Filtri crossover per altoparlanti a tre vie. Enciclopedia dell'elettronica radio e dell'ingegneria elettrica

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Al fine di ridurre la distorsione di intermodulazione durante la riproduzione del suono, gli altoparlanti dei sistemi Hi-Fi sono composti da testine dinamiche di bassa frequenza, media frequenza e alta frequenza. Sono collegati alle uscite degli amplificatori tramite filtri crossover, che sono combinazioni di filtri LC di basse e alte frequenze.

Di seguito è riportato un metodo per calcolare un filtro crossover a tre bande secondo lo schema più comune.

La risposta in frequenza del filtro crossover di un altoparlante a tre vie è generalmente mostrata in fig. 1. Qui: N è il livello di tensione relativo sulle bobine delle testine: fn e fv sono le frequenze limite inferiore e superiore della banda riprodotta dall'altoparlante; fр1 e fр2 - frequenze di sezione.

Idealmente, la potenza di uscita alle frequenze di crossover dovrebbe essere distribuita equamente tra i due driver. Questa condizione è soddisfatta se, alla frequenza di crossover, il livello relativo della tensione fornita alla testina corrispondente si riduce di 3 dB rispetto al livello nella parte media della sua banda di frequenza operativa.

Le frequenze di crossover devono essere scelte al di fuori della regione di maggiore sensibilità dell'orecchio (1...3 kHz). Se questa condizione non è soddisfatta, per la differenza di fasi delle oscillazioni emesse contemporaneamente dalle due testine alla frequenza di crossover, si può notare una "biforcazione" del suono. La prima frequenza di crossover di solito si trova nell'intervallo di frequenza 400...800 Hz e la seconda - 4...6 kHz. In questo caso, la testina delle basse frequenze riprodurrà le frequenze nella gamma fn ... fp1. medie frequenze - nella gamma fp1 ... fp2 e alte frequenze - nella gamma fp2 ... fv.

Una delle varianti più comuni dello schema elettrico di un altoparlante a tre vie è mostrata in Fig. 2. Qui: B1 è una testata dinamica a bassa frequenza collegata all'uscita dell'amplificatore tramite un filtro passa-basso L1C1; B2 è una testata per medie frequenze collegata all'uscita dell'amplificatore tramite un filtro passa banda formato dai filtri passa alto C2L3 e filtri passa basso L2C3. Il segnale viene inviato alla testina delle alte frequenze B3 attraverso i filtri passa-alto C2L3 e C4L4.

Il calcolo delle capacità dei condensatori e delle induttanze delle bobine viene effettuato sulla base della resistenza nominale delle teste dei diffusori. Poiché le resistenze nominali delle testine e le capacità nominali dei condensatori formano serie di valori discreti e le frequenze di crossover possono variare in un ampio intervallo, è conveniente calcolare in questa sequenza. Data la resistenza nominale delle testine, le capacità dei condensatori sono selezionate da una serie di capacità nominali (o la capacità totale di più condensatori di questa serie) in modo che la frequenza di crossover risultante rientri negli intervalli di frequenza sopra indicati.

Nei filtri isolanti, i condensatori metallo-carta dei tipi MBGO, MBGP e MBM vengono solitamente utilizzati con una deviazione consentita dalla capacità nominale non superiore a ± 10%. I valori nominali dei condensatori più adatti per l'uso nei filtri sono riportati nella tabella. 1.

Le capacità dei condensatori di filtro C1...C4 per varie resistenze di testa e le corrispondenti frequenze di crossover sono riportate nella Tabella. 2.

È facile vedere che tutti i valori di capacità possono essere presi direttamente dall'intervallo nominale delle capacità. oppure ottenuto collegando in parallelo non più di due condensatori (vedi tab. 1).

Dopo aver selezionato le capacità dei condensatori, le induttanze delle bobine vengono determinate in millihenry secondo le formule:

In entrambe le formule: Zg-in ohm; fp1, fp2 - in hertz.

Poiché l'impedenza della testa è una grandezza dipendente dalla frequenza, per il calcolo viene solitamente presa la resistenza nominale Zg indicata nel passaporto della testa, che corrisponde al valore minimo dell'impedenza della testa nell'intervallo di frequenza al di sopra della frequenza di risonanza principale al valore superiore frequenza di taglio della banda operativa. Allo stesso tempo, va tenuto presente che la resistenza nominale effettiva di vari campioni di teste dello stesso tipo può differire dal valore del passaporto di ± 20%.

In alcuni casi, i radioamatori devono utilizzare testine dinamiche esistenti con un'impedenza nominale diversa dalle impedenze nominali delle testine a bassa e alta frequenza come testine ad alta frequenza. In questo caso, l'adattamento della resistenza viene effettuato collegando la testina ad alta frequenza B3 e il condensatore C4 a diversi terminali della bobina L4 (Fig. 2), ovvero questa bobina del filtro svolge contemporaneamente il ruolo di autotrasformatore di adattamento. Le bobine possono essere avvolte su telai rotondi di legno, plastica o cartone con guance getinaks. La guancia inferiore dovrebbe essere quadrata; quindi è conveniente fissarlo alla base: una scheda getinax, su cui sono fissati condensatori e bobine. La scheda è fissata con viti sul fondo della cassa dell'altoparlante. Per evitare ulteriori distorsioni non lineari, le bobine devono essere realizzate senza nuclei in materiale magnetico.

Esempio di calcolo del filtro

Come testata per altoparlanti a bassa frequenza, viene utilizzata una testata dinamica 6GD-2, la cui resistenza nominale è Zg = 8 Ohm. come media frequenza - 4GD-4 con lo stesso valore di Zg e come alta frequenza - ZGD-15, per cui Zg = 6,5 Ohm. Secondo Tabella. 2 a Zg=8 Ohm e capacità C1=C2=20 μF fp1=700 Hz, e per capacità C3=C4=3 μF fp2=4,8 kHz. Nel filtro possono essere utilizzati condensatori MBGO con capacità standard (C3 e C4 sono costituiti da due condensatori).

Secondo le formule di cui sopra, troviamo: L1=L3=2,56 mg; L2=L4=0,375mH (per un autotrasformatore, L4 è il valore dell'induttanza tra i terminali 1-3).

Rapporto di trasformazione dell'autotrasformatore

Sulla fig. 3 mostra la dipendenza del livello di tensione sulle bobine delle testine dalla frequenza per un sistema a tre vie corrispondente all'esempio di calcolo. Le caratteristiche di ampiezza-frequenza delle regioni a bassa, media e alta frequenza del filtro sono designate rispettivamente LF, MF e HF. Alle frequenze di crossover, l'attenuazione del filtro è di 3,5 dB (con un'attenuazione consigliata di 3 dB).

Fig. 3

La deviazione è spiegata dalla differenza tra le resistenze totali delle testine e le capacità dei condensatori dai valori (nominali) dati e le induttanze delle bobine da quelle ottenute dal calcolo. La pendenza del declino delle curve dei bassi e dei medi è di 9 dB per ottava e la curva delle alte frequenze è di 11 dB per ottava. La curva HF corrisponde all'inclusione non coordinata dell'altoparlante 1 GD-3 (ai punti 1-3). Come puoi vedere, in questo caso il filtro introduce ulteriori distorsioni di frequenza.

Nel metodo di calcolo indicato si assume che la pressione sonora media a parità di potenza elettrica in ingresso per tutte le teste abbia approssimativamente lo stesso valore. Se la pressione sonora generata da una qualsiasi testina è notevolmente maggiore, per equalizzare la risposta in frequenza dell'altoparlante in termini di pressione sonora, si consiglia di collegare questa testina al filtro tramite un partitore di tensione, la cui impedenza di ingresso dovrebbe essere pari all'impedenza nominale delle testine adottata nel calcolo.

Autore: E. Frolov, Mosca; Pubblicazione: N. Bolshakov, rf.atnn.ru

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