Характеристика, види та методи розрахунку акустичних систем

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

1. Види існуючих акустичних систем

Акустична система - пристрій або система пристроїв для відтворення звуку, що складається з однієї або кількох динамічних головок, розташованих у корпусі (акустичному оформленні). Акустична система перетворює електричні коливання у звукові.

Акустична система будя-якого типу характеризується показниками, які забезпечують ефективну і якісну її роботу.

Найважливішими з усіх показників є: номінальна потужність при відповідному їй коефіцієнт гармонік, чутливість, діапазон відтворювання частот, нерівномірність амплітудно-частотної характеристики в певному діапазоні, паспортна потужність, форма характеристики направленості.

Акустичні системи поділяються на активні і пасивні.

Активні акустичні системи складаються з головки динамічної, підсилювача низької частоти, інколи темброблок і корпус.

Активні акустичні системи складаються з головки динамічної, підсилювача низької частота, інколи тембр блок і корпус. Підсилювачем називається електричний пристрій, який призначений для підсилення електричних сигналів по напрузі, струму чи потужності. Класифікація підсилювачів може бути здійснена по кількох признаках:

по характеру підсилювальних сигналів;

по типу підсилювальних елементів;

по призначенню, кількості каскадів, типу живлення і інших параметрах.

За діапазоном частот підсилювачі поділяються на:

1. підсилювачі низької частоти;

2. підсилювачі постійного струму;

3. селективні або резонансні підсилювачі;

4. широкосмугові підсилювачі.

В свою чергу пасивні акустичні системи поділяються на:

Закриті акустичні системи - одна з найбільш використовуваних конструкцій високоякісних акустичних систем в теперішній час.

Акустичні системи з фазоінвертором. Вони відрізняються від закритих акустичних систем тим, що в корпусі акустичної системи з фазоінвертором є отвір з тунелем (трубою) круглого чи прямокутного перерізу.

Лабіринтна акустична система. Вона представляє собою зігнуту трубу, через яку коливання задньої сторони колонки динаміка поступають в навколишнє середовище, де з'єднуються з коливаннями передньої сторони і цим отримується покращена віддача на низькій частоті.

Акустичні системи з пасивним випромінювачем - один з різновидів фазоінверсних систем.

Пасивні акустичні системи складаються:

- фазоінвертора;

- акустичного фільтра;

- НЧ головки;

- СЧ головки;

- ВЧ головки;

- корпус;

Фазоінвертор - тип корпусу гучномовця, в якому головка працює в повітряному тунелі (зазвичай трубки відповідного діаметру і довжини).

Фазоінвертор (отвір з трубою) призначений для допомоги у відтворенні низьких частот, нижче тих які здатен повноцінно відтворити гучномовець, встановлений в колонці або сабвуфері.

При проектуванні акустичної системи визначається частота, на яку налаштовується фазоінвертор за допомогою вибору його діаметру і довжини труби .У момент, коли гучномовець відтворює частоту, на яку налаштований фазоінвертор, об'єм повітря в трубі резонує і підсилює відтворення цієї частоти.

Труба фазоінвертора може виходити на лицьову панель, на задню або бічну панелі. Від напрямку виходу труби фазоінвертора залежить розташування акустики в кімнаті прослуховування.

Електричний фільтр - системи, які пропускають або затримують звукові хвилі в певному діапазоні частот.

Залежно від побудови розрізняють односмугові (один широкосмуговий випромінювач, наприклад, динамічна голівка) і багатосмугові (дві й більше голівки, кожна з яких створює звуковий тиск у своїй смузі частот) акустичні системи.

Односмугові системи - не мали широкого поширення через труднощі створення випромінювача, що однаково добре відтворює сигнали різних частот. При значному ході дифузора одного випромінювача виникають високі інтермодуляційні спотворення.

Багатосмугові акустичні системи -- в яких спектр частот розбивається на кілька діапазонів, що перекриваються між собою за допомогою фільтрів (у високоякісній апаратурі кросоверів в решті комбінації резисторів, конденсаторів і індуктивностей).

Кожен діапазон подається на свою динамічну голівку, що має найкращі характеристики в цьому діапазоні. У такий спосіб досягається найякісніше відтворення усього сприйманого людиною діапазону звукових частот (20-20000 Гц).

Для персональних комп'ютерів акустичні системи, звичайно, виконуються разом із підсилювачем звукових частот (так звані «активні АС») і підключається до системного блоку комп'ютера.

Порівняння різних типів і конструкцій акустичних систем вираховується способом отримання потрібної амплітудно-частотної характеристики в області низьких частот.

При певному типі головки низької частоти гучномовця і розрахованим по її параметрам корпусі амплітудно-частотної характеристики вибрані по критерію лінійності відрізняються крутизною, якщо порівняти лабіринтну акустичну систему і акустичну систему з фазоінвертором в виді тунелю, то вони виходять майже еквівалентні, та в області частот вище резонансної, лабіринтна акустична система має ряд спадаючих по амплітуді максимумів випромінення, визначивших нерівномірність амплітудно-частотна характеристика порядку декількох децибел.

Параметри лабіринтних акустичних систем залежать від конструкції корпусу, і тому настройка таких систем дещо важча, і через це вони застосовуються рідше.

Достатньо високі характеристики при досить простій настройці і легкому виготовлення, на думку багатьох конструкторів, має акустична система з фазоінвертором у вигляді труби, що і пояснює її широке застосування. Із порівняння акустичних систем з фазоінвертором і закритою акустичною системою виходить, що закрита акустична система поступаються першим по віддачі на низькій чистоті, так як мають значно більшу частоту перерізу. При цьому у них крутизна спаду менша і віддача на частотах нижча.

Для високоякісних закритих акустичних систем використовуються головки з резонансними частотами 20...35 Гц, що дозволяє отримати від акустичної системи замітну віддачу на частотах 15...20 Гц, та для цього потрібне використання фільтрів верхніх частот з амплітудними підсилювачами-коректорами в підсилювачі потужності звукових частот для подавлення на цих і більш низьких частотах шумів. Акустичні системи з фазоінвертором практично таких частот не відтворюють, так як вони мають більшу крутизну спаду амплітудно-частотної характеристики при зменшенні частоти, що є їх перевагою.

2. Оцінка параметрів

Кожна акустична система характеризується такими основним параметрами, як:

Чутливість акустичної системи - це звуковий тиск, який розвивається акустичною системою в деякій відповідній точці (зазвичай на відстані 1 м по її осі), при підведенні до її контактів напруги 1 В.

Отримана таким чином чутливість хороша для перевірки одної і тої ж ас на різних частотах, іншими словами для побудови амплітудно-частотної характеристики чутливості акустичної системи.

Амплітудно-частотна характеристика (АЧХ) в загальному випадку є графіком, що показує різницю величин амплітуд вихідного і вхідного сигналів в усьому діапазоні відтворюваних частот. АЧХ вимірюють поданням синусоїдального сигналу незмінної амплітуди при зміні його частоти.

Рисунок 1

Інша характеристика акустичних систем - стандартний звуковий тиск, під яким розуміють звуковий тиск, який розвивається акустичною системою в точці, розміщеній по її осі на відстані 1 м, при підведенні до ас-ми електричної потужності 0,1 Вт. Підведена при цьому до акустичної системи напруга

U=,

де R - номінальний електричний опір.

Одиниця вимірювання стандартного звукового тиску - ПаЧмЧ(0,1Вт)-1/2.

Рисунок 2

Ефективний робочий діапазон частот - це діапазон, в межах якого рівень звукового тиску, що розвивається акустичною системою, не нижче деякої заданої величини, по відношенню до рівня, усередненого в певній полосі частот.

Характеристична потужність це потужність при якій акустична система забезпечує заданий рівень середнього звукового тиску. У рекомендаціях МЭК значення цього рівня встановлене 94 дБ на відстані 1 метр.

Максимальна (гранична) шумова або паспортна потужність - це потужність при якій акустична система може тривалий час працювати без механічних і теплових ушкоджень при випробуваннях спеціальним шумовим сигналом, близьким по спектру реальним музичним програмам. За методикою вимірів вона співпадає з паспортною потужністю,зазначеною у вітчизняних стандартах.

Максимальна (гранична) синусоїдальна потужність це потужність безперервного синусоїдального сигналу в заданому діапазоні частот, при якій акустична система може тривало працювати без механічних і теплових ушкоджень.

Максимальна (гранична) довготривала потужність це потужність яку акустика витримує без механічних і теплових ушкоджень впродовж однієї хвилини, при такому ж випробувальному сигналі, як і для паспортної потужності. Випробування повторюються 10 разів з інтервалом в 1 хвилину.

Максимальна (гранична) короткочасна потужність це потужність яку витримує акустична система при випробуванні шумовим сигналом з таким же розподілом, як і для паспортної потужності, впродовж 1 секунди. Випробування повторюються 60 разів з інтервалом в 1 хвилину.

3. Вибір акустичної системи

Вибір акустичної системи і її купівля - центральний і відповідальний момент формування вашої домашньої аудіосистеми. Воно і зрозуміло - жоден компонент не здатний так вплинути на якість її звучання, як акустика. Хороша система відмінно звучатиме в дуеті навіть з простеньким музичним центром, тоді як невдало підібрана здатна на кореню " зарізати" звук навіть в топовому High End- комплексі.

Під "акустичною системою" (АС) розумітимемо електромеханічний перетворювач електричних звукових сигналів в акустичні. У переважній більшості сучасних АС (більше 90%) це перетворення здійснюється за допомогою електродинамічних голівок, принцип дії яких грунтований на взаємодії магнітного поля постійного магніта з дротом звукової котушки.

При протіканні струмів звукової частоти по дроту під впливом електродинамічної сили котушка гучномовця поперемінно втягується і виштовхується з кільцевого проміжку магніта залежно від напряму електричного струму.

Ну, а далі все просто: звукова котушка механічно сполучена з випро- мінювачем - дифузором, який, власне, і створює в просторі згущування і розрі -дження повітря, тобто акустичні хвилі. Оскільки звукова хвиля, що випромінюється передньою (фронтальною) поверхнею дифузора, знаходиться в протифазі з акустичною хвилею, випромінюваною тильною стороною дифузора, обидві ці хвилі при роботі динамічної голівки у відкритому просторі можуть гасити один одного, що носить назву "Акустичне коротке замикання" (по аналогії з КЗ в електричних мережах).

Щоб уникнути цієї неприємності, голівки поміщають в корпус, основним призначенням якого і являється виключити цю саму взаємодію звукових хвиль від фронтальної і тилової поверхонь дифузора. Динаміки, встановлені в корпус разом з розділовими фільтрами, утворюють акустичну систему, що називається іноді звуковою колонкою або просто гучномовцем. У відносно невеликій кількості акустичних систем використовуються випромінювачі, грунтовані на інших фізичних принципах (електростатичні, п'єзоелектричні, плазмові випромінювачі).

Форма корпусу АС разом з його геометричними розмірами має дуже важливе значення для отримання високоякісного звуку. У корпусі у вигляді ящика з паралельними стінками випромінювані задньою стороною дифузора звукові хвилі випробовують багатократні відображення і утворюють численні стоячі хвилі на частотах, довжини хвиль яких кратні відповідним розмірам корпусу.

Крім того, відбита від стінок корпусу звукова хвиля " наздоганяє" дифузор гучномовця і впливає на нього, призводячи до виникнення в звучанні акустичной системи паразитних призвуків і розмитості звуку. Це явище носить назву "Затримані резонанси" і істотним чином впливає на якість звучання акустичної системи.

Для боротьби з цією напастю внутрішній об'єм акустичної системи заглушають різними звукопоглинальними матеріалами, що сприяє помітному зниженню амплітуди стоячих хвиль усередині корпусу АС.

Іноді для вирішення цієї проблеми використовують " хитру" (наприклад, сферичну) форму корпусу.

Після досить короткого періоду захоплення кульовими колонками в 70-і роки, коли такі акустичні системи навіть випускалися серійно в дуже помітних об'ємах (пам'ятайте знамениті " кулі" на тонкій ніжці-підставці від фірми Grundig або вітчизняні круглі АС від радіоли " Вега"?), нині такі акустичні системи вже практично не випускаються. І нехитро, оскільки дуже важко вписати в інтер'єр сучасної квартири пару " куль" діаметром по півметра кожен. Набагато простіше проблема зменшення внутрішніх відображень звуку усередині корпусу АС вирішується багатьма фірмами шляхом використання ними корпусів з непаралельними стінками і корпусів у вигляді усіченої піраміди. Прикладом таких " неправильних" корпусів можуть служити, наприклад, акустичні системи англійської фірми Tannoy.

Ці акустичні системи мають верхню і нижню панелі у формі трапеції, при цьому передня панель має більшу ширину, ніж задня стінка.

Залежно від виконання корпусу акустичні системи розділяють на декілька типів по їх акустичному оформленню. Найпростішим акустичним оформленням є герметично закритий корпус акустичної системи, який так і називають, - акустична система закритого типу. Перевагою такого типу корпусу є простота і хороші перехідні характеристики акустичної системи, недоліком - складність отримання досить низької граничної робочої частоти.

Причина цього вже згадувалася вище і полягає в тому, що загальна пружність системи підвищується, а це призводить до збільшення частоти НЧ-резонансу низькочастотного гучномовця, встановленого в закритому корпусі АС. Відповідно підвищується нижня гранична частота діапазону робочих частот акустичної системи і зменшується рівень її звукового тиску на низьких частотах. Цей недолік акустичного оформлення багато в чому вдалося здолати в акустичних системах з фазоинвертором.

Зовні акустичні системи цього типу відрізняються від закритих акустичних систем наявністю у них на передній (чи задньою) стінці вихідного отвору (порту) фазоинвертора, що сполучає внутрішній об'єм акустичної системи із зовнішнім світом.

Таким чином, фазоінвертор - це поєднання геометричних розмірів внутрішнього об'єму і труби, що забезпечує задану резонансну частоту системи. Виявляється, таке просте конструктивне рішення дозволяє істотно знизити нижню граничну частоту акустичної системи і помітно збільшити рівень її звукового тиску на низьких частотах. Механізм роботи фазоінвертора полягає в тому, що спеціально розрахований акустичний резонатор-фазоінвертор робить інверсію (переворот) фази звукової хвилі, випромінюваною тильною стороною дифузора. Ця перевернута звукова хвиля з виходу фазоинвертора підсумовується із звуковою хвилею від фронтальної поверхні дифузора, що і призводить до істотного збільшення рівня звукового тиску гучномовця на частоті налаштування фазоінвертора. Достоїнства цього типу акустичного оформлення добре відомі, недаремно сьогодні принаймні 9 з 10 акустичних систем, що випускаються у світі, мають фазоинвертор.

При рівних розмірах корпусу закритої і фазоинверсной АС акустичні системи з фазоинвертором мають в 1,26 разу меншу нижню граничну частоту при рівному ККД для обох типів систем. Якщо ж сконструювати обидва типи АС так, щоб у них були однакові розміри корпусу і рівні нижні граничні частоти, то акустична система з фазоинвертором матиме на 3 дБ більший ККД, ніж конкуруюча " закрита" акустична система.

Нарешті при однакових ККД і нижній граничній частоті акустична система з фазоинвертором матиме істотно менші розміри в порівнянні з АС закритого типу. Проте справедливості ради варто відмітити, що за усе хороше в житті потрібно платити, і акустичні системи фазоінверторного типу не є в цьому сенсі виключенням. Розплатою за вищезгадані переваги цього типу акустичного оформлення є погіршення (в порівнянні з АС закритого типу) перехідних характеристик і ускладнення узгодження АС з підсилювачем.

Фазоинвертор " живе" своїм життям, час наростання фронту звукового сигналу і тривалість загасання його вільних коливань визначається тільки акустичною добротністю фазоінвертора. Суб'єктивно це проявляється, наприклад, в звуці великого барабана, глухому звуці, в розмитості струни контрабаса і так далі. Проте в масових моделях акустичних систем переваги від застосування фазоінвертора переважують його недоліки, оскільки істотно покращують глибину звучання басів. Тому сьогодні акустичні системи цього типу складають велику частку випуску у виробничих програмах провідних світових " акустичних" фірм. Різновидом акустичного оформлення АС типу " фазоінвертор" являються акустичні системи з пасивним випромінювачем (що називаються також системами з "пасивним радіатором"). У акустичних системах цього типу для підвищення рівня звукового тиску на низьких частотах використовується пасивний випромінювач, що є частиною низькочастотного гучномовця без звукової котушки і магнітної системи. Принцип дії цього випромінювача подібний до роботи фазоінвертора, оскільки він також робить інверсію фази випромінювання звукової хвилі від тильної сторони дифузора. Шляхом зміни маси дифузора частота резонансу пасивного випромінювача налаштовується на нижню робочу частоту низькочастотного гучномовця. Ну, а далі дуже просто: звукова хвиля від пасивного випромінювача підсумовується з випромінюваною низькочастотним гучномовцем звуковою хвилею, що істотно підвищує рівень звукового тиску акустичної системи на нижніх частотах. Залишається додати, що в акустичних системах зазвичай є один порт фазоінвертора, хоча можуть бути і двопортові, і трьохпортові фазоінвертори.

Часто порт фазоінвертора виводиться на передню панель акустичної системи, хоча цілий ряд фірм виводить фазоінвертори на задню стінку АС. Нарешті, деякі фірмові моделі мають вихідний отвір фазоінвертора... на дні корпусу (Castle Acoustics, Mission або серія RT фірми Polk Audio).

Перевагою фронтального розташування порту фазоінвертора є менша критичність таких акустичних систем по відношенню до стін приміщення, оскільки для нормальной роботи АС із заднім розташуванням фазоінвертора вимагається забезпечити відстань від задньої панелі АС до стін приміщення близько 25-100 см.

Окрім розглянутих вище, існують і інші типи акустичного оформлення АС, які, проте, поширені істотно менше. Англійська фірма TDL Electronics, наприклад, є вірною прихильницею АС з акустичним оформленням типу " лабіринт". Задня сторона дифузора працює на утвореній поряд перегородкою - лабіринт, довжину якого вибирають рівній приблизно половині довжини хвилі на нижній граничній частоті системи. Завдяки цьому випромінювання з вихідного отвору лабіринту співпадатиме з акустичними коливаннями від передньої сторони дифузора голівки.

Ідеальна акустична система повинна мати тільки один широкосмуговий гучномовець, відтворюючий повну смугу частот 20-20000 Гц. Проте, оскільки до гучномовця пред'являють різні, а частенько взаємовиключні вимоги при роботі його в різних смугах частот, зробити такий ідеальний гучномовець практично неможливо за прийнятну ціну. Тому переважну більшість сучасних акустичних систем мають по дві і більше голівки, працюючих в різних смугах частот. Сучасні АС середнього класу зазвичай виконуються двосмуговими і мають по одному низькочастотному (НЧ) і одному високочастотному гучномовцю (ВЧ). Оскільки в " двухполосних" низькочастотний гучномовець відповідає також і за відтворення середніх частот, низькочастотні гучномовці в таких системах означають як НЧ/СЧ-гучномовці. Складніші трьохсмугові АС мають додатково ще і 1-2 середньочастотні (СЧ) гучномовці. Акустичні системи з 4 і більше частотними смугами хоча і є присутніми на ринку, проте в дуже обмеженій кількості, тому в цьому огляді не розглядатимуться.

Обидва типи: двух- і трьохсмугові гучномовці мають свої достоїнства і недоліки. Очевидною перевагою двосмугових акустичних систем є їх простіша і дешевша конструкція, оскільки в них використовуються зазвичай всього два гучномовці і порівняно прості розділові фільтри.

Тому їх перехідна характеристика в загальному випадку краща, а узгодженість випромінювання НЧ- і ВЧ-головок вища, ніж у багатосмугових системах. Завдяки цьому вони отримали сьогодні широке поширення. Проте і у " двухсмугових", на жаль, є певні недоліки. З урахуванням необхідності узгодження діаграм спрямованості НЧ/СЧ і ВЧ-динаміків в смузі частот їх спільного випромінювання відношення діаметрів відповідних дифузорів не може бути дуже великим. Оскільки типові діаметри купольних випромінювачів сучасних (ВЧ-головок) складають 19-25 мм, прийнятні результати можуть бути отримані при розмірах дифузорів НЧ/СЧ-динаміків не більше 150-200 мм в діаметрі. Тому при використанні великих дифузорів в звучанні буде добре чутний " стрибок" на частоті розділу смуг гучномовців, який призводить до помітних порушень " віртуальної" сцени. З цієї причини у більшості сучасних двосмугових АС використовують НЧ/СЧ-динаміки з дифузорами 100-180 мм. Але оскільки такі низкочастотники мають помітно меншу віддачу при випромінюванні нижніх басів в порівнянні з " справжніми" басовиками (діаметр 315-400 мм). Крім того, оскільки єдина частота розділу в двосмугових гучномовцях виноситься вище за область максимальної чутливості слуху, НЧ/СЧ-голівки цих систем повинні добре відтворювати не лише низькі, але і середні частоти. Це пред'являє підвищені вимоги до якості НЧ/СЧ-голівок. Створення по справжньому якісних динаміків припускає широке застосування сучасних методів виміру, комп'ютерне моделювання і використання новітніх матеріалів з унікальними механічними властивостями (кевлар, армування дифузорів вуглецевими волокнами і так далі). Але будь-яка двосмугова акустика завжди є серйозним компромісом в прагненні задовольнити одночасно безлічь суперечливих вимог.

Ніхто не сперечається, що компроміс може бути знайдений дуже вдало і втілений в конструкцію хороших двосмугових АС баланс цих вимог здатний забезпечити дуже непогані результати. Проте, якщо конструктор акустичної системи поставив собі метою добитися видатної якості звучання, йому набагато простіше добитися поставленої мети використавши трьох- (або навіть більше) смугову конструкцію.

В цьому випадку у нього з'являється значно більше свободи, наприклад, у виборі типу і розміру НЧ-гучномовця. Оскільки розміри типових СЧ-динаміків завжди значно більше, чим у твитерів, вимога по дотриманню заданих співвідношень розмірів НЧ- і СЧ-гучномовців (в даному випадку) легко виконуються навіть для найбільших НЧ-гучномовців діаметром 315-400 мм. Від появи в акустичній системі третього гучномовця істотно виграє і якість звучання середніх частот, оскільки в цьому випадку їх відтворює спеціально розроблений і оптимізований для цієї мети динамік. Проте і у трьохсмугових акустичних систем є свій недолік. По-перше, для того, щоб кожен гучномовець упевнено відтворював тільки " свій" звуковий сигнал, в трьохсмугових АС застосовують досить складні схеми розділових фільтрів. Ці фільтри, у свою чергу, вносять фазові і тимчасові спотворення, що призводять до розмивання фронту звукової хвилі. Тому в загальному випадку багатосмугові акустичні системи мають гірші перехідні характеристики, чим двосмугові АС. По-друге, частоти розділу сигналів гучномовців, як правило, вибираються в діапазонах 300-700 Гц і 4,5-7 кГц, які потрапляють в область високої чутливості слуху людини, що пред'являє особливі вимоги до якості виконання розділових фільтрів і самих гучномовців.

Стрімкий прогрес в розвитку сучасної аудіотехніки привів до чудових результатів: якість звучання акустичних систем неухильно росте, а їх ціна падає. Удосконалюються буквально усі елементи АС. Найшвидше прогресують гучномовці. У конструкції сучасних НЧ-гучномовців все ширше використовуються новітні матеріали, що забезпечують одночасно і жорсткість, і легкість дифузорів при підвищеному декременті загасання коливань в матеріалі дифузора.

Хоча досі в якості матеріалу для дифузорів НЧ-гучномовців все ще широко застосовується різний папір, все ширше використовуються і дифузори з поліпропілену, частенько армованого волокна з вуглецю для підвищення його жорсткості. З легкої руки фірми B&W все більша кількість фірм (B&W, Cabasse і так далі) починає виготовляти дифузори гучномовців з кевлара - штучного тканинного матеріалу з просто унікальним поєднанням його механічних властивостей.

Для підвищення чутливості акустичних систем в нових моделях гучномовців широко застосовують магніти з підвищеною силою, що виготовляються як з використанням феритів, так і сплавів рідкоземельних елементів (ниодим, самрий, кобальт і так далі). Стрімкий розвиток цифрових технологій запису звуку пред'являє підвищені вимоги до конструкції ВЧ-гучномовців. Річ у тому, що існували до появи CD звукові носії (магнітофонна стрічка, вінілові грамплатівки) в силу фізичних принципів аудіозапису на них мали обмежений динамічний діапазон взагалі і по високих частотах зокрема. Так, усіма нами улюблена магнітофонна стрічка при збільшенні рівня високих частот при записі неминуче починає їх обмежувати, досягаючи рівня свого насичення на цій частоті. І ніякі Dolby Hx - Pro не допоможуть реалізувати на частоті 20 кГц в касетнику динамічний діапазон понад 40-50 дБ. А на CD можуть! У зв'язку із зростанням середньої потужності звукового сигналу на високих частотах все частіше в конструкції сучасних ВЧ-динаміків застосовується охолоджувальна магнітна рідина, що поміщається в проміжку магнітної системи гучномовця Ця рідина є суспензією магнітного порошку (фериту) в мінеральній олії, яка эффективно охолоджує звукову котушку. Спостерігається плюралізм і відносно матеріалу, з якого виготовляється дифузор твитера. У чому, проте, єдині практично усі виробники акустики, так це в питанні о формі дифузора випускаються тільки з купольним півсферичним дифузором (Dome). Він може бути або м'яким (шовкова тканина з просоченням, деякі види пластикових плівок), або з жорстким металевим (алюміній, титан і так далі). Перевагою м'яких дифузорів є хороше загасання паразитних коливань в матеріалі дифузора, недолік - відносно велика маса (і, як наслідок, менша чутливість і гірша передатна характеристика).

"Жорсткі" металеві ВЧ, навпаки, легкі і чутливі, але мають цілий набір паразитних резонансів, що надають звучанню високих частот характерне " металеве" забарвлення. У кращих сучасних ВЧ використовується комбінована конструкція - " м'який" купол з напиленими на його поверхню додатковими тонкими металевими шарами.

Проте вони - при відмінній якості звуку - відносно складні у виробництві і коштують значно дорожче. Що стосується конструкції сучасних СЧ-динаміків, то сьогодні спостерігається повсюдний " ренесанс" конусних средньочастотників, тоді як у кінці 80-х років панували купольні СЧ-гучномовці. Завдяки прогресу в розвитку аудіотехніки, зокрема, широкому застосуванню нових типів пластикових дифузорів, звучать сучасні средньочастотники відмінно. Паперові дифузори, як правило, важче, ніж пластикові, і тому дещо гірше відтворюють імпульсні сигнали. Крім того, їх параметри можуть мінятися з часом із-за процесів старіння паперу і випару просочувальної мастики, що може привести до помітної зміни характеру звучання АС. З іншого боку, сучасні пластикові матеріали (наприклад, поліпропілен), маючи відмінний баланс механічних властивостей : легкість, жорсткість, високі внутрішні втрати в матеріалі дифузора, - теж невічні.

Як випливає з теорії акустики, ідеальним джерелом звуку є " точковий" випромінювач, тобто такий випромінювач, розмірами якого в порівнянні з довжиною випромінюваної ним звукової хвилі можна нехтувати. На жаль, реальні акустичні системи дуже далекі від такого ідеального випромінювача і, більше того, мають різну діаграму спрямованості для різних частот звукового сигналу. Як було відмічено вище, ширина діаграми спрямованості гучномовця визначається відношенням довжини хвилі випромінюваного ним звукового сигналу і геометричного розміру (діаметру) дифузора гучномовця. Крім того, діаграма спрямованості в зоні спільної дії випромінювання двох гучномовців АС залежить від взаємного фазового зрушення їх сигналів, визначуваних схемою розділового фільтру акустичної системи. Проте і в цьому напрямі сьогодні є конструктивні рішення, що забезпечують справжній технологічний прорив в створенні гучномовців з характеристиками спрямованості, близькими до ідеального " точкового" випромінювача.

Йдеться про знамениті коаксіальні гучномовці, використані в акустичних системах англійських фірм Tannoy і KEF (серія Uni - Q).

Коаксіальні двосмугові випромінювачі є зібраними на єдиній магнітній системі середньочастотні і високочастотні гучномовці. Купольна ВЧ зібрана на внутрішньому керні магнітної системи і знаходиться усередині конусного дифузора середньочастотного гучномовця, який є своєрідним рупором-звуководом для звукових хвиль, що випромінюються ВЧ. Такі випромінювачі мають ряд унікальних особливостей, що помітно виділяють їх з маси інших гучномовців. По-перше, завдяки використовуваній конструкції, центри випромінювання ВЧ і СЧ-гучномовців знаходяться практично в одній точці, що виключає виникнення фазових і тимчасових спотворень випромінюваних ними сигналів. По-друге, оскільки випромінювання середніх і високих частот фізично здійснюється з однієї точки простору, випромінювачі типу Uni - Q мають хорошу діаграму спрямованості на цих частотах завдяки цим серйозним перевагам, звучання акустичних систем з коаксіальними випромінювачами характеризується відмінною локалізацією джерел звуку в просторі.

У акустичних системах з електродинамічними голівками для узгодження їх характеристик і діаграм спрямованості використовують розділові фільтри. Крім того, оскільки центри випромінювання цих гучномовців (приблизно співпадаючих з місцем розташування звукової котушки гучномовця) зрушені один відносно одного (глибина СЧ- і особливо НЧ-гучномовця набагато більше, ніж у ВЧ- гучномовця), при розрахунку розділових фільтрів доводиться враховувати необхідність корекції тимчасового зрушення, що виникає при цьому, у випромінюваній цими гучномовцями звуковій хвилі за допомогою фазокорегуючих ланцюжків. Зменшення тимчасової затримки у випромінюванні різних гучномовців можна добитися і чисто конструктивними методами, зміщуючи ВЧ- і СЧ-голівку всередину корпусу АС, наприклад, використовуючи похилу передню панель акустичної системи з " заваленою" назад верхньою частиною.

Що стосується власне самих розділових фільтрів, то їх роль в сучасній АС істотно зросла. Це викликано, з одного боку, різким підвищенням вимог слухачів до якості звучання аудіоапаратури взагалі і акустичних систем зокрема, а з іншого боку - збільшеною якістю сучасних гучномовців.

У цих умовах неоптимальне підключення гучномовців в акустичній системі не дозволить повністю реалізувати потенційно високу якість цих гучномовців. Тому розробники сучасних фільтрів для акустичних систем враховують при їх проектуванні не лише вимоги забезпечити максимально плоску АЧХ і лінійну ФЧХ в смузі пропускання фільтру, але і враховують при розрахунку елементів схеми фільтру зміну комплексного опору гучномовця на різних частотах, вимоги забезпечення заданої діаграми спрямованості акустичної системи на цих частотах і так далі. Усе це стало можливим завдяки широкому використанню при проектуванні АС чисельних методів комп'ютерного моделювання і проектування.

У сучасних акустичних системах використовуються як прості розділові фільтри 1-го порядку, так і багатоланкові фільтри 4-го і навіть 6-го порядку. Гідністю розділових фільтрів 1-го порядку (застосовуються, як правило, тільки в двосмугових АС) є хороша перехідна характеристика акустичної системи (фронти сигналів відтворюються без паразитних викидів), недоліком - мала крутизна фільтру в смузі загасання (6 дБ/октава), внаслідок чого є широкий частотний діапазон спільної роботи НЧ-и СЧ-гучномовців. Багатоланкові фільтри високих порядків забезпечують істотно велику крутизну спаду характеристики в смузі загасання (12, 18 і навіть 24 дБ/октава), але мають гіршу перехідну характеристику і хвилясту АЧХ в смузі пропускання фільтру. Залежно від критерію вибору апроксимуючої АЧХ фільтру математичної функції розрізняють декілька типів розділових фільтрів.

Фільтри мають лінійну АЧХ в смузі пропускання фільтру, що різко обривається в смузі загасання фільтру. Проте перехідна характеристика таких фільтрів носить сильно виражений коливальний характер. Фільтри також мають лінійну АЧХ в смузі пропускання і порівняно різкий спад в смузі загасання. Проте завдяки лінійній залежності фазового зрушення сигналу залежно від його частоти перехідна характеристика АС з такими фільтрами хоча і має викид на АЧХ, але не має коливального характеру. Фільтри мають надзвичайно різкий спад АЧХ в смузі загасання, проте АЧХ фільтру в його смузі пропускання носить хвилястий характер.

Найбільш складні схеми розділових фільтрів включають також спеціальні ланцюги, що коригують, які компенсують зміну імпедансу гучномовця на різних частотах. В результаті такої стабілізації імпедансу умови роботи розділового фільтру істотно покращуються, оскільки він навантажений на постійний і погоджений з ним імпеданс навантаження (гучномовець). Тому параметри АЧХ фільтру виходять близькими до розрахункових. У разі ж роботи фільтру на навантаження значення параметрів його, що розузгодило, АЧХ і ФЧХ стають непередбачуваними.

Іноді в схему фільтру включають також спеціальні режектувальні ланцюжки з метою блокування у фільтрі сигналів на частоті резонансу гучномовця. Як правило, такі ланцюжки використовують у фільтрах СЧ- і ВЧ-громкоговорителей.

В сучасних АС використовуються дуже складні схеми фільтрів, кількість елементів в яких (особливо при вбудовуванні в схему фільтру елементів захисту гучномовців) може досягати декількох десятків. З іншого боку, багато високоякісних АС мають прості фільтри 1-2-го порядку, що складаються всього з декількох електронних компонентів. У поєднанні з високоякісними гучномовцями такі прості фільтри здатні забезпечити просто приголомшуючу якість звуку АС.

Дуже важливим питанням, яким ви повинні неодмінно задатися при купівлі акустичної системи, є вибір її електричної потужності. Сьогодні на ринку акустики є величезна різноманітність типів АС потужністю від 20 до декількох сотень ватів. При визначенні величини електричної потужності акустичної системи надзвичайно важливо мати на увазі інший, тісно пов'язаний з нею параметр AC - її характеристичну чутливість - своєрідний ККД акустичної системи. Характеристична чутливість показує, наскільки ефективно дана АС перетворить електричний звуковий сигнал на її вході в акустичну потужність звукової хвилі. Характеристична чутливість вимірюється в дБ/Вт/м і чисельно дорівнює рівню звукового тиску в дБ, що розвивається акустичною системою на відстані в 1 м (по її центральній осі), при підведенні до її входу звукового сигналу потужністю в 1 Вт. Типові значення характеристичної чутливості сучасних АС лежать в діапазоні 84-92 дБ/Вт/м.

В якості орієнтиру вкажемо, що для озвучування приміщення площею 14-16 кв. м за допомогою акустичних систем з характеристичною чутливістю 90 дБ/Вт/м цілком досить мати підсилювач з вихідною потужністю 20-30 Вт на канал. Для більших приміщень в 18-20 кв. м. оптимальних результатів можна досягти за допомогою підсилювача потужністю 40-50 Вт. Зменшення чутливості акустичної системи на 3 дБ для збереження такого ж рівня звукового тиску зажадає збільшення електричної потужності на її вході в 2 рази. Відповідно при збільшенні чутливості на ті ж 3 дБ електричну потужність можна зменшити в 2 рази. Тому акустичні системи з чутливістю 96-98 дБ/Вт/м цілком пристойно грають навіть при їх роботі від малопотужних лампових підсилювачів з вихідною потужністю в 3-5 Вт на канал. Раніше в специфікаціях на акустичні системи виробники зазвичай вказували два значення потужності : номінальну, тобто значення потужності, при якому нормуються гармонійні спотворення, і музичну, яка була максимально можливою потужністю звукового сигналу на вході акустичної системи, яку вона могла витримати без її механічного ушкодження. Значення музичної потужності АС лімітується механічною і електричною міцністю гучномовців акустичної системи. Останнім часом в специфікаціях стали вказувати діапазон рекомендованої потужності що підключається до АС підсилювача низької частоти, наприклад: 25-120 Вт. Верхнє значення потужності, в даному випадку 120 Вт, являється, по суті, музичною потужністю цієї акустичної системи, перевищення якої може привести до її ушкодження. Ну а нижнє значення вказує на мінімально допустиму потужність підсилювача низької частоти (в даному випадку 25 Вт), спільно з яким дана АС ще здатна забезпечити високу якість звучання. Відмітимо також, що рівень низької частоти електричної потужності, що розвивається підсилювачем, на її виході значною мірою залежить від вхідного імпедансу акустичної системи. 8-омні акустичні системи, як правило, звучать тихіше, ніж 4 - омні, оскільки для забезпечення рівної електричної потужності підсилювач повинен у разі 8-омної акустики забезпечити на виході удвічі більшу напругу. Більшість же підсилювачів низької частоти мають велику вихідну потужність на 4-омному навантаженні, чим на 8-омному.

В той же час високий імпеданс 8-оних АС забезпечує удвічі більш високе значення їх коефіцієнта демпфування низьким вихідним імпедансом підсилювача, тому в загальному випадку вони звучать на басах чіткіше, ніж 4 - омна акустика. Цим багато в чому і пояснюється різний характер звучання однієї і тієї ж акустичної системи з різними типами підсилювачів.Якщо один з підсилювачів має екстремально низьке значення вихідного імпедансу (великий демпфактор), цей підсилювач набагато краще демпфуватиме акустичну систему, чим підсилювач з відносно високим вихідним імпедансом. У загальному випадку звучання АС в дуеті з першим підсилювачем буде чіткішим, ніж в другому випадку. Далі, підсилювачі низької частоти істотним чином відрізняються один від одного і по їх здатності видавати великі значення струму в навантаження. Хороші підсилювачі звукової частоти є майже ідеальними джерелами струму і тому здатні тримати навіть акустичні системи із складним характером зміни їх вхідного імпедансу. Непрямим тестом на " правильність" підсилювача звукової частоти є характер зміни його динамічної потужності при зміні навантаження з 8 до 2 (або навіть 1) Ом, приведені в специфікаціях на підсилювач. У кращих моделей підсилювачів значення електричної потужності подвоюється при зменшенні імпедансу навантаження удвічі. Ті ж моделі підсилювачів, вихідна потужність яких " просідає" при зменшенні навантаження, очевидно, не забезпечать хорошої якості звуку в парі з акустичними системами, вхідний імпеданс яких істотно змінюється в смузі звукових частот. Адже багато типів АС при номінальному значенні вхідного імпедансу, скажімо, в 8 Ом, можуть мати на деяких частотах імпеданс в 4 або навіть в 3 Ом.

Огляд існуючих рішень в галузі акустичних систем

Порівняльна характеристика існуючих типів пристроїв.

Загалом акустичні системи можна поділити на декілька класів в залежності від їхнього призначення. Так акустичні системи торгової марки “ “Kaifat” “HL Audio” “SoundKing” використовують професійні музичні виконавці, так як такі системи забезпечують високу якість звуку, але водночас вони мають досить велику ціну. Такі системи мають велику потужність, тому їх використовують на громадських заходах.

Щодо використання акустичних систем в побуті, то такі системи, як правило, не є окремими елементами, тобто вони входять в склад певного виробу, наприклад телевізійний приймач, музичний центр, магнітола, домашній кінотеатр. Що правда в даний час більшість акустичних систем виготовляють як окремі елементи.

Це пов'язане з тим що зросли вимоги до електронних пристроїв і виробники намагаються виготовляти такі системи, які б задовольняли потреби користувачів.

Зараз існує дуже багато фірм, які випускають таку продукцію. Кожна з яких може запропонувати свій конкурентноспроможний товар. Якщо порівнювати вироби різних фірм, то кожен з них має свої переваги і недоліки.

Акустична система в данному дипломному проекті може конкурувати с такими акустичними системами як: Kaifat DPH215AU, HL Audio B12A USB, SoundKing SK J215A

Kaifat DPH215AU.

Рисунок 3

· Активна 2-смугова акустична система

· Підсилювач класу D

· Потужність RMS: 180W на 8 Om

· Динаміки: 15 "+ 1.35"

· Частотний діапазон: 50Hz - 20kHz

· Чутливість: 96dB

· MP3 плеєр, підтримка MP3 / WMA, входи USB / SD

· MAX SPL: 122dB

· Входи: 1/4 "jack, XLR, RCA

· Розміри: 468 Ч 370 Ч 687мм

· Вага: 20кг

Серія DPH включає 4 активних акустичних системи. Вони оснащені рідкокристалічним дисплеєм, USB / SD-входами і MP3 програвачем. Акустичні системи виконані в пластиковому корпусі, компактні і легкі для перенесення. Ціна 6000

HL Audio B12A USB

Рисунок 4

· Акустична система активна

· Вбудований медіаплеєр USB / SD card

· НЧ 12 "+ ВЧ 1.38"

· Потужність: 185 Вт RMS

· Вбудований підсилювач: 100 Вт

· Частотний діапазон: 45 Гц - 20 кГц

· 2 х 1/4 "входи, RCA входи / виходи

· Чутливість: 102 дБ

· Еквалайзер: 2-смуговий

· Ефект: відлуння

· Корпус: пластик ABS

· "Стакан" 35 мм

· Розміри: 435 x 420 x 635 мм

· Вага: 18.8 кг

Ціна 6500

SoundKing SK J215A

Рисунок 5

· Частота поділу смуг 4 кГц

· 15 "НЧ + 1,35" ВЧ

· Потужність 250 Вт RMS

· Частотний діапазон 40 Гц - 18 кГц

· Рівень характеристичної чутливості - 98 дБ

· Максимальний рівень звукового тиску - 126 дБ

· Дисперсія по ВЧ 120 ° х60 °,

· Входи: мікрофонний, лінійний, регулювання гучності для кожного входу

· 3-х смуговий еквалайзер

· Вихід для підключення додаткової пасивної АС (8 Ом)

· Розміри: 47 х 35 х 71 см

· Вага: 26 кг

Ціна 8000 гр

4. Вибір та обґрунтування функціональної схеми акустичної системи

Сучасні побутові акустичні системи, які призначені для високоякісного відтворення звуку є ,як правило, багатосмуговими. Вони складаються з декількох вузькосмугових гучномовців, наприклад: низькочастотного, середньочастотного та високочастотного. Кожен з цих гучномовців відтворює смугу частот звукового сигналу, відведену для нього. Це пов'язано з тим, що застосування одного широкосмугового гучномовця не дозволяє отримати високу якість відтворення звуку у всьому діапазоні частот.

При побудові багатосмугових АС весь діапазон звукової частоти розбивають на ділянки піддіапазонів.



Рисунок 6

Амплітудно-частотні характеристики передавальної функції каналів багатосмугової акустичної системи

Зокрема в системі вищої категорії (hi-fi) використовують три або чотири піддіапазони. Масові побутові АС будують, як правило, одно або двосмуговими.

Розділення всього звукового діапазону частот на піддіапазони здійснюється за допомогою пасивних або активних розділових фільтрів. В зв'язку з цим розрізняють пасивні та активні акустичні системи.

В пасивних акустичних системах використовують пасивні LC-фільтри, які ставлять на виході підсилювача потужності перед гучномовцями.

Рисунок 7

Функціональна схема трисмугової пасивної акустичної системи

Для побудови активних акустичних систем використовують активні розділову RC-фільтри. В такій системі розділення звуку по частотних каналах здійснюється перед підсиленням звукового сигналу по потужності, тобто активні розділові фільтри вмикають перед підсилювачами потужності В зв'язку з цим для кожного виділеного піддіапазону частот необхідний свій підсилювач потужності

Рисунок 8. Функціональна схема активної акустичної системи

В порівнянні з пасивними активні фільтри характеризуються відсутністю втрат потужності звукового сигналу, малогабаритні, високодобротні, характеризуються низькими шумами та лінійними спотвореннями, дозволяють регулювати рівень АЧХ в усьому піддіапазоні та ширину піддіапазону. В зв'язку з цим активні АС знайшли сьогодні широке застосування.

Недоліком багатосмугових АС є те, що внаслідок неідеальності розділових фільтрів на частотах розділу каналів випромінення звуку здійснюється одночасно двома сусідніми гучномовцями (наприклад в смузі навколо fp 1 одночасно здійснюють випромінення звуку ГНЧ та ГСЧ). При невдалих співвідношеннях між амплітудами та фазами звуку, сформованими фільтрами і випроміненими гучномовцями на АЧХ звукового тиску АС на частотах розділення сигналів можуть виникнути піки або провали, які істотно погіршать якість звуку. Для усунення цих недоліків бажано, щоб на частотах розділу фази сусідніх каналів були однаковими.

Однак, нерівномірність АЧХ при відтворенні звуку з допомогою АС можуть виникати за рахунок приміщення (відбиття від стін, стелі, підлоги, предметів що є в приміщенні). При цьому їх не завжди вдається усунути навіть з допомогою еквалайзерів. Цей факт говорить про те, що спроектована з мінімальними спотвореннями АС в іншому приміщенні може мати сильні акустичні спотворення і, як правило, в смузі низьких частот. Тому високоякісні АС потрібно проектувати під конкретне приміщення. Але це є незручним при проектуванні побутової радіоапаратури масового вжитку. Тому виникла необхідність розробки системи, яку можна було б без значних зусиль відрегулювати за мінімумом спотворень в області низьких частот під конкретне приміщення.

Такі акустичні системи називаються адаптивними.

Для високоякісного відтворення звуку проектуватимемо двосмугову акустичну систему з окремим підсилювачем низьких частот - сабвуфером.

Згідно із завданням паспортна потужність АС становить 50 Вт і половина її припадає на сабвуфер, а інша половина на двосмугову АС. Розподіл потужностей в двосмуговій активній АС проводиться наступним чином. В залежності від частоти розділу (fр = 1 кГц) із графіка визначаємо, скільки відсотків потужності повинно припадати на низькочастотний та високочастотний підсилювачі: РНЧ = 71 %, РВЧ = 29 %. Виражаючи дане співвідношення у ватах отримаємо РНЧ = 17,75 Вт, РВЧ = 7,25 Вт. Враховуючи те, що сигнал відтворюється в режимі “стерео”, тобто маємо правий та лівий канал, отримані значення потужностей необхідно розділити на 2.



Рисунок 9. Розподіл потужностей

Отримаємо наступні дані 2хРНЧ = 8,875 ? 9 Вт та 2хРВЧ = 3,625 ? 4 Вт.

Для формування смуг використаємо активні RC-фільтри верхніх та нижніх частот з частотою розділу 1 кГц. Така схема забезпечує ідеальне фазове і амплітудне узгодження на границі між низькочастотним та високочастотним каналами. На входах фільтруючих ланок поставимо регулятори гучності для регулювання АЧХ та регулятори балансу між правим та лівим каналами для випадку, коли рівень сигналу у правому та лівому каналі буде не збалансований.

Для формування сигналу для сабвуфера просумуємо сигнали з правого та лівого каналів. Застосуємо потенціометр для регулювання рівня АЧХ на вході НЧ системи. Для відділення НЧ сигналу використаємо активний RC-фільтр з регульованою частотою зрізу в межах 100-200 Гц. Оскільки активні фільтри спотворюють фазу сигналу, то перед підсилювачем потужності поставимо регулятор фази, так званий фазовий компенсатор.

Побудуємо функціональну схему двосмугової акутичної системи з сабвуфером, яка б забезпечувала гладку АЧХ на частотах розділу 1 кГц і регулювала частоту зрізу у сабвуфері.

Рисунок 10. Функціональна схема двосмугової активної акустичної системи

5. Розрахунок фільтрів

Вибір фільтруючих ланок.

Фільтр - це схема, розрахована на пропускання сигналів в певній смузі частот і подавлення сигналів за межами цієї смуги. Ланки фільтрації можуть бути пасивними та активними. До складу пасивних фільтрів входять лише резистори, котушки індуктивності та конденсатори. Активні фільтри включають в себе транзистори чи операційні підсилювачі.

Переваги активних фільтрів в порівнянні з пасивними:

- в них використовуються лише R і С елементи, тобто компоненти, властивості яких ближчі до ідеальних в порівнянні з властивостями котушок індуктивності;

- вони відносно дешеві;

- можуть забезпечувати підсилення в смузі пропускання ( на відміну від пасивних) і тому рідко вносять суттєві втрати;

- використання в активних фільтрах ОП забезпечує розв'язку входу від виходу (тому активні фільтри легко робити багатокаскадними і тим самим покращувати їх показники);

- активні фільтри відносно легко настроювати;

- фільтри для дуже низьких частот можуть бути побудовані на компонентах з відносно малими розмірами;

- активні фільтри малі за розмірами та масою.

Недоліки:

- необхідне одно або два джерела живлення;

- робочий діапазон частот обмежений зверху максимальною робочою частотою ОП. Це приводить до того, що активні фільтри працюють на частотах, що не перевищують декілька МГц.

Найчастіше як фільтри активних акустичних систем використовуються активні RС-фільтри Батерворта, які мають гладку амплітудно-частотну характеристику (АЧХ).

Важливим моментом є вибір порядку фільтра, адже необхідно забезпечити максимально-гладку АЧХ у всьому відтворюваному діапазоні частот. Потрібно врахувати, що в даному випадку ФВЧ та ФНЧ працюють ніби в парі, тому обидва фільтри мають мати точно однакову частоту зрізу.

При виборі порядку фільтра зважимо на те, що чим вищий порядок фільтра, тим більшою є крутизна спаду амплітудної характеристики за межою частоти зрізу.

Проте збільшується кількість елементів, які необхідні для забезпечення відповідної крутизни АЧХ. І тому виникають труднощі, пов'язані із настроюванням фільтра на частоту зрізу.

Оптимальним варіантом є фільтри Батерворта другого порядку з крутістю характеристики 40 дБ/декаду (12 дБ/октаву).

Розділові фільтри всепропускаючого типу являють собою поліномальні фільтри з передавальною функцією:

Н(S)=1/Gn (S),

де Gn (S) - поліном n-го порядку.

Такий спосіб формування поліномів Gn (S) дозволяє отримати амплітудно-частотну характеристику суми передавальних функцій пари фільтрів нижних та верхніх частот порядків n = 1, 3, 5, 7, ... постійну у всьому діапазоні звукових частот, тобто:

mod [HНЧ (S) + HВЧ (S)] = const.

Для інших порядків, зокрема для n = 2, 4, 6, співвідношення виконується лише тоді, коли передавальна функція фільтра верхніх частот матиме знак мінус. В реальних умовах це забеспечується протифазним вмиканням гучномовців низькочастотного та високочастотного каналів.

Розрахунок фільтра нижніх частот

На рис. показана схема RC фільтра Батерварта нижніх частот другого порядку.

Рисунок 11. ФНЧ другого порядку

Вона дає спад 40дБ/дек., тобто при збільшенні частоти f від частоти зрізу до 10fзр амплітуда сигналу зменшується в 100 разів.

Операційний підсилювач в даній схемі включений так, що на постійному струмі він має одиничне підсилення. Резитор R3 у зворотньому зв'язку забезпечує компенсацію зсуву на нульовій частоті.

Коефіціент передачі такого фільтра можна записати так:

...