Фильтр для акустической системы Российский патент 2023 года по МПК H04R3/12 H04R3/14 

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

Известно четырехполосное устройство для акустической системы, содержащее 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 заявку WO №81/00947, кл. H04R 3/12, опубл. 02.04.1981, фиг. 3).

Данное устройство имеет простую конструкцию, однако не обеспечивает требуемое качество звучания в низкочастотном диапазоне, что связано с тем, что оно 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 устройство для акустической системы, содержащее нижне-нижнечастотный фильтр, верхне-нижнечастотный фильтр, среднечастотный фильтр и верхнечастотный фильтр, выходы которых предназначены для подключения динамических головок соответственно нижне-низкочастотного, верхне-низкочастотного, среднечастотного и высокочастотного диапазонов (см. патент US №10701487, кл. H04R 3/04, опубл. 10.06.2020, фиг. 5).

Данное устройство позволяет повысить точность воспроизведения звука, стабильность технических характеристик и обеспечивает более равномерное распределение нагрузок на каждую динамическую головку. Однако, несмотря на сложную конструкцию с использованием большого количества конденсаторов и катушек индуктивности, не обеспечивается необходимая линейность фазочастотной характеристики, особенно в области низкочастотного диапазона.

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

Технический результат заключается в повышении линейности фазочастотной характеристики фильтра для акустической системы при сохранении равномерности его амплитудно-частотной характеристики конструкции.

Указанная техническая проблема решается, а технический результат достигается за счет того, что фильтр для акустической системы содержит нижне-нижнечастотный фильтр, верхне-нижнечастотный фильтр, среднечастотный фильтр и верхнечастотный фильтр, выходы которых предназначены для подключения динамических головок соответственно нижне-низкочастотного, верхне-низкочастотного, среднечастотного и высокочастотного диапазонов, первый вход фильтра подключен к первому выводу динамической головки нижне-низкочастотного диапазона, первому выводу первой катушки индуктивности, первому выводу второй катушки индуктивности, первому выводу первого конденсатора, первому выводу второго конденсатора, первому выводу третьего конденсатора и первому выводу четвертого конденсатора, второй вход фильтра подключен к второму выводу третьей катушки индуктивности, второму выводу четвертой катушки индуктивности, второму выводу динамической головки верхне-низкочастотного диапазона, второму выводу пятого конденсатора, второму выводу шестого конденсатора, второму выводу седьмого конденсатора и второму выводу восьмого конденсатора, при этом второй вывод динамической головки нижне-низкочастотного диапазона подключен к первому выводу пятой катушки индуктивности и первому выводу шестой катушки индуктивности, второй вывод пятой катушки индуктивности и второй вывод шестой катушки индуктивности подключены к первому выводу третьей катушки индуктивности и первому выводу четвертой катушки индуктивности, первый вывод динамической головки верхне-низкочастотного диапазона подключен к второму выводу седьмой катушки индуктивности и второму выводу восьмой катушки индуктивности, а первый вывод седьмой катушки индуктивности и первый вывод восьмой катушки индуктивности подключены к второму выводу первой катушки индуктивности и второму выводу второй катушки индуктивности, первый вывод динамической головки среднечастотного диапазона подключен к второму выводу первого конденсатора и второму выводу второго конденсатора, первый вывод пятого конденсатора и первый вывод шестого конденсатора подключены к второму выводу девятого конденсатора и второму выводу десятого конденсатора, первый вывод девятого конденсатора и первый вывод десятого конденсатора подключены к второму выводу одиннадцатого конденсатора и второму выводу двенадцатого конденсатора, а первый вывод одиннадцатого конденсатора и первый вывод двенадцатого конденсатора подключены к второму выводу динамической головки среднечастотного диапазона, при этом второй вывод третьего конденсатора и второй вывод четвертого конденсатора подключены к первому выводу тринадцатого конденсатора и первому выводу четырнадцатого конденсатора, а второй вывод тринадцатого конденсатора и второй вывод четырнадцатого конденсатора подключены к первому выводу пятнадцатого конденсатора и первому выводу шестнадцатого конденсатора, а второй вывод пятнадцатого конденсатора и второй вывод шестнадцатого конденсатора подключены к первому выводу динамической головки высокочастотного диапазона, при этом первый вывод седьмого конденсатора и первый вывод восьмого конденсатора подключены к второму выводу семнадцатого конденсатора и второму выводу восемнадцатого конденсатора, первый вывод семнадцатого конденсатора и первый вывод восемнадцатого конденсатора подключены к второму выводу девятнадцатого конденсатора и второму выводу двадцатого конденсатора, а первый вывод девятнадцатого конденсатора и первый вывод двадцатого конденсатора подключены к второму выводу динамической головки высокочастотного диапазона, при этом величина индуктивности L1 первой катушки индуктивности равна величине индуктивности L2 второй катушки индуктивности, величине индуктивности L7 седьмой катушки индуктивности и величине индуктивности L8 восьмой катушки, величина индуктивности L3 третьей катушки индуктивности равна величине индуктивности L4 четвертой катушки индуктивности, величине индуктивности L5 пятой катушки индуктивности и величине индуктивности L6 шестой катушки индуктивности, емкость С1 первого конденсатора равна емкости С2 второго конденсатора, емкость С5 пятого конденсатора равна емкости С6 шестого конденсатора, емкости С9 девятого конденсатора и емкости С10 десятого конденсатора, емкости С11 одиннадцатого конденсатора и емкости С12 двенадцатого конденсатора, емкость С3 третьего конденсатора равна емкости С4 четвертого конденсатора, емкости С13 тринадцатого конденсатора, емкости С14 четырнадцатого конденсатора, емкости С15 пятнадцатого конденсатора и емкости С16 шестнадцатого конденсатора, а емкость С7 седьмого конденсатора равна емкости С8 восьмого конденсатора, емкости С17 семнадцатого конденсатора, емкости С18 восемнадцатого конденсатора, емкости С19 девятнадцатого конденсатора и емкости С20 двадцатого конденсатора.

Таким образом, фильтр для акустической системы включает две индуктивные и четыре емкостные параллельные цепи, а именно одну индуктивную, которая формирует ННЧ фильтр и одну индуктивную, которая формирует ВНЧ фильтр, две емкостные, которые формируют СЧ фильтр и две емкостные, которые формируют ВЧ фильтр, которые гармонизированы между собой по параметрам и направленности, причем динамические головки ННЧ и ВНЧ не имеют общих катушек индуктивности, а динамические головки ВЧ и СЧ не имеют общих проходных конденсаторов.

Вышеуказанное в сочетании с тем, что фильтр для акустической системы имеет параллельную структуру, а параллельно установленные катушки индуктивности и конденсаторы имеют, соответственно, одинаковую индуктивность и емкость повышает отдачу по диапазону и согласованность работы динамических головок ННЧ и ВНЧ, а также динамических головок СЧ и ВЧ.

Данное решение позволяет расширить частотный диапазон (АЧХ) системы и добиться фазовой согласованности (ФЧХ).

Таким образом, на динамическую головку высокочастотного диапазона сигнал отфильтровывается параллельной емкостной цепью, образованной третьим, четвертым, тринадцатым, четырнадцатым, пятнадцатым и шестнадцатым конденсаторами и параллельной емкостной цепью, образованную седьмым, восьмым, семнадцатым, восемнадцатым, девятнадцатым и двадцатым конденсаторами, на динамическую головку среднечастотного диапазона сигнал отфильтровывается параллельной емкостной цепью, образованной первым и вторым конденсаторами и параллельной емкостной цепью, образованной пятым, шестым, девятым, десятым одиннадцатым и двенадцатым конденсаторами, а на динамическую головку верхне-нижнечастотного диапазона (ВНЧ) сигнал отфильтровывается седьмой, восьмой, первой и второй катушками индуктивности и на динамическую головку нижне-нижнечастотного диапазона (ННЧ)) сигнал отфильтровывается третьей, четвертой, пятой и шестой катушками индуктивности.

Как следствие динамические головки ННЧ и ВНЧ диапазонов создают общую гармонию (качество) воспроизведения во всем диапазоне низких частот, а динамические головки СЧ и ВЧ диапазонов создают общую гармонию (качество) воспроизведения во всем диапазоне средних и высоких частот.

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

Таким образом, 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 для акустической системы содержит нижне-нижнечастотный фильтр, верхне-нижнечастотный фильтр, среднечастотный фильтр и верхнечастотный фильтр, выходы которых предназначены для подключения динамических головок 1, 2, 3 и 4, соответственно, нижне-низкочастотного, верхне-низкочастотного, среднечастотного и высокочастотного диапазонов.

Первый вход 5 фильтра подключен к первому выводу динамической головки нижне-низкочастотного диапазона 1, первому выводу первой катушки индуктивности 6, первому выводу второй катушки индуктивности 7, первому выводу первого конденсатора 8, первому выводу второго конденсатора 9, первому выводу третьего конденсатора 10 и первому выводу четвертого конденсатора 11.

Второй вход 12 фильтра подключен к второму выводу третьей катушки индуктивности 13, второму выводу четвертой катушки индуктивности 14, второму выводу динамической головки верхне-низкочастотного диапазона 2, второму выводу пятого конденсатора 15, второму выводу шестого конденсатора 16, второму выводу седьмого конденсатора 17 и второму выводу восьмого конденсатора 18.

Второй вывод динамической головки нижне-низкочастотного диапазона 1 подключен к первому выводу пятой катушки индуктивности 19 и первому выводу шестой катушки индуктивности 20, второй вывод пятой катушки индуктивности 19 и второй вывод шестой катушки индуктивности 20 подключены к первому выводу третьей катушки индуктивности 13 и первому выводу четвертой катушки индуктивности 14.

Первый вывод динамической головки верхне-низкочастотного диапазона 2 подключен к второму выводу седьмой катушки индуктивности 21 и второму выводу восьмой катушки индуктивности 22, а первый вывод седьмой катушки индуктивности 21 и первый вывод восьмой катушки индуктивности 22 подключены к второму выводу первой катушки индуктивности 6 и второму выводу второй катушки индуктивности 7.

Первый вывод динамической головки среднечастотного диапазона 3 подключен к второму выводу первого конденсатора 8 и второму выводу второго конденсатора 9.

Первый вывод пятого конденсатора 15 и первый вывод шестого конденсатора 16 подключены к второму выводу девятого конденсатора 23 и второму выводу десятого конденсатора 24, первый вывод девятого конденсатора 23 и первый вывод десятого конденсатора 24 подключены к второму выводу одиннадцатого конденсатора 25 и второму выводу двенадцатого конденсатора 26, а первый вывод одиннадцатого конденсатора 25 и первый вывод двенадцатого конденсатора 26 подключены к второму выводу динамической головки среднечастотного диапазона 3.

Второй вывод третьего конденсатора 10 и второй вывод четвертого конденсатора 11 подключены к первому выводу тринадцатого конденсатора 27 и первому выводу четырнадцатого конденсатора 28, а второй вывод тринадцатого конденсатора 27 и второй вывод четырнадцатого конденсатора 28 подключены к первому выводу пятнадцатого конденсатора 29 и первому выводу шестнадцатого конденсатора 30, а второй вывод пятнадцатого конденсатора 29 и второй вывод шестнадцатого конденсатора 30 подключены к первому выводу динамической головки высокочастотного диапазона 4.

Первый вывод седьмого конденсатора 17 и первый вывод восьмого конденсатора 18 подключены к второму выводу семнадцатого конденсатора 31 и второму выводу восемнадцатого конденсатора 32, первый вывод семнадцатого конденсатора 31 и первый вывод восемнадцатого конденсатора 32 подключены к второму выводу девятнадцатого конденсатора 33 и второму выводу двадцатого конденсатора 34.

Первый вывод девятнадцатого конденсатора 33 и первый вывод двадцатого конденсатора 34 подключены к второму выводу динамической головки высокочастотного диапазона 4.

Величина индуктивности L1 первой катушки индуктивности 6 равна величине индуктивности L2 второй катушки индуктивности 7, величине индуктивности L7 седьмой катушки индуктивности 21 и величине индуктивности L8 восьмой катушки 22.

Величина индуктивности L3 третьей катушки индуктивности 13 равна величине индуктивности L4 четвертой катушки индуктивности 14, величине индуктивности L5 пятой катушки индуктивности 19 и величине индуктивности L6 шестой катушки индуктивности 20.

Емкость С1 первого конденсатора 8 равна емкости С2 второго конденсатора 9.

Емкость С5 пятого конденсатора 15 равна емкости С6 шестого конденсатора 16, емкости С9 девятого конденсатора 23 и емкости С10 десятого конденсатора 24, емкости С11 одиннадцатого конденсатора 25 и емкости С12 двенадцатого конденсатора 26.

Емкость С3 третьего конденсатора 10 равна емкости С4 четвертого конденсатора 11, емкости С13 тринадцатого конденсатора 27, емкости С14 четырнадцатого конденсатора 28, емкости С15 пятнадцатого конденсатора 29 и емкости С16 шестнадцатого конденсатора 30.

Емкость С7 седьмого конденсатора 17 равна емкости С8 восьмого конденсатора 18, емкости С17 семнадцатого конденсатора 31, емкости С18 восемнадцатого конденсатора 32, емкости С19 девятнадцатого конденсатора 33 и емкости С20 двадцатого конденсатора.

Величина индуктивности L3 третьей катушки индуктивности 13 равна величине индуктивности L4 четвертой катушки индуктивности 14, величине индуктивности L7 седьмой катушки 21 индуктивности и величине индуктивности L8 восьмой катушки индуктивности 22.

Емкость С1 первого конденсатора 8 равна емкости С2 второго конденсатора 9, емкости С5 пятого конденсатора 15, емкости С6 шестого конденсатора 16, емкости С11 одиннадцатого конденсатора 23, емкости С12 двенадцатого конденсатора 24, емкости С13 тринадцатого конденсатора 25 и емкости С14четырнадцатого конденсатора 26.

Емкость С3 третьего конденсатора 10 равна емкости С4 четвертого конденсатора 11, емкости С9 девятого конденсатора 27, емкости С10 десятого конденсатора 28, емкости С7 седьмого конденсатора 17, и емкости С8 восьмого конденсатора 18, емкости С15 пятнадцатого конденсатора 29, емкости С16 шестнадцатого конденсатора 30, емкости С17 семнадцатого конденсатора 31, емкости С18 восемнадцатого конденсатора 32, емкости С19 девятнадцатого конденсатора 33 и емкости С20 двадцатого конденсатора 34.

В данном устройстве нижне-низкочастотный (ННЧ) фильтр представлен третьей катушкой индуктивности 13, четвертой катушкой индуктивности 14, пятой катушкой индуктивности 19 и шестой катушкой индуктивности 20 и предназначен для динамической головки 1 нижне-низкочастотного диапазона, которая выделяет сигналы с частотами, ниже 200 Гц, т.е. для нижней части низкочастотного диапазона, а сигналы с частотой выше 200 Гц не воспроизводятся динамической головкой нижне-низкочастотного диапазона 1.

Сигналы с частотами выше 200 Гц, как описано выше, не пропускаются этим вышеописанным (ННЧ) фильтром, а верхне-низкочастотный (ВНЧ) фильтр, образованный первой 6, второй 7, седьмой 21 и восьмой 22 катушками индуктивности, не пропускает сигналы ниже 200 Гц.

Фильтр верхних частот, образованный двумя емкостными фильтрами, один из которых образован конденсаторами 10, 11, 27, 28, 29 и 30, а второй - конденсаторами 17, 18, 31, 32, 33 и 34, которые предназначены для динамической головки 4 высокочастотного диапазона, что позволяет выделять сигналы с частотами выше 5-6 кГц, для подачи на динамическую головку высокочастотного диапазона 4. Сигналы с частотами ниже 5-6 кГц не пропускаются этими фильтрами.

Сигналы среднечастотного диапазонов пропускаются среднечастотными фильтрами, один из которых образован первым 8 и вторым 9 конденсаторами, а второй образован конденсаторами 15, 16, 23, 24, 25 и 26, что позволяет выделять сигналы среднечастотного диапазона для их подачи на динамическую головку среднечастотного диапазона 3.

Таким образом, на динамическую головку среднечастотного диапазона 3 поступает сигнал, соответствующий только среднечастотному диапазону.

В результате, линейность фазочастотной характеристики устройства 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.

Изобретение относится к акустике, в частности к акустическим фильтрам. Фильтр содержит нижне-нижнечастотный, верхне-нижнечастотный, среднечастотный фильтры и верхнечастотный фильтр. Первый вход 5 фильтра подключен к первому выводу динамика нижне-низкочастотного диапазона 1, первым выводам катушки индуктивности 6, катушки индуктивности 7, конденсатора 8, конденсатора 9, конденсатора 10 и конденсатора 11. Второй вход 12 фильтра подключен ко вторым выводам катушки индуктивности 13, катушки индуктивности 14, динамика верхне-низкочастотного диапазона 2, конденсатора 15, конденсатора 16, конденсатора 17 и конденсатора 18. Второй вывод динамика нижне-низкочастотного диапазона 1 подключен к первым выводам катушки индуктивности 19 и катушки индуктивности 20, вторые выводы катушки индуктивности 19 и катушки индуктивности 20 подключены к первым выводам катушки индуктивности 13 и катушки индуктивности 14. Первый вывод динамика верхне-низкочастотного диапазона 2 подключен ко вторым выводам катушки индуктивности 21 и катушки индуктивности 22, а первые выводы катушки индуктивности 21 и катушки индуктивности 22 подключены к вторым выводам катушки индуктивности 6 и катушки индуктивности 7. Первый вывод динамика среднечастотного диапазона 3 подключен ко вторым выводам конденсатора 8 и конденсатора 9. Первые выводы конденсатора 15 и конденсатора 16 подключены ко вторым выводам конденсатора 23 и конденсатора 24, первые выводы конденсатора 23 и конденсатора 24 подключены ко вторым выводам конденсатора 25 и конденсатора 26, а первые выводы конденсатора 25 и конденсатора 26 подключены ко второму выводу динамика средних частот 3. Технический результат - повышение линейности фазочастотной характеристики. 1 ил.

Фильтр для акустической системы, содержащий нижне-нижнечастотный фильтр, верхне-нижнечастотный фильтр, среднечастотный фильтр и верхнечастотный фильтр, выходы которых предназначены для подключения динамических головок соответственно нижне-низкочастотного, верхне-низкочастотного, среднечастотного и высокочастотного диапазонов, отличающийся тем, что первый вход фильтра подключен к первому выводу динамической головки нижне-низкочастотного диапазона, первому выводу первой катушки индуктивности, первому выводу второй катушки индуктивности, первому выводу первого конденсатора, первому выводу второго конденсатора, первому выводу третьего конденсатора и первому выводу четвертого конденсатора, второй вход фильтра подключен к второму выводу третьей катушки индуктивности, второму выводу четвертой катушки индуктивности, второму выводу динамической головки верхне-низкочастотного диапазона, второму выводу пятого конденсатора, второму выводу шестого конденсатора, второму выводу седьмого конденсатора и второму выводу восьмого конденсатора, при этом второй вывод динамической головки нижне-низкочастотного диапазона подключен к первому выводу пятой катушки индуктивности и первому выводу шестой катушки индуктивности, второй вывод пятой катушки индуктивности и второй вывод шестой катушки индуктивности подключены к первому выводу третьей катушки индуктивности и первому выводу четвертой катушки индуктивности, первый вывод динамической головки верхне-низкочастотного диапазона подключен к второму выводу седьмой катушки индуктивности и второму выводу восьмой катушки индуктивности, а первый вывод седьмой катушки индуктивности и первый вывод восьмой катушки индуктивности подключены к второму выводу первой катушки индуктивности и второму выводу второй катушки индуктивности, первый вывод динамической головки среднечастотного диапазона подключен к второму выводу первого конденсатора и второму выводу второго конденсатора, первый вывод пятого конденсатора и первый вывод шестого конденсатора подключены к второму выводу девятого конденсатора и второму выводу десятого конденсатора, первый вывод девятого конденсатора и первый вывод десятого конденсатора подключены к второму выводу одиннадцатого конденсатора и второму выводу двенадцатого конденсатора, а первый вывод одиннадцатого конденсатора и первый вывод двенадцатого конденсатора подключены к второму выводу динамической головки среднечастотного диапазона, при этом второй вывод третьего конденсатора и второй вывод четвертого конденсатора подключены к первому выводу тринадцатого конденсатора и первому выводу четырнадцатого конденсатора, а второй вывод тринадцатого конденсатора и второй вывод четырнадцатого конденсатора подключены к первому выводу пятнадцатого конденсатора и первому выводу шестнадцатого конденсатора, а второй вывод пятнадцатого конденсатора и второй вывод шестнадцатого конденсатора подключены к первому выводу динамической головки высокочастотного диапазона, при этом первый вывод седьмого конденсатора и первый вывод восьмого конденсатора подключены к второму выводу семнадцатого конденсатора и второму выводу восемнадцатого конденсатора, первый вывод семнадцатого конденсатора и первый вывод восемнадцатого конденсатора подключены к второму выводу девятнадцатого конденсатора и второму выводу двадцатого конденсатора, а первый вывод девятнадцатого конденсатора и первый вывод двадцатого конденсатора подключены к второму выводу динамической головки высокочастотного диапазона, при этом величина индуктивности L1 первой катушки индуктивности равна величине индуктивности L2 второй катушки индуктивности, величине индуктивности L7 седьмой катушки индуктивности и величине индуктивности L8 восьмой катушки индуктивности, величина индуктивности L3 третьей катушки индуктивности равна величине индуктивности L4 четвертой катушки индуктивности, величине индуктивности L5 пятой катушки индуктивности и величине индуктивности L6 шестой катушки индуктивности, емкость С1 первого конденсатора равна емкости С2 второго конденсатора, емкость С5 пятого конденсатора равна емкости С6 шестого конденсатора, емкости С9 девятого конденсатора и емкости С10 десятого конденсатора, емкости С11 одиннадцатого конденсатора и емкости С12 двенадцатого конденсатора, емкость С3 третьего конденсатора равна емкости С4 четвертого конденсатора, емкости С13 тринадцатого конденсатора, емкости С14 четырнадцатого конденсатора, емкости С15 пятнадцатого конденсатора и емкости С16 шестнадцатого конденсатора, а емкость С7 седьмого конденсатора равна емкости С8 восьмого конденсатора, емкости С17 семнадцатого конденсатора, емкости С18 восемнадцатого конденсатора, емкости С19 девятнадцатого конденсатора и емкости С20 двадцатого конденсатора.