Четырехполосный фильтр для акустической системы Российский патент 2024 года по МПК H04R3/12 

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 фильтр для акустической системы, содержащий нижне-низкочастотный фильтр, верхне-низкочастотный фильтр, среднечастотный фильтр и высокочастотный фильтр, причем выходом эти фильтры подключены к динамическим головкам, соответственно, нижне-низкочастотного, верхне-низкочастотного, среднечастотного и высокочастотного диапазонов (см. патент US №10701487, кл. H04R 3/14, 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 оно имеет сложную конструкцию с необходимостью использования большого количества конденсаторов и катушек индуктивности, но при этом не обеспечивается необходимая линейность фазо-частотной характеристики.

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

Технический результат заключается в том, что достигается повышение линейности фазо-частотной характеристики устройства при сохранении равномерности его амплитудно-частотной характеристики и упрощении конструкции.

Указанная техническая проблема решается, а технический результат достигается за счет того, что четырехполосный фильтр для акустической системы содержит нижне-низкочастотный фильтр, верхне-низкочастотный фильтр, среднечастотный фильтр и высокочастотный фильтр, выходы которых предназначены для подключения динамических головок соответственно нижне-низкочастотного, верхне-низкочастотного, среднечастотного и высокочастотного диапазонов, нижне-низкочастотный фильтр состоит из первой, второй и третьей катушек индуктивности, верхне-низкочастотный фильтр состоит из четвертой катушки индуктивности, фильтр средних частот состоит из семи, первого-седьмого, конденсаторов, а фильтр верхних частот состоит из пятнадцати, восьмого-двадцать второго, конденсаторов, при этом первый вывод динамической головки нижне-низкочастотного диапазона подключен к второму выводу первой катушки индуктивности, первый вывод которой подключен к второму выводу второй катушки индуктивности, а ее первый вывод подключен к «плюсу» на входе в фильтр, второй вывод динамической головки нижне-низкочастотного диапазона подключен к первому выводу третьей катушки индуктивности, а ее второй вывод подключен к «минусу» на входе в фильтр, при этом первый вывод динамической головки верхне-низкочастотного диапазона подключен ко второму выводу четвертой катушки индуктивности, первый вывод четвертой катушки индуктивности подключен к «плюсу» на входе в фильтр, а второй вывод динамической головки верхне-низкочастотного диапазона подключен к «минусу» на входе в фильтр, первый-четвертый конденсаторы соединены последовательно, причем первый вывод первого конденсатора подключен к "плюсу на входе в фильтр, а второй вывод четвертого конденсатора подключен к первому выводу динамической головки среднечастотного диапазона, пятый-седьмой конденсаторы соединены последовательно, при этом первый вывод пятого конденсатора подключен к второму выводу динамической головки среднечастотного диапазона, а второй вывод седьмого конденсатора подключен к «минусу» на входе в фильтр, восьмой - пятнадцатый конденсаторы соединены последовательно, при этом второй вывод пятнадцатого конденсатора подключен к первому выводу динамической головки высокочастотного диапазона, а первый вывод восьмого конденсатора подключен к «плюсу» на входе в фильтр, шестнадцатый-двадцать второй конденсаторы соединены последовательно, при этом второй вывод двадцать второго конденсатора подключен к второму выводу динамической головки высокочастотного диапазона, а первый вывод шестнадцатого конденсатора подключен к «минусу» на входе в фильтр, причем равны величины индуктивности первой, второй и третьей катушек индуктивности, равны величины емкости первого-седьмого конденсаторов и равны величины емкости восьмого-двадцать второго конденсаторов.

Таким образом, устройство включает четыре параллельные цепи, а именно две индуктивные, которые формируют ННЧ и ВНЧ фильтры и две емкостные, которые формируют СЧ и ВЧ фильтры, 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 устройство имеет параллельную структуру, а параллельно установленные катушки индуктивности и конденсаторы имеют в фильтрах, 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 (ВЧ) сигнал отфильтровывается последовательно подключенными конденсаторами с седьмого по пятнадцатый и с шестнадцатого по двадцать второй, на динамическую головку среднечастотного диапазона (СЧ) сигнал отфильтровывается последовательно подключенными конденсаторами с первого по четвертый и с пятого по седьмой, а на динамическую головку верхне-нижнечастотного диапазона (ВНЧ) сигнал отфильтровывается четвертой катушкой и на динамическую головку нижне-нижнечастотного диапазона (ННЧ) сигнал отфильтровывается последовательно соединенными первой и второй катушками индуктивности и третьей катушкой индуктивности.

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

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

Таким образом, устройство является универсальным для любых акустических систем (автомобильных, бытовых, концертных и тому подобных акустических систем).

На чертеже представлена принципиальная схема устройства.

Фильтр для акустической системы содержит нижне-низкочастотный фильтр (ННЧ), верхне-низкочастотный фильтр (ВНЧ), среднечастотный фильтр (СЧ) и высокочастотный фильтр (ВЧ), выходы которых предназначены для подключения динамических головок 1, 2, 3 и 4, соответственно, нижне-низкочастотного, верхне-низкочастотного, среднечастотного и высокочастотного диапазонов.

Нижне-низкочастотный фильтр состоит из первой 5, второй 6 и третьей 7 катушек индуктивности.

Верхне-низкочастотный фильтр состоит из четвертой катушки 8 индуктивности.

Фильтр средних частот состоит из первого 9, второго 10, третьего 11, четвертого 12, пятого 13, шестого 14 и седьмого 15 конденсаторов.

Фильтр верхних частот состоит из восьмого 16, девятого 17, десятого 18, одиннадцатого 19, двенадцатого 20, тринадцатого 21, четырнадцатого 22, пятнадцатого 23, шестнадцатого 24, семнадцатого 25, восемнадцатого 26, девятнадцатого 27, двадцатого 28, двадцать первого 29 и двадцать второго 30 конденсаторов.

Первый вывод динамической головки нижне-низкочастотного диапазона 1 подключен к второму выводу первой катушки индуктивности 5, первый вывод которой подключен к второму выводу второй катушки индуктивности 6, а ее первый вывод подключен к «плюсу» 31 на входе в фильтр, второй вывод динамической головки нижне-низкочастотного диапазона 1 подключен к первому выводу третьей катушки индуктивности 7, а ее второй вывод подключен к «минусу» 32 на входе в фильтр.

Первый вывод динамической головки верхне-низкочастотного диапазона 2 подключен ко второму выводу четвертой катушки индуктивности 8, первый вывод четвертой катушки индуктивности 8 подключен к «плюсу» 31 на входе в фильтр, а второй вывод динамической головки верхне-низкочастотного диапазона 2 подключен к «минусу» 32 на входе в фильтр.

Первый 9, второй 10, третий 11 и четвертый 12 конденсаторы последовательно соединены между собой, причем первый вывод первого конденсатора 9 подключен к «плюсу» 31 на входе в фильтр, а второй вывод четвертого конденсатора 12 подключен к первому выводу динамической головки среднечастотного диапазона 3. Пятый 13, шестой 14 и седьмой 15 конденсаторы последовательно соединены, при этом первый вывод пятого конденсатора 13 подключен к второму выводу динамической головки среднечастотного диапазона 3, а второй вывод седьмого конденсатора 15 подключен к «минусу» 32 на входе в фильтр.

Восьмой 16, девятый 17, десятый 18, одиннадцатый 19, двенадцатый 20, тринадцатый 21, четырнадцатый 22 и пятнадцатый 23 конденсаторы последовательно соединены. Второй вывод пятнадцатого конденсатора 23 подключен к первому выводу динамической головки высокочастотного диапазона 4, а первый вывод восьмого конденсатора 16 подключен к «плюсу» 31 на входе в фильтр. Шестнадцатый 24, семнадцатый 25, восемнадцатый 26, девятнадцатый 27, двадцатый 28, двадцать первый 29 и двадцать второй 30 конденсаторы последовательно соединены, при этом второй вывод двадцать второго 30 конденсатора подключен к второму выводу динамической головки высокочастотного диапазона 4, а первый вывод шестнадцатого конденсатора 24 подключен к «минусу» 32 на входе в фильтр.

При этом равны величины индуктивности первой 5, второй 6 и третьей 7 катушек индуктивности.

Равны величины емкости первого 9, второго 10, третьего 11, четвертого 12, пятого 13, шестого 14 и седьмого 15 конденсаторов.

Равны величины емкости восьмого 16, девятого 17, десятого 18, одиннадцатого 19, двенадцатого 20, тринадцатого 21, четырнадцатого 22, пятнадцатого 23, шестнадцатого 24, семнадцатого 25, восемнадцатого 26, девятнадцатого 27, двадцатого 28, двадцать первого 29 и двадцать второго 30 конденсаторов.

В данном устройстве нижне-низкочастотный фильтр представлен первой катушкой индуктивности 5 и второй катушкой индуктивности 6 и третьей катушкой индуктивности 7, предназначенной 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 ниже 200 Гц не воспроизводятся динамической головкой 1 ННЧ.

Сигналы с частотами выше 200 Гц, как описано выше, не пропускаются этим фильтром, образованным первой 5, второй 6 и третьей 7 катушками индуктивности, а верхне-низкочастотный фильтр, образованный четвертой катушкой индуктивности 8, не пропускает сигналы ниже 200 Гц.

Фильтр верхних частот, состоящий из восьмого 16, девятого 17, десятого 18, одиннадцатого 19, двенадцатого 20, тринадцатого 21, четырнадцатого 22, пятнадцатого 23, шестнадцатого 24, семнадцатого 25, восемнадцатого 26, девятнадцатого 27, двадцатого 28, двадцать первого 29 и двадцать второго 30 конденсаторов предназначен для динамической головки высокочастотного диапазона 4 и выделяет сигналы с частотами выше 5-6 кГц, для чего высокочастотный сигнал проходит последовательно через конденсаторы с восьмого конденсатора 16 по пятнадцатый конденсатор 23 и динамическую головку высокочастотного диапазона 4 и далее проходит последовательно через конденсаторы с двадцать второго 30 по шестнадцатый конденсатор 24. Сигналы с частотами ниже 5-6 кГц не пропускаются этим фильтром.

Сигналы среднечастотного диапазонов пропускаются среднечастотным фильтром, образованным первым 9, вторым 10 третьим 11, четвертым 12, пятым 13, шестым 14 и седьмым 15 конденсаторами и воспроизводятся динамической головкой среднечастотного диапазона 3.

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

В результате, линейность фазо-частотной 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. Фильтр для акустической системы содержит четыре фильтра, выходы которых предназначены для подключения динамиков. Нижне-низкочастотный фильтр состоит из первой, второй и третьей катушек индуктивности, верхне-низкочастотный фильтр состоит из четвертой катушки индуктивности, фильтр средних частот состоит из семи, первого-седьмого конденсаторов, а фильтр верхних частот состоит из пятнадцати, восьмого-двадцать второго конденсаторов. Первый вывод динамической головки нижне-низкочастотного диапазона подключен к второму выводу первой катушки индуктивности, первый вывод которой подключен к второму выводу второй катушки индуктивности, а ее первый вывод подключен к «плюсу» на входе в фильтр, второй вывод динамической головки нижне-низкочастотного диапазона подключен к первому выводу третьей катушки индуктивности, а ее второй вывод подключен к «минусу» на входе в фильтр. Первый вывод динамика верхне-низкочастотного диапазона подключен ко второму выводу четвертой катушки индуктивности, первый вывод четвертой катушки индуктивности подключен к «плюсу» на входе в фильтр, а второй вывод динамической головки верхне-низкочастотного диапазона подключен к «минусу» на входе в фильтр, первый-четвертый конденсаторы соединены последовательно, причем первый вывод первого конденсатора подключен к плюсу на входе в фильтр, а второй вывод четвертого конденсатора подключен к первому выводу динамической головки среднечастотного диапазона, пятый-седьмой конденсаторы соединены последовательно. Технический результат - повышение линейности фазо-частотной характеристики устройства при сохранении равномерности его амплитудно-частотной характеристики и упрощении конструкции. 1 ил.

Четырехполосный фильтр для акустической системы, содержащий нижне-низкочастотный фильтр, верхне-низкочастотный фильтр, среднечастотный фильтр и высокочастотный фильтр, выходы которых предназначены для подключения динамических головок соответственно нижне-низкочастотного, верхне-низкочастотного, среднечастотного и высокочастотного диапазонов, отличающийся тем, что нижне-низкочастотный фильтр состоит из первой, второй и третьей катушек индуктивности, верхне-низкочастотный фильтр состоит из четвертой катушки индуктивности, фильтр средних частот состоит из семи, первого-седьмого, конденсаторов, а фильтр верхних частот состоит из пятнадцати, восьмого-двадцать второго конденсаторов, при этом первый вывод динамической головки нижне-низкочастотного диапазона подключен к второму выводу первой катушки индуктивности, первый вывод которой подключен к второму выводу второй катушки индуктивности, а ее первый вывод подключен к «плюсу» на входе в фильтр, второй вывод динамической головки нижне-низкочастотного диапазона подключен к первому выводу третьей катушки индуктивности, а ее второй вывод подключен к «минусу» на входе в фильтр, при этом первый вывод динамической головки верхне-низкочастотного диапазона подключен ко второму выводу четвертой катушки индуктивности, первый вывод четвертой катушки индуктивности подключен к «плюсу» на входе в фильтр, а второй вывод динамической головки верхне-низкочастотного диапазона подключен к «минусу» на входе в фильтр, первый-четвертый конденсаторы соединены последовательно, причем первый вывод первого конденсатора подключен к «плюсу» на входе в фильтр, а второй вывод четвертого конденсатора подключен к первому выводу динамической головки среднечастотного диапазона, пятый-седьмой конденсаторы соединены последовательно, при этом первый вывод пятого конденсатора подключен к второму выводу динамической головки среднечастотного диапазона, а второй вывод седьмого конденсатора подключен к «минусу» на входе в фильтр, восьмой-пятнадцатый конденсаторы соединены последовательно, при этом второй вывод пятнадцатого конденсатора подключен к первому выводу динамической головки высокочастотного диапазона, а первый вывод восьмого конденсатора подключен к «плюсу» на входе в фильтр, шестнадцатый-двадцать второй конденсаторы соединены последовательно, при этом второй вывод двадцать второго конденсатора подключен к второму выводу динамической головки высокочастотного диапазона, а первый вывод шестнадцатого конденсатора подключен к «минусу» на входе в фильтр, причем равны величины индуктивности первой, второй и третьей катушек индуктивности, равны величины емкости первого-седьмого конденсаторов и равны величины емкости восьмого-двадцать второго конденсаторов.