Радиолоцман Электроника en
расширенный поиск +
  

26-07-2018

Обзор ФНЧ для сабвуфера

Мастер Кит » NM0103

Сегодня сабвуфер – неотъемлемая часть любого домашнего кинотеатра. Впрочем, не только домашнего. В публичных кинотеатрах тоже стоят сабвуферы. Их задача с максимальной реалистичностью воспроизводить звуки выстрелов, взрывов, грохота проползающего по экрану танка или проплывающего в экранном холодном космическом пространстве межзвездного галактического имперского крейсера. Да, да, я знаю, что крейсеры в космическом пространстве проплывают бесшумно, но у Джорджа Лукаса, который снял потрясающую киноэпопею «Звездные войны» на этот счет совершенно другое мнение. И это правильное мнение, поскольку одно дело смотреть на безмолвный имперский крейсер, а другое – слышать и даже ощущать проход мощной машины. Да, про ощущать я не оговорился, ибо низкочастотные вибрации, создаваемые мощным сабвуфером, ощущаются буквально всем телом.

Собственно, сам сабвуфер является мощным низкочаcтотным динамиком, подключенным к специальному сабвуферному каналу многоканальной системы усилителей. Сабвуферный канал при записи звуковой дорожки к фильму пишется отдельно, так что вся информация в нем содержащаяся – это исключительно о том, где и когда надо бахнуть, и с какой силой. Но это в случае цифровой записи сигнала. При аналоговой записи-воспроизведении сигнал сабвуферного канала может выделяться из общего сигнала фонограммы при помощи специального Фильтра Низких Частот – ФНЧ.

В общем случае именно ФНЧ формирует сигнал сабвуферного канала, и именно от его параметров зависит насколько мощно, сочно, четко будет бабахать сабвуфер. Разумеется, не только от ФНЧ, но и от акустического оформления самого сабвуфера зависит, насколько высоко вы будете подпрыгивать в кресле от очередного киношного выстрела или взрыва, но сейчас мы рассмотрим именно ФНЧ.

Два самых главных параметра ФНЧ называются: частота среза и крутизна спада.

Начнем с первой.

Дело в том, что динамик сабвуфера большой, тяжелый, неповоротливый, чаще всего с огромным диффузором, который призван создавать большое звуковое давление, вдавливающее зрителя в кресло. Амплитуда колебаний этого диффузора должна быть достаточно велика, поэтому на сабвуфер подается очень приличная мощность от выходного усилителя. Если мы не отфильтруем ВЧ составляющие сигнала, подаваемого на динамик, то просто спалим его, ибо он физически не сможет так быстро двигаться, в результате чего катушка динамика перегреется и разрушится.

Таким образом, наш ФНЧ занимается тем, что просто отрезает от входного сигнала ненужные для сабвуфера куски частотного диапазона и на выходе оставляет только те, которые не угробят сабвуфер и будут эффективно им воспроизводиться.

Посмотрим на амплитудно-частотную характеристику ФНЧ (ура, первая картинка!):

Обзор ФНЧ для сабвуфера

Итак, частота среза, выражаясь человеческим языком – это та частота, за которой амплитуда выходного сигнала резко падает. Посмотрите на левую картинку: так должен выглядеть идеальный ФНЧ – до определенной частоты сигнал есть, после нее сигнала нет. Но реальность, как обычно, несколько хуже. На правой картинке показана работа реального ФНЧ. Частота, на которой уровень выходного сигнала ослабляется на 3 дБ называется частотой среза ФНЧ – Fср. на картинке. Как видно по правой картинке, реальный ФНЧ ослабляет сигнал за частотой среза не сразу, а постепенно и тут у нас есть возможность перейти ко второй основной характеристике ФНЧ – крутизне спада.

Общеизвестно, что погоня за идеальным – самая большая ошибка человечества. Тем не менее, человечество не перестает за ним гнаться, набивая по пути знатные шишки.

С ФНЧ такая же история. Как вы видите на картинке выше, у идеального ФНЧ АЧХ поворачивает на 90 градусов на частоте среза, то есть, ни одна капелька сигнала за частотой среза не появится на выходе ФНЧ. Это – идеальная крутизна спада ФНЧ.

У любого реального ФНЧ данная характеристика более пологая и никогда не станет идеальной, но может максимально к ней приблизиться.

Посмотрим на второй рисунок – на нем отображены крутизна спада ФНЧ в зависимости от так называемого порядка ФНЧ – числа звеньев, из которых состоит фильтр.

Обзор ФНЧ для сабвуфера

Чем больше звеньев в ФНЧ, чем ближе его АЧХ к идеальной. Но тут надо заметить, что увеличение числа звеньев фильтра приводит к его схемотехническому усложнению и как следствие, увеличению количества электронных компонентов, из которых сделан фильтр, а следом и цены этого устройства. Помимо этого, разумеется, растут шум, искажения, уменьшается амплитуда выходного сигнала.

Простейшее звено ФНЧ выглядит следующим образом:

Обзор ФНЧ для сабвуфера

Это пассивный ФНЧ первого порядка. Включая такие звенья последовательно можно добиться весьма существенной крутизны спада. Но при этом, как уже отмечалось выше, существенно растут шумы и искажения в звуковом тракте. Более того, для согласования входного и выходного сопротивления такого фильтра необходимо на входе и выходе ФНЧ устанавливать буферные усилители. В противном случае сопротивление источника сигнала и сопротивление нагрузки фильтра будет существенно влиять на частоту среза.

Поэтому, чаще всего для построения ФНЧ используют схемы активного фильтра на операционных усилителях.

Вот, например, активный ФНЧ второго порядка:

Обзор ФНЧ для сабвуфера

Не смотря на простоту самого фильтра необходимо помнить о буферных усилителях, которые нужны и для этого типа ФНЧ. Да и к тому же, 2 порядок – это как-то маловато, а значит, нужно последовательное включение двух таких фильтров.

В общем, схема разрастется прилично.

Более того. Если вы только начинаете заниматься сабвуферами и всем, что с ними связано, непременно начнете читать профильные сайты и форумы, где обсуждаются те или иные способы построения ФНЧ. И тут выяснится, что помимо всего прочего есть фильтр Чебышева, фильтр Баттерворта, эллиптический фильтр, фильтр Саллена-Ки. И у каждого схемного решения есть свои плюсы и минусы. Честно говоря, закопаться можно запросто.

Видимо, поглядев на все это в древнерусской тоске, тайваньская компания PTC почесала в затылке и выпустила отличную микросхему – PT2351 – фильтр НЧ Саллена-Ки третьего порядка.

Микросхема в 8-выводном корпусе содержит в себе все элементы, необходимые для построения ФНЧ с очень приличными характеристиками.

Обзор ФНЧ для сабвуфера

Стерео сигнал от источника поступает на два буферных усилителя с высоким входным сопротивлениям. Сигнал смешивается и нормируется по уровню в смесителе, после чего поступает собственно на ФНЧ с встроенным выходным буферным каскадом (выходное сопротивление – всего 40 Ом), позволяющим подключать фильтр непосредственно к нагрузке без дополнительных плясок с буфером на ОУ.

Частота среза такого фильтра задается внешними конденсаторами.

На основе этой микросхемы был разработан набор для самостоятельной сборки NM0103 "ФНЧ для сабфувера".

Обзор ФНЧ для сабвуфера

Обзор ФНЧ для сабвуфера

Основные технические характеристики:

Частота среза, Гц 60 (80)
Крутизна спада, дб/окт. 18
Коэффициент нелинейных искажений, % 0.1
Отношение сигнал/шум, дБ (невзвешенное) –82
Коэффициент усиления, дБ 10
Максимальное выходное напряжение, В 2.8
Входное сопротивление, кОм 100
Напряжение питания, В 12
Потребляемый ток, мА 10

Принципиальная схема:

Обзор ФНЧ для сабвуфера

Как видите, схема простейшая, с очень небольшим количеством навесных компонентов.

Схема универсальная – благодаря встроенному стабилизатору напряжения VD1, R3, C6, этот ФНЧ может применяться как для построения автомобильного сабвуфера, так и для домашнего кинотеатра или музыкальных систем 2.1. Максимальное напряжение питания, которое можно подавать на фильтр – 20 Вольт. Впрочем, если увеличить резистор R3, то можно и больше.

Питание однополярное, что серьезно облегчает встраивание такого фильтра в уже имеющийся звуковой тракт.

Частота среза фильтра определяется емкостью конденсаторов C3, C7. В наборе есть два комплекта конденсаторов разной емкости для построения ФНЧ с частотой среза 60 Гц или 80 Гц.

АЧХ фильтра:

Обзор ФНЧ для сабвуфера

Ну, а если номиналы конденсаторов, входящих в набор, вас по каким-то причинам не устроят, их можно выбрать из нижеследующей таблицы:

Обзор ФНЧ для сабвуфера

Часть номиналов конденсаторов получается нестандартной и составляется из двух конденсаторов стандартной емкости; номиналы указаны в скобках.

Из недостатков данной схемы по сравнению со схемами на ОУ можно отметить невозможность плавной регулировки частоты среза, а так же отсутствие регулировки фазы выходного сигнала. Но вот часто ли нужны такие регулировки?

masterkit.ru

Цена NM0103NM0103 на РадиоЛоцман.Цены — от 385 до 700 руб.
Компоненты, входящие в состав данного позволяют собрать ФНЧ с частотой среза 60Гц или 80Гц по желанию пользователя. Радиоконструктор предназначен для детей...
Поставщик ПроизводительНаименованиеЦена
T-electron Мастер КитKIT NM0103385 руб.
ДКО Электронщик Мастер КитKIT NM0103438 руб.
Ким Мастер КитKIT NM0103650 руб.
Мастер Китофициальный статусМастер КитНабор для сборки фильтра низких частот для сабвуфера (ФНЧ)700 руб.
официальный статусофициальный статус поставщика
Для комментирования материалов с сайта и получения полного доступа к нашему форуму Вам необходимо зарегистрироваться.
Имя
Фрагменты обсуждения:Полный вариант обсуждения »
  • Хотя бы из приличия можно было бы упомянуть корректор Линквица, который не так сильно портит ФЧХ. И да, регулятор фазы в обычном ФНЧ нужен именно по вышеназванной причине.
  • O, ja, ja! Я несколько раз делал оный корректор, результатом доволен
Рекомендуемые публикации по теме:
Схемы  »
Эффективный ФНЧ для передатчика
Форум  »
Какая микросхема ФНЧ?
Статьи  »
Мини-обзор карманного компьютера Asus MyPal A716
Схемы  »
Коммутатор диапазонных ФНЧ в транзисторных усилителях мощности
Форум  »
Подключение сабвуфера

При перепечатке материалов с сайта прямая ссылка на РадиоЛоцман обязательна.

Приглашаем авторов статей и переводов к публикации материалов на страницах сайта.

Снизить потери энергии: гетероструктурные полевые транзисторы CoolGaN от Infineon
Пассивные компоненты для передовых разработок
Срезы ↓
Новая Инженерная Школа
Новая Инженерная Школа
Курсы и семинары для инженеров, технологов, разработчиков и конструкторов предприятий приборостроения.
Рейтинг@Mail.ru