гаусса, Лежандра, Линквица-Райли и некоторых других. Результатом работы является построение подробной электрической принципиальной схемы уникальной кроссоверной системы с подробным описанием каждого элемента.

В России программа JBL Speakershop получила широчайшее распространение среди радиолюбителей, занимающихся разработкой собственных автомобильных акустических систем. Однако рассчитанные и построенные в данной утилите амплитудно-частотные характеристики звуковоспроизводящей автомобильной системы весьма неточны и сильно зависят от особенностей конструкции конкретной машины. Для правильной работы в программу необходимо вводить дополнительные данные, например передаточную функцию салона автомобиля.

Программа JBL Speakershop была создана в 1995 году специалистами американской компании JBL . Компания входит в объединение «Harman International Industries», специализирующейся на производстве акустических систем высокого класса и сопутствующей им электроники. Продукция JBL стала основой для разработки стандарта THX, а динамические головки компании используется в автомобилях ведущих мировых производителей.

Язык интерфейса JBL Speakershop только английский. Однако в Интернете существует подробнейшее описание работы на русском языке.

Системные требования к утилите минимальные. JBL Speakershop работает в операционной системеMicrosoft Windows, включая ее последние версии: Vista и 7. Единственное исключение — отсутствие поддержки 64-разрядных операционных систем.

Распространение программы: бесплатная

Скачать JBL Speakershop

(cкачиваний: 5819)

http://cxem.net/software/JBL_speakershop.php

Программа UniBox для расчета акустических систем с различными типамиакустического оформления:

  • закрытый ящик (Closed Box)
  • фазоинвертор (Vented Box)
  • система с пассивным радиатором (Passive Radiator Box)
  • банд-пасс (Bandpass Single Tuned Box)

Очень простая и логичная программа, работает в оболочке Microsoft Windows Excel 2000. По отзывам, нормально функционируют и под Excel 97, если он соответсвующим образом обновлен. Позволяет симулировать уровень звукового давления, кривую импеданса динамиков, АЧХ и многое другое.

Speaker Workshop

Программа расчета акустики и сабвуферов Speaker Workshop. Позволяет производить расчет корпусов, фильтров; различные измерения: импеданса динамиков, АЧХ, гармоничеких искажений, пассивных компонентов (конденсаторов, катушек индуктивности, резисторов); и многое другое. Имеется описание по работе с программой на русском языке. Рекомендуем .

JBL SpeakerShop

Программа расчета акустики и сабвуферов JBL SpeakerShop. JBL SpeakerShop состоит из двух независимых и взаимодополняющих частей: Enclosure Module — для расчета акустического оформления и Crossover Module — для расчета параметров разделительных фильтров. Кроме того, имеется база данных по динамикам различных производителей. Рекомендуем .

BassBox 6 Pro

Одна из лучших, в своем роде, программ для расчета акустических систем всех типов: закрытый ящик, фазоивертор, bandpass, а также для замера параметров динамических головок. Огромная база данных параметров динамиков, практически всех, известных производителей. Рекомендуем .

Очень полезная программа для графического отображения (рисования) схем и печатных плат. В Вашем распоряжение: удобный интерфейс и более 1300 стандартных элементов — не придется «прорисовывать» каждую микросхему или резистор. Приятная прога:-). Рекомендуем .

PSU Designer

Очень полезная программа. С ее помощью легко рассчитываются любые источники питания — мостовые, одно- и двухполупериодные, на кенотронах и диодах, с L и C-фильтром. В базе данных уже содержатся необходимые данные наиболее популярных выпрямителей, вам остается лишь задать напряжение на вторичной обмотке сетевого трансформатора и ток (сопротивление) нагрузки. Программа симулирует форму напряжения и тока в любой точке схемы и предупреждает, если какое-нибудь предельно допустимое значение для выпрямителя превышено. Новая версия PSU Designer позволяет сохранять файлы и редактировать их (информация с сайта «Салон AV»)

Speaker Workshop

Программа расчета акустики и сабвуферов Speaker Workshop позволяет производить расчет корпусов, фильтров; различные измерения: импеданса динамиков, АЧХ, гармоничеких искажений, пассивных компонентов (конденсаторов, катушек индуктивности, резисторов); и многое другое. Имеется описание по работе с программой на русском языке.

JBL Speakershop

UniBox (Unified Box Model)

Программа для расчета акустических систем различного типа закрытый ящик (Closed Box) фазоинвертор (Vented Box) система с пассивным радиатором (Passive Radiator Box) банд-пасс (Bandpass Single Tuned Box) Очень простая и логичная программа, работает в оболочке Microsoft Windows Excel 2000. По отзывам, нормально функционируют и под Excel 97, если он соответсвующим образом обновлен. Позволяет симулировать уровень звукового давления, кривую импеданса динамиков, АЧХ и многое другое. На сайте производителя можно найти базу по многим известным динамикам: Кроме этого, Вы можете вручную добавлять характеристики динамиков и создавать новые базы данных

WinSpeakerz

Программа для расчета сабвуферов WinSpeakerz — правописание как в оригинале — работа некоего Джона Мерфи, компания TrueAudio. Программа вполне коммерческая, стоит около 130 долларов, а бесплатно выдается демо-версия, без базы данных по динамикам и прочих прелестей (включая руководство на 150 страницах). Программа по-настоящему хороша, поскольку, кроме прочего, имеет специальную функцию для учета внутрисалонной акустики.

Crossover Elements Calculator

Программа для расчетов упрощенной цепи Цобеля, L-Pad цепей для динамиков, корректирующего звена чувствительности высоких частот, все необходимые параметры катушки индуктивности, встроенная утилита рутинного суммирования элементов «правилом резисторов», рекомендует тип корпуса акустики под динамическую головку.

Расчет Катушек для Динамиков

Программа для расчетов Программа для расчета звуковой катушки динамика. катушек индуктивности. и.т.д. Зная внутренний и наружный диаметр катушки, подставив желаемое сопротивление, и количество рядов. Вы получите намоточные данные катушки, и некоторые справочные данные.Диаметр провода выбирают в меньшою сторону от расчетных, пусть лучше будут больше зазоры чем больше шуршания.

NCH Gen

Генератор звуковых частот и сигналов спецформы NCH Tone Generator — простенькая в обращении программа, генерирующая (при наличии присутствия звуковой карты) сигналы синусоидальной формы (с коэффициентом гармоник около 0,01%)…, …прямоугольной (со вполне пристойными фронтами)… …пилообразной, и т.д. Есть и сигнал со спектром белого шума, к нему, правда, есть некоторые претензии. Здесь — шумовой сигнал производства NCH T. Gen (красным) и встроенного генератора SpectraLab (синим). Второй — тоже не идеальный, но лучше.

WinISD Pro Alpha

предназначена для расчета акустических систем фазоинверторного и закрытого типа Эта программа выгодно отличается от подобных продуктов тем, что ее легко освоить даже с английским интерфейсом. WinISD имеет собственную обширную базу электродинамических головок со всеми возможными параметрами. Параметрами Тилля Смола и геометрическими размерами. Так же имеется возможность пополнять базу динамиков своими драйверами с помощью эдитора.Имеется упрощенный расчет двухполосных пассивных фильтров I и II порядков. И шести различных вариантов активных фильтров. Так же есть встроенный генератор звуковых частот, который будет очень полезен при настройке АСОписание WinISD Pro Alpha на русском языке

WinISD beta

для расчета систем фазоинверторного и закрытого типа Я лично использовал программу WinISD в качестве дублирующего расчета фазоинвертора акустических систем на базе автомобильных динамиков . Программа на удивление точно рассчитывает фазоинвертор учитывая даже виртуальное увеличение объема ящика при заполнении его звукопоглощающим материалом.

Power Port

Программа расчета фазоинвертора типа Power Port (патент фирмы Polk Audio) Эту программу придумал Мэтт Полк и Джордж Клопфер Идея в том, чтобы снизить скорость на выходе тоннеля фазоинвертора и одновременно уменьшить его длину при сохранении настройки. Программа расчета устроена как файл Excel. Чтобы вся эта штука не открывалась в браузере, она заархивирована в ZIP.

VASCalc

Программа для расчета эквивалентного объема головки. Программа написана в Microsoft Excel. Программа для расчета эквивалентного объема головки методом добавочной массы.

Harmon3way

Программа расчета интерференционных искажений АЧХ. Программа написана в Microsoft Excel. Все просто и понятно. Программа расчета интерференционных искажений АЧХ работы Г.Татевяна

Blaubox

Программа для расчета сабвуферов BLAUBOX — творение Блаупункта, как ясно из названия,- программа вполне и безусловно бесплатная. Несколько упрощенная и грубоватая графика вполне компенсируется тем, что программа работает, во-первых, быстро, во-вторых, может рассчитывать все три основных типа сабвуферов (закрытый ящик, фазоинвертор, полосовой сабвуфер), в-третьих — чрезвычайно проста в обращении, в-четвертых — может рисовать рабочие чертежи ящика по результатам расчета. Вот примеры выдаваемых результатов: АЧХ двух одновременно рассчитываемых сабвуферов и эскиз ящика.

Perfect Box 4.5

Программа для расчета сабвуферов Perfect Box 4.4 — предпродажная версия программы, при этом почти полностью укомплектована функциями и опциями. Внешне — грубоватая ДОС-овская вещь. На деле — лучшая, на мой взгляд программа, если наловчиться. Рассчитывает закрытые ящики и фазоинверторы.

В качестве приданного идет довольно большая база данных по динамикам, легко Вами пополняемая по мере возникновения надобности, а также вещь малополезная, но забавная — программа EQ2.EXE , с помощью которой можно рассчитать звено активной коррекции АЧХ. Программа завязана на основную по параметрам частоты и добротности корректирующего фильтра.

Box Plot 2

Программа для расчета сабвуферов Boxplot 2 — предпродажная версия программы, в связи с чем часть функций не работает. Главное достоинство — программа очень поучительна, поскольку прямо на экране можно варьировать параметрами H = fb/fs (отношение частоты настройки фазоинвертора к резонансной частоте головки и ALPHA = Vas/Vb (отношение эквивалентного объема головки к объему ящика, в том числе и закрытого). Через пять минут работы с программой человек, никогда в жизни не читавший ничего по теории громкоговорителей уже знает наиболее важные зависимости. Для практических расчетов программа не очень удобна из-за урезанных функций, хотя при некотором навыке работать можно. Впрочем, если кто желает заплатить 25 долларов — там где-то сказано — куда…

P.X.O.

Программа расчета пассивных кроссоверов Программа PXO (Passive X-Overs), как и положено по возрасту, работает под DOS и работает отлично. Вы выбираете частоту (или частоты, для трехполосной системы) раздела, крутизну скатов от 6 до 24 дБ/окт и тип фильтра (Баттерворт, Линквиц-Рили и т.д.), а взамен получаете графики всех основных характеристик и номиналы элементов, входящих в цепи фильтров, причем последние схематически изображены в нижнем окне пользовательского интерфейса.

Примечание: Когда все будет сделано по Вашему вкусу, естественно возникнет вопрос «Как рассчитать индуктивность?» — готовых-то их нет, в отличие от конденсаторов. Для этого служит еще более простая программа, приведенная ниже — COILS.EXE

Coils (russ)

Coils

Программа расчета индуктивности Если у кого проблемы с кириллицей под DOS — с англоязычным инерфейсом.

СКАЧАТЬ

Design tools pulse transformers – простая программа для точного расчета импульсных трансформаторов двухтактных мостовых, полумостовых и push-pull преобразователей источников питания. Исходя из полученных данных расчетов, полученных в программе, можно изготовить импульсный трансформатор с оптимальными настройками.

Symmetrical multivibrator – бесплатная программа для расчётов симметричных мультивибраторов с коллекторно-базовыми связями на двух биполярных транзисторах. В справке программы можно найти формулы, по которым программа рассчитывает вводимые данные.

LC-filter – простая программа для расчета пассивных реактивных Г-образных фильтров, которые применяются для сглаживания пульсаций напряжения в источниках питания. LC-фильтры используются для устранения помех в приемниках телевизоров, радио и прочих бытовых электроприборах, которые возникают при работе источника питания.

Filter for acoustic system – бесплатная программа для расчётов шести вариантов кроссоверов — пассивных фильтров для акустических систем. Число динамических головок в колонке — одна, две или три. В справке программы приведены рекомендации по расчёту кроссоверов и расчётные формулы.

Трёхполосные акустические системы, состоящие из трёх динамиков, являются самым удачным решением для высококачественного звуковоспроизведения. В них используются три типа звуковых головок. Они отличаются по размеру, конструктивным особенностям и полосе воспроизводимых частот. Для разделения всего частотного диапазона выдаваемого усилителем низкой частоты используются полосовые фильтры-кроссоверы. В них используются конденсаторы дроссели и, реже, резисторы.

Сделать своими руками фильтр для динамика НЧ очень просто.Основным элементом устройства является индуктивность или дроссель. Катушка включается последовательно с низкочастотным динамиком.

Фильтр для низкочастотного динамика

Фильтр нижних частот из дросселя и конденсатора большой ёмкости называется схемой Баттерворта второго порядка. Он обеспечивает спад частот выше частоты среза до 12 dBна октаву. Схема работает следующим образом. Индуктивность в LC контуре выполняет функцию переменного резистора. Его сопротивление прямо пропорционально частоте ивозрастает с увеличением диапазона. Поэтому высокие частоты практически не попадают на НЧ динамик. Такую же функцию выполняет и конденсатор. Его сопротивление обратно пропорционально частоте и он включается параллельно громкоговорителю.

Поскольку схема устройства должна хорошо пропускать низкие частоты и обрезать высокие, то конденсаторы такого устройства имеют большую ёмкость.Пассивный фильтр для динамика может быть выполнен по более сложной схеме. Если соединить две схемы Баттерворта последовательно, то получится устройство четвёртого порядка из двух индуктивностей и двух конденсаторов. Оно обеспечивает спад частотной характеристики низкочастотного громкоговорителя в 24 децибела на октаву.

Для того чтобы выровнять частотную характеристику и более точно согласовать схему Баттерворта и динамик, между катушкой индуктивности и конденсатором, включается резистор с небольшим сопротивлением. Для этой цели лучше использовать проволочные резисторы.

Фильтры для динамиков своими руками

Сделать фильтр для динамика совсем не сложно. Он состоит всего из двух элементов – конденсатора и катушки индуктивности. Рассчитать параметры радиоэлементов для пассивной схемы низкой частоты второго порядка проще всего на онлайн калькуляторе. Там можно задать желаемый уровень среза и сопротивление акустической головки. Программа выдаст требуемую ёмкость конденсатора и индуктивность катушки. Например, выбран уровень среза 150 Гц, а сопротивление динамика равно 4 Ом. Калькулятор выдаст следующие значения:

  • Ёмкость конденсатора – 187 мкф
  • Индуктивность катушки – 6,003 мГн

Требуемую ёмкость можно получить из параллельно соединённых конденсаторов К78-34, которые специально разработаны для работы в акустических системах. Кроме того есть обновлённая линейка конденсаторов аналогичного типа. Это KZKWhiteLine. В качестве недорогих аналогов, радиолюбители часто используют конденсаторы типа МБГО или МБГП.

Катушка индуктивности на 6 мГн наматывается на оправке диаметром 1 см и длиной 6 см. Поскольку катушка не имеет магнитного сердечника в качестве бобины можно использовать цилиндр из любого материала, на который для удобства намотки, нужно сделать щёчки. Для намотки используется медный провод типа ПЭЛ диаметром 1 мм. Длина проволоки 84 метра. Намотку нужно делать виток к витку.

С целью снижения интермодуляционных искажений при звуковоспроизведении громкоговорители Hi-Fi систем составляют из низкочастотных, среднечастотных и высокочастотных динамических головок. Их подключают к выходам усилителей через разделительные фильтры, представляющие собой комбинации LC фильтров нижних и верхних частот.

Ниже приведена методика расчета трехполосного разделительного фильтра по наиболее распространенной схеме.

Частотная характеристика разделительного фильтра трехполосного громкоговорителя в общем виде показана на рис. 1. Здесь: N – относительный уровень напряжения на звуковых катушках головок: fн и fв – нижняя и верхняя граничные частоты воспроизводимой громкоговорителем полосы; fр1 и fр2 – частоты раздела.

В идеальном случае выходная мощность на частотах раздела должна распределяться поровну между двумя головками. Это условие выполняется, если на частоте раздела относительный уровень напряжения, поступающего на соответствующую головку, снижается на 3 дБ по сравнению с уровнем в средней части ее рабочей полосы частот.

Читайте также:  Как почистить ручки у электроплиты

Частоты раздела следует выбирать вне области наибольшей чувствительности уха (1. 3 кГц). При невыполнении этого условия, из-за разности фаз колебаний, излучаемых двумя головками на частоте раздела одновременно, может быть заметно «раздвоение» звука. Первая частота раздела обычно лежит в интервале частот 400. 800 Гц, а вторая – 4. 6 кГц. При этом низкочастотная головка будет воспроизводить частоты в диапазоне fн. fp1. среднечастотная – в диапазоне fp1. fр2 и высокочастотная – в диапазоне fр2. fв.

Один из распространенных вариантов электрической принципиальной схемы трехполосного громкоговорителя приведен на рис. 2. Здесь: B1 – низкочастотная динамическая головка, подключенная к выходу усилителя через фильтр нижних частот L1C1; В2 – среднечастотная головка, соединенная с выходом усилителя через полосовой фильтр, образованный фильтрами верхних частот C2L3 и нижних частот L2C3. На высокочастотную головку В3 сигнал подается через фильтры верхних частот C2L3 и C4L4.

Расчет емкостей конденсаторов и индуктивностей катушек производят исходя из номинального сопротивления головок громкоговорителя. Поскольку номинальные сопротивления головок и номинальные емкости конденсаторов образуют ряды дискретных значений, а частоты раздела могут варьироваться в широких пределах, то расчет удобно производить в такой последовательности. Задавшись номинальным сопротивлением головок, подбирают емкости конденсаторов из ряда номинальных емкостей (или суммарную емкость нескольких конденсаторов из этого ряда) такими, чтобы получившаяся частота раздела попадала в указанные выше частотные интервалы.

Тип конденсатора Емкость, мкФ
МБМ 0,6
МБГО, МВГП 1; 2; 4; 10
МБГП 15; 26
МБГО 20; 30

Емкости конденсаторов фильтров С1. С4 для различных сопротивлений головок и соответствующие значения частот раздела приведены в табл 2.

Zг,0м 4.0 4.5 5.0 6.5 8.0 12,5 15
С1,C2, мкф 40 30 30 20 20 15
fp1, Гц 700 840 790 580 700 520
С3,С4, мкф 5 5 4 4 3 2 1,5
fр2,кГц 5,8 5,2 5 4,4 4,8 4,6 5,4

Легко видеть, что все значения емкостей могут быть либо непосредственно взяты из номинального ряда емкостей. либо получены параллельным соединением не более чем двух конденсаторов (см. табл. 1).

После того как емкости конденсаторов выбраны, определяют индуктивности катушек в миллигенри по формулам:

Поскольку полное сопротивление головки является частотнозависимой величиной, для расчета обычно принимают указанное в паспорте головки номинальное сопротивление Zг, оно соответствует минимальному значению полного сопротивления головки в диапазоне частот выше частоты основного резонанса до верхней граничной частоты рабочей полосы. При этом надо иметь в виду, что фактическое номинальное сопротивление различных образцов головок одного и того же типа может отличаться от паспортного значения на ±20%.

В некоторых случаях радиолюбителям приходится использовать в качестве высокочастотных головок имеющиеся динамические головки с номинальным сопротивлением, отличающимся от номинальных сопротивлений низкочастотной и высокочастотной головок. При этом согласование сопротивлений осуществляют, подключая высокочастотную головку В3 и конденсатор С4 к различным выводам катушки L4 (рис. 2), т. е. эта катушка фильтра играет одновременно роль согласующего автотрансформатора. Катушки можно намотать на круглых деревянных, пластмассовых или картонных каркасах с щечками из гетинакса. Нижнюю щечку следует сделать квадратной; так ее удобно крепить к основанию – гетинаксовой плате, на которой крепят конденсаторы и катушки. Плату крепят шурупами ко дну ящика громкоговорителя. Во избежание дополнительных нелинейных искажений катушки должны выполняться без сердечников из магнитных материалов.

Пример расчета фильтра.

В качестве низкочастотной головки громкоговорителя используется динамическая головка 6ГД-2, номинальное сопротивление которой Zг=8 Ом. в качестве среднечастотной – 4ГД-4 с таким же значением Zг и в качестве высокочастотной – ЗГД-15, для которой Zг=6,5 Ом. Согласно табл. 2 при Zг=8 Ом и емкости С1=С2=20 мкф fp1=700 Гц, а при емкости С3=С4=3 мкф fр2=4,8 кГц. В фильтре можно применить конденсаторы МБГО со стандартными емкостями (С3 и С4 составляют из двух конденсаторов).

Читайте также:  Зимний декор комнаты своими руками из бумаги

По приведенным выше формулам находим: L1=L3=2,56 мГ; L2=L4=0,375 мГ (для автотрансформатора L4 – это значение индуктивности между выводами 1-3).

Коэффициент трансформации автотрансформатора

На рис. 3 показана зависимость уровня напряжения на звуковых катушках головок от частоты для трехполосной системы, соответствующей примеру расчета. Амплитудно-частотные характеристики низкочастотной, среднечастотной и высокочастотной областей фильтра обозначены соответственно НЧ, СЧ и ВЧ. На частотах раздела затухание фильтра равно 3,5 дБ (при рекомендуемом затухании 3 дБ).

Отклонение объясняется отличием полных сопротивлений головок и емкостей конденсаторов от заданных (номинальных) значений и индуктивностей катушек от полученных расчетом. Крутизна спада кривых НЧ и СЧ составляет 9 дБ на октаву и кривой ВЧ – 11 дБ на октаву. Кривая ВЧ соответствует несогласованному включению громкоговорителя 1 ГД-3 (в точки 1-3). Как видно, в этом случае фильтр вносит дополнительные частотные искажения.

Примечание от авторов:

В приводимой методике расчета принято, что среднее звуковое давление при одной и той же подводимой электрической мощности для всех головок имеет примерно одинаковое значение. Вели же звуковое давление, создаваемое какой-либо головкой, заметно больше, то для выравнивания частотной характеристики громкоговорителя по звуковому давлению эту головку рекомендуется подключать к фильтру через делитель напряжения, входное сопротивление которого должно быть равно принятому при расчете номинальному сопротивлению головок.

РАДИО N 9, 1977 г., с.37-38 E. ФРОЛОВ, г. Москва

Расчет кроссовера для акустики75

Расчет кроссовера

Кроссоверы для акустики авто самодельные

Чтобы подключить 2-полосную(см.Акустическая двухполосная система и ее преимущества) или другую акустику с большим количеством полос к 1 каналу усилителя или ГУ, нужно некое отдельное устройство, разделяющее сигнал. При этом оно должно выделять для каждой полосы свои частоты. Именно такие устройства и называются фильтрами или кроссоверами.

Примечание. В комплекте с компонентной акустикой, как правило, уже идет пассивный кроссовер. Его готовил производитель и он рассчитан уже изначально.

Но что делать, если нужно разделить частоты по иной схеме (к примеру, если комплект акустики собран из отдельных компонентов)?В этом случае речь идет о расчете кроссовера.Отметим сразу, что рассчитать кроссовер совершенно не сложно и даже можно самостоятельно изготовить его.

Кроссоверы для акустики на авто Пионер профессиональные

Ниже приводится инструкция о том, как рассчитать кроссовер:

  • Скачиваем специальную программу. Это может быть Crossover Elements Calculator на компьютер;

Специальная программа для расчета кроссовера Crossover Elements Calculator

  • Вводим сопротивления низкочастотного и высокочастотного динамиков. Сопротивление – это номинальное значение сопротивления акустики, выражаемое в Ом. Как правило, средним значением является 4 Ом;
  • Вводим частоту раздела кроссовера. Здесь полезно будет знать, что частоту надо вводить в Гц, но ни в коем случае не в кГц.

Примечание. Если кроссовер второго порядка, то надо еще ввести тип кроссовера.

  • Получить ожидаемый результат можно, нажав на кнопку расчета.

Читайте также:  Как покрасить пластиковый подоконник в домашних условиях

Кроме того, надо знать следующее:

  • Емкость конденсаторов, а вернее их значение вводится в Фарадах;
  • Индуктивность рассчитывается в Генри (mH).

Схема расчета фильтра выглядит примерно так:

Как рассчитать фильтр

Фильтры разного порядка

Чтобы ясно понимать схему расчета кроссовера(см.Самодельные кроссоверы для акустики и их предназначение), нужно понимать разницу между фильтрами разного порядка. Об этом и пойдет речь ниже.

Примечание. Существуют несколько порядков кроссовера. В данном случае порядок означает параметр кроссовера, который характеризует его способность ослаблять не нужные частотные сигналы.

Первый порядок

Схема 2-х полосного кроссовера этого порядка выглядит следующим образом:

2-полосный кроссовер 1-го порядка

По схеме видно, что ФНЧ или фильтр низких частот построен на катушке индуктивности, а фильтр высоких частот – на конденсаторе.

Примечание. Такой выбор компонентов не случаен, так как сопротивление катушки индуктивности повышается прямо пропорционально увеличению частоты. А вот что касается конденсатора, то здесь обратно пропорционально. Получается, что такая катушка отлично пропускает НЧ, а конденсатор отвечает за пропуск ВЧ. Все просто и оригинально.

Фильтр частот по схеме 1-го порядка

Пассивный кроссовер

Что такое в акустике кроссовер

  • Согласовать параметры и значение фильтров с характеристиками излучателей колонок очень сложная штука;
  • В процессе эксплуатации может наблюдаться нестабильность параметров акустической системы. К примеру, если повысится сопротивление звуковой катушки при нагреве. В связи с этим значительно ухудшится достигнутое в процессе разработки согласование;
  • Фильтр, обладая внутренним сопротивлением, забирает некоторую часть выходной мощности усилителя. Одновременно с этим ухудшается демпфирование, а это сказывается на качестве звучания и четкости передачи нижнего регистра.

Что такое кроссовер в акустике

  • Первый диапазон предназначается исключительно для низких и средних частот. В данном случае используется кроссовер для нижних частот или ФНЧ;
  • Второй диапазон предназначен для ВЧ. Здесь уже используется другой фильтр ФВЧ.

Примечание. Вариантов реализации фильтра может быть несколько, но он все должно отвечать определенным канонам.

Ниже приводится список требований, которым обязательно должен соответствовать кроссовер:

  • Фильтр не должен оказывать влияния на частотный спектр и волну выходящего аудиосигнала;
  • Должен создавать для усилителя, независимую от частоты нагрузку активного характера;
  • Должен суметь обеспечивать вместе с акустическими системами формирование диаграммы направленности. Это должно быть реализовано так, чтобы до слушателя доходило максимум излучения.

Кроссовер АС очень важен

«Фильтр для акустической системы 3.0.0.0» (770кб), позволяющая рассчитывать 6 разновидностей пассивных фильтров для акустических систем (кроссоверов).

image общий вид программы

Методика расчёта базируется на предположении, что обе головки в полосе разделения имеют одинаковые и чисто активные сопротивления. Сопротивление провода, соединяющего усилитель с акустической системой (АС), не рассматривается, так как оно не входит в рассчитываемую цепь «фильтры-головки». Внутри акустического агрегата должны использоваться короткие проводники большого сечения. Учитывая это, сопротивлением потерь в монтаже пренебрегаем.

Часто динамические головки имеют разные омические сопротивления. Например, низкочастотная головка имеет сопротивление 4 Ом, а высокочастотная 8 Ом; планируется подключать головки к фильтру второго порядка. Для выравнивания сопротивлений можно параллельно высокочастотной головке и её звену фильтра подключить шунтирующий резистор номиналом 8 Ом или ещё одну высокочастотную головку сопротивлением 8 Ом. При сопротивлении низкочастотной головки 8 Ом и высокочастотной 4 Ом можно последовательно с высокочастотной головкой включить резистор номиналом 4 Ом или вторую высокочастотную головку сопротивлением 4 Ом.

Все головки акустической системы должны быть правильно сфазированы: при подключении маломощного источника постоянного тока к входным зажимам АС диффузоры всех головок должны двигаться в одном направлении. При этом для фильтра Баттерворта второго порядка при синфазном включении головок на стыке полос разделения наблюдается провал, а при противофазном включении – подъём. Подъём можно уменьшить, изменив частоту разделения фильтра.

Названия фильтров, принятые в программе, были записаны согласно топологии подключения элементов АС, а не по авторству их изобретателей. Фильтры Баттерворта и Линквица-Райли имеют одинаковую. схему соединения, равное количество элементов. Разница в номиналах деталей. Для расчёта фильтра, устанавливаемого в колонку, не требуется знать, например, что фильтр Линквица-Райли включает чётное число фильтров Баттерворта.

При расчётах в данной программе мы задаёмся одинаковым и чисто активным сопротивлением головок. Но полное сопротивление головок на частоте разделения имеет значительную индуктивную составляющую, и чем выше частота, тем эта составляющая больше. Индуктивные сопротивления высокочастотной и низкочастотной головок также не равны. Головка, у которой больше керн и больше витков (обычно низкочастотная) имеет большее индуктивное сопротивление на частоте разделения. Любая из некомпенсированных индуктивных составляющих головок на частоте разделения приводит к частотным искажениям. При расчёте желательно учитывать индуктивные сопротивления. Индуктивность низкочастотной головки следует принять меньше расчётной на величину индуктивности головки на частоте разделения. Если полное сопротивление высокочастотной головки больше, чем у низкочастотной, то для выравнивания сопротивления высокочастотного звена нагрузки фильтра шунтируют высокочастотную головку резистором. Номинал резистора обычно подбирают экспериментально, так как без измерения полного сопротивления высокочастотной головки на частоте разделения его расчёт не представляется возможным. В радиолюбительских условиях измерить полные сопротивления головок весьма сложно. Этим обусловлено предположение (допущение) пункта 1. Фильтры желательно делать под конкретную акустическую систему, учитывая АЧХ и ФЧХ установленных в неё динамических головок. Но измерение акустических АЧХ и ФЧХ в радиолюбительской практике – обычно дело очень сложное. Поэтому часто рассчитывают фильтр, а потом экспериментальным путём настраивают акустическое оформление колонки. В любом случае нужно обеспечить приемлемые АЧХ и ФЧХ всей акустической системы.

Диапазон частот, приведённый в паспортных данных на головку, должен быть шире полосы частот, в котором головка работает в АС, на две октавы при использовании фильтра с крутизной 6 дБ / октава и на одну октаву при использовании фильтров с крутизной 12 дБ / октава. Частота разделения двухполосной системы обычно выбирается от 400 Гц до 1200 Гц. В трёхполосной системе низкочастотное звено обычно работает на частоте от 300 Гц до 600 Гц, а среднечастотное – от 2 кГц до 5 кГц.

Для фильтров второго порядка и трёхполосного фильтра по схемам ёмкости конденсаторов C1 = C2, а индуктивности катушек L1 = L2.

Рассчитываемые фильтры 1 порядка обеспечивают крутизну спада 6 дБ / октава, а фильтры 2 порядка – 12 дБ / октава. Фильтр трёхзвен- ной АС состоит из фильтров 2 порядка (элементы C1, C2, L1, L2) и 1 порядка (элементы C3, L3).

Рассчитанные ёмкости конденсаторов могут составлять десятки и даже сотни микрофарад. Для схемы с включением головки через разделительный конденсатор (высокочастотного фильтра 1 порядка) обычно можно использовать полярный электролитический конденсатор, подключив его в соответствии с полярностью. Для схем фильтров 1, 2 порядка и трёхполосного фильтра использование полярных конденсаторов недопустимо. Но из двух полярных конденсаторов можно сделать один неполярный. Для этого два электролитических конденсатора соединяют последовательно, «плюс» одного к «плюсу» другого. Ёмкости каждого из двух электролитических конденсаторов должны быть вдвое больше ёмкости результирующего неполярного конденсатора. Следует понимать, что такая замена может ухудшить качество звучания. Максимально допустимое напряжение каждого из конденсаторов АС должно быть больше прикладываемого к ним пикового напряжения. Например, выходная пиковая мощность усилителя составляет Pп = 200 Вт, а омическое сопротивление динамической головки R = 8 Ом. По следующей формуле вычисляем пиковое значение напряжения Uп: Катушки фильтров и головок обладают индуктивностью. При работе АС в моменты изменения уровня звукового сигнала на этих элементах возникает ЭДС самоиндукции, которая может быть больше пикового значения напряжения. Поэтому конденсаторы кроссовера должны быть выбраны с запасом по напряжению. Чем больше запас, тем лучше.

Скачать справку (110кб)

Е. А. Москатов http://moskatov.narod.ru

Оцените статью
Рейтинг автора
5
Материал подготовил
Илья Коршунов
Наш эксперт
Написано статей
134
А как считаете Вы?
Напишите в комментариях, что вы думаете – согласны
ли со статьей или есть что добавить?
Добавить комментарий