Четырехполосный фильтр для акустической системы Российский патент 2022 года по МПК H04R3/12 

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в акустических системах бытовой или профессиональной звуковоспроизводящей аппаратуры.

Известен четырехполосный фильтр для акустической системы, содержащий низкочастотный LC-фильтр, среднечастотный LC фильтр и два параллельных высокочастотных LC-фильтра, выходы которых предназначены для подключения динамических головок низкочастотного, среднечастотного и двух высокочастотных диапазонов (см. международную заявке WO 81/00947, кл. H04R 3/12, опубл. 02.04.1981, фиг. 3).

Данный фильтр имеет простую конструкцию, однако не обеспечивает требуемое качество звучания в низкочастотном диапазоне, что связано с тем, что данный фильтр не обеспечивает разделение сигнала по низким частотам при воспроизведении, что ведет к размытости локализации кажущихся источников звука.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому техническому результату является четырехполосный фильтр для акустической системы, содержащий нижнечастотный фильтр LC-фильтр, нижнесреднечастотный LC-фильтр, среднечастотный LC-фильтр и верхнечастотный LC-фильтр, выходы которых предназначены для подключения динамических головок соответственно низкочастотного, нижнесреднечастотного, среднечастотного и высокочастотного диапазонов см. патент US №10701487, кл. H04R 3/04, опубл. 10.06.2020, фиг. 5).

Данный фильтр позволяет повысить точность воспроизведения звука, стабильность технических характеристик и обеспечивает более равномерное распределение нагрузок на каждый излучатель. Однако данный фильтр имеет сложную конструкцию с необходимостью использования большого количества конденсаторов и катушек индуктивности при этом не обеспечивается необходимая линейность фазо-частотной характеристики.

Технической проблемой, на решение которой направлено настоящее изобретение, является преодоление вышеуказанных недостатков.

Технический результат, достигаемый в изобретении заключается в том, что достигается повышение линейности фазочастотной характеристики фильтра при сохранении равномерности его амплитудно-частотной характеристики и упрощении конструкции четырехполосного фильтра для акустической системы.

Указанная техническая проблема решается, а технический результат достигается за счет того, что четырехполосный фильтр для акустической системы содержит нижнечастотный фильтр LC-фильтр, нижнесреднечастотный LC-фильтр, среднечастотный фильтр и верхнечастотный LC-фильтр, выходы которых предназначены для подключения динамических головок соответственно низкочастотного, нижнесреднечастотного, среднечастотного и высокочастотного диапазонов, первый вход четырехполосного фильтра подключен к первому выводу первого конденсатора и первому выводу первой катушки индуктивности, последняя вторым выводом подключена к первому выводу второго конденсатора, второму выводу третьего конденсатора, первому выводу динамической головки низкочастотного диапазона. и первому выводу динамической головки нижнесреднего диапазона, второй вход четырехполосного подключен к второму выводу второго конденсатора, второму выводу второй катушки индуктивности и второму выводу третьей катушки индуктивности, которая первым выводом подключена к второму выводу четвертого конденсатора и второму выводу динамической головки нижнесреднечастотного диапазона, первый вывод второй катушки индуктивности подключен к второму выводу динамической головки нижнечастотного диапазона, первый вывод четвертого конденсатора подключен к второму выводу динамической головки среднечастотного диапазона, первый вывод третьего конденсатора подключен к второму выводу динамической головки высокочастотного диапазона, первый вывод которой подключен к второму выводу пятого конденсатора, а последний первым выводом подключен к второму выводу первого конденсатора и первому выводу динамической головки среднечастотного диапазона, при этом первая, вторая и третья катушки индуктивности имеют равную величина индуктивности, первый, второй и четвертый конденсаторы имеют равную величину емкости, а емкость третьего конденсатора равна емкости пятого конденсатора.

В результате достигается повышение линейности фазочастотной характеристики фильтра при сохранении равномерности его амплитудно-частотной характеристики, обеспечивая требуемое разделение(АЧХ) и согласованию (ФЧХ) динамических головок.

В четырехполосном фильтре входной сигнал подается на последовательную LC цепь, где выделяется амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) и фазируется фазочастотная характеристика (ФЧХ) по диапазонам низких частот (НЧ), нижнесредних частот (НСЧ), средних частот (СЧ) и высоких частот (ВЧ). При этом сумма выделенных сигналов равна входному сигналу по напряжению.

В результате второй конденсатор LC-фильтра нижних частот является проходным для ВЧ и СЧ динамических колонок со смещением фазы - 90°, а так же шунтирует динамические головки НЧ и НСЧ. Пятый и третий конденсаторы LC-фильтра верхних частот являются проходными для ВЧ со смещением фазы - 90°. Первый конденсатор является проходным для ВЧ и СЧ и шунтирующим для НЧ и НСЧ. Четвертый конденсатор частотного фильтра средних частот является проходным для СЧ и шунтирующим для ВЧ, НЧ и НСЧ. Первая катушка индуктивности LC-фильтра верхних частот является проходной для НЧ, НСЧ и шунтирующей для ВЧ и СЧ, вторая катушка индуктивности LC-фильтра нижних частот являются проходными для НЧ и шунтирующими НСЧ,СЧ и ВЧ, а третья катушка индуктивности LC-фильтра нижнесредних частот является проходной для НСЧ и шунтирующей НЧ,СЧ и ВЧ.

При этом для исключения вышеуказанного смещения фаз величина индуктивности первая, вторая и третья катушки индуктивности имеют равную величину индуктивности (L1=L2=L3), первый, второй и четвертый конденсаторы имеют равную величину емкости (С1=С2=С4), а емкость третьего конденсатора равна емкости пятого конденсатора (С3=С5).

Это повышает отдачу по диапазону и согласованность работы динамических головок.

Таким образом на динамическую головку среднечастотного диапазона (СЧ) сигнал отфильтровывается конденсаторами С1,С2,С4 и динамической головкой нижнесреднечастотного диапазона (НСЧ), который одновременно воспроизводит отфильтрованный СЧ сигнал.

Динамическая головка высокочастотного диапазона (ВЧ) включена последовательно с симметричной фильтрацией С1=С2, С3=С5.

Так же динамические головки одна низкочастотного диапазона (НЧ) и вторая иизкосреднечастотного диапазона (НСЧ) при равной величине индуктивности катушек индуктивности (L1=L2=L3) создают общую гармонию (качество) воспроизведения во всем диапазоне низких частот и нижней части диапазона средних частот.

Таким образом, вышеописанный четырехполосный фильтр для акустических систем является универсальным для любых акустических систем (автомобильных, бытовых, концертных и тому подобных акустических систем.

На чертеже представлена принципиальная схема фильтра для четырехполосной акустической системы.

Четырехполосный фильтр для акустической системы содержит нижнечастотный фильтр LC-фильтр, нижнесреднечастотный LC-фильтр, среднечастотный фильтр, верхнечастотный LC-фильтр, выходы которых предназначены для подключения динамических головок, соответственно, низкочастотного, нижнесреднечастотного, среднечастотного и высокочастотного диапазонов.

Первый вход 1 подключен к первому выводу первого конденсатора 2 и первому выводу первой катушки индуктивности 3, последняя вторым выводом подключена к первому выводу второго конденсатора 4, второму выводу третьего конденсатора 5, первому выводу динамической головки 6 низкочастотного диапазона и первому выводу динамической головки 7 нижнесреднего диапазона.

Второй вход 8 подключен к второму выводу второго конденсатора 4, второму выводу второй катушки индуктивности 9 и второму выводу третьей катушки 10 индуктивности, которая первым выводом подключена к второму выводу четвертого конденсатора 11 и второму выводу динамической головки 7 нижнесреднечастотного диапазона.

Первый вывод второй катушки индуктивности 9 подключен к второму выводу динамической головки 6 нижнечастотного диапазона, первый вывод четвертого конденсатора 11 подключен к второму выводу динамической головки 12 среднечастотного диапазона, первый вывод третьего конденсатора 5 подключен к второму выводу динамической головки 13 высокочастотного диапазона, первый вывод которой подключен к второму выводу пятого конденсатора 14, а последний первым выводом подключен к второму выводу первого конденсатора 2 и первому выводу динамической головки 12 среднечастотного диапазона.

В вышеописанном. фильтре LC-фильтр нижних частот, предназначенный для динамической головки 6 низкочастотного диапазона, выделяет сигналы с частотами, ниже 400 Гц как сигналы, подаваемые на динамическую головку 6 низкочастотного диапазона, а сигналы с частотами выше 400 Гц не пропускаются этим фильтром. Для этого низкочастотный сигнал проходит через первую катушку индуктивности 3, динамическую головку 6 нижнечастотного диапазона и вторую катушку индуктивности 9. Сигналы низкочастотного диапазона шунтируются вторым конденсатором 4.

LC-фильтр верхних частот, предназначенный для динамической головки 13 высокочастотного диапазона, выделяет сигналы с частотами выше 5-6 кГц как сигналы для динамической головки 13 для чего высокочастотный сигнал проходит через первый конденсатор 2, пятый конденсатор 14, динамическую головку 13 высокочастотного диапазона 13 третий конденсатор 5 и второй конденсатор 4. Сигналы с частотами ниже 400 Гц не пропускаются этим фильтром. Сигналы высокочастотного диапазона шунтируются первой катушкой индуктивности 3.

Суммарный диапазон сигналов, которые подавляются LC-фильтрами нижних и верхних частот, шире рабочей полосы частот, которая может качественно воспроизводится динамической головкой 12. Для этого нижняя часть среднечастотного диапазона воспроизводится динамической головкой 7 нижнесреднечастотного диапазона, что позволяет пропускать через нее среднечастотный диапазон и в тоже время посредством третьей катушки индуктивности шунтировать низкочастотный и высокочастотный диапазоны. Среднечастотный сигнал, который не воспроизводится динамическими головками 6 и 13 проходит через второй конденсатор 2, динамическую головку 7 нижнесреднечастотного диапазона и затем проходит через четвертый конденсатор 11, который при этом шунтирует нижнесреднечастотные сигналы, далее среднечастотный сигнал проходит через динамическую головку 12 среднечастотного диапазона и затем проходит через первый конденсатор. Таким образом на динамическую головку 12 среднечастотного диапазона поступает сигнал, соответствующий среднечастотному диапазону.

В результате, линейность фазочастотной характеристики четыхполосного фильтра при сохранении равномерности его амплитудно-частотной характеристики позволяет повысить качество стереоэффекта, уменьшить неточность восприятия положения источников звука и снизить искажения при воспроизведении различных звуков, что в результате обеспечивает повышение качества воспроизведения различного рода звуков вышеописанной четырехполосной акустической системой.

Изобретение относится к радиотехнике. Четырехполосный фильтр для акустической системы содержит нижнечастотный фильтр LC-фильтр, нижнесреднечастотный LC-фильтр, среднечастотный фильтр и верхнечастотный LC-фильтр, выходы которых предназначены для подключения динамических головок. Первый вход фильтра подключен к первому выводу первого конденсатора и первому выводу первой катушки индуктивности. Второй вход подключен ко второму выводу второго конденсатора, второму выводу второй катушки индуктивности и второму выводу третьей катушки индуктивности. Первый вывод второй катушки индуктивности подключен ко второму выводу динамической головки нижнечастотного диапазона, первый вывод четвертого конденсатора подключен ко второму выводу динамической головки среднечастотного диапазона, первый вывод третьего конденсатора подключен ко второму выводу динамической головки высокочастотного диапазона, первый вывод которой подключен ко второму выводу пятого конденсатора, а последний первым выводом подключен ко второму выводу первого конденсатора и первому выводу динамической головки среднечастотного диапазона. Первая, вторая и третья катушки индуктивности имеют равную величину индуктивности, первый, второй и четвертый конденсаторы имеют равную величину емкости, а емкость третьего конденсатора равна емкости пятого конденсатора. Технический результат - повышение линейности фазочастотной характеристики фильтра при сохранении равномерности его амплитудно-частотной характеристики. 1 ил.

Четырехполосный фильтр для акустической системы, содержащий нижнечастотный фильтр LC-фильтр, нижнесреднечастотный LC-фильтр, среднечастотный фильтр и верхнечастотный LC-фильтр, выходы которых предназначены для подключения динамических головок соответственно низкочастотного, нижнесреднечастотного, среднечастотного и высокочастотного диапазонов, отличающийся тем, что первый вход четырехполосного фильтра подключен к первому выводу первого конденсатора и первому выводу первой катушки индуктивности, последняя вторым выводом подключена к первому выводу второго конденсатора, второму выводу третьего конденсатора, первому выводу динамической головки низкочастотного диапазона и первому выводу динамической головки нижнесреднего диапазона, второй вход четырехполосного фильтра подключен ко второму выводу второго конденсатора, второму выводу второй катушки индуктивности и второму выводу третьей катушки индуктивности, которая первым выводом подключена ко второму выводу четвертого конденсатора и второму выводу динамической головки нижнесреднечастотного диапазона, первый вывод второй катушки индуктивности подключен ко второму выводу динамической головки нижнечастотного диапазона, первый вывод четвертого конденсатора подключен ко второму выводу динамической головки среднечастотного диапазона, первый вывод третьего конденсатора подключен ко второму выводу динамической головки высокочастотного диапазона, первый вывод которой подключен ко второму выводу пятого конденсатора, а последний первым выводом подключен ко второму выводу первого конденсатора и первому выводу динамической головки среднечастотного диапазона, при этом первая, вторая и третья катушки индуктивности имеют равную величину индуктивности, первый, второй и четвертый конденсаторы имеют равную величину емкости, а емкость третьего конденсатора равна емкости пятого конденсатора.