Тема 9. 8. Разделительные фильтры

При использовании двухполосных громкоговорителей возникает необходимость осуществлять разделение частот, с тем, чтобы к каждому громкоговорителю подводилась расчетная полоса частот. Невыполнение этого требования может привести к возрастанию частотных и нелинейных искажений и даже к механическому повреждению высокочастотной головки. Анализ звуковых сигналов по спектру составляющих частот показывает, что наибольший уровень мощности приходится на нижние частоты (для большого симфонического оркестра — на диапазон 250—500 Гц); уровни мощности в области нижних частот на 3—6 дБ выше, чем в области верхних частот. Поэтому подведение мощных сигналов низкой частоты к высокочастотному громкоговорителю может привести не только к увеличению нелинейных искажений, но и к повреждению подвижной системы громкоговорителя.

Для низкочастотного громкоговорителя сигналы верхних частот не представляют опасности, но из-за большой массы подвижной системы акустическая мощность низкочастотной головки на верхних частотах резко уменьшается. Следствием этого являются значительные потери электрической мощности, снижение КПД на верхних частотах, частотные искажения.

В зависимости от числа элементов (индуктивностей и емкостей), включенных в данный канал фильтра, схемы фильтров можно подразделить на одноэлементные, двухэлементные и трехэлементные. Кроме того, фильтры могут быть последовательными и параллельными, что определяется способом подключения каналов фильтра по отношению к его входным зажимам (выходу усилителя).

В схемах одноэлементных разделительных фильтров низкочастотный громкоговоритель включается последовательно с индуктивностью или параллельно конденсатору, что уменьшает проходящий через него ток высоких частот. Для защиты высокочастотного громкоговорителя от сигналов низких частот в схемах одноэлементных фильтров включается последовательно «ним конденсатор или — параллельно — катушка индуктивности (рис. 76).

В более сложных фильтрах применяют двойную защиту каждого канала от сигналов посторонних для данного диапазона частот. Рассчитывается фильтр так, чтобы сопротивление на входных зажимах его оставалось неизменным. В разделительных фильтрах не применяют катушки с ферромагнитными сердечниками, так как применение сердечников приводит к возрастанию частотных искажений из-за дополнительных потерь энергии. Качество фильтрации оценивается частотными характеристиками фильтра, т. е. графиком зависимости уровня мощности на выходе фильтра от частоты (рис. 77). Характеристики снимаются на выходе обоих каналов фильтра. Обе характеристики пересекаются на частоте разделения, которая является граничной между рабочими диапазонами низкочастотного и выходе частотного громкоговорителей.

Рис.76 Схемы раздельных фильтров

Рис.77 Частотная характеристика

двухполосного громкоговорителя

На частоте разделения работают оба громкоговорителя, и, чтобы эта частота не подчеркивалась, необходимо к каждому громкоговорителю подвести половину мощности, развиваемой усилителем. Поэтому фильтр рассчитывается так, чтобы уровень мощности на частоте разделения лежал на 3 дБ ниже уровня мощности в рабочем диапазоне частот:

Полоса частот, прилегающих к частоте разделения, называется полосой фильтрации. Чем круче спад частотных характеристик в полосе фильтрации, тем ближе к расчетному диапазон частот, в котором работают низкочастотный и высокочастотный громкоговорители. Качество фильтра оценивается крутизной спада характеристик в полосе фильтрации, которая определяется изменением уровня мощности на выходе фильтра при изменении частоты на октаву от частоты разделения. Для простых фильтров крутизна спада составляет 4—5 дБ на октаву, а для сложных на октаву.

В кинотеатральных громкоговорителях находят применение схемы двухэлементных (параллельных и последовательных) и трехэлементных фильтров. В высокочастотном канале фильтра предусматривается регулировка уровня сигнала, для чего последовательно с ним включается резистор. Резистор предназначен для того, чтобы при регулировке менее заметно изменялось сопротивление нагрузки для высокочастотного канала фильтра.