Высокочастотные фильтры своими руками

Фильтр высокой частоты своими руками

В этой статье будет рассказано о том, как сделать фильтр высокой частоты своими руками. Но прежде чем мы с вами начнем в этом разбираться, мы должны кое-что понять. То, что же из себя представляют сами фильтры высоких и низких частот.

Определение

Фильтры можно поделить на верхние (высокие) и нижние (низкие) частоты. Почему люди часто говорят “верхние”, а не “высокие” частоты? Происходит это из-за того, что с двух килогерц начинаются высокие в звукотехнике. Но два килогерца в радиотехнике — это частота звука, и поэтому ее называют “низкой”.

Также существует такое понятие, как средняя частота. Относится оно к звукотехнике. Так что же такое фильтр средней частоты? Это комбинация из нескольких вышеперечисленных устройств. Также это может быть полосовой фильтр.

Фильтр высокой частоты – это электронный или какой-нибудь прочий аппарат, который пропускает верхние частоты сигнала, и который на входе подавляет частоту сигнала в соответствии с ранее заданным срезом. Степень подавленности будет также зависеть от определенного типа фильтра.

Низкочастотный отличается тем, что он может пропускать входящий сигнал, который будет ниже заданного среза, при этом подавляя верхние частоты.

Область применения

Фильтр высокой частоты можно использовать для того, чтобы выделять высокочастотные сигналы. Также часто его применяют при обработке аудиосигналов, например, в раздельных фильтрах, которые еще называют кроссоверными. Также они используются для обрабатывания изображений, чтобы можно было осуществить преобразование в частотной области.

Вот из чего состоит простейший фильтр высоких частот:

Работа сопротивления на емкость (R х С) есть постоянной времени (длительность протекания процесса) для данного фильтра, которая будет обратно пропорциональна частоте среза в герцах (единица измерения процессов колебаний).

Расчет фильтра высоких частот

Итак, как же мы можем провести расчет? Чтобы выполнить все действия на дому, нужно сделать одну из самых простых таблиц автоматического расчета в Microsoft Excel, но для этого нужно уметь пользоваться формулами в этой программе.

Можно пользоваться такой формулой:

Где f – это частота среза; R – это сопротивление резистора, Ом; С – это емкость конденсатора, Ф (фарады).

Представленные устройства бывают пяти видов, и сейчас мы с вами их поочередно рассмотрим.

• П-образные — по виду напоминают букву П;
• Т-образные — напоминают букву Т;
• Г-образные — напоминают букву Г;
• одноэлементные (конденсатор служит фильтром для высоких частот);
• многозвенные – это те же самые Г-образные фильтры, только в этом случае они соединены последовательно.

П-образные

Можно сказать, что эти фильтры такие же, как и Г-образные, но к ним присоединяется вдобавок еще одна часть вначале. Все, что будет написано для Т-образных, будет верно и для П-образных. Отличия лишь заключаются в том, что у них увеличится шунтирующее действие на радиоцепь, стоящую спереди.

Для того чтобы рассчитать П-образный фильтр, вам надо будет использовать формулу делителя напряжения и добавить дополнительное шунтирующее сопротивление первого элемента.

Вот вам примеры перехода Г-образного RC фильтра в П-образный RC также высоких частот:

На изображении можно заметить, что к исходной цепи добавляется еще один резистор 2R, расположенный параллельно первому.

Вот пример преобразования в RL:

Здесь вместо резисторра выстпает катушка индуктивности. Так же добавляется вторая (2L), расположенная параллельно первой.

И третий пример — преобразования в LC:

Т-образные

Т–образный фильтр — это тот же самый Г-образный, только с добавлением еще одного элемента.

Они будут рассчитываться таким же образом как и делитель напряжения, который будет состоять из двух частей с нелинейным АЧХ. Далее к полученному значению необходимо прибавить число реактивного сопротивления третьего элемента.

Также можно использовать и другой метод расчета, однако на практике он менее точен. Его суть заключается в том, что после полученного значения первой рассчитанной части Г-образного фильтра переменная растет или падает в двойне и распределяется на два элемента.

Если это будет конденсатор, тогда значение емкости катушек растет вдвойне, если же это резистор или дроссель, тогда значение сопротивления катушек, наоборот, падает вдвойне.

Примеры преобразования приведены ниже.

Переход Г-образного RC фильтра в Т-образный:

На изображении видено, что для перехода необходимо добавить второй конденсатор (2C).

В данном случае все по аналогии. Для успешного перехода необходимо добавить второй резистор, подключенный последовательно.

Г-образные

Г-образный фильтр – это делитель напряжения, который состоит из двух составляющих с нелинейной АЧХ (амплитудно-частотная характеристика). Для данного фильтра разрешается использовать схему и все формулы делителя напряжения.

Его можно представить так:

Если мы заменим сопротивление R1 на конденсатор, то у нас получится фильтр верхних частот. Фото измененной схеме вы можете наблюдать ниже:

Формулы для расчета:

U вх=U вых*(R1+R2)/R2; U вых=U вх*R2/(R1+R2); R общ=R1+R2

R1=U вх*R2/U вых – R2; R2=U вых*R общ/U вх

Сейчас давайте наглядно рассмотрим, как провести расчет.

Фильтр высоких частот для пищалок

Строение такого фильтра довольно простое. Он будет состоять всего лишь из двух деталей – конденсатора и сопротивления.

Роль фильтра, который будет отсеивать среднечастотные и низкочастотные составляющие в аудиосигнале, будет исполнять непосредственно роль самого конденсатора. И простите за тавтологию, сопротивление будет выполнять роль сопротивления, то есть уменьшать уровень громкости.

Важно: высокие частоты эквалайзером с главного устройства не отрезаются — это будет вести к плохому звучанию. Лучше уменьшать их количество при помощи сопротивления.

Оптимальным сопротивлением будет считаться 4,0 и 5,5 Ом.

Затрачиваемые материалы для создания

Для создания фильтра высокой частоты для пищалки вам будут необходимы следующие материалы:

• одно сопротивление 5,5 Ом;
• одно сопротивление 4,0 Ом;
• два конденсатора МБМ 1,0 мкФ;
• изолента либо термоусадочная трубка.

Активный фильтр высоких частот

Активные фильтры обладают огромным преимуществом перед их пассивными «сородичами», тем более на частотах, значение которых меньше 10 кГЦ. Дело в том, что пассивные содержат катушки повышенной индуктивности и конденсаторы, которые обладают большой емкостью. Из-за этого они получаются громоздкими и дорогостоящими, и поэтому их характеристика по итогу выходит далеко не идеальной.

Большой индуктивности достигают благодаря увеличенному количеству витков катушки и использования ферромагнитного сердечника. Это освобождает ее свойства чистой индуктивности, потому что длинный провод катушки с большим числом витков имеет значимое сопротивление, а ферромагнитный сердечник подвергается влиянию температуры, что в значительной мере сказывается на его магнитных свойствах. Из-за того, что необходимо использовать большую емкость, приходится применять конденсаторы, которые обладают не лучшей стабильностью. К ним можно отнести электролитические конденсаторы. Фильтры, именуемые активными, во-многом лишены указанных выше недостатков.

Дифференциаторные и интеграторные схемы построены с применением операционных усилителей, они собой представляют простейшие активные фильтры. Когда выбирают элементы схемы по четкой инструкции, соблюдая зависимость от частоты дифференциатора, они становятся высокочастотными фильтрами, а от частоты интеграторов, напротив, – низкочастотными. Фото, объясняющие все сказанное, приведено ниже:

Фильтр высоких частот на усилителе

Рассмотрим настройку усилителя в машине.

Перед тем как настроить усилитель в машине, нужно сбросить все настройки главного устройства на нули. Величину частоты среза кроссовера нужно выставить в диапазоне 50-70 Гц. Фронтальный фильтр канала на усилителе в автомобиле устанавливают в положение высоких частот. Частота среза в данном случае выставляется в диапазоне 70-90 Гц.

Если конструкция будет предусматривать поканальное усиление фронтальных колонок, то нужно провести отдельную настройку высокочастотных динамиков. Для этого фильтр нужно установить в соответствующем положении и частоту среза выбрать в районе 2500 Гц.

Помимо прочего, нужно настроить чувствительность усилителя. Для этого его изначально необходимо сбросить на ноль, главное — устройство перевести в режим максимальной громкости, а следом начать увеличивать чувствительность. В тот момент, когда появится искажение звука, нужно прекратить вращение регулятора, а также стоит немного убавить саму чувствительность.

Еще есть незатейливый способ, как можно проверить качество звука: если после включения в сабвуфере слышны щелчки, а в динамике треск — это означает то, что имеются помехи для сигнала.

Басы не должны быть привязаны к сабвуферу. Для этого нужно повернуть регулятор фазы на сабвуфере на 180 градусов. Если этого регулятора нет, то нужно поменять местами положительный и отрицательный провода подключения.

Настроить звуковой процессор. Для этого необходимо отрегулировать временные задержки по каждому из каналов. Нужно установить временную задержку по левому каналу для того, чтобы звук, исходящий из левых динамиков достигал водителя в одно время с правым. Должно создаваться ощущение, что звук исходит из центральной части салона.

Кроме всего вышеперечисленного, звуковым процессором можно убрать привязку басов к задней части салона. Для того чтобы это сделать, нужно задать одинаковые задержки в правом и левом канале фронтальной акустики. Вследствие этого устранится локализация басов в районе сабвуфера.

Теперь вы знаете не только то, как рассчитать и собрать частотный фильтр своими руками, но и как настроить его работу максимально точно.

Источник

Звуковой фильтр своими руками

Трёхполосные акустические системы, состоящие из трёх динамиков, являются самым удачным решением для высококачественного звуковоспроизведения. В них используются три типа звуковых головок. Они отличаются по размеру, конструктивным особенностям и полосе воспроизводимых частот. Для разделения всего частотного диапазона выдаваемого усилителем низкой частоты используются полосовые фильтры-кроссоверы. В них используются конденсаторы дроссели и, реже, резисторы.

Сделать своими руками фильтр для динамика НЧ очень просто.Основным элементом устройства является индуктивность или дроссель. Катушка включается последовательно с низкочастотным динамиком.

Фильтр для низкочастотного динамика

Фильтр нижних частот из дросселя и конденсатора большой ёмкости называется схемой Баттерворта второго порядка. Он обеспечивает спад частот выше частоты среза до 12 dBна октаву. Схема работает следующим образом. Индуктивность в LC контуре выполняет функцию переменного резистора. Его сопротивление прямо пропорционально частоте ивозрастает с увеличением диапазона. Поэтому высокие частоты практически не попадают на НЧ динамик. Такую же функцию выполняет и конденсатор. Его сопротивление обратно пропорционально частоте и он включается параллельно громкоговорителю.

Поскольку схема устройства должна хорошо пропускать низкие частоты и обрезать высокие, то конденсаторы такого устройства имеют большую ёмкость.Пассивный фильтр для динамика может быть выполнен по более сложной схеме. Если соединить две схемы Баттерворта последовательно, то получится устройство четвёртого порядка из двух индуктивностей и двух конденсаторов. Оно обеспечивает спад частотной характеристики низкочастотного громкоговорителя в 24 децибела на октаву.

Для того чтобы выровнять частотную характеристику и более точно согласовать схему Баттерворта и динамик, между катушкой индуктивности и конденсатором, включается резистор с небольшим сопротивлением. Для этой цели лучше использовать проволочные резисторы.

Фильтры для динамиков своими руками

Сделать фильтр для динамика совсем не сложно. Он состоит всего из двух элементов – конденсатора и катушки индуктивности. Рассчитать параметры радиоэлементов для пассивной схемы низкой частоты второго порядка проще всего на онлайн калькуляторе. Там можно задать желаемый уровень среза и сопротивление акустической головки. Программа выдаст требуемую ёмкость конденсатора и индуктивность катушки. Например, выбран уровень среза 150 Гц, а сопротивление динамика равно 4 Ом. Калькулятор выдаст следующие значения:

• Ёмкость конденсатора – 187 мкф
• Индуктивность катушки – 6,003 мГн

Требуемую ёмкость можно получить из параллельно соединённых конденсаторов К78-34, которые специально разработаны для работы в акустических системах. Кроме того есть обновлённая линейка конденсаторов аналогичного типа. Это KZKWhiteLine. В качестве недорогих аналогов, радиолюбители часто используют конденсаторы типа МБГО или МБГП.

Катушка индуктивности на 6 мГн наматывается на оправке диаметром 1 см и длиной 6 см. Поскольку катушка не имеет магнитного сердечника в качестве бобины можно использовать цилиндр из любого материала, на который для удобства намотки, нужно сделать щёчки. Для намотки используется медный провод типа ПЭЛ диаметром 1 мм. Длина проволоки 84 метра. Намотку нужно делать виток к витку.

Трёхполосные акустические системы, состоящие из трёх динамиков, являются самым удачным решением для высококачественного звуковоспроизведения. В них используются три типа звуковых головок. Они отличаются по размеру, конструктивным особенностям и полосе воспроизводимых частот. Для разделения всего частотного диапазона выдаваемого усилителем низкой частоты используются полосовые фильтры-кроссоверы. В них используются конденсаторы дроссели и, реже, резисторы.

Сделать своими руками фильтр для динамика НЧ очень просто.Основным элементом устройства является индуктивность или дроссель. Катушка включается последовательно с низкочастотным динамиком.

Фильтр для низкочастотного динамика

Фильтр нижних частот из дросселя и конденсатора большой ёмкости называется схемой Баттерворта второго порядка. Он обеспечивает спад частот выше частоты среза до 12 dBна октаву. Схема работает следующим образом. Индуктивность в LC контуре выполняет функцию переменного резистора. Его сопротивление прямо пропорционально частоте ивозрастает с увеличением диапазона. Поэтому высокие частоты практически не попадают на НЧ динамик. Такую же функцию выполняет и конденсатор. Его сопротивление обратно пропорционально частоте и он включается параллельно громкоговорителю.

Поскольку схема устройства должна хорошо пропускать низкие частоты и обрезать высокие, то конденсаторы такого устройства имеют большую ёмкость.Пассивный фильтр для динамика может быть выполнен по более сложной схеме. Если соединить две схемы Баттерворта последовательно, то получится устройство четвёртого порядка из двух индуктивностей и двух конденсаторов. Оно обеспечивает спад частотной характеристики низкочастотного громкоговорителя в 24 децибела на октаву.

Для того чтобы выровнять частотную характеристику и более точно согласовать схему Баттерворта и динамик, между катушкой индуктивности и конденсатором, включается резистор с небольшим сопротивлением. Для этой цели лучше использовать проволочные резисторы.

Фильтры для динамиков своими руками

Сделать фильтр для динамика совсем не сложно. Он состоит всего из двух элементов – конденсатора и катушки индуктивности. Рассчитать параметры радиоэлементов для пассивной схемы низкой частоты второго порядка проще всего на онлайн калькуляторе. Там можно задать желаемый уровень среза и сопротивление акустической головки. Программа выдаст требуемую ёмкость конденсатора и индуктивность катушки. Например, выбран уровень среза 150 Гц, а сопротивление динамика равно 4 Ом. Калькулятор выдаст следующие значения:

• Ёмкость конденсатора – 187 мкф
• Индуктивность катушки – 6,003 мГн

Требуемую ёмкость можно получить из параллельно соединённых конденсаторов К78-34, которые специально разработаны для работы в акустических системах. Кроме того есть обновлённая линейка конденсаторов аналогичного типа. Это KZKWhiteLine. В качестве недорогих аналогов, радиолюбители часто используют конденсаторы типа МБГО или МБГП.

Катушка индуктивности на 6 мГн наматывается на оправке диаметром 1 см и длиной 6 см. Поскольку катушка не имеет магнитного сердечника в качестве бобины можно использовать цилиндр из любого материала, на который для удобства намотки, нужно сделать щёчки. Для намотки используется медный провод типа ПЭЛ диаметром 1 мм. Длина проволоки 84 метра. Намотку нужно делать виток к витку.

Фильтр для автомагнитолы сделать самому

Хотя мы уже живём в XXI веке, в то время когда наши космические корабли бороздят просторы вселенной, в нашем родном социуме до сих пор существует некая каста автовладельцев, в автомобилях которых отсутствует фильтр для питания автомагнитолы. Их не смущает ни низкое качество звука издаваемого из динамиков их акустической системы, ни хрипы, ни гудения и не гул двигателя.
Конечно же, все эти проблемы легко решаемы заменой старой автомагнитолы на более современную цифровую и многофункциональную имеющую процессорное управление, но, к сожалению, иногда и этот проверенный способ не помогает. Поэтому в данной статье вашему вниманию представлена инструкция о том, как своими руками выявить и устранить лишние шумы автомобильной акустики.

Причины шумов и способы их устранения

Так как цена вопроса с заменой автомагнитолы на новую нас не устраивает, то я предлагаю найти причину посторонних шумов своими руками, старым проверенным способом – методом исключения. И что бы увеличить шансы на скорейшее выявление и устранение виновника помех советую начинать от большего к меньшему, а именно от головного устройства к периферии.

Магнитола

Достаём автомагнитолу из посадочного места (кстати, фон может пропасть уже при демонтаже головного устройства) и затем:

• Попробуем отключить антенный штекер. Фонит? Идём дальше…;
• Любым подходящим проводом(см.Провода для автомагнитолы: какие они бывают), минуя все соединения и разъёмы, прокладываем плюс и минус на головное устройство напрямую от аккумуляторной батареи;

Если шумы пропали, то это значит, что главным действующим лицом этого спектакля является плохой контакт питания (кстати, так же одним из симптомов плохого контакта являются шумы, возникающие при увеличении/уменьшении громкости).
Оба питающих провода устройства в целях защиты акустической схемы автомобиля должны быть в обязательном порядке оборудованы плавкими вставками. При периодически возникающих посторонних шумах рекомендуется в схему питания автомагнитолы между положительной и отрицательной клеммой добавить конденсатор, который будет по существу работать как фильтр питания автомагнитолы, то есть сглаживать в цепи электропитания магнитолы колебания тока, стабилизировать её работу и исключать возможные звуковые помехи.

Совет! Как правило, положительная клемма обозначается как «А7» (жёлтый/красный провод), а отрицательная как «А8» (чёрный провод).

Кстати, данной доработкой мы убиваем двух зайцев – устраняем помехи и избавляемся ещё от одной проблемы, а именно от паузы, происходящей во время срабатывания стартера автомобиля, когда отключаются все потребители тока, и магнитола в том числе.
Итак, ставим больше ёмкостный конденсатор в цепь питания «головы», например 2200мкф – 16 вольт, в паре с диодом рассчитанным на тот же ток что и предохранитель автомагнитолы (например, к пяти амперному предохранителю подойдут как пятиамперные диоды КД 210 и КД 206, так и десятиамперные Д 214 и Д 215).

Внимание! Диод необходимо впаять именно на положительный провод, иначе при постановке автомобиля на сигнализацию необходимо будет выжидать некоторое время, пока не произойдёт разрядка конденсатора.

Всё это «дело» вываливаем на стол и спаиваем, как показано в схеме на фото:

Фильтр питания для автомагнитолы

Совет! Каждая автомагнитола имеет свою выдержку времени на загрузку носителя информации, а так же свои индивидуальные характеристики потребления тока. Поэтому возможно вам придётся самостоятельно подбирать для вашей автомагнитолы ёмкость конденсатора (чем больше ёмкость, тем дольше работа автомагнитолы в автономном режиме).

• Если название фирмы производителя вашей автомагнитолы хоть немного похоже на бренд Pioneer, то можно попробовать проделать следующий фокус:

Попробовать пробросить «массу» на линейные выходы устройства, то есть на внешнюю «юбку» RCA – разъёма.

Дело в том, что при выходе из строя предохранителя линейных выходов именно на магнитолах данной марки устройство начинает ужасно «фонить» как на стоящем автомобиле, так и при работающем двигателе.

Внимание! Появление данной неисправности возможно при подключениях между блоками во время работы усилителя или же головного устройства, а так же при кратковременном коротком замыкании выходов усилителя.

Усилители звука

• Проверяем на предмет хорошего контакта RCA – разъём усилителя, при необходимости пропаиваем их;
• Прокладываем, вместо отключённого провода «REMOTE», помимо всех разъёмов положительный провод на устройство от аккумуляторной батареи (12 Вольт);
• Попробуем изменить местоположение «усилка», лучше всего вообще вынести его за пределы салона автомобиля (бывает, что сам бензонасос создаёт ощутимый фон во время своей работы);
• Корпус усилителя не должен соприкасаться с «массой» автомобиля;

Кабели межблоков

• «Хвостики» экранов (не земля!) должны быть надёжно закреплены на корпусе усилителя, а хвостик межблока на корпусе головного устройства;
• Отключаем межблоки от автомагнитолы и усилителя звука(см.Как подключить к автомагнитоле усилитель и сабвуфер: сам себе мастер) и «прозваниваем» их на предмет плохого контакта, его обрыва, а так же на предмет короткого замыкания с кузовом автомобиля;
• Пробуем менять их местоположение, прислушиваемся к фону и перекладываем по воздуху, желательно вне салона машины.

Кроссоверы

Проверяем кроссоверы так же методом перемещения в другое место с одновременным прослушиванием фона.

Акустическая система с проводами

«Прозваниваем» каждый провод на предмет короткого замыкания с салоном автомобиля.

Другие возможные причины

• Все точки заземления, во избежание возникновения эффекта «земляной петли» должны быть сведены в одной точке (объедините массу головного устройства с массой усилителей);
• Устраните контакт абсолютно всех компонентов систем с кузовом/массой автомобиля;
• Подчистите и подтяните клеммы аккумуляторной батареи (при контактном зажигании проверьте и прочистите контакты трамблёра);
• Попробуйте временно поменять аккумуляторную батарею и элементы системы зажигания (свечи, высоковольтные провода, трамблёр).

Как вы уже поняли помехи можно «словить» от любого другого оборудования автомобиля будь то ксенон, парктроники, свечи и высоковольтные провода системы зажигания. То есть, все системы запитанные от бортовой системы автомобиля, так или иначе «фонят».
И чтобы исключить их влияние на качество воспроизводимого звука вам просто необходимо установить в электрическую схему подключения фильтр(см.Фильтр от помех для автомагнитолы: как изготовить) для питания автомагнитолы. Ну а так как и мы не лыком шиты, то простыми рекомендациями данная инструкция заканчиваться, как вы поняли не может, поэтому предлагаю вам сделать фильтр питания для автомагнитолы своими руками.

Самодельный фильтр питания

Предлагаю вашему вниманию два очень простых, но надёжных способа о том, как сделать самому фильтр питания для автомагнитолы. Главным преимуществом представленных самодельных девайсов является их цена и простота изготовления, которая ни в коей мере не избавляет вас от личной ответственности за возможные последствия подключений самодельных фильтров питания.

Способ первый

Данная схема представляет собой четыре конденсатора и катушку:

Фильтр для автомагнитолы сделать самому

• Ёмкости конденсаторов взяты на 4700 и 1000 мкф (обязательно шунтируем их по 0,1 мкф);
• Катушка с индуктивностью в 100 микрогенри имеет обмотку на ферритовом кольце из эмальпровода с сечением в 0,9 .

Фильтр для автомагнитол

Преимуществом данной схемы является то, что в ней каждый элемент играет роль своеобразного фильтра: электролитические ёмкости сглаживают различные помехи и пульсации, а шунтирующие «кондеры» устраняют высокочастотные наводки.

Совет! Токопроводящие дорожки на «печатке» желательно залудить толстым слоем.

Фильтр питания автомагнитолы

Второй способ

Схема этого простого LC – фильтра также состоит из катушки с конденсаторами, правда с добавлением защиты от переполюсовки (диодом) и предохранителем.

Фильтр для питания автомагнитолы

Перед сборкой схемы нам необходимо изготовить дроссель, который состоять будет состоять так же из ферритового кольца и намотанной на него обмотки в виде 10…15 витков провода с сечением в 1…1,5 миллиметра (для удобства можно использовать три жилы провода с сечением в 0,5 миллиметров каждая).

Совет! Вместо ферритового кольца можно использовать кольцо из порошкового железа, которое применяется в компьютерных блоках питания (кольцо белого или желтого цвета).

Преимущество именно этой схемы состоит в том, что она работает с очень широким диапазоном номинальных значений включённых в неё компонентов. Ёмкость конденсаторов не критична и варьируется от 1000 до 4700 мкФ (чем больше, тем лучше), а также возможно использование электролитов с напряжениями от 16 до 100 Вольт (большее напряжение не имеет смысла).
На этом инструкция о том, как фильтр для автомагнитолы сделать самому подошла к концу, надеюсь, она вам пригодится и по праву займёт свою нишу в вашей личной копилке полезных советов.

Источник