Фильтр для акустической системы Российский патент 2023 года по МПК H04R3/12 

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

Известен фильтр для акустической системы, содержащий конденсаторы, низкочастотный трансформатор, динамическую головку низкочастотного диапазона и две динамические головки средневысоких частот (см. авторское свидетельство СССР, №1764188, кл. H04S 3/02, опубл. 23.09.1992).

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

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому техническому результату является фильтр для акустической системы, содержащий LC-фильтр нижних частот, LC-фильтр верхних частот и частотный фильтр средних частот, выходы которых предназначены для подключения динамических головок низкочастотного, высокочастотного и среднего диапазона (см. патент RU №2554273, кл. H04R 3/12, опубл. 27.06.2015).

Данный фильтр позволяет повысить точность воспроизведения звука, стабильность технических характеристик и обеспечивает равномерное распределение нагрузок на каждый излучатель. Однако при этом не обеспечивается необходимая линейность фазочастотной характеристики, что также приводит к размытости положения кажущихся источников звука при стереофоническом воспроизведении звука.

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

Технический результат, достигаемый в изобретении, заключается в повышении линейности фазочастотной характеристики фильтра при сохранении равномерности его амплитудно-частотной характеристики.

Указанная техническая проблема решается, а технический результат достигается за счет того, что фильтр для акустической системы содержит фильтр нижних частот, фильтр верхних частот и фильтр средних частот, выходы которых предназначены для подключения, соответственно, динамических головок низкочастотного, высокочастотного и среднечастотного диапазонов, отличающийся тем, что фильтр нижних частот состоит из первой и второй катушек индуктивности, фильтр верхних частот состоит из первого и второго конденсаторов, а фильтр средних частот состоит из третьего и четвертого конденсаторов, при этом выводы динамической головки низкочастотного диапазона подключены: первый вывод - к второму выводу первой катушки индуктивности, а второй вывод - к первому выводу второй катушки индуктивности, первый вывод первой катушки индуктивности подключен к первому выводу первого конденсатора, первому выводу третьего конденсатора и к «плюсу» на входе в фильтр, первый вывод динамической головки высокочастотного диапазона подключен к второму выводу второго конденсатора, первый вывод которого подключен к второму выводу первого конденсатора, а второй вывод динамической головки высокочастотного диапазона подключен к второму выводу четвертого конденсатора, второму выводу второй катушки индуктивности и к «минусу» на входе в фильтр, при этом первый вывод динамической головки среднечастотного диапазона подключен к второму выводу третьего конденсатора и второй вывод динамической головки среднечастотного диапазона подключен к первому выводу четвертого конденсатора, причем величина индуктивности первой катушки индуктивности равна величине индуктивности второй катушки индуктивности, емкость первого конденсатора равно емкости второго конденсатора, а емкость третьего конденсатора равна емкости четвертого конденсатора.

Фильтр для акустической системы может быть снабжен дополнительной динамической головкой низкой частоты и дополнительным фильтром низкой частоты, который состоит из третьей катушки индуктивности и четвертой катушки индуктивности, причем первый вывод дополнительной динамической головки низкой частоты подключен к второму выводу четвертой катушки индуктивности, которая первым выводом подключена ко второму выводу третьей катушки индуктивности, при этом последняя первым выводом подключена к первому выводу первой катушки индуктивности, а дополнительная динамическая головка низкой частоты вторым выводом подключена к второму выводу второй катушки индуктивности и величина индуктивности третьей катушки индуктивности равна величине индуктивности четвертой катушки индуктивности.

В вышеуказанном фильтре входной сигнал подается на параллельную LC цепь, где выделяется амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) и фазируется фазочастотная характеристика (ФЧХ) по диапазонам низких частот (НЧ), средних частот (СЧ) и высоких частот (ВЧ).

Данный фильтр имеет параллельную архитектуру и симметричную фильтрацию по диапазонам нижних и средних частот и ассимметричную фильтрацию высоких частот, что позволяет добиться идеальной фазовой согласованности между динамическими головками низкочастотного, высокочастотного и среднечастотного диапазонов. При этом сумма выделенных сигналов равна входному сигналу по напряжению. В результате катушки индуктивности L-фильтра нижних частот являются проходными для НЧ динамической головки со смещением фазы - 0°. Конденсаторы С-фильтра верхних частот являются проходными только для ВЧ со смещением фазы - 360°. Конденсаторы С-фильтра средних частот являются проходным для СЧ со смещением фазы на - 180°.

Выполнение фильтра акустической системы с дополнительной динамической головкой низкой частоты и дополнительным фильтром низкой частоты позволяет расширить диапазон воспроизводимых частот низкой частоты и таким образом преобразовать описываемый фильтр в четырехполосный с соответствующим повышением качества пространственного звучания с минимизацией искажений, особенно в нижней части диапазона низких частот.

В результате достигается повышение линейности фазочастотной характеристики фильтра при сохранении равномерности его амплитудно-частотной характеристики.

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

На чертеже представлена принципиальная схема фильтра для акустической системы.

Фильтр для акустической системы содержит фильтр нижних частот, фильтр верхних частот и фильтр средних частот, выходы которых предназначены для подключения динамических головок 1, 2, 3, соответственно, низкочастотного, высокочастотного и среднечастотного диапазонов.

Фильтр нижних частот состоит из первой катушки индуктивности 4 и второй катушки индуктивности 5.

Фильтр верхних частот состоит из первого конденсатора 6 и второго конденсатора 7.

Фильтр средних частот состоит из третьего конденсатора 8 и четвертого конденсатора 9.

Выводы динамической головки 1 низкочастотного диапазона подключены: первый вывод - к второму выводу первой катушки индуктивности 4, а второй вывод - к первому выводу второй катушки индуктивности 5.

Первый вывод первой катушки индуктивности 4 подключен к подключен к первому выводу первого конденсатора 6, первому выводу третьего конденсатора 8 и к «плюсу» на входе в фильтр.

Первый вывод динамической головки 2 высокочастотного диапазона подключен к второму выводу второго конденсатора 7, первый вывод которого подключен к второму выводу первого конденсатора 6.

Второй вывод динамической головки 2 высокочастотного диапазона подключен к второму выводу четвертого конденсатора 9, второму выводу второй катушки индуктивности 5 и к «минусу на входе в фильтр.

Первый вывод динамической головки 3 среднечастотного диапазона подключен к второму выводу третьего конденсатора 8 и второй вывод динамической головки 2 среднечастотного диапазона подключен к первому выводу четвертого конденсатора 9.

Величина индуктивности первой катушки индуктивности 4 равна величине индуктивности второй катушки индуктивности 5, емкость первого конденсатора 6 равно емкости второго конденсатора 7, а емкость третьего конденсатора 8 равна емкости четвертого конденсатора 9.

Фильтр акустической системы может быть снабжен снабжен дополнительной динамической головкой 10 низкой частоты и дополнительным фильтром низкой частоты, который состоит из третьей катушки индуктивности 11 и четвертой катушки индуктивности 12, причем первый вывод дополнительной динамической головки 10 низкой частоты подключен к второму выводу четвертой катушки индуктивности 12, которая первым выводом подключена ко второму выводу третьей катушки индуктивности 11, при этом последняя первым выводом подключена к первому выводу первой катушки индуктивности 4, а дополнительная динамическая головка 10 низкой частоты вторым выводом подключена к второму выводу второй катушки индуктивности 5 и величина индуктивности третьей катушки индуктивност 11 равна величине индуктивности четвертой катушки индуктивности 12.

В вышеописанном фильтре для акустической системы фильтр нижних частот, предназначенный для динамической головки 1 низкочастотного диапазона, выделяет сигналы с частотами, ниже 400 Гц как сигналы, подаваемые на динамическую головку 1 низкочастотного диапазона, а сигналы с частотами выше 400 Гц не пропускаются первой и, второй катушками индуктивности 4, 5 этого фильтра.

Фильтр верхних частот, предназначенный для динамической головки 2 высокочастотного диапазона, выделяет сигналы с частотами выше 5 кГц как сигналы для динамической головки 2. Сигналы с частотами ниже 5 кГц не пропускаются этим фильтром.

Суммарный диапазон сигналов, которые подавляются фильтрами нижних и верхних частот, шире рабочей полосы частот, которая должна воспроизводиться динамической головкой 3 среднечастотного диапазона. Для этого к первому выводу динамической головки 3 среднечастотного диапазона подключен второй вывод первой катушки индуктивности 4, а к второму выводу динамической головки 3 среднечастотного диапазона подключен первый вывод второй катушки индуктивности 5 и таким образом на динамическую головку 3 поступает только сигнал, соответствующий среднечастотному диапазону.

В результате, линейность фазочастотной характеристики 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 акустической системой.

Изобретение относится к акустике. Фильтр для акустической системы содержит фильтр нижних частот, фильтр верхних частот и фильтр средних частот, выходы которых предназначены для подключения соответственно динамических головок низкочастотного, высокочастотного и среднечастотного диапазонов, отличающийся тем, что фильтр нижних частот состоит из первой и второй катушек индуктивности, фильтр верхних частот состоит из первого и второго конденсаторов, а фильтр средних частот состоит из третьего и четвертого конденсаторов, при этом выводы динамической головки низкочастотного диапазона подключены: первый вывод - к второму выводу первой катушки индуктивности, а второй вывод - к первому выводу второй катушки индуктивности, первый вывод первой катушки индуктивности подключен к первому выводу первого конденсатора, первому выводу третьего конденсатора и к «плюсу» на входе в фильтр, первый вывод динамической головки высокочастотного диапазона подключен к второму выводу второго конденсатора, первый вывод которого подключен к второму выводу первого конденсатора, а второй вывод динамической головки высокочастотного диапазона подключен к второму выводу четвертого конденсатора, второму выводу второй катушки индуктивности и к «минусу» на входе в фильтр, при этом первый вывод динамической головки среднечастотного диапазона подключен к второму выводу третьего конденсатора и второй вывод динамической головки среднечастотного диапазона подключен к первому выводу четвертого конденсатора, причем величина индуктивности первой катушки индуктивности равна величине индуктивности второй катушки индуктивности, емкость первого конденсатора равна емкости второго конденсатора, а емкость третьего конденсатора равна емкости четвертого конденсатора. Технический результат - повышение линейности фазочастотной характеристики фильтра при сохранении равномерности его амплитудно-частотной характеристики. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Фильтр для акустической системы, содержащий фильтр нижних частот, фильтр верхних частот и фильтр средних частот, выходы которых предназначены для подключения соответственно динамических головок низкочастотного, высокочастотного и среднечастотного диапазонов, отличающийся тем, что фильтр нижних частот состоит из первой и второй катушек индуктивности, фильтр верхних частот состоит из первого и второго конденсаторов, а фильтр средних частот состоит из третьего и четвертого конденсаторов, при этом выводы динамической головки низкочастотного диапазона подключены: первый вывод - к второму выводу первой катушки индуктивности, а второй вывод - к первому выводу второй катушки индуктивности, первый вывод первой катушки индуктивности подключен к первому выводу первого конденсатора, первому выводу третьего конденсатора и к «плюсу» на входе в фильтр, первый вывод динамической головки высокочастотного диапазона подключен к второму выводу второго конденсатора, первый вывод которого подключен к второму выводу первого конденсатора, а второй вывод динамической головки высокочастотного диапазона подключен к второму выводу четвертого конденсатора, второму выводу второй катушки индуктивности и к «минусу» на входе в фильтр, при этом первый вывод динамической головки среднечастотного диапазона подключен к второму выводу третьего конденсатора и второй вывод динамической головки среднечастотного диапазона подключен к первому выводу четвертого конденсатора, причем величина индуктивности первой катушки индуктивности равна величине индуктивности второй катушки индуктивности, емкость первого конденсатора равна емкости второго конденсатора, а емкость третьего конденсатора равна емкости четвертого конденсатора.

2. Фильтр для акустической системы по п. 1, отличающийся тем, что фильтр снабжен дополнительной динамической головкой низкой частоты и дополнительным фильтром низкой частоты, который состоит из третьей катушки индуктивности и четвертой катушки индуктивности, причем первый вывод дополнительной динамической головки низкой частоты подключен к второму выводу четвертой катушки индуктивности, которая первым выводом подключена ко второму выводу третьей катушки индуктивности, при этом последняя первым выводом подключена к первому выводу первой катушки индуктивности, а дополнительная динамическая головка низкой частоты вторым выводом подключена к второму выводу второй катушки индуктивности и величина индуктивности третьей катушки индуктивности равна величине индуктивности четвертой катушки индуктивности.