Основни положения при проектирането на пасивни филтри за озвучителни тела
Публикувано отZmej Време: Friday, August 13 @ 03:51:31 UTC
Със Съдействието на zmej
В кратък текст ще се опитам да разгледам основните положения при проектирането на пасивни филтри
за озвучителни тела.
В кратък текст ще се опитам да разгледам основните положения при проектирането на пасивни филтри
за озвучителни тела.
За по-голяма яснота при обясненията ще имам предвид двулентова система.
И така, първият, и може би най-важен въпрос е - от кой ред да е филтъра? Отговорът на този въпрос
е строго индивидуален, зависи преди всичко от избраните високоговорители и честоти на срез. Тук е
момента да подчертая, че честотата на срез е нещо относително и практически точната й стойност се
установява чак след фината донастройка на филтъра... Та, за реда на филтъра - основното положение
е - колкото по-нисък ред, толкова по-добре (естествено, ако високоговорителите го позволяват).
Максималният ред на филтъра в озвучително тяло според мен трябва да е 3-ти (18dB/oct) - и то само
за редки случаи на високочестотни драйвери, чувствителни на претоварване. 'Нормалният' ред на
филтъра според мен е 2-ри, в някои случаи е подходящо използването и на 1-ви ред филтри за
нискочестотните драйвери (има случаи и с нулев ред ;) ), а в много редки случаи е възможно
използването на 1-ви ред филтър и за високочестотни драйвери.
По-високият ред филтри води до
по-лоша фазово-честотна характеристика и, в повечето случаи това се отразява пагубно на impulse
responce-a (реакцията на единичен импулс) на озвучителното тяло.
И още нещо - не е задължително
редът на филтрите за високочестотния и за нискочестотния драйвер да е еднакъв.
И така, идва моментът на грубото изчисление на стойностите на елементите на основния филтър.
Избират се честотите на срез - на ниския и високия драйвер (не е задължително да са еднакви, а и
пратиката показва, че в много редки случаи са), за тази цел са ни необходими
амплитудно-честотните характеристики на двата драйвера, като първо приближение се избират
честоти, в които характеристиките на драйверите се припокриват достатъчно (но и това е много
относително - ако примерно ниския свири добре и неговото АЧХ пада плавно, без пикове, е добра
идея този високоговорител да се остави да свири до по-високо).
След това се събират 'филтрираните
на ръка' характеристики на двата драйвера и ако се получи достатъчно 'гладка' характеристика, се
продължава по-натам с фината донастройка на филтъра.
Може би пропуснах да отбележа, че в началото, при сметките за филтъра, е АБСОЛЮТНО необходимо към
високоговорителите да се свържат подходящо изчислени Zobel-звена за компенсация на импеданса на
високоговорителите.
Трябва да се има предвид, че тeзи звена компенсират (донякъде, не напълно)
ефекта от индуктивността на намотката на високоговорителя, но не и ефекта от механичния резонанс
на системата (в някои случаи, достатъчно редки, е необходимо да се компенсира и ефекта на
механиката на системата, но, както споменах, тези случаи са доста редки).
При фината настройка
може да се 'играе' със Zobel-звената, в някои случаи даже е желателно да се премахнат.
Включването на тези звена е необходимо, защото филтрите се изчисляват (във всички случаи) за
активен товар, а това в случая е доста далеч от реалността, и като резултат без тези звена
реалната характеристика няма нищо общо с 'изчислената'.
Дотук си говорихме за АЧХ, сега ще си поговорим малко за фазите. Трябва да се има предвид, че
както филтрите променят фазата на сигнала, който излъчва съответния говорител, така и самите
високоговорители не излъчват с еднаква фаза. Едната от причините е, че не са напаснати фазовите
центри на самите високоговорители (ами опитайте се да си припомните колко многолентови
озвучителни тела сте видели с 'вкопани' около 2см високочестотни високоговорители). Има и други
причини, все свързани с 'отделното' разположение на високоговорителите, както и с конструкцията
им, но няма да се спирам на тях - там няма какво да се направи.
Та малко повече за фазовите
центри. Ясно е, че става въпрос за междинните честоти - тези, които се излъчват и от двата
високоговорителя. Та, 'фазов център' ще наричам това разстояние между центровете на двата
високоговорителя (в дълбочина), при което те излъчват синфазно за честотата по средата на среза
на двата филтъра. А 'център на високоговорителя' е равнината, успоредна на мембраната и пресичаща
я в точките, с които (с чиято си вътрешна част) високоговорителят излъчва за тази честота.
Това
разстояние може да се намери и експериментално, но всъщност 'идеята' е да се докарат върховете на
куполчетата на двата високоговорителя горе-долу в една равнина. Оттам нататък основно влияе
фазовата разлика, която се дължи на разделителните филтри. Всъщност затова мнозинството формули
за смятане на филтри смятат на -3dB (а не както е нормално на -6dB, което е ниво 50%), а именно
за да отчетат 90-градусовата разлика във фазите, породена от самите филтри, и съответно, да
изравнят резултатната амплитуда в точката на срез (защото събирането на две синусоиди с различна
фаза дава в резултат синусоида с амплитуда, обратно пропорционална на фазовата разлика на
изходните синусоиди - по точно, сборът на синусоидите по косинус от разделената на две фазова
разлика).
Та, след малко играчка вече ще имаме и грубо изравнената АЧХ на цялата система, както и
фазово-честотната й характеристика (която НЕ Е просто събиране на фазите на високоговорителите и
тези на филтрите в общ кюп), като в някои случаи е необходимо да се обърне фазата на
високочестотния високоговорител.
При нееднакви чувствителности на драйверите е необходимо да се
изравнят чувствителностите им чрез добавяне на последователни резистори или делители към
по-чувствителния драйвер.
И оттук нататък вече идва 'тънката' работа по фината донастройка на системата, за която просто не
могат да се дават съвети, всичко зависи от конкретния случай. Дотук и не ни бяха необходими кой
знае какви измервания, оттук нататък еталонния микрофон и точен тонгенератор са просто
задължителни (и, естествено, 'чиста' стая).
От една страна, за да могат наистина да се измерят
АЧХ на високоговорителите, които са доста по-'назъбени' от тези в datasheet-a, и, от друга
страна, да се измери всяка промяна в системата на филтрите. Тук вече се гласят точните настройки
на разделителните честоти за максимално 'гладка' и 'плоска' АЧХ, както и се изравняват
по-големите пикове и по-големите пропадания в АЧХ на високоговорителите.
Може да се изравняват
както с последователни или паралелни RLC-групи, така и с 'пипане' на Zobel-веригата, с което се
влияе върху филтъра. Бих казал, че идеален пример е изравняването на 'Thor' на Seas (в тази фирма
наистина има защо да си взимат големите заплати) и горещо препоръчвам на всеки да разучи схемата
на филтъра, както и данните на високоговорителите в тази забележителна конструкция.
И да не забравите! - през цялото време, докато изравнявате озвучителното тяло, хвърляйте по едно
око на impulse responce-a, за да не се окаже накрая, че имате перфектно изравнени и отвратително
звучащи тонколони!!! (на слух лош impulse responce звучи като лошо 'омазани' среди) ;)
А ако наистина сте се справили добре, накрая ще имате едни наистина добри озвучителни тела,
способни да 'изцедят' всичко от високоговорители си.
Ааа, да, и още нещо. За всеки, който го мързи да си играе да смята и да изравнява на хартия
филтри, АЧХ и т.н. (като мен), съм написал едно Excel-че, което може и само да върши тази работа
- намира се някъде на http://kfen.hit.bg. И ако в hit-a пак се осерат и им пропадне хостинга,
всеки, който се интересува, нека да драсне мейл, ще му го пратя. Но, пак да напомня, това
Excel-че е началото и резултатите са по-скоро ориентировъчни, винаги се завършва с мерене...
(Вече е в секция DOWNLOAD Калкукатор)
И за последно - това всичкото отгоре (aма наистина всичкото) съм го изпитал на дебелата си глава,
за да го пиша. Изпитал го е и dman (особено частта с меренето и настройката), така че ако имате
въпроси по меренето/настройката - към него.
Успех на всички!
|
|