Фильтр НЧ для сабвуфера своими руками

Простой НЧ фильтр для сабвуфера со всеми необходимыми регулировками.

Для чего нужен сабвуфер, думаю, никому объяснять не нужно. А если и нужно, то, как говорится, интернет вам в помощь. Там всего этого добра так же много, как низов в хорошем сабе, ну или как схем и описаний усилителей, пригодных для работы с мощными и не очень сабвуферами.

Однако, при проектировании либо приобретение данного типа акустики, следует учесть несколько нюансов:
1. Низкая нижняя граничная частота воспроизводимых частот – вещь всегда хорошая, и чем ниже, тем лучше. А вот чрезмерно-избыточная выходная мощность – не позволит раскрыть всех преимуществ изделия, мало того, может привести к анекдотичной ситуации, когда: “Установленный в машину «Ока» сабвуфер разорвал её на части”.
2. Для того, чтобы получить равномерный переход от нижней границы звучания основных АС к сабвуферу, необходима регулировка частоты среза фильтра ФНЧ. Если соответствующей регулировки нет, то мы получаем: либо провал, либо, наоборот, существенное увеличение громкости звука в диапазонах так называемых «верхнего баса» или «нижней середины».
3. Регулировка фазового сдвига также является весьма полезной функцией! Она необходима для того, чтобы сабвуфер и основная АС не имели фазовых (временных) разногласий. Например, если сабвуфер стоит довольно далеко от колонок, то его звучание может запаздывать. Так же фазовый сдвиг всегда возникает в ФНЧ сабвуфера, независимо от того – пассивный он или активный. Чтобы это скорректировать следует использовать регулировку фазового сдвига.

Исходя из этих соображений, и была спроектирована схема НЧ фильтра для сабвуфера. Как обычно, повышенное внимание было уделено тому, чтобы схема получилась максимально простой, качественной и, при отсутствии ошибок, не требовала настройки.

Фильтр построен на микросхеме TL082, представляющей собой сдвоенный ОУ, плюс немногочисленная пассивная рассыпуха. ОУ содержит полевые транзисторы на входах, что обеспечивает его высокое входное сопротивление, необходимое для корректной работы устройства сдвига фазы.

Элементы R1, C2, R3, R4,C3, R5, C4 и DA1.1, образуют ФНЧ (фильтр нижних частот третьего порядка) с регулируемой частотой среза. Схему эту мы придумали на странице (ссылка на страницу). Её главным достоинством является наличие всего одного регулирующего элемента R5, позволяющего перестраивать частоту среза в диапазоне 60. 160 Гц.
Фильтр обеспечивает подавление внеполосных сигналов с затуханием −18дБ на октаву и имеет неравномерность АЧХ в полосе пропускания – менее 3дБ. Коэффициент передачи близок к 1.

Элемент DA1.2 с обвесом представляют собой классическую схему фазовращателя с величиной фазового сдвига, зависящей от номиналов элементов C5, 7, R8. Коэффициент передачи фазовращателя – также близок к 1.

Регулировку уровня фазового сдвига проще всего производить на слух при полностью подключённой акустической системе (основная АС + сабвуфер).

Выходное сопротивления каскада, к которому будет подключён данный фильтр, не должно превышать 1 кОм. Это может быть и выход любого ОУ, и выход эмиттерного или истокового повторителя.

Устройство может запитываться и от однополярного источника питания +Uп. В этом случае 4 вывод микросхемы следует посадить на землю, а соответствующие выводы R2, R8 и R10 – к средней точке резистивного делителя, имеющего выходное напряжение +Uп/2.
TL082 сохраняет работоспособность при снижении напряжения питания вплоть до однополярного +12В.

Описанный в данной статье фильтр может применяться в сабвуферах в связке с массовыми и очень простыми в использовании микросхемами-усилителями НЧ. Изобретать для сабвуфера радикально качественный усилитель на транзисторах, а тем паче, упаси нас Бог – на лампах большого смысла нет. Довольно удачным выбором окажутся микросхемы TDA7294 или TDA7293 (ссылка на страницу) или их умощнённые варианты (на 200 и 800Вт), приведённые на странице ниже в разделе “Это тоже может быть интересно”.

Читайте также:

Моноблок для сабвуфера своими руками

Фильтр НЧ для сабвуфера своими руками

Когда мы говорим “Фильтр для сабвуфера” – имеется в виду активный фильтр нижних частот. Он особенно полезен при расширении стереофонической звуковой системы на дополнительный динамик воспроизводящий только самые низкие частоты. Данный проект состоит из активного фильтра второго порядка с регулируемой граничной частотой 50 – 250 Гц, входного усилителя с регулировкой усиления (0.5 – 1.5) и выходных каскадов.

Конструкция обеспечивает прямое подключение к усилителю с мостовой схемой, так как сигналы сдвинуты относительно друг друга по фазе на 180 градусов. Благодаря встроенному источнику питания, стабилизатору на плате, можно обеспечить питание фильтра симметричным напряжением от усилители мощности – как правило это двухполярка 20 – 70 В. Фильтр НЧ идеально подходит для совместной работы с промышленными и самодельными усилителями и предусилителями.

Принципиальная схема ФНЧ

Схема фильтра для сабвуфера показана на рисунке. Работает он на основе двух операционных усилителей U1-U2 (NE5532). Первый из них отвечает за суммирование и фильтрацию сигнала, в то время как второй обеспечивает его кэширование.

Стереофонический входной сигнал подается на разъем GP1, а дальше через конденсаторы C1 (470nF) и C2 (470nF), резистора R3 (100k) и R4 (100k) попадает на инвертирующий вход усилителя U1A. На этом элементе реализован сумматор сигнала с регулируемым коэффициентом усиления, собранный по классической схеме. Резистор R6 (27k) вместе с P1 (50k) позволяют провести регулировку усиления в диапазоне от 0.5 до 1.5, что позволит подобрать усиления сабвуфера в целом.

Резистор R9 (100k) улучшает стабильность работы усилителя U1A и обеспечивает его хорошую поляризацию в случае отсутствия входного сигнала.

Сигнал с выхода усилителя попадает на активный фильтр нижних частот второго порядка, построенный U1B. Это типичная архитектура Sallen-Key, которая позволяет получить фильтры с разной крутизной и амплитудной. На форму этой характеристики напрямую влияют конденсаторы C8 (22nF), C9 (22nF) и резисторы R10 (22k), R13 (22k) и потенциометр P2 (100k). Логарифмическая шкала потенциометра позволяет добиться линейного изменения граничной частоты во время вращения ручки. Широкий диапазон частот (до 260 Гц) достигается при крайнем левом положении потенциометра P2, поворачивая вправо вызываем сужения полосы частот до 50 Гц. На рисунке далее показана измеренная амплитудная характеристика всей схемы для двух крайних и среднего положения потенциометра P2. В каждом из случаев потенциометр P1 был установлен в среднем положении, обеспечивающим усиление 1 (0 дб).

Сигнал с выхода фильтра обрабатывается с помощью усилителя U2. Элементы C16 (10pF) и R17 (56k) обеспечивают стабильную работу м/с U2A. Резисторы R15-R16 (56k) определяют усиление U2B, а C15 (10pF) повышает его стабильность. На обоих выходах схемы используются фильтры, состоящие из элементов R18-R19 (100 Ом), C17-C18 (10uF/50V) и R20-R21 (100k), через которые сигналы поступают на выходной разъем GP3. Благодаря такой конструкции, на выходе мы получаем два сигнала сдвинутых по фазе на 180 градусов, что позволяет осуществлять прямое подключение двух усилителей и усилителя с мостовой схемой.

В фильтре используется простой блок питания с двухполярным напряжением, основанный на стабилитронах D1 (BZX55-C16V), D2 (BZX55-C16V) и двух транзисторах T1 (BD140) и T2 (BD139). Резисторы R2 (4,7k) и R8 (4,7k) представляют собой ограничители тока стабилитронов, и были подобраны таким образом, чтобы при минимальном напряжении питания ток составлял около 1 мА, а при максимальном был безопасен для D1 и D2.

Элементы R5 (510 Ом), C4 (47uF/25V), R7 (510 Ом), C6 (47uF/25V) представляют собой простые фильтры сглаживания напряжения на базах T1 и T2. Резисторы R1 (10 Ом), R11 (10 Ом) и конденсаторы C3 (100uF/25V), C7 (100uF/25V) представляют собой также фильтр напряжения питания. Разъем питания – GP2.

Подключение сабвуферного фильтра

Стоит отметить, что модуль фильтра для сабвуфера должен быть присоединен к выходу предварительного усилителя после регулятора громкости, что позволит улучшить регулировку громкости всей системы. Потенциометром усиления можно отрегулировать соотношение громкости сабвуфера к громкости всего сигнального тракта. К выходу модуля необходимо подключить любой усилитель мощности, работающий в классической конфигурации, например такой. При необходимости используйте только один из выходных сигналов, сдвинутых по фазе на 180 градусов относительно друг друга. Оба выходные сигнала можно использовать, если нужно построить усилитель в мостовой конфигурации.

Как сделать активный или пассивный фильтр низких частот для сабвуфера своими руками

Многие меломаны сталкиваются с проблемой низкого качества звука, который выдает акустическая система. Для решения проблемы применяется специальный фильтр для сабвуфера. Он может быть приобретен в специализированном магазине или изготовлен собственным силами для экономии. Фильтры для низкочастотных динамиков могут отличаться по большом количеству признаков. Выбор правильного позволит избежать многих проблем, сделать акустическую систему более эффективной.

Предназначение

Рассматриваемое устройство предназначено для того, чтобы сделать звук более качественным, оно часто называется кроссовером.

Предназначение заключается в повышении эффективности воспроизведения требуемой частоты.

Поэтому низкокачественные динамики могут звучать намного лучше.

Различные НЧ-фильтры для сабвуфера устанавливаются для достижения хорошего качества звучания аудиосистемы. Поэтому есть необходимость в подборе наиболее подходящего изделия. Если в продаже не встречается подходящий кроссовер для саба, то его можно изготовить самостоятельно. Динамики автомобильной акустической системы могут снабжаться еще сумматором.

Как сделать своими руками

Проще всего изготовить пассивный фильтр низких частот. Это связано с тем, что он изготавливается при применении всего нескольких элементов. Среди особенностей проведения работы своими руками отметим следующее:

Проводятся подробные расчеты. Повысить удобство можно путем применения специальных калькуляторов, с помощью которых проводится расчет параметров основных элементов изделия.
Выбирается наиболее подходящая схема. Она предусматривает применение специального разделителя, который изготавливается в виде сумматора. Качественного звука в этом случае не достигнуть, но устройство прослужит долго.

Простой фильтр для 2-полосного усилителя собрать просто. Инструкция по проведению работы следующая:

Подается сигнал на вход операционного усилителя.
Подается сигнал на МС2.
С выхода ФНЧ переводится сигнал на МС2.
Блок стабилизации напряжения создается на основе резистора, конденсатора и стабилизатора.
При напряжении питания менее 15В из схемы исключается резистор R11. На компонентах R1, R2, C1, C2 собирается сумматор входного сигнала. Этот элемент отключается в том случае, если подается моносигнал. Подключение источника сигнала проводится напрямую ко второму контакту.
Конденсатор C7 предназначается для фильтрации выходного сигнала. Регулятор сигнала основан на R9, R10, C8.
Для получения устройства потребуется печатная плата. Изготовить ее можно самостоятельно из стеклотекстиля, рекомендуемые размеры листа 2 на 4 см.
Поверхность шлифуется до блеска, после чего обезжиривается. Распечатанный рисунок схемы переносится на поверхность.
Выполняется травлене при применении специального состава. Лишняя медь растворяется, после чего поверхность промывается чистой водой.

Для соединения отдельных элементов проводится пайка. При правильной сборке схемы она должна заработать сразу, при этом дополнительная настройка не требуется. Если звука нет, то придется проверить надежность всех соединений. При работе есть вероятность повреждения основных элементов.

Активный фильтр

Большое широкое распространение получил активный фильтр сабвуфера. Подобная схема обладает следующими особенностями:

Активный элемент не нагружает акустическую систему.
Входной сигнал фильтруется. За счет этого есть возможность устранить шумы.
При правильном подходе можно гибко настроить усилитель.
Исходный спектр часто разделяется на несколько каналов. Схема активного фильтра позволяет выбрать низкие и средние, высокие частоты.

Изготовить самостоятельно активный фильтр можно, для этого не требуется специальное оборудование.

Пассивный фильтр

Пассивное устройство проще в изготовлении, но обладает менее привлекательными характеристиками. Его особенности заключаются в следующем:

Предназначено для отсеивания низких частот в заданном диапазоне.
Не усиливает сигнал.

В продаже встречается большое количество пассивных фильтров. Они могут прослужить в течение длительного периода и имеют относительно небольшие размеры.

Готовые решения

В продаже встречается большое количество ФНЧ. Купить их можно через интернет-магазин. Среди особенностей отметим:

Самые дешевые предложения можно встретить в китайском интернет-магазине, но прослужат они недолго.
Производством кроссоверов занимается большое количество компаний. Следует отдавать предпочтение продукции популярных производителей.
Готовые решения выбираются в зависимости от того, в каком диапазоне устройству предстоит работать.

Средняя стоимость кроссовера составляет 4$. При этом схема может иметь различные размеры и эксплуатационные характеристики. Подключение проводится при помощи проводов путем пайки. Поэтому требуется паяльник с тонким жалом и подходящим припоем.

Фильтр для сабвуфера своими руками

ФИЛЬТР ДЛЯ САБВУФЕРА

Принципиальная схема, печатная плата, описание

Данный фильтр предназначен для суммирования стереосигнала и выделения из этой суммы НЧ сигнала для сабвуфера. По сложности фильтр является довольно сложным, поскольку построен по принципу параметрического эквалайзера, т.е. позволяет производить максимум регулировок.
Принципиальная схема фильтра для сабвуфера приведена на рисунке 1. Это последний, самый популярный и универсальный фильтр из разработанной пятерки фильтров для сабвуфера. На входе фильтра используется обычный резистивный микшер, далее на ОУ выполнен буферный усилитель с коррекцией АЧХ, позволяющей на обработку подавать сигнал с уже вырезанными СЧ и ВЧ сигналами, но довольно большой полосой захвата.
Далее идет уже сам фильтр выполненый на ОУ DA3 в обратную связь которого включен высокодобротный фильтр на ОУ DA2 и DA4. В этом фильтре происходит обработка аудиосигнала, причем имеется возможность регулировки добротности, т.е. полосы захвата. На рисунке 2 показано изменение АЧХ в зависимости от положения регулятора добротности (резистор R14).
На рисунке 3 приведен вид АЧХ в зависимости от положения регулятора частоты (резистор R15), на рисунке 4 приведен вид АЧХ уровня перегиба, по сути тот же уровень громкости, который стоит на входе, однако регулировка производится именно перегиба АЧХ, хотя на слух кажется, что изменяется уровень (резистор R16).
На рисунке 5 приведен вид АЧХ в зависимости от положени регуляторов частоты и добротности.
Как видно из рисунокв данный фильтр позволяет идиально настроить практически любой сабвуфер и может потягаться даже с корректором Линквица.

Рисунок 1 – принципиальная схема фильтра для сабвуфера.

Рисунок 2 – регулировка добротности.

Рисунок 3 – регулировка частоты.

Рисунок 4 – изменение уровня перегиба АЧХ.

Рисунок 5 – одновременное изменение частоты и добротности.

Принципиальная схема фильтра для сабвуфера чертеж печатной платы описание работы рекомендации фильтр для сабвуфера схема фильтра нч

На рисунке 6 приведен внешний вид фильтра, на рисунке 7 – чертеж расположения деталей на печатной плате. В формате lay плату можно взять тут. Поскольку высокодобротные фильтры довольно сильно сдвигают фазу сигнала в фильтр введен фазовращатель позволяющий получить максимальное совпадение сигналов по фазе широкополосного сигнала с сигналом сабвуфера. Кроме этого фильтр имеет 2 выхода, на которых сигнал идет в противофазе. Это позволяет компенсировать недостаточность сдвига фазы в фазовращателе при использовании типового усилителя для сабвуфера или же использовать 2 одинаковых усилителя соединенных мостом.

Рисунок 6 – внешний вид фильтра.

Рисунок 7 – расположение деталей и схема подключения.

Питание фильтра для сабвуфера производится от питания усилителя мощности (двуполярный источник), поскольку в фильтр уже интегрирован параметрических стабилизатор напряжения необходимо лишь подобрать токоограничивающие резисторы во избежания выхода из строя стабилитронов от теплового пробоя.

Несколько слов о построении этого фильтра и проверка его в симуляторе

Для Микрокап 8 в архиве лежит модель данного фильтра. Там же еще несколько фильтров как для двуполярного, так и однополярного питания, так что желающие могут поразминаться.

Как сделать активный или пассивный фильтр низких частот для сабвуфера своими руками

Когда мы говорим «Фильтр для сабвуфера» — имеется в виду активный фильтр нижних частот. Он особенно полезен при расширении стереофонической звуковой системы на дополнительный динамик воспроизводящий только самые низкие частоты. Данный проект состоит из активного фильтра второго порядка с регулируемой граничной частотой 50 — 250 Гц, входного усилителя с регулировкой усиления (0.5 — 1.5) и выходных каскадов.

Конструкция обеспечивает прямое подключение к усилителю с мостовой схемой, так как сигналы сдвинуты относительно друг друга по фазе на 180 градусов. Благодаря встроенному источнику питания, стабилизатору на плате, можно обеспечить питание фильтра симметричным напряжением от усилители мощности — как правило это двухполярка 20 — 70 В. Фильтр НЧ идеально подходит для совместной работы с промышленными и самодельными усилителями и предусилителями.

Фильтр низких частот для сабвуфера своими руками

Фильтр низких частот для сабвуфера представляет собой простую схему, которую можно сделать самостоятельно. Это устройство, в самом простом варианте, содержит катушку индуктивности и конденсатор, поэтому конструкция называется LC-фильтром. Индуктивности и ёмкостиявляются реактивными элементами, поэтому изменяют своё сопротивление в зависимости от частоты сигнала. Конденсатор меняет своё сопротивление обратно пропорционально частоте. При включении ёмкости параллельно нагрузке, высокочастотная составляющая сигнала, закорачивается на землю, а низкие частоты будут беспрепятственно проходить на динамик. Частота, на которой начинается подавление сигнала, называется частотой среза.

Идеальный низкочастотный фильтр для сабвуфера должен мгновенно «гасить» определённые частот. На снимке это показано жёлтой линией. Реальная схема фильтра для сабвуфера отличается тем, что спад происходит плавно. Простейшее устройство из двух элементов называется фильтр первого порядка. Он обеспечивает подавление частот выше порога среза в 6 dBна октаву. Схема второго порядка с дополнительными элементами увеличивает крутизну подавления до 12 dBна октаву, а каждое последующее звено добавляет по 6 dB. Чем больше звеньев, тем круче происходит подавление лишней полосы звукового диапазона.

Читайте также:

Ремонт динамика своими руками

Схема фильтра для сабвуфера сделанного своими руками, может включать в себя любое число звеньев. Устройство может быть пассивным или активным.

Подключение сабвуферного фильтра

Пассивный фильтр НЧ для сабвуфера схема

Пассивный фильтр НЧ для сабвуфера своими руками можно сделать за короткое время. Схема не содержит дефицитных деталей и правильно собранная не требует настройки. Простой фильтр низких частот для сабвуфера состоит всего из двух деталей. Это катушка индуктивности и конденсатор. Для того чтобы определить электрические величины этих элементов лучше всего воспользоваться онлайн калькулятором. Для этого нужно набрать в строке поиска «Расчёт LC-фильтров. Онлайн калькулятор». Далее в окне нужно найти следующую таблицу.

Здесь достаточно указать нужную частоту среза, сопротивление нагрузки и нажать «Вычислить». Например, при сопротивлении динамика 4 Ома и частоте среза 220 Гц калькулятор выдаст ёмкость конденсатора в 255,7 микрофарад, а индуктивность 4,09 миллигенри. При сопротивлении головки 8 ом и подавлении «верхов» начиная с 250 Гц, данные будут 112,5 мкф и 7,2 мГн. Сделать фильтр низких частот для сабвуфера можно на простой печатной плате или использовать пластину из текстолита с контактными площадками.

В качестве конденсаторов используется ёмкость ближайшая по номиналу. В фильтре частот для сабвуфера можно использовать электролитические конденсаторы, но лучше поставить бумажные типа «МБГО», К73-16 или специально предназначенные для акустических систем полипропиленовые ёмкости К78-34. Для получения нужного номинала конденсаторы можно соединять параллельно. Катушки индуктивности можно купить готовые или намотать самостоятельно.

Разновидности

Существует пассивный и активный кроссовер сабвуфера. Каждый тип прибора имеет свои преимущества и недостатки.

Активный

Для активного (электронного) кроссовера необходимо подведение питания извне, поэтому его устанавливают до усилителя в системе. При этом звук обрабатывается предусилителем головного устройства. Уже после этого элемента расположены 2-3 элемента, усиливающих мощность. Одной усилительной детали будет недостаточно, т. к. сигналы, которые разделяет активное устройство, нет смысла сводить с помощью усилителя в единый звук.

Разделенные сигналы нужно усиливать отдельно. Чаще активные кроссоверы используются в изготовлении качественных дорогих звуковых систем. Электронные устройства состоят из большого количества фильтров, предназначенных для управления и легкого изменения частоты среза любого канала.

Чувствительность прибора может составлять 6-72 Дб на октаву. В автомобильных аудиосистемах показатель в среднем находит на отметке 24 Дб на октаву. Такой показатель приводит к тому, что частотный обмен почти отсутствует. Звук получается качественным. К недостаткам этого вида кроссоверов относят их высокую цену.

Пассивный

Пассивный кроссовер предназначен для обработки усиленного сигнала и располагается перед динамиками. Если его правильно использовать, то можно получить хороший результат. Изделия имеют порог чувствительности меньше 18 Дб на октаву. Выше этого значения функционируют лишь активные модели.

Читайте также:

Делаем сабвуфер стелс своими руками

Пассивные устройства применяют с целью обработки сигналов твитеров и динамиков средней частоты. Низкочастотным динамикам подойдут эти кроссоверы, но их конденсаторы и катушки индуктивности должны быть качественными. Из-за этого модели увеличиваются в размере и стоят дороже.

Пассивные приборы не предназначены для перегрузок. Сильные сигналы, идущие от усилителя, способны изменить частоту среза фильтра, который при перегрузке делает звук слабым. При покупке пассивного кроссовера для сабвуфера нужно обращать внимание на его возможность выдерживать сильную нагрузку, которую создает усилитель.

Активный фильтр для сабвуфера своими руками

По сравнению с пассивными конструкциями, активные схемы выравнивают амплитудно- частотную характеристику низкочастотного сигнала, корректируя пики и спады, негативно влияющие на прослушивание музыки. Простой фильтр для сабвуфера своими руками можно сделать на малошумящем операционном усилителе.

Схема фильтра НЧ для сабвуфера, сделанного своими руками, состоит из двух операционных усилителей и небольшого числа дискретных элементов. В качестве основного элемента используется интегральная микросхема LM324, которая содержит четыре операционных усилителя с однополярным питанием, что особенно удобно, если сабвуфер будет использоваться в автомобиле. Активное устройство обеспечивает подавление высокочастотной части звукового диапазона, начиная с 120 Гц. Существует много схем разного уровня сложности, которые сделаны на микросхемах или транзисторах. Интегральные схемы требуют меньшего количества деталей и не критичны к изменению напряжения питания.

Более качественную схему можно сделать на специализированной микросхеме РТ2351. Сигналы с выходов стереофонического усилителя поступают на входные каскады, микшируются и поступают на активный блок подавления низких частот. Точка начала подавления высокочастотной части спектра определяется величиной конденсаторов С3 и С7. Буферный каскад позволяет подключать устройство непосредственно к акустической системе.

Сигнал с двух каналов стереофонического усилителя через RCцепочки поступает на соответствующие входы интегральной микросхемы. Благодаря стабилизатору микросхему можно питать от любого однополярного источника постоянного тока напряжением до 20 вольт. Порог среза активного устройства составляет примерно 70 Гц. Для некоторых акустических систем эта величина подавления может быть слишком низкой. Для величины подавления 200 Гц номиналы конденсаторов должны быть следующими:

С1 – 0,47 мкф
С2 – 0,47 мкф
С3 – 0,047 мкф
С7 – 0, 068 мкф

Активный блок ограничения высокочастотной части звукового диапазонаможет использоваться как для домашнего звукового комплекса, так и в автомобиле. Недостатком данной схемы можно считать отсутствие плавной регулировки полосы пропускания, но для работы звукового комплекса это не так важно.

Предназначение

Предназначение заключается в повышении эффективности воспроизведения требуемой частоты.

Поэтому низкокачественные динамики могут звучать намного лучше.

Как сделать самостоятельно

Самостоятельно изготовить кроссовер сложно. Автовладельцы часто сталкиваются с тем, что даже в дорогой акустической системе двухполосного фронта отсутствует это устройство. Чтобы создать элемент в домашних условиях, потребуется:

силиконовый герметик;
удобный паяльник;
термоусадочная трубка;
хороший клей;
фольгированный стеклотекстиль;
прибор для измерения индуктивности;
хлорное железо.

Читайте также:

Ремонт динамиков пострадавших от влаги

В некоторых случаях нужно подготовить провода, чтобы соединить все детали. Самодельное устройство изготавливают следующим образом:

наматывают медную проволоку толщиной 1 мм на катушку индуктивности;
берут для основы ферритовый сердечник, уменьшающий вес конструкции и ее габариты;
измеряют индуктивность с помощью прибора;
изготавливают плату из фольгированного стеклотекстиля, проделав в нем отверстия для провода и разных деталей;
протравливают плату в хлорном железе;
прикрепляют к плате конденсаторы и катушку индуктивности с помощью клея;
соединяют акустические провода, используя паяльник с тонким жалом и соблюдая полярность во время подключения;
обтягивают готовое изделие термоусадочной трубкой, края которой покрывают слоем герметика для повышения надежности.

Если соблюдать последовательность действий, то можно самостоятельно собрать кроссовер с минимальными затратами на покупку необходимых материалов и инструментов.

Простой фильтр низких частот своими руками

Доброго времени суток, уважаемые читатели! Сегодня речь пойдёт о сборке простого фильтра низких частот. Но несмотря на свою простоту, по качеству фильтр не уступает магазинным аналогам. Итак, приступим!

Основные характеристики фильтра

Частота среза 300 Гц, более высокие частоты отсекаются;
Питающее напряжение 9-30 Вольт;
Потребляет фильтр 7 мА.

Схема

DD1 – BA4558;
VD1 – Д814Б;
C1, C2 – 10 мкФ;
С3 – 0,033 мкФ;
С4 – 220 нф;
С5 – 100 нф;
С6 – 100 мкФ;
С7 – 10 мкФ;
С8 – 100 нф;
R1, R2 – 15 кОм;
R3, R4 – 100 кОм;
R5 – 47 кОм;
R6, R7 – 10 кОм;
R8 – 1 кОм;
R9 – 100 кОм – переменный;
R10 – 100 кОм;
R11 – 2 кОм.

Изготовление фильтра низких частот

Если напряжение питания меньше 15 Вольт, то R11 следует исключить.
На компонентах R1, R2, С1, С2 собран сумматор входных сигналов.

Его можно исключить, если на вход подаётся моносигнал. Источник сигнала при этом следует подключать напрямую ко второму контакту микросхемы.
DD1.1 усиливает входной сигнал, а на DD1.2 собран непосредственно сам фильтр.

Конденсатор С7 фильтрует выходной сигнал, на R9, R10, С8 реализован регулятор звука, его также можно исключить и снимать сигнал с минусовой ножки С7.
Со схемой разобрались, теперь давайте перейдём к изготовлению печатной платы. Для этого нам понадобится стеклотекстолит размерами 2х4 см.
Файл платы фильтра низких частот:

Шлифуем до блеска мелкозернистой наждачной бумагой, обезжириваем поверхность спиртом. Распечатываем этот рисунок, переносим на текстолит методом ЛУТ.

При необходимости дорисовываем дорожки лаком.
Теперь следует приготовить раствор для травления: растворяем 1 часть лимонной кислоты в трёх частях перекиси водорода (пропорция 1:3 соответственно). Добавляем в раствор щепотку соли, она – катализатор и в процессе травления не участвует.
В приготовленный раствор погружаем плату. Ждём растворения лишней меди с её поверхности. По окончании процесса травления достаём нашу плату, промываем проточной водой и снимаем тонер ацетоном.

В первой версии рисунка я не сделал отверстие под R4, поэтому припаял его снизу, в документе для скачивания этот недостаток устранён.
На обратной стороне платы необходимо припаять перемычку:

Собранная схема заработала при первом же включении и в настройке не нуждается. Если звук на выходе отсутствует, покрутите переменный резистор и проверьте все соединения на плате.
На этом моя статья подходит к концу. Всем удачи в повторении!
Несколько фото готового изделия:

Читайте также:

Стойки ВЧ своими руками

Фильтр низких частот для сабвуфера

Рис.1 Фильтр низких частот сабвуфера — готовая плата

Фильтр низких частот — в этой статье представлен активный ФНЧ второго порядка с регулируемой частотой среза от 20 Гц до 200 Гц. Схема, в которой используется один источник питания, работает с аудио сигналом малой мощности (то есть с линейными уровнями аудио сигнала) и предназначена в качестве фильтрующего элемента перед усилителем мощности звука, управляющим громкоговорителем сабвуфера.

Конструкция основана на традиционной топологии Саллена-Ки, которая предлагает простые вычисления и реализацию, хотя коэффициент качества невысок. Более простой альтернативой этой схеме является пассивный фильтр нижних частот сабвуфера. Поведение фильтра было проверено как методом моделирования LTSpice, так и с помощью необработанных измерений, используя звуковую карту ПК и программное обеспечение визуального анализатора.

Активный фильтр низких частот сабвуфера

1 — Характеристики схемы

Рис.2 Принципиальная схема

На следующих изображениях модули передаточных функций представлены в случае установки потенциометра на самую низкую частоту среза (Рисунок 3) и максимальную частоту среза (Рисунок 4). Можно отметить, что две кривые в основном равны, за исключением высоких частот, где низкая чувствительность звуковой карты и шум не позволяют провести точное измерение. Наклон всегда составляет -40 дБ за декаду из-за фильтра второго порядка.

Рис.3 Модуль передаточной функции схемы в дБ при частоте среза 20 Гц, полученный путем измерения в реальной цепи с помощью звуковой карты ПК и программного обеспечения визуального анализатора. Разница между двумя кривыми на высоких частотах связана с низкой чувствительностью и шумом звуковой карты компьютера. По оси абсцисс использована логарифмическая шкала.

Если частота среза составляет 20 Гц, резонансный пик отсутствует; напротив, этот пик появляется при fc = 200 Гц. Это согласуется с процессом проектирования, описанным в разделе 2, поскольку неравенство, которое допускало отсутствие пика, было оценено для RP = Rtot, то есть для fc = 20 Гц. Пик резонанса в любом случае приемлем.

Рис.4 Модуль передаточной функции схемы в дБ в случае частоты среза 200 Гц, полученный путем измерения реальной цепи с помощью звуковой карты ПК и программного обеспечения визуального анализатора. Разница между двумя кривыми на высоких частотах связана с низкой чувствительностью и шумом звуковой карты компьютера. По оси абсцисс использована логарифмическая шкала.

Отрицательной стороной фильтра является плохо сбалансированный потенциометр: линейное изменение его сопротивления не соответствует линейному изменению частоты среза. Ниже представлена зависимость частоты среза от сопротивления потенциометра.

Рис.5 Изменение частоты как функция потенциометра

2 — Как построить устройство фильтр низких частот

Реализация схемы не сложна, так как использовались очень распространенные компоненты, ее размер небольшой, а сложность невысока. Плата, показанная на рис. 1, имеет размеры 4 см x 5 см и, следовательно, является частью европейского стандарта Eurocard, который имеет размер 160 мм x 100 мм. Разъемов три: один для аудиовхода, один для аудиовыхода и один для источника питания.

Загрузите проект KiCad полностью (68,3 КБ)
В архиве: схема, печатная плата, файлы Gerber и pdf для этого проекта.

Рис.6 Фильтр низких частот — шелкография и печатная плата

3 — Модификация стерео входа

Схема изначально была разработана с моно-входом. Самые низкие частоты, обозначенные значком, обычно одинаковы для правого и левого стерео каналов, поскольку наши уши не могут различить их пространственное происхождение. По той же причине обычно используются два динамика, один для правой стороны, другой для левой стороны, для средних и высоких частот, но только один сабвуфер в центре. По просьбам в комментариях предлагается два решения:

Подключите ко входу фильтра низких частот только левый канал (L канал), так как басовые сигналы одинаковы на обоих каналах;
Измените схему, как показано на рис.7;

Для модификации схемы входное сопротивление Rz и конденсатор CP1 не следует припаивать, а вместо них ставить два резистора с удвоенным значением вместе с их разделительными конденсаторами.

Рис.7 Модификация входа фильтра для получения стерео входа. Rz и CP1 необходимо заменить двумя резисторами, включенными параллельно удвоенному значению, вместе с их разделительными конденсаторами

4 — Конструкция: каскад развязки и поляризации

Первый каскад схемы — это неинвертирующий усилитель, который обеспечивает развязку входных напряжений фильтра и смещение сигнала путем суммирования половины напряжения питания. В традиционном неинвертирующем усилителе V_IN подключается непосредственно к неинвертирующему выводу операционного усилителя; в этой конфигурации усиление составляет:

В этом случае V_IN — это напряжение после резистивной цепи, состоящей из R1, R2 и Rz. Чтобы вычислить V_IN1, мы можем использовать наложение эффектов, следуя процедуре, аналогичной той, которая обычно используется для определения поляризации в схемах традиционных биполярных транзисторов. Напряжение будет суммой двух элементов: составляющей V 1 IN, связанной с входным напряжением V_IN, и V 1 alim, полученной из напряжения источника питания Valim:

В этом случае V_IN — это напряжение после резистивной цепи, состоящей из R1, R2 и Rz. Чтобы вычислить V_IN1, мы можем использовать наложение эффектов, следуя процедуре, аналогичной той, которая обычно используется для определения поляризации в схемах традиционных биполярных транзисторов. Напряжение будет суммой двух элементов: компонента V 1 IN, относящегося к входному напряжению V_IN, и V 1 alim, полученного из напряжения источника питания Valim:

Чтобы найти значение V¹ alim, мы можем рассматривать конденсатор CP₁ как разомкнутую цепь, так как Valim — это постоянное напряжение:

В то время как для определения напряжения V 1 _IN можно считать Valim = 0V, то мы можем в цепь источника питания поставить перемычку, то-есть закоротить,(как того требует метод наложения):

Суммируя два результата, мы получаем:

Коэффициент усиления неинвертирующего усилителя не зависит от сопротивлений, которые появляются в выражении V_IN1, и поэтому для простоты мы можем поставить его равным константе:

Таким образом, общий коэффициент усиления неинвертирующего каскада равен:

4.1 — Выбор значений компонентов

Чтобы найти значения компонентов, мы можем сделать некоторые краткие соображения: мы решаем, что напряжение V_IN сообщается без изменений на выходе; для правильной поляризации сигнала необходимо суммировать половину напряжения источника питания с V_IN; наконец, мы выбрали α=2, поскольку это позволяет нам использовать R_F = R_G. Теперь мы можем написать систему уравнений на основе прироста V_IN e V_alim:

И, решая ее, получаем:

Чтобы завершить информацию о системе, мы можем вычислить входное сопротивление всей цепи:

Выбирая R₂ = 33 кОм и учитывая приближение серии E12, получаем хорошие значения: R₁ = 100 кОм, R_z = 22 кОм, R_in = 63 кОм.

4.2 — Конденсаторы развязки

Конденсатор CP₁ блокирует ток поляризации цепи, поэтому он не течет в устройство, подключенное ко входу. Другими словами, это фильтр верхних частот со следующей частотой среза:

Читайте также:

Ремонт динамиков пострадавших от влаги

Мы предполагаем, что частота среза этого фильтра намного ниже минимальной рабочей частоты схемы, например 1 Гц. Поскольку R_in = 66 кОм, получаем C=2,5 мкФ. Конденсатор емкостью 47 мкФ более чем достаточен для развязки. Аналогичные соображения можно сделать для CP₂, заменив R_in сопротивлением нагрузки; это сопротивление будет довольно высоким, так как это вход усилителя.

5 — Конструкция: фильтр

Следующий этап — настоящий фильтр. В Интернете существует множество доказательств для вычисления его передаточной функции, среди которых одно из Википедии: топология Саллена-Ки. Вот оно:

где R_p — значение, принимаемое потенциометром P₁. Анализируя этот многочлен, можно извлечь некоторые математические выражения, полезные в процессе проектирования.

5.1 — Расчетные уравнения

Если знаменатель имеет два реальных полюса, диаграмма Боде передаточной функции начнет понижаться на первом полюсе с наклоном -20 дБ/декада; на втором полюсе крутизна уменьшится до конечного значения -40 дБ/декада. Если, наоборот, знаменатель имеет два полюса комплексного сопряжения, будет присутствовать только одна частота среза с асимптотическим наклоном -40 дБ/декада. Это лучшее состояние для фильтра. Чтобы получить это с математической точки зрения, мы предполагаем, что знаменатель имеет отрицательный дискриминант:

в этом случае частота среза равна:

Для определения размера компонентов фильтра мы можем использовать выражение его частоты среза. Когда потенциометр находится в конце или в начале, R_p будет равным R_tot, что является общим сопротивлением потенциометра, или будет 0 Ом. В этих двух случаях результирующие частоты среза будут соответствовать минимальному или максимальному допустимому, то есть f = 20 Гц и f₁ = 200 Гц. Формула частоты среза сводится к следующему: Подставляя предельные частоты и решая систему уравнений, составленную из двух предыдущих уравнений, мы получаем:

Другое расчетное условие может быть получено с помощью выражения добротности. Если передаточная функция имеет комплексно сопряженные полюса, может возникнуть резонансный пик на частоте среза. Чтобы удалить этот пик, необходимо ограничить добротность фильтра Q:

5.2 — Графический выбор значений компонентов

Давайте вернемся к полезным уравнениям написанным выше:

по порядку, это уравнение, полученное из минимальной и максимальной частоты среза, условие о дискриминанте для наличия комплексно сопряженных полюсов и условие о добротности для избежания резонансных пиков.

Первое из трех уравнений содержит все значения компонентов, которые необходимо вычислить. Чтобы выбрать их легко и интуитивно, кривая была построена графически, задав параметры C₁ и C₁, R_A по оси абсцисс и R_B по оси ординат.

На том же графике область, где верно первое неравенство об отрицательном дискриминанте, была окрашена в зеленый и желтый цвета; область, окрашенная только зеленым цветом, — это место, где проверяется второе неравенство об ограничении добротности. Два неравенства оцениваются в предположении, что потенциометр имеет максимальное значение, то есть R_p = R_tot = 99R_A. Окончательный график показан на следующем рисунке в случае C₁ = 4,7 мкФ и C₂ = 100 нФ:

График можно построить, задав параметрические значения для C₁ и C₂. Значения R_A и R_B можно выбрать в зеленой зоне, то есть в зоне, где оба неравенства верны. Значения, например, равны R_A = 1,2 кОм, R_B = 1,2 кОм , R_tot = 120 кОм.