Фильтр для акустической системы четырехполосный
FOUR-BAND FILTER FOR ACOUSTIC SYSTEM

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 каждую динамическую головку. Однако данный фильтр имеет сложную конструкцию с необходимостью использования большого количества конденсаторов и катушек индуктивности, но 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 фильтр для акустической системы четырехполосный содержит нижнечастотный 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, при этом первый вход четырехполосного фильтра подключен к первому выводу первого конденсатора и первому выводу первой катушки индуктивности, последняя вторым выводом подключена к первому выводу динамической головки нижнесреднечастотного диапазона, первому выводу динамической головки низкочастотного диапазона и первому выводу второго конденсатора, второй вывод первого конденсатора подключен к первому выводу третьего конденсатора, первому выводу второй катушки индуктивности и второму выводу динамической головки нижнесреднечастотного диапазона, второй конденсатор вторым выводом подключен к первому выводу четвертого конденсатора, первому выводу третьей катушки индуктивности и второму выводу динамической головки низкочастотного диапазона, второй вывод четвертого конденсатора подключен к первому выводу динамической головки среднечастотного диапазона, которая вторым выводом подключена к первому выводу пятого конденсатора и к первому выводу шестого конденсатора, второй вывод второй катушки индуктивности подключен к второму выводу третьей катушки индуктивности, второму выводу пятого конденсатора и к второму входу четырехполосного фильтра, шестой конденсатор вторым выводом подключен к первому выводу динамической головки высокочастотного диапазона, которая вторым выводом подключена к второму выводу третьего конденсатора, при этом первая, вторая и третья катушки индуктивности имеют равную величина индуктивности, первый, четвертый и пятый конденсаторы имеют равную величину емкости, а емкость третьего конденсатора равна емкости шестого конденсатора.
В результате достигается повышение линейности фазочастотной характеристики фильтра при сохранении равномерности его амплитудно-частотной характеристики, обеспечивая требуемое разделение (АЧХ) и согласование (ФЧХ) динамических головок.
Данный фильтр 4-хполосный имеет комбинированную последовательно параллельную 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.
Фильтр четырехполосный включает последовательную цепь НСЧ - ВЧ и последовательную цепь НЧ - СЧ. Данные цепи взаимозависимые, сигнал на динамическую головку СЧ проходит через динамическую головку НСЧ и так же им воспроизводится. Динамические головки НЧ и НСЧ имеют общую катушку L1. Динамические головки ВЧ и СЧ имеют общий проходной конденсатор С2.
Данное решение позволяет расширить частотный диапазон (АЧХ) системы и добиться фазовой согласованности (ФЧХ).
В результате первый конденсатор LC-фильтра нижних частот является проходным для ВЧ на динамическую головку высокочастотного диапазона, а так же шунтирует динамические головки, соответственно, НСЧ, НЧ и СЧ.
Шестой и третий конденсаторы LC-фильтра верхних частот являются проходными для ВЧ и шунтируют НЧ, НСЧ и СЧ.
Первая катушка индуктивности LC-фильтра верхних частот является проходной для НЧ, НСЧ и СЧ и шунтирующей для ВЧ.
Четвертый конденсатор частотного фильтра средних частот является проходным для СЧ и шунтирующим для ВЧ, НЧ и НСЧ.
Вторая катушка индуктивности LC-фильтра являются проходной для НСЧ и шунтирующей НЧ, а третья катушка индуктивности LC-фильтра нижних частот является проходной для НЧ и шунтирующей НСЧ и СЧ, а пятый конденсатор является проходным для ВЧ и СЧ.
При этом величина индуктивности первой, второй и третьей катушек индуктивности имеют равную величину индуктивности (L1=L2=L3).
Первый, четвертый и пятый конденсаторы имеют равную величину емкости (С1=С4=С5), а емкость третьего конденсатора равна емкости шестого конденсатора (С3=С6).
Это повышает отдачу по диапазону и согласованность работы динамических головок.
Таким образом на динамическую головку среднечастотного диапазона (СЧ) сигнал отфильтровывается вторым, четвертым и пятым конденсаторами, а динамическая головка нижнесреднечастотного диапазона (НСЧ), одновременно воспроизводит СЧ сигнал.
Динамическая головка высокочастотного диапазона (ВЧ) включена последовательно с симметричной фильтрацией третьим и шестым конденсаторами (С3=С6).
Также динамические головки одна низкочастотного диапазона (НЧ) и вторая низкосреднечастотного 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 фильтр для акустических систем четырехполосный является универсальным для любых акустических систем (автомобильных, бытовых, концертных и тому подобных акустических систем.
На чертеже представлена принципиальная схема фильтра для четырехполосной акустической системы.
Фильтр четырехполосный для акустической системы содержит нижнечастотный 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 фильтра четырехполосного подключен к первому выводу первого конденсатора 2 и первому выводу первой катушки индуктивности 3, последняя вторым выводом подключена к первому выводу динамической головки 4 нижнесреднечастотного диапазона, первому выводу динамической головки 5 низкочастотного диапазона и первому выводу второго конденсатора 6, второй вывод первого конденсатора 2 подключен к первому выводу третьего конденсатора 7, первому выводу второй катушки индуктивности 8 и второму выводу динамической головки 4 нижнесреднечастотного диапазона, второй конденсатор 6 вторым выводом подключен к первому выводу четвертого конденсатора 9, первому выводу третьей катушки индуктивности 10 и второму выводу динамической головки 5 низкочастотного диапазона, второй вывод четвертого конденсатора 9 подключен к первому выводу динамической головки 11 среднечастотного диапазона, которая вторым выводом подключена к первому выводу пятого конденсатора 12 и к первому выводу шестого конденсатора 13.
Второй вывод второй катушки индуктивности 8 подключен к второму выводу третьей катушки индуктивности 10, второму выводу пятого конденсатора 12 и к второму входу 14 четырехполосного фильтра.
Шестой конденсатор 13 вторым выводом подключен к первому выводу динамической головки 15 высокочастотного диапазона, которая вторым выводом подключена к второму выводу третьего конденсатора 7.
Первая 3, вторая 8 и третья 10 катушки индуктивности имеют равную величину индуктивности.
Первый 2, четвертый 9 и пятый 12 конденсаторы имеют равную величину емкости, а емкость третьего конденсатора 7 равна емкости шестого конденсатора 13.
В вышеописанном фильтре LC-фильтр нижних частот, предназначенный для динамической головки 5 низкочастотного диапазона, выделяет сигналы с частотами, ниже 400 Гц как сигналы, подаваемые на динамическую головку 5 низкочастотного диапазона, а сигналы с частотами выше 400 Гц, как описано выше не пропускаются этим фильтром. Для этого низкочастотный сигнал проходит через первую катушку индуктивности 3, динамическую головку 5 нижнечастотного диапазона и третью катушку индуктивности 10. Сигналы низкочастотного диапазона шунтируются первым конденсатором 2.
LC-фильтр верхних частот, предназначенный для динамической головки 15 высокочастотного диапазона, выделяет сигналы с частотами выше 5-6 кГц как сигналы для динамической головки 15 для чего высокочастотный сигнал проходит через первый конденсатор 2, третий конденсатор 7, динамическую головку 15 высокочастотного диапазона и шестой конденсатор 13 и далее через пятый конденсатор 12. Сигналы с частотами ниже 5-6 кГц не пропускаются этим фильтром. Сигналы высокочастотного диапазона шунтируются первой катушкой индуктивности 3.
Суммарный диапазон сигналов, которые подавляются LC-фильтрами нижних и верхних частот («расширенный среднечастотный диапазон»), шире рабочей полосы частот, которая может качественно воспроизводится динамической головкой 11 среднечастотного диапазона. Для этого нижняя часть среднечастотного диапазона в сумме со среднечастотным диапазоном воспроизводится динамической головкой 4 нижнесреднечастотного диапазона, что позволяет пропускать через нее среднечастотный диапазон и в тоже время посредством второй катушки индуктивности 8 шунтировать низкочастотный и высокочастотный диапазоны. «Расширенный» среднечастотный сигнал, который не воспроизводится динамическими головками 5 и 15 проходит через первую катушку индуктивности 3, динамическую головку 4 нижнесреднечастотного диапазона и вторую катушку индуктивности 8, шунтирующую низкочастотный сигнал. В тоже время «расширенный» среднечастотный сигнал проходит после первой катушки индуктивности 3 и далее через второй конденсатор 6, шунтирующий низкочастотный сигнал, четвертый конденсатор 9, шунтирующий нижнюю часть «расширенного» среднечастотного диапазона, динамическую головку 11 среднечастотного диапазона и затем проходит к второму входу 14 через пятый конденсатор 12, при этом пятый конденсатор 12 шунтирует низкочастотный сигнал. Таким образом, на динамическую головку 11 среднечастотного диапазона поступает сигнал, соответствующий среднечастотному диапазону.
В результате, линейность фазочастотной характеристики четырехполосного 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.