В этой статье будет рассказано о том, как сделать фильтр высокой частоты своими руками. Но прежде чем мы с вами начнем в этом разбираться, мы должны кое-что понять. То, что же из себя представляют сами фильтры высоких и низких частот.
Определение
Фильтры можно поделить на верхние (высокие) и нижние (низкие) частоты. Почему люди часто говорят “верхние”, а не “высокие” частоты? Происходит это из-за того, что с двух килогерц начинаются высокие в звукотехнике. Но два килогерца в радиотехнике — это частота звука, и поэтому ее называют “низкой”.
Также существует такое понятие, как средняя частота. Относится оно к звукотехнике. Так что же такое фильтр средней частоты? Это комбинация из нескольких вышеперечисленных устройств. Также это может быть полосовой фильтр.
Фильтр высокой частоты – это электронный или какой-нибудь прочий аппарат, который пропускает верхние частоты сигнала, и который на входе подавляет частоту сигнала в соответствии с ранее заданным срезом. Степень подавленности будет также зависеть от определенного типа фильтра.
Низкочастотный отличается тем, что он может пропускать входящий сигнал, который будет ниже заданного среза, при этом подавляя верхние частоты.
Область применения
Фильтр высокой частоты можно использовать для того, чтобы выделять высокочастотные сигналы. Также часто его применяют при обработке аудиосигналов, например, в раздельных фильтрах, которые еще называют кроссоверными. Также они используются для обрабатывания изображений, чтобы можно было осуществить преобразование в частотной области.
Вот из чего состоит простейший фильтр высоких частот:
- Резистор.
- Конденсатор.
Работа сопротивления на емкость (R х С) есть постоянной времени (длительность протекания процесса) для данного фильтра, которая будет обратно пропорциональна частоте среза в герцах (единица измерения процессов колебаний).
Расчет фильтра высоких частот
Итак, как же мы можем провести расчет? Чтобы выполнить все действия на дому, нужно сделать одну из самых простых таблиц автоматического расчета в Microsoft Excel, но для этого нужно уметь пользоваться формулами в этой программе.
Можно пользоваться такой формулой:
Где f – это частота среза; R – это сопротивление резистора, Ом; С – это емкость конденсатора, Ф (фарады).
Типы
Представленные устройства бывают пяти видов, и сейчас мы с вами их поочередно рассмотрим.
- П-образные — по виду напоминают букву П;
- Т-образные — напоминают букву Т;
- Г-образные — напоминают букву Г;
- одноэлементные (конденсатор служит фильтром для высоких частот);
- многозвенные – это те же самые Г-образные фильтры, только в этом случае они соединены последовательно.
П-образные
Можно сказать, что эти фильтры такие же, как и Г-образные, но к ним присоединяется вдобавок еще одна часть вначале. Все, что будет написано для Т-образных, будет верно и для П-образных. Отличия лишь заключаются в том, что у них увеличится шунтирующее действие на радиоцепь, стоящую спереди.
Для того чтобы рассчитать П-образный фильтр, вам надо будет использовать формулу делителя напряжения и добавить дополнительное шунтирующее сопротивление первого элемента.
Вот вам примеры перехода Г-образного RC фильтра в П-образный RC также высоких частот:
На изображении можно заметить, что к исходной цепи добавляется еще один резистор 2R, расположенный параллельно первому.
Вот пример преобразования в RL:
Здесь вместо резисторра выстпает катушка индуктивности. Так же добавляется вторая (2L), расположенная параллельно первой.
И третий пример — преобразования в LC:
Т-образные
Т–образный фильтр — это тот же самый Г-образный, только с добавлением еще одного элемента.
Они будут рассчитываться таким же образом как и делитель напряжения, который будет состоять из двух частей с нелинейным АЧХ. Далее к полученному значению необходимо прибавить число реактивного сопротивления третьего элемента.
Также можно использовать и другой метод расчета, однако на практике он менее точен. Его суть заключается в том, что после полученного значения первой рассчитанной части Г-образного фильтра переменная растет или падает в двойне и распределяется на два элемента.
Если это будет конденсатор, тогда значение емкости катушек растет вдвойне, если же это резистор или дроссель, тогда значение сопротивления катушек, наоборот, падает вдвойне.
Примеры преобразования приведены ниже.
Переход Г-образного RC фильтра в Т-образный:
На изображении видено, что для перехода необходимо добавить второй конденсатор (2C).
Переход RL:
В данном случае все по аналогии. Для успешного перехода необходимо добавить второй резистор, подключенный последовательно.
Переход LC:
Г-образные
Г-образный фильтр – это делитель напряжения, который состоит из двух составляющих с нелинейной АЧХ (амплитудно-частотная характеристика). Для данного фильтра разрешается использовать схему и все формулы делителя напряжения.
Его можно представить так:
Если мы заменим сопротивление R1 на конденсатор, то у нас получится фильтр верхних частот. Фото измененной схеме вы можете наблюдать ниже:
Формулы для расчета:
U вх=U вых*(R1+R2)/R2; U вых=U вх*R2/(R1+R2); R общ=R1+R2 R1=U вх*R2/U вых – R2; R2=U вых*R общ/U вх |
Сейчас давайте наглядно рассмотрим, как провести расчет.
Фильтр высоких частот для пищалок
Строение такого фильтра довольно простое. Он будет состоять всего лишь из двух деталей – конденсатора и сопротивления.
Роль фильтра, который будет отсеивать среднечастотные и низкочастотные составляющие в аудиосигнале, будет исполнять непосредственно роль самого конденсатора. И простите за тавтологию, сопротивление будет выполнять роль сопротивления, то есть уменьшать уровень громкости.
Важно: высокие частоты эквалайзером с главного устройства не отрезаются - это будет вести к плохому звучанию. Лучше уменьшать их количество при помощи сопротивления.
Оптимальным сопротивлением будет считаться 4,0 и 5,5 Ом.
Затрачиваемые материалы для создания
Для создания фильтра высокой частоты для пищалки вам будут необходимы следующие материалы:
- одно сопротивление 5,5 Ом;
- одно сопротивление 4,0 Ом;
- два конденсатора МБМ 1,0 мкФ;
- изолента либо термоусадочная трубка.
Активный фильтр высоких частот
Активные фильтры обладают огромным преимуществом перед их пассивными "сородичами", тем более на частотах, значение которых меньше 10 кГЦ. Дело в том, что пассивные содержат катушки повышенной индуктивности и конденсаторы, которые обладают большой емкостью. Из-за этого они получаются громоздкими и дорогостоящими, и поэтому их характеристика по итогу выходит далеко не идеальной.
Большой индуктивности достигают благодаря увеличенному количеству витков катушки и использования ферромагнитного сердечника. Это освобождает ее свойства чистой индуктивности, потому что длинный провод катушки с большим числом витков имеет значимое сопротивление, а ферромагнитный сердечник подвергается влиянию температуры, что в значительной мере сказывается на его магнитных свойствах. Из-за того, что необходимо использовать большую емкость, приходится применять конденсаторы, которые обладают не лучшей стабильностью. К ним можно отнести электролитические конденсаторы. Фильтры, именуемые активными, во-многом лишены указанных выше недостатков.
Дифференциаторные и интеграторные схемы построены с применением операционных усилителей, они собой представляют простейшие активные фильтры. Когда выбирают элементы схемы по четкой инструкции, соблюдая зависимость от частоты дифференциатора, они становятся высокочастотными фильтрами, а от частоты интеграторов, напротив, – низкочастотными. Фото, объясняющие все сказанное, приведено ниже:
Фильтр высоких частот на усилителе
Рассмотрим настройку усилителя в машине.
Перед тем как настроить усилитель в машине, нужно сбросить все настройки главного устройства на нули. Величину частоты среза кроссовера нужно выставить в диапазоне 50-70 Гц. Фронтальный фильтр канала на усилителе в автомобиле устанавливают в положение высоких частот. Частота среза в данном случае выставляется в диапазоне 70-90 Гц.
Если конструкция будет предусматривать поканальное усиление фронтальных колонок, то нужно провести отдельную настройку высокочастотных динамиков. Для этого фильтр нужно установить в соответствующем положении и частоту среза выбрать в районе 2500 Гц.
Помимо прочего, нужно настроить чувствительность усилителя. Для этого его изначально необходимо сбросить на ноль, главное — устройство перевести в режим максимальной громкости, а следом начать увеличивать чувствительность. В тот момент, когда появится искажение звука, нужно прекратить вращение регулятора, а также стоит немного убавить саму чувствительность.
Еще есть незатейливый способ, как можно проверить качество звука: если после включения в сабвуфере слышны щелчки, а в динамике треск - это означает то, что имеются помехи для сигнала.
Басы не должны быть привязаны к сабвуферу. Для этого нужно повернуть регулятор фазы на сабвуфере на 180 градусов. Если этого регулятора нет, то нужно поменять местами положительный и отрицательный провода подключения.
Настроить звуковой процессор. Для этого необходимо отрегулировать временные задержки по каждому из каналов. Нужно установить временную задержку по левому каналу для того, чтобы звук, исходящий из левых динамиков достигал водителя в одно время с правым. Должно создаваться ощущение, что звук исходит из центральной части салона.
Кроме всего вышеперечисленного, звуковым процессором можно убрать привязку басов к задней части салона. Для того чтобы это сделать, нужно задать одинаковые задержки в правом и левом канале фронтальной акустики. Вследствие этого устранится локализация басов в районе сабвуфера.
Теперь вы знаете не только то, как рассчитать и собрать частотный фильтр своими руками, но и как настроить его работу максимально точно.
