Фильтр для многополосной акустической системы
FILTER FOR MULTI-WAY SPEAKER SYSTEM

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в акустических системах бытовой или профессиональной звуковоспроизводящей аппаратуры.
Известен фильтр для акустической системы, содержащий конденсаторы, низкочастотный трансформатор, динамическую головку низкочастотного диапазона и две динамические головки средневысоких частот (см. авторское свидетельство СССР, №1764188, кл. H04S 3/02, опубл. 23.09.1992).
Данный фильтр имеет простую конструкцию, однако не обеспечивает требуемое качество звучания, что связано с тем, что данный фильтр не обеспечивает разделение сигнала по низким и средним частотам при воспроизведении, что ведет к размытости локализации кажущихся источников звука.
Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому техническому результату является фильтр для акустической системы, содержащий LC-фильтр нижних частот, LC-фильтр верхних частот и частотный фильтр средних частот, выходы которых предназначены для подключения динамических головок низкочастотного, высокочастотного и среднего диапазона (см. патент RU №2554273, кл. H04R 3/12, опубл. 27.06.2015).
Данный фильтр позволяет повысить точность воспроизведения звука, стабильность технических характеристик и обеспечивает равномерное распределение нагрузок на каждый излучатель. Однако при этом не обеспечивается необходимая линейность фазочастотной характеристики, что также приводит к размытости положения кажущихся источников звука при стереофоническом воспроизведении звука.
Технической проблемой, на решение которой направлено настоящее изобретение, является преодоление вышеуказанных недостатков.
Технический результат, достигаемый в изобретении, заключается в повышении линейности фазочастотной характеристики фильтра при сохранении равномерности его амплитудно-частотной характеристики.
Указанная техническая проблема решается, а технический результат достигается за счет того, что фильтр для многополосной акустической системы содержит LC-фильтр нижних частот, LC-фильтр верхних частот и частотный фильтр средних частот, выходы которых предназначены для подключения динамических головок соответственно низкочастотного, высокочастотного и среднечастотного диапазона, LC-фильтр нижних частот состоит из первой, второй и третьей катушек индуктивности и первого конденсатора, LC-фильтр верхних частот состоит из четвертой катушки индуктивности и второго и третьего конденсаторов, а частотный фильтр средних частот состоит из четверного, пятого и шестого конденсаторов, при этом выводы динамической головки низкочастотного диапазона подключены: первый - к второму выводу первой катушки индуктивности, а второй вывод - к первому выводу второй катушки индуктивности, первый вывод первой катушки индуктивности подключен к первому выводу первого конденсатора и к «плюсу» на входе в фильтр, второй вывод второй катушки индуктивности подключен к второму выводу первого конденсатора, первому выводу третьей катушки индуктивности, первому выводу четвертой катушки индуктивности и первому выводу второго конденсатора, второй вывод которого подключен к первому выводу динамической головки высокочастотного диапазона, второй вывод четвертой катушки индуктивности подключен к второму выводу третьего конденсатора, первому выводу четвертого конденсатора и первому выводу шестого конденсатора, первый вывод третьего конденсатора подключен к второму выводу динамической головки высокочастотного диапазона, второй вывод четвертого конденсатора подключен к первому выводу динамической головки среднечастотного диапазона, второй вывод третьей катушки индуктивности подключен к второму выводу шестого конденсатора, второму выводу пятого конденсатора и к «минусу» на входе в фильтр, первый вывод пятого конденсатора подключен к второму выводу динамической головки среднечастотного диапазона, при этом величина индуктивности первой катушки индуктивности равна величине индуктивности второй катушки индуктивности, емкость второго конденсатора равно емкости третьего конденсатора, а емкость четвертого конденсатора равна емкости пятого конденсатора.
Фильтр для многополосной акустической системы может содержать по меньшей мере одну дополнительную динамическую головку низкочастотного и/или высокочастотного и/или среднечастотного диапазона, при этом дополнительная динамическая головка низкочастотного диапазона выводами подключена к выводам динамической головки низкочастотного диапазона через катушки индуктивности аналогичные катушкам индуктивности динамической головки низкочастотного диапазона, а дополнительные динамические головки высокочастотного и среднечастотного диапазона подключены к выводам динамической головки, соответственно, высокочастотного и среднечастотного диапазона через конденсаторы аналогичные конденсаторам динамических головок, соответственно высокочастотного и среднечастотного диапазона.
В результате достигается повышение линейности фазочастотной характеристики фильтра при сохранении равномерности его амплитудно-частотной характеристики.
В заявляемом фильтре входной сигнал подается на последовательную LC цепь, где выделяется амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) и фазируется фазочастотная характеристика (ФЧХ) по диапазонам низких частот (НЧ), средних частот (СЧ) и высоких частот (ВЧ). При этом сумма выделенных сигналов равна входному сигналу по напряжению. В результате первый конденсатор LC-фильтра нижних частот является проходным для СЧ ВЧ динамических колонок со смещением фазы - 90°, а также шунтирует динамическую головку НЧ. Второй и третий конденсаторы LC-фильтра верхних частот являются проходными для ВЧ со смещением фазы - 90°. Четвертый, пятый и шестой конденсаторы частотного фильтра средних частот являются проходными для ВЧ и шунтирующими для СЧ. Четвертая катушка индуктивности LC-фильтра верхних частот является проходной для СЧ и шунтирующей для ВЧ, а первая, вторая и третья катушки индуктивности LC-фильтра нижних частот являются проходными для НЧ и шунтирующими СЧ и ВЧ.
При этом для исключения вышеуказанного смещения фаз величина индуктивности первой катушки индуктивности равна величине индуктивности второй катушки индуктивности (L1=L2), емкость второго конденсатора равно емкости третьего конденсатора (С2=С3), а емкость четвертого конденсатора равно емкости пятого конденсатора (С4=С5).
Таким образом, вышеописанный фильтр для многополосной акустической системы является универсальным для любых многополосных акустических систем (автомобильных, бытовых, концертных и тому подобных акустических систем.
На чертеже представлена принципиальная схема фильтра для многополосной акустической системы.
Фильтр для многополосной акустической системы содержит LC-фильтр нижних частот, LC-фильтр верхних частот и частотный фильтр средних частот, выходы которых предназначены для подключения динамических головок 1, 2 и 3 соответственно низкочастотного и высокочастотного и среднечастотного диапазона.
LC-фильтр нижних частот состоит из первой 4, второй 5 и третьей 6 катушек индуктивности и первого конденсатора 7.
LC-фильтр верхних частот состоит из четвертой 8 катушки индуктивности и второго 9 и третьего 10 конденсаторов.
Частотный фильтр средних частот состоит из четвертого 11, пятого 12 и шестого 13 конденсаторов.
Выводы динамической головки 1 низкочастотного диапазона подключены: первый - к второму выводу первой катушки индуктивности 4, а второй вывод - к первому выводу второй катушки индуктивности 5, первый вывод первой катушки индуктивности 4 подключен к первому выводу первого конденсатора 7 и к «плюсу» на входе в фильтр, второй вывод второй катушки индуктивности 5 подключен к второму выводу первого конденсатора 7, первому выводу третьей катушки индуктивности 6, первому выводу четвертой катушки индуктивности 8 и первому выводу второго конденсатора 9, второй вывод которого подключен к первому выводу динамической головки 2 высокочастотного диапазона. Второй вывод четвертой катушки индуктивности 8 подключен к второму выводу третьего конденсатора 10, первому выводу четвертого конденсатора 11 и первому выводу шестого конденсатора 13. Первый вывод третьего конденсатора 10 подключен к второму выводу динамической головки 2 высокочастотного диапазона. Второй вывод четвертого конденсатора 11 подключен к первому выводу динамической головки 3 среднечастотного диапазона, второй вывод третьей катушки индуктивности 6 подключен к второму выводу шестого конденсатора 13, второму выводу пятого конденсатора 12 и к «минусу на входе в фильтр. Первый вывод пятого конденсатора 12 подключен к второму выводу динамической головки 3 среднечастотного диапазона.
Величина индуктивности L1 первой катушки индуктивности 4 равна величине индуктивности L2 второй катушки индуктивности 5, емкость С2 второго конденсатора 9 равна емкости С3 третьего конденсатора 10, а емкость С4 четвертого конденсатора 11 равна емкости L5 пятого конденсатора 12.
Фильтр для многополосной акустической системы может содержать по меньшей мере одну дополнительную динамическую головку 14 низкочастотного и/или динамическую головку 15 высокочастотного и/или динамическую головку 16 среднечастотного диапазона.
Дополнительная динамическая головка 14 низкочастотного диапазона выводами подключена к выводам динамической головки 1 низкочастотного диапазона через катушки индуктивности 17 и 18 аналогичные катушкам индуктивности 4 и 5 динамической головки 1 низкочастотного диапазона, а дополнительные динамические головки 15 и 16 соответственно высокочастотного и среднечастотного диапазона подключены к выводам динамической головки 2 и 3, соответственно, высокочастотного и среднечастотного диапазона через конденсаторы 19, 20, 21 и 22 аналогичные конденсаторам 9, 10, 11 и 12 динамических головок 2 и 3, соответственно высокочастотного и среднечастотного диапазона.
В вышеописанном фильтре LC-фильтр нижних частот, предназначенный для динамической головки 1 низкочастотного диапазона, выделяет сигналы с частотами, ниже 400 Гц как сигналы, подаваемые на динамическую головку 1 низкочастотного диапазона, а сигналы с частотами выше 400 Гц не пропускаются первой, второй и третьей катушками индуктивности 4, 5 и 6 этого фильтра.
LC-фильтр верхних частот, предназначенный для динамической головки 2 высокочастотного диапазона, выделяет сигналы с частотами выше 5 кГц как сигналы для динамической головки 2. Сигналы с частотами ниже 5 кГц не пропускаются этим фильтром. Суммарный диапазон сигналов, которые подавляются LC-фильтрами нижних и верхних частот, шире рабочей полосы частот, которая должна воспроизводиться динамической головкой 3 среднечастотного диапазона. Для этого к второму выводу первого конденсатора 7 и первому выводу третьей катушки индуктивности 6 LC-фильтра нижних частот подключен первый вывод четвертой катушки индуктивности 8 и первый вывод второго конденсатора 9 LC-фильтра верхних частот, а второй вывод динамической головки 2 высокочастотного диапазона через третий конденсатор 10 LC-фильтра верхних частот подключен к второму выводу четвертой катушки индуктивности 8 LC-фильтра верхних частот, первому выводу четвертого конденсатора 11 динамической головки 3 среднечастотного диапазона и первому выводу шестого конденсатора 13 частотного фильтра средних частот, а ко второму выводу третьей катушки индуктивности 6 LC-фильтра нижних частот подключен второй вывод шестого конденсатора 13 частотного фильтра средних частот и через пятый конденсатор 12 второй вывод динамической головки 3 среднечастотного диапазона. Таким образом, выводы динамической головки 6 среднечастотного диапазона подключены к второму выводу четвертого конденсатора 11 и первому выводу пятого конденсатора 12 и на динамическую головку 3 поступает только сигнал, соответствующий среднечастотному диапазону.
В результате, линейность фазочастотной характеристики фильтра при сохранении равномерности его амплитудно-частотной характеристики позволяет повысить качество стереоэффекта, уменьшить неточность восприятия положения источников звука и снизить искажения при воспроизведении различных звуков, что в результате обеспечивает повышение качества воспроизведения различного рода звуков вышеописанной трехполосной акустической системой.