Четырехполосный фильтр для акустической системы
4-BAND SPEAKER FILTER

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в акустических системах бытовой или профессиональной звуковоспроизводящей аппаратуры.
Известен четырехполосный фильтр для акустической системы, содержащий низкочастотный LC-фильтр, среднечастотный LC фильтр и два параллельных высокочастотных LC-фильтра, выходы которых предназначены для подключения динамических головок низкочастотного, среднечастотного и двух высокочастотных диапазонов (см. международную заявке WO 81/00947, кл. H04R 3/12, опубл. 02.04.1981, фиг. 3).
Данный фильтр имеет простую конструкцию, однако не обеспечивает требуемое качество звучания в низкочастотном диапазоне, что связано с тем, что данный фильтр не обеспечивает разделение сигнала по низким частотам при воспроизведении, что ведет к размытости локализации кажущихся источников звука.
Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому техническому результату является четырехполосный фильтр для акустической системы, содержащий нижнечастотный фильтр LC-фильтр, нижнесреднечастотный LC-фильтр, среднечастотный LC-фильтр и верхнечастотный LC-фильтр, выходы которых предназначены для подключения динамических головок соответственно низкочастотного, нижнесреднечастотного, среднечастотного и высокочастотного диапазонов см. патент US №10701487, кл. H04R 3/04, опубл. 10.06.2020, фиг. 5).
Данный фильтр позволяет повысить точность воспроизведения звука, стабильность технических характеристик и обеспечивает более равномерное распределение нагрузок на каждый излучатель. Однако данный фильтр имеет сложную конструкцию с необходимостью использования большого количества конденсаторов и катушек индуктивности при этом не обеспечивается необходимая линейность фазо-частотной характеристики.
Технической проблемой, на решение которой направлено настоящее изобретение, является преодоление вышеуказанных недостатков.
Технический результат, достигаемый в изобретении заключается в том, что достигается повышение линейности фазочастотной характеристики фильтра при сохранении равномерности его амплитудно-частотной характеристики и упрощении конструкции четырехполосного фильтра для акустической системы.
Указанная техническая проблема решается, а технический результат достигается за счет того, что четырехполосный фильтр для акустической системы содержит нижнечастотный фильтр LC-фильтр, нижнесреднечастотный LC-фильтр, среднечастотный фильтр и верхнечастотный LC-фильтр, выходы которых предназначены для подключения динамических головок соответственно низкочастотного, нижнесреднечастотного, среднечастотного и высокочастотного диапазонов, первый вход четырехполосного фильтра подключен к первому выводу первого конденсатора и первому выводу первой катушки индуктивности, последняя вторым выводом подключена к первому выводу второго конденсатора, второму выводу третьего конденсатора, первому выводу динамической головки низкочастотного диапазона. и первому выводу динамической головки нижнесреднего диапазона, второй вход четырехполосного подключен к второму выводу второго конденсатора, второму выводу второй катушки индуктивности и второму выводу третьей катушки индуктивности, которая первым выводом подключена к второму выводу четвертого конденсатора и второму выводу динамической головки нижнесреднечастотного диапазона, первый вывод второй катушки индуктивности подключен к второму выводу динамической головки нижнечастотного диапазона, первый вывод четвертого конденсатора подключен к второму выводу динамической головки среднечастотного диапазона, первый вывод третьего конденсатора подключен к второму выводу динамической головки высокочастотного диапазона, первый вывод которой подключен к второму выводу пятого конденсатора, а последний первым выводом подключен к второму выводу первого конденсатора и первому выводу динамической головки среднечастотного диапазона, при этом первая, вторая и третья катушки индуктивности имеют равную величина индуктивности, первый, второй и четвертый конденсаторы имеют равную величину емкости, а емкость третьего конденсатора равна емкости пятого конденсатора.
В результате достигается повышение линейности фазочастотной характеристики фильтра при сохранении равномерности его амплитудно-частотной характеристики, обеспечивая требуемое разделение(АЧХ) и согласованию (ФЧХ) динамических головок.
В четырехполосном фильтре входной сигнал подается на последовательную LC цепь, где выделяется амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) и фазируется фазочастотная характеристика (ФЧХ) по диапазонам низких частот (НЧ), нижнесредних частот (НСЧ), средних частот (СЧ) и высоких частот (ВЧ). При этом сумма выделенных сигналов равна входному сигналу по напряжению.
В результате второй конденсатор LC-фильтра нижних частот является проходным для ВЧ и СЧ динамических колонок со смещением фазы - 90°, а так же шунтирует динамические головки НЧ и НСЧ. Пятый и третий конденсаторы LC-фильтра верхних частот являются проходными для ВЧ со смещением фазы - 90°. Первый конденсатор является проходным для ВЧ и СЧ и шунтирующим для НЧ и НСЧ. Четвертый конденсатор частотного фильтра средних частот является проходным для СЧ и шунтирующим для ВЧ, НЧ и НСЧ. Первая катушка индуктивности LC-фильтра верхних частот является проходной для НЧ, НСЧ и шунтирующей для ВЧ и СЧ, вторая катушка индуктивности LC-фильтра нижних частот являются проходными для НЧ и шунтирующими НСЧ,СЧ и ВЧ, а третья катушка индуктивности LC-фильтра нижнесредних частот является проходной для НСЧ и шунтирующей НЧ,СЧ и ВЧ.
При этом для исключения вышеуказанного смещения фаз величина индуктивности первая, вторая и третья катушки индуктивности имеют равную величину индуктивности (L1=L2=L3), первый, второй и четвертый конденсаторы имеют равную величину емкости (С1=С2=С4), а емкость третьего конденсатора равна емкости пятого конденсатора (С3=С5).
Это повышает отдачу по диапазону и согласованность работы динамических головок.
Таким образом на динамическую головку среднечастотного диапазона (СЧ) сигнал отфильтровывается конденсаторами С1,С2,С4 и динамической головкой нижнесреднечастотного диапазона (НСЧ), который одновременно воспроизводит отфильтрованный СЧ сигнал.
Динамическая головка высокочастотного диапазона (ВЧ) включена последовательно с симметричной фильтрацией С1=С2, С3=С5.
Так же динамические головки одна низкочастотного диапазона (НЧ) и вторая иизкосреднечастотного диапазона (НСЧ) при равной величине индуктивности катушек индуктивности (L1=L2=L3) создают общую гармонию (качество) воспроизведения во всем диапазоне низких частот и нижней части диапазона средних частот.
Таким образом, вышеописанный четырехполосный фильтр для акустических систем является универсальным для любых акустических систем (автомобильных, бытовых, концертных и тому подобных акустических систем.
На чертеже представлена принципиальная схема фильтра для четырехполосной акустической системы.
Четырехполосный фильтр для акустической системы содержит нижнечастотный фильтр LC-фильтр, нижнесреднечастотный LC-фильтр, среднечастотный фильтр, верхнечастотный LC-фильтр, выходы которых предназначены для подключения динамических головок, соответственно, низкочастотного, нижнесреднечастотного, среднечастотного и высокочастотного диапазонов.
Первый вход 1 подключен к первому выводу первого конденсатора 2 и первому выводу первой катушки индуктивности 3, последняя вторым выводом подключена к первому выводу второго конденсатора 4, второму выводу третьего конденсатора 5, первому выводу динамической головки 6 низкочастотного диапазона и первому выводу динамической головки 7 нижнесреднего диапазона.
Второй вход 8 подключен к второму выводу второго конденсатора 4, второму выводу второй катушки индуктивности 9 и второму выводу третьей катушки 10 индуктивности, которая первым выводом подключена к второму выводу четвертого конденсатора 11 и второму выводу динамической головки 7 нижнесреднечастотного диапазона.
Первый вывод второй катушки индуктивности 9 подключен к второму выводу динамической головки 6 нижнечастотного диапазона, первый вывод четвертого конденсатора 11 подключен к второму выводу динамической головки 12 среднечастотного диапазона, первый вывод третьего конденсатора 5 подключен к второму выводу динамической головки 13 высокочастотного диапазона, первый вывод которой подключен к второму выводу пятого конденсатора 14, а последний первым выводом подключен к второму выводу первого конденсатора 2 и первому выводу динамической головки 12 среднечастотного диапазона.
В вышеописанном. фильтре LC-фильтр нижних частот, предназначенный для динамической головки 6 низкочастотного диапазона, выделяет сигналы с частотами, ниже 400 Гц как сигналы, подаваемые на динамическую головку 6 низкочастотного диапазона, а сигналы с частотами выше 400 Гц не пропускаются этим фильтром. Для этого низкочастотный сигнал проходит через первую катушку индуктивности 3, динамическую головку 6 нижнечастотного диапазона и вторую катушку индуктивности 9. Сигналы низкочастотного диапазона шунтируются вторым конденсатором 4.
LC-фильтр верхних частот, предназначенный для динамической головки 13 высокочастотного диапазона, выделяет сигналы с частотами выше 5-6 кГц как сигналы для динамической головки 13 для чего высокочастотный сигнал проходит через первый конденсатор 2, пятый конденсатор 14, динамическую головку 13 высокочастотного диапазона 13 третий конденсатор 5 и второй конденсатор 4. Сигналы с частотами ниже 400 Гц не пропускаются этим фильтром. Сигналы высокочастотного диапазона шунтируются первой катушкой индуктивности 3.
Суммарный диапазон сигналов, которые подавляются LC-фильтрами нижних и верхних частот, шире рабочей полосы частот, которая может качественно воспроизводится динамической головкой 12. Для этого нижняя часть среднечастотного диапазона воспроизводится динамической головкой 7 нижнесреднечастотного диапазона, что позволяет пропускать через нее среднечастотный диапазон и в тоже время посредством третьей катушки индуктивности шунтировать низкочастотный и высокочастотный диапазоны. Среднечастотный сигнал, который не воспроизводится динамическими головками 6 и 13 проходит через второй конденсатор 2, динамическую головку 7 нижнесреднечастотного диапазона и затем проходит через четвертый конденсатор 11, который при этом шунтирует нижнесреднечастотные сигналы, далее среднечастотный сигнал проходит через динамическую головку 12 среднечастотного диапазона и затем проходит через первый конденсатор. Таким образом на динамическую головку 12 среднечастотного диапазона поступает сигнал, соответствующий среднечастотному диапазону.
В результате, линейность фазочастотной характеристики четыхполосного 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 четырехполосной акустической системой.