Практичні схеми кросоверів з ФДФ, контент-платформа
Щоб не мати складнощів з розрахунком фільтра СЧ-ВЧ, можливо, видається правильним, використовувати, так званий фільтр додаткової функції (ФДФ) - диференційний підсилювач, що віднімає з широкосмугового (музичного) сигналу той, що був виділений фільтром низьких частот (в нашому випадку) , а залишок - СЧ і ВЧ складові, що передає на свій вихід.
1981р №5-6 стор 39 «Трьохсмуговий підсилювач»
1987р №3 стор 35 «Блок фільтрів трьохсмуговими підсилювача ЗЧ»
Зверніть увагу, в схемі '87 / 3, перед активним фільтром варто повторювач напруги на ОУ, якою повторювач володіє низьким вихідним опором, а навантажений фільтр на ОУ (ФДФ) з високим вхідним опором, що корисно для узгодження фільтра зі схемою, що утворює кросовер, в цілому.
Частоту розділу, для двосмугового кросовера, краще вибрати в три рази більше, ніж резонансна частота НЧ гучномовця. Якщо в якості НЧ гучномовця використовується широкосмуговий динамік, то розділ краще провести вище 3,5 КГц (вище резонансної частоти обраного ВЧ динаміка).
Перед цим кросовером, добре б поставити ФВЧ з частотою зрізу 40Гц-менш - відрізати те, що Ваш НЧ динамік не може відтворити фізично. Детально про це читайте у Аудіокіллера electroclub. info / samodel / sub_pred. htm
Хочу подякувати АудіоКіллера за програму для розрахунку фільтрів третього порядку.
electroclub. info / mysoft. htm
За виконаним розрахунками зібрав комбінований (на одному ОУ) смуговий фільтр 40 - 18000 Гц для УКВ приймача. При точному підборі конденсаторів і резисторів, АЧХ фільтра збіглася з бажаної без додаткової настройки.
Початківці, успішно зібрали макет схеми, можуть позбавити себе від турбот травлення друкованих плат, використовуючи нефольгірованние стеклотекстолит (гетинакс або щільний картон) і тонкий луджених провід, який замінює доріжки, які передбачалося труїти. У програмі LayOut малюється друкована плата, з шириною доріжок 0,3 - 05 мм. - щоб було видно. За роздруківці малюнка плати, захищеної прозорим скотчем, Керн і свердлиться текстоліт. Потім в отвори, по порядку складання, від входу у виходу, вставляються деталі, їх луджених висновки відгинаються у напрямку намальовані доріжок і пропаіваются. Якщо довжини висновків не вистачає, використовують луджених провід. Якщо провідники - «доріжки» лежать близько один до одного і є ризик замикання - можна одягнути кембрік. Важливо, що якщо буде потрібно переробка, наприклад, 20% зібраної схеми, не потрібно зрізати друковані доріжки - просто розпаяти ділянку, зробити нову сверловку і зібрати заново - чисто, просто і технологічно, як тротуарна плитка. При складанні ВЧ конструкцій, шар фольги, звернений до деталей, можна використовувати як загальний екран. Фольгу навколо отворів потрібно зенковать, крім «земляних» контактів.
Якщо цікаво, пришлю фотографії плат, зроблених таким способом.
Одна з переваг полягає в тому, що при перевантаженні низькочастотного каналу, його ізкаженія добре маскуються СЧ-ВЧ ланкою, отже максимальна неспотворена потужність на слух стає помітно більше.
У підсумку мені вдалося розгойдати одну колонку так, що шифер на гаражі став тріщати.
Вхідний сигнал поданий на неінвертуючий вхід операційного підсилювача МС1, який виконує функції активного фільтра низьких частот з крутизною спаду частотної характеристики 18 дБ / октаву, і на неінвертуючий вхід операційного підсилювача МС2, який виконує функції диференціального підсилювача з коефіцієнтом передачі по напрузі Ku = 1.
На інвертується вхід МС2 поданий сигнал з виходу фільтра низьких частот МС1. У диференціальному підсилювачі МС2 з спектра вхідного сигналу віднімається його низькочастотна частина, і на виході МС2 з'являється тільки високочастотна частина вхідного сигналу.
Таким чином, потрібно лише забезпечити задану частоту зрізу фільтра низьких частот, яка і буде частотою поділу. Значення елементів фільтра знаходяться із співвідношень C1 = C2 = C3; R1 = R4; R5 = R1 / 6,8; R1C1 = 0,4 / Fp, де Fр - частота поділу.
R1 я брав 22 кОм, а далі все розраховується за формулами в залежності від необхідної частоти поділу.
Як операційні підсилювачів пробував К157УД2 і К1401УД2А, обидва показали хороші результати.
Звичайно, можна застосувати будь-який счетверенний імпортний ОУ.
Програма для розрахунку кросовера
Я кілька оновив деякі картинки - як виявилося, в схему і розташування деталей закралася невелика перепутанніца - нічого страшного, але нумерація елементів в монтажі не відповідала схемі. Та й на самій схемі неправильно було показано підключення С4 (лівий висновок). Тепер все правильно, і, найголовніше, все це відповідає друкованій платі. Друкована плата не змінилася! Там все правильно! Перепутанніца була тільки на цій сторінці сайту.
Біампінг - дуже хороша штука, і нарешті настала пора його впровадження в мою апаратуру (в ресивер). Пройшли всі попередні тести і проби. Ну і нарешті з'явився новий варіант кросовера. Це подальше поліпшення першої моделі. Різниця в тому, що я розробив його під якісні плівкові конденсатори типу К73-17, К73-44, К78-16, EPCOS і ін. (Тому в платі багато "зайвих" отворів для конденсаторів різних габаритів). Крім того, щоб зменшити габарити плати, я використовував SMD резистори розміру 1206 - дрібніші погоди на зроблять (конденсатори-то все одно великі і саме вони визначають розміри плати), а паяти їх нескладно. З цієї ж причини я використовував мікросхеми в DIP корпусах - паяти просто. SMD конденсатори використовувати не можна - вони керамічні, і можуть іспоріть якість звучання.
Схема практично не змінилася (це один канал стереоваріанта) - фільтри Баттерворта 3-го порядку ВЧ і НЧ:
Вхідний конденсатор С0 "відрізає" постоянку на вході. І одночасно (разом з резистором R0, який повинен лежати в межах 33. 68 кОм) є сабсонік-фільтром - знижує рівень низьких частот, нижче частоти зрізу, його можна розрахувати так:
Це для значення 47 кому, якщо R0 має інше значення, то у скільки разів R0 більше, ніж 47 кому, в стільки ж разів С0 повинен бути менше, ніж за формулою, і навпаки. Частоту зрізу краще вибирати рази в 2. 3 нижче, ніж найнижча робоча частота вам потрібно. Виняток становлять випадки, коли ну дуже потрібно обрізати низькі частоти, то в формулу підставляємо нижню робочу частоту.
Резистор R7 регулює рівень верхніх частот - зазвичай віддача ВЧ динаміка вище, і сигнал для нього доводиться послабляти. Це важливо в біампінге - інакше можливий частотний дисбаланс. Тут використано багатооборотний підлаштування резистор - і герметичний (пил не потрапляє і не змінює опору), і дозволяє точно відрегулювати рівень сигналу. Резистори R8, R9, R10 дозволяють "відв'язати" блок від джерела живлення і можливих земляних петель (щоб кросовер можна було б без проблем вбудувати в уже існуючу апаратуру). Конденсатори С7. С10 - фільтри харчування. Вони повинні бути однаковими для "+" і "-" харчування.
Номінали деяких деталей не вказані - вони залежать від частоти зрізу фільтра. Сам фільтр можна розрахувати за цією програмою. Тільки потрібно, щоб опору резисторів лежали в межах 10 кОм. 1МОм (тоді буде менше перешкод і впливу кросовера на інші блоки).
Для себе я зробив фільтр з частотою розділу близько 2,5 кГц. Ось його АЧХ - ідеал!
Я вимірював АЧХ по-старому, за допомогою генератора (з низькими спотвореннями), частотометра і електронного вольтметра. Точки, в який проводилися вимірювання показані на лініях (чорним і блакитним кольором). Сумарна електрична АЧХ - практично ідеальна пряма з нерівномірністю не більше + -0,05 дБ.
Конденсатори бажано по можливості підібрати по ємності, але я, наприклад, сильно не старався, більш-менш близькі, і все тут. Резистори я взагалі не підбирав, і ось що вийшло при розгляданні через мікроскоп:
Дуже добре. Нерівномірність АЧХ фільтра НЧ в діапазоні від 20 Гц не більше 0,3 дБ! Нижче частоти 50 Гц впливає вхідний конденсатор С0, а вище частоти 1000 Гц - це вже починається нормальний спад фільтра НЧ.
Вимірювання спотворень показали, що вони (спотворення) знаходяться на рівні межі вимірювань - менше 0,002%. Це при використанні мікросхеми ОРА2134РА. Більш "круті" ОУ використовувати не рекомендується - різниці не почуєте, а проблем зі стійкістю і ВЧ перешкодами огребет. Більш "прості" ОУ працюватимуть вельми непогано - глибина ООС велика і спотворення добре компенсуються.
Сама плата в стереоваріенте вийшла трохи більше сірникової коробки. Я вважаю, що прагнути зробити кросовер ще більш мініатюрним немає сенсу: якісні конденсатори все одно великі, а якщо елементи "притулити" занадто тісно, то вийдуть зайві паразитні ємнісні зв'язку, та й "сопла" між доріжками легше дістати.
Ось АЧХ динаміків в ближньому полі, кожен з яких підключений до свого власного підсилювача, а підсилювачі включені через цей кросовер. При вимірі працювали обидва динаміка, тому сигнал ВЧ присутній при знятті НЧ характеристики і навпаки, створюючи деякі перешкоди. Але ці перешкоди дуже малі. Сумарна АЧХ (обчислена) - рівна-преровная! Видно, що у НЧ динаміка на частоті 5. 7 кГц різкий викид, пов'язаний з переходом дифузора в зонний режим роботи. І де він, цей викид після фільтра 3-го порядку? (Насправді викид ще менше, це ще з ВЧ динаміка сигнал потрапляє). Спробуйте так налаштувати пасивний фільтр. І враховуйте, що придушити викид 2-м, а тим більше 1-м порядком вийде!
Тестові прослуховування були дуже успішними: заслухувався! Ось порівняння АЧХ однієї і тієї ж колонки (колонка на своєму штатному місці, мікрофон в точці прослуховування) з вбудованим пасивним кросовером. і при біампінге. Це інша колонка з іншими динаміками. Хвилястість АЧХ - вплив приміщення (треба сказати цілком непогане), а спад нижче 800 Гц - особливості вимірювання.
Звичайно, мені можуть сказати, що кривувата АЧХ з пасивним кросовером (провал в області 2. 6 кГц) - наслідок недостатньо ретельної настройки пасивних фільтрів. Я не відмовляюся! Ще пара тижнів настройки - глядшь, і краще було б! Насправді, налаштування пасивного кросовера сильно заважала залежність опору і індуктивності динаміків від частоти (а вони ще й від діапазону залежить!). Активний кросовер параметри динаміка взагалі не відчуває, тому АЧХ виходить найкращою. Крім того, якщо згадати, скільки для пасивного фільтра довелося домативать-відмотувати котушок і паралелі конденсаторів! Жах! А тут відразу раз, і запрацювало! Потрібно було тільки вибрати частоту розділу, і підкрутити подстроечнік, щоб встановити рівень на ВЧ.
PS. У мене є плати промислового виготовлення, як замовити, див. Тут.
Фазолінейний активний кросовер
Пітер Латскі звертає увагу, що в більшості кросоверів (розділових фільтрів для многополосних акустичних систем) на частоті розділу НЧ / ВЧ спостерігається значний (зазвичай від 45 до 90 електричних градусів залежно від порядку фільтрів) фазовий зсув між напругою на НЧ і ВЧ виходах.
Це призводить до суттєвих порушень цілісності звукової картини на середніх частотах (відповідальних за передачу голосу і основної частини спектра більшості музичних інструментів), оскільки один і той же сигнал випромінюється двічі: ВЧ ланкою і НЧ ланкою з більшою або меншою часовою затримкою. Необхідна для ідеальної звукопередачи умова - сталість характеристики групового часу затримки (ГВЗ), або, що те ж, лінійна фазова характеристика, принципово можуть бути отримані тільки при використанні в кросовері ФНЧ Бесселя і всепропускающего (фазокорректірующім) фільтра Деліяніса (ФВЧ для формування АЧХ для ВЧ ланки взагалі не можуть бути застосовані, оскільки вони формують фазовий випередження, принципово не стикуються, яким би воно не було, з фазовим запізненням ФНЧ і фазокорректора Деліяніса).
У фазолінейном активному кросовері (рис.1) формування сигналу для НЧ ланки (вихід Low) виконує ФНЧ Бесселя четвертого порядку (ОУ А4, А5), а на ОУ А2 виконаний фазокорректор Деліяніса другого порядку, який має лінійну АЧХ, але таку ж ФЧХ і ГВЗ, що і ФНЧ Бесселя четвертого порядку. Диференціальний підсилювач на ОП A3 віднімає з сигналу на виході A3 сигнал на виході ФНЧ і таким чином формує сигнал сполученого з останнім по частоті розділу ФВЧ (вихід High), що подається на ВЧ ланка акустичної системи. При цьому фази напруг на обох виходах практично збігаються, що забезпечує точну передачу просторової звукової картини. З показаними на схемі номіналами елементів кросовер застосовується для акустичної системи з електростатичного ВЧ ланки і изобарического ( «компресійного») НЧ динаміка. Частота розділу НЧ / ВЧ може бути легко скоректована для інших динаміків одночасною зміною ємності конденсаторів С21, С22, С41, С42, С51 і С52.
Активна двосмугова акустична система на динаміках Сканспік і SEAS EXCEL
Це трехполосная акустична система з десятидюймові низькочастотної головкою в ЗЯ, яка працює від окремого підсилювача з активним кросовер.
Активні системи мають багато значних переваг перед пасивними.
Такими перевагами є, зокрема:
- можливість не звертати уваги на чутливість застосовуваних головок;
- реалізація низьких частот розділу, що утруднено в пасивних системах, зокрема, проблемою "накачування" (див. 3 книгу.);
- низька вартість активного кроссовера в порівнянні з пасивним із застосуванням хайендних деталей;
- більш низькі вимоги до підсилювачів і можливість використання підсилювачів, оптимізованих для смугового посилення;
- можливість виключити вплив колоночного проводів, що є безсумнівним недоліком для їх продавців :-).
Дана АС є модифікацією попередньої розробки з використанням тих же динаміків в СЧ-ВЧ ланці, і іншого басовік: E0026 Описувана система є напівактивної - у неї активний розділ басового і СЧ-ВЧ ланок. А саме СЧ-ВЧ ланка має пасивний фільтр.
Така система має ряд переваг:
- Так як найважчим для підсилювача є великий басовік, то він працює від свого каналу, а СЧ-ВЧ ланка працює від іншого каналу. що забезпечує низьку интермодуляцию.
- СЧ-ВЧ ланка може бути самостійним гучномовцем, будучи відключеним від ФВЧ, який стикується його з бас-ланкою.
- Можна позбутися від найбільш великих і дорогих деталей пасивного фільтра, що забезпечують нижню частоту розділу. Ця частота може, при цьому, як завгодно низькою.
- Можна застосувати звичайні стерео підсилювачі потужності в кожній АС з пари, причому, тип підсилювача може бути різним "зверху" і "знизу". Наприклад, "зверху" можна застосувати ламповий підсилювач, а "знизу" - транзисторний.
- Так як знизу зазвичай порядок фільтра низький, можна обійтися пасивними RC ланцюжками на вході підсилювачів потужності, що спрощує і здешевлює систему.
Вибір динаміків визначався простотою реалізації. Знизу десятидюймовий басовік в ЗЯ, великий среднечастотник, який міг забезпечити низький розділ, і хороша ВЧ головка, яка не пред'являє вимог по частоті розділу.
Я використовував інший басовік в даній конструкції, тому що, динамік SEAS EXCEL E0026 забезпечує нижню частоту зрізу 40 Гц за все в 40 літрах обсягу, а динаміку Scanspeak 25W / 856501 потрібно було близько 70 літрів приблизно з такою ж нижньої частотою. СЧ динамік Ревелатор: 15M / 4531K00 і моя улюблена пищалка і класичної серії: D2905 / 970000.
З часів попередньої розробки Сканспік знову став самостійним і перестав належати Tymphany.
Я вирішив поміряти динаміки знову, так як дизайн корпусу відсіку СЧ-ВЧ трохи змінився.
Як виявилося - не дарма.
Пищалки 9700 - поставляються підібраними парами, але АЧХ, особливо зверху, у різних пар може відрізнятися.
Среднечастотники 15М раніше не мали особливих відмінностей між парами.
Це схема активного кроссовера НЧ розділу.
Як видно, він зроблений на транзисторах. Всі транзистори: BC549C.
Ланцюжок C4R12 можна не ставити, якщо фільтр постійно з'єднаний зі входом підсилювача потужності, а там є розділовий конденсатор.
Це АЧХ системи з метра:
Це схема пасивного кросовера СЧ-ВЧ блоку:
Відмінності від старої схеми невеликі, вони викликані відмінністю АЧХ СЧ динаміка в області вище 3 кГц і деяким відмінністю АЧХ ВЧ динаміків від типової.