Фильтр для многополосной 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 фильтр нижних частот, фильтр верхних частот и фильтр средних частот, выходы которых предназначены для подключения динамических головок низкочастотного и 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 фазо-частотной характеристики, что также приводит к размытости положения кажущихся источников звука при стереофоническом воспроизведении звука. Кроме того данный фильтр не учитывает условия эксплуатации данной акустической системы, а именно особенности, например акустические, помещения или места воспроизведения звука акустической системой.

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

Технический результат заключается в том, что достигается повышение линейности фазочастотной характеристики фильтра при сохранении равномерности его амплитудно-частотной характеристики с учетом места использования фильтра для многополосной акустической системы.

Техническая проблема решается, а технический результат достигается за счет того, что фильтр для многополосной акустической системы содержит фильтр нижних частот (НЧ), фильтр средних частот (СЧ) и фильтр верхних частот (ВЧ), выходы которых предназначены для подключения, соответственно, динамических головок низкочастотного, среднечастотного и высокочастотного диапазонов, при этом фильтр нижних частот, фильтр средних частот и фильтр верхних частот выполнены в виде съемных модулей с возможностью установки последовательно последним дополнительных, соответственно, фильтра нижних частот, фильтра средних частот и фильтра верхних частот, также выполненных в виде съемных модулей, каждый фильтр верхних частот и каждый фильтр средних частот включает четыре конденсатора одинаковой; емкости, причем два конденсатора фильтра параллельно подключены первыми выводами к первому входу фильтра для многополосной акустической системы и вторыми выводами подключены к первому выводу, соответственно, динамической головки высокочастотного и среднечастотного диапазонов, а два других конденсатора фильтра параллельно подключены первыми выводами ко второму входу фильтра для многополосной акустической системы. и вторыми выводами подключены ко второму выводу, соответственно, динамической головки высокочастотного и среднечастотного диапазонов, при этом каждый фильтр нижних частот включает четыре катушки индуктивности, все катушки индуктивности фильтра выполнены с одинаковой величиной индуктивности, причем две катушки индуктивности параллельно подключены первыми выводами к первому входу фильтра для многополосной акустической системы и вторыми выводами к первому выводу динамической головки низкочастотного диапазона, а две другие катушки индуктивности параллельно подключены первыми выводами ко второму входу фильтра для многополосной акустической системы и вторыми выводами ко второму выводу динамической головки низкочастотного диапазона, при этом динамические головки, соответственно, низкочастотного, среднечастотного и высокочастотного диапазонов, подключенные своими первым и вторым выводами через соответствующие фильтры нижних, средних и верхних частот, соответственно, к первому и второму входам фильтра для многополосной акустической системы через четное количество фильтров и динамические головки, соответственно, низкочастотного, среднечастотного и высокочастотного диапазонов, подключенные своими первым и вторым выводами через соответствующие фильтры нижних, средних и верхних частот, соответственно к первому и второму входам фильтра для многополосной акустической системы через нечетное количество фильтров имеют противоположную полярность подключения через последовательно соединенные между собой вышеуказанные фильтры к первому и второму входу в фильтр для многополосной акустической системы.

Таким образом, фильтр для многополосной акустической системы включает индуктивные и емкостные параллельные цепи, а именно, как минимум, две индуктивные параллельные цепи, которые формируют фильтр НЧ, две емкостные, которые формируют фильтр СЧ и две емкостные, которые формируют фильтр ВЧ, которые гармонизированы между собой по параметрам и направленности, а именно четыре индуктивные катушки фильтра НЧ имеют одинаковую между собой индуктивность, четыре конденсатора фильтра СЧ имеют одинаковую между собой емкость, а четыре конденсатора фильтра ВЧ также имеют между собой одинаковую емкость, причем динамические головки НЧ, СЧ и ВЧ не имеют общих катушек индуктивности и общих проходных конденсаторов.

Вышеуказанное в сочетании с тем, что фильтр для многополосной акустической системы имеет параллельно-последовательную структуру, а также то, что в каждом фильтре НЧ параллельно установленные катушки имеют одинаковую индуктивность, а также то, что в каждом фильтре СЧ и ВЧ параллельно установленные конденсаторы имеют, соответственно, одинаковую емкость позволяет повысить отдачу по диапазону и согласованность работы динамических головок НЧ, 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 нижнечастотного диапазона сигнал отфильтровывается первой (L1), второй (L2), третьей (L3) и четвертой (L4) катушками индуктивности, на динамическую головку среднечастотного диапазона сигнал отфильтровывается двумя параллельными емкостными цепями, образованной первым (С1), вторым (С2), третьим (С3) и четвертым (С4) конденсаторами и на динамическую головку высокочастотного диапазона сигнал отфильтровывается двумя параллельными. емкостными цепями, образованной пятыми (С5), шестыми (С6), седьмым, (С7) и восьмым (С8) конденсаторами.

Как следствие динамическая головка НЧ диапазона создает общую гармонию (качество) воспроизведения во всем диапазоне нижних частот, а динамические головки СЧ и ВЧ диапазонов создают общую гармонию (качество) воспроизведения во всем диапазоне средних и высоких частот.

Дополнительные возможности при использовании вышеописанного фильтра для многополосной акустической системы представляются за счет модульного выполнения фильтров НЧ, СЧ, и ВЧ в виде съемных модулей, что позволяет упростить работу при эксплуатации и настройке фильтра многополосной акустической системы и при необходимости быстро заменить соответствующий модуль.

Кроме того, в зависимости от условий использования многополосной акустической системы фильтр последней может быть снабжен дополнительными выполненными в виде съемных модулей фильтрами НЧ, СЧ и ВЧ выполненными аналогично вышеописанным фильтрам НЧ, СЧ и ВЧ, что позволяет кратно увеличить количество параллельных цепей, соответственно из катушек индуктивности и конденсаторов. Такое увеличение количества фильтров зависит в первую очередь от места установки акустической системы.

В случае использования многополосной акустической системы в помещении с хорошей акустикой достаточно использовать по одному съемному модулю фильтров НЧ, СЧ и ВЧ, соответственно с. динамическими головками низкочастотного, среднечастотного и высокочастотного диапазонов

В случае использования акустической системы с посредственной или плохой акустикой количество модулей с фильтрами НЧ, СЧ и ВЧ целесообразно увеличить, подбирая на месте необходимое количество дополнительных фильтров НЧ, СЧ и ВЧ для каждой динамической головки, соответственно, низкочастотного, среднечастотного и высокочастотного диапазонов, что позволяет добиться максимально возможного качества звучания в любых условиях использования акустической системы. Однако необходимо учитывать полярность подключения каждой динамической головки, соответственно, низкочастотного, среднечастотного и высокочастотного диапазонов в зависимости от количества последовательно установленных съемных фильтров НЧ, СЧ и ВЧ между выводами динамических головок и входами в фильтр для многополосной акустической системы. В случае, когда имеет место комбинация фильтров НЧ, СЧ и ВЧ, при которой выводы одной или нескольких динамических головок подключены через четное количество фильтров НЧ, СЧ и ВЧ, а выводы другой или других динамических головок подключены через нечетной количество фильтров НЧ, СЧ и ВЧ, то полярность подключения их выводов к входами в фильтр для многополосной акустической системы должна быть противоположной.

В случае, когда имеет место комбинация фильтров НЧ, СЧ и ВЧ, при которой выводы всех динамических головок подключены через четное количество фильтров НЧ, СЧ и ВЧ или через нечетное количество фильтров НЧ, СЧ и ВЧ, то полярность подключения выводов динамических головок к входам в фильтр для многополосной акустической системы должна одинаковой.

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

На чертеже для наглядности представлена принципиальная электрическая схема фильтра для многополосной акустической системы, с четным количеством фильтров СЧ и нечетным количеством съемных фильтров НЧ и ВЧ.

Фильтр для многополосной акустической системы содержит фильтр нижних частот (НЧ) 1, фильтр средних частот (СЧ) 2 и фильтр верхних частот (ВЧ) 3, выходы которых предназначены для подключения, соответственно, динамических головок 4, 5 и 6, соответственно низкочастотного, среднечастотного и высокочастотного диапазонов.

Представленная в качестве примера на чертеже схема фильтра для многополосной акустической системы содержит следующие дополнительные фильтры: дополнительный фильтр СЧ 7 и два дополнительных фильтра ВЧ, соответственно, 8 и 9.

Все вышеуказанные фильтры НЧ, СЧ и ВЧ (соответственно 1,2 и 3), а также дополнительные фильтры, в данном случае дополнительные фильтры СЧ и ВЧ (соответственно 7, 8 и 9) выполнены в виде съемных модулей.

При необходимости, в частности при изменении условий использования акустической системы, которые требуют принимать во внимание акустические условия помещения, в котором используют акустическую систему для достижения требуемого качества звучания, количество дополнительных модулей нижних, средних и высоких частот может быть по сравнению с вышеописанным изменено.

Каждый фильтр НЧ 1 включает четыре катушки индуктивности 10, 11, 12 и 13. Все катушки индуктивности 10, 11, 12 и 13 выполнены с одинаковой величиной индуктивности.

Две катушки индуктивности 10 и 11 параллельно подключены первыми выводами к первому входу (например «плюс») 14 фильтра акустической системы и вторыми выводами к первому выводу динамической головки низкочастотного диапазона 4.

Две другие катушки индуктивности 12 и 13 параллельно подключены первыми выводами ко второму входу (например «минус») 15 фильтра акустической системы и вторыми выводами ко второму выводу динамической головки низкочастотного диапазона 4.

Каждый фильтр СЧ 2 включает четыре конденсатора 16, 17, 18 и 19, причем все конденсаторы 16, 17, 18 и 19 имеют одинаковую емкость.

Два конденсатора 16 и 17 фильтра СЧ 2 параллельно подключены первыми выводами к первому входу 14 фильтра акустической системы (в данном случае через дополнительный фильтр СЧ 7) и вторыми выводами подключены к первому выводу динамической головки 5 среднечастотного диапазонов.

Два других конденсатора 18 и 19 фильтра СЧ 2 параллельно подключены первыми выводами ко второму входу 15 фильтра акустической системы (также через дополнительный фильтр СЧ 7) и вторыми выводами подключены ко второму выводу динамической головки 5 среднечастотного диапазона.

Каждый фильтр ВЧ 3 включает четыре конденсатора 20, 21, 22 и 23, причем все конденсаторы 20, 21, 22 и 23 имеют одинаковую, емкость.

Два конденсатора 20 и 21 фильтра ВЧ 3 параллельно подключены первыми выводами к первому входу 14 фильтра акустической системы (в данном случае через дополнительные фильтры ВЧ 8 и 9) и вторыми выводами подключены к первому выводу динамической головки 6 высокочастотного диапазона.

Два других конденсатора 22 и 23 фильтра ВЧ 3 параллельно подключены первыми выводами ко второму входу 15 фильтра акустической системы (также через дополнительные фильтры ВЧ 8 и 9) и вторыми выводами подключены ко второму выводу динамической головки 6 высокочастотному диапазона.

На чертеже представлена схема в которой, как отмечалось выше, установлены один дополнительный фильтр СЧ 7 и два дополнительных фильтра ВЧ 8 и 9, чтобы наглядно проиллюстрировать возможности, которые заложены в предлагаемое устройство фильтра для многополосной акустической системы для его настройки.

Дополнительный фильтр СЧ 7 установлен последовательно фильтру СЧ 2 и входящие в него конденсаторы 24, 25, 26 и 27 имеют емкость, равную емкости конденсаторов 16, 17, 18 и 19.

Дополнительный фильтр ВЧ 8 установлен последовательно фильтру ВЧ 3 и входящие в него конденсаторы 28, 29, 30 и 31 имеют емкость, равную емкости конденсаторов 20, 21, 22 и 23.

Второй дополнительный фильтр ВЧ 9 также установлен последовательно фильтру ВЧ 3 и входящие в него конденсаторы 32, 33, 34 и 35 также имеют емкость, равную емкости конденсаторов 20, 21, 22 и 23.

В вышеописанном фильтре акустической системы фильтр нижних частот 1, предназначенный для динамической головки 4 низкочастотного диапазона, выделяет сигналы с частотами, ниже 400 Гц как сигналы, подаваемые на динамическую головку 4 низкочастотного диапазона, а сигналы с частотами выше 400 Гц не пропускаются фильтром НЧ 1 с первой, второй, третьей и четвертой катушками индуктивности 10, 11, 12 и 13 этого фильтра.

Сигналы среднечастотного диапазона пропускаются фильтром СЧ 2 с первым, вторым, третьим и четвертым конденсаторами 16, 17, 18 и 19, и дополнительным фильтром СЧ 7 с конденсаторами 24, 25, 26 и 27, что позволяет выделять сигналы среднечастотного диапазона для их подачи на динамическую головку среднечастотного диапазона 5, однако поскольку последняя подключена к входам 14 и 15 в фильтр для многополосной акустической системы через четное количество (два) фильтров СЧ (2 и 7), то полярность ее подключения к входам 14 и 15 противоположна полярности подключения к входам 14 и 15 динамической головки низкочастотного диапазона 4.

Таким образом, на динамическую головку 5 среднечастотного диапазона поступает сигнал, соответствующий только среднечастотному диапазону.

Сигналы высокочастотного диапазонов пропускаются фильтром ВЧ 3 с пятым, шестым, седьмым и восьмым конденсаторами 20, 21, 22 и 23, и дополнительными фильтрами ВЧ 8 и 9 с конденсаторами, соответственно, 28, 29, 30, 31 и конденсаторами 32, 33, 34, 35, что позволяет выделять сигналы высокочастотного диапазона для их подачи на динамическую головку высокочастотного диапазона 6, однако поскольку последняя подключена к входам 14 и 15 в фильтр для многополосной акустической системы через нечетное количество (три) фильтров ВЧ (3, 8 и 9), то полярность ее подключения к входам 14 и 15 совпадает с полярностью подключения к входам 14 и 15 динамической головки низкочастотного диапазона 4.

Таким образом, на динамическую головку 6 высокочастотного диапазона поступает сигнал, соответствующий только высокочастотному диапазону.

В результате представляется возможность добиться требуемой линейности фазочастотной характеристики фильтра/для многополосной акустической системы при сохранении равномерности его амплитудно-частотной характеристики путем создания модульной конструкции фильтра для многополосной акустической системы, что в зависимости от условий ее использования позволяет повысить качество стереоэффекта, уменьшить неточность восприятия положения источников звука и снизить искажения при воспроизведении различных звуков и таким образом обеспечивается повышение качества воспроизведения различного рода звуков.

Изобретение относится к акустике, в частности к частотно-селективным устройствам. Фильтр для многополосной акустической системы содержит фильтр низких частот (ФНЧ), фильтр средних частот (СЧ), фильтр верхних частот (ФВЧ), динамики низкочастотного, среднечастотного и высокочастотного диапазонов. Все фильтры выполнены в виде съемных модулей. Каждый фильтр НЧ включает четыре катушки индуктивности с одинаковой величиной индуктивности. Две катушки параллельно подключены к первому входу фильтра и к первому выводу динамика НЧ. Две другие катушки индуктивности параллельно подключены первыми выводами ко второму входу фильтра и вторыми выводами ко второму выводу НЧ динамика. Каждый фильтр СЧ и ВЧ включает четыре конденсатора, причем все конденсаторы имеют одинаковую емкость. Два конденсатора фильтра СЧ подключены к входу фильтра и вторыми выводами подключены к первому выводу динамика среднечастотного диапазона. Два других конденсатора фильтра СЧ параллельно подключены первыми выводами ко второму входу фильтра и вторыми выводами подключены ко второму выводу динамика среднечастотного диапазона. Два конденсатора фильтра ВЧ параллельно подключены первыми выводами к первому входу фильтра. Технический результат – обеспечение линейности ФЧХ. 1 ил.

Фильтр для многополосной акустической системы, содержащий фильтр нижних частот, фильтр средних частот и фильтр верхних частот, выходы которых предназначены для подключения соответственно динамических головок низкочастотного, среднечастотного и высокочастотного диапазонов, отличающийся тем, что фильтр нижних частот, фильтр средних частот и фильтр верхних частот выполнены в виде съемных модулей с возможностью установки последовательно последним дополнительных соответственно фильтра нижних частот, фильтра средних частот и фильтра верхних частот, также выполненных в виде съемных модулей, каждый фильтр верхних частот и каждый фильтр средних частот включает четыре конденсатора одинаковой емкости, причем два конденсатора фильтра параллельно подключены первыми выводами к первому входу фильтра для многополосной акустической системы и вторыми выводами подключены к первому выводу соответственно динамической головки высокочастотного и среднечастотного диапазонов, а два других конденсатора фильтра параллельно подключены первыми выводами ко второму входу фильтра для многополосной акустической системы и вторыми выводами подключены ко второму выводу соответственно динамической головки высокочастотного и среднечастотного диапазонов, при этом каждый фильтр нижних частот включает четыре катушки индуктивности, все катушки индуктивности фильтра выполнены с одинаковой величиной индуктивности, причем две катушки индуктивности параллельно подключены первыми выводами к первому входу фильтра для многополосной акустической системы и вторыми выводами к первому выводу динамической головки низкочастотного диапазона, а две другие катушки индуктивности параллельно подключены первыми выводами ко второму входу фильтра для многополосной акустической системы и вторыми выводами ко второму выводу динамической головки низкочастотного диапазона, при этом динамические головки соответственно низкочастотного, среднечастотного и высокочастотного диапазонов, подключенные своими первым и вторым выводами через соответствующие фильтры нижних, средних и верхних частот соответственно к первому и второму входам фильтра для многополосной акустической системы через четное количество фильтров и динамические головки соответственно низкочастотного, среднечастотного и высокочастотного диапазонов, подключенные своими первым и вторым выводами через соответствующие фильтры нижних, средних и верхних частот соответственно к первому и второму входам фильтра для многополосной акустической системы через нечетное количество фильтров, имеют противоположную полярность подключения через последовательно соединенные между собой вышеуказанные фильтры к первому и второму входу в фильтр для многополосной акустической системы.