З метою зниження інтермодуляціонних спотворень при звуковідтворенні гучномовці Hi-Fi систем складають з низькочастотних, середньочастотних і високочастотних динамічних головок. Їх підключають до виходів підсилювачів через розділові фільтри, що представляють собою комбінації LC фільтрів нижніх і верхніх частот.
Нижче наведена методика розрахунку три смугового розділового фільтру за найбільш поширеною схемою.
Частотна характеристика розділового фільтру три смугового гучномовця у загальному вигляді показано на рис. 1. Тут: N - відносний рівень напруги на звукових котушках головок: fн і fв - нижня і верхня граничні частоти відтворної гучномовцем смуги; fр1 і fр2 - частоти розділу.
В ідеальному випадку вихідна потужність на частотах розділу повинна розподілятися порівну між двома голівками. Ця умова виконується, якщо на частоті розділу відносний рівень напруги, що надходить на відповідну голівку, знижується на 3 дБ у порівнянні з рівнем у середній частині її робочої смуги частот.
Частоти розділу слід вибирати поза області найбільшої чутливості вуха (1... 3 кГц). При невиконанні цієї умови, з-за різниці фаз коливань, випромінюваних двома головками на частоті розділу одночасно, може бути помітно "роздвоєння" звуку. Перша частота розділу зазвичай лежить в інтервалі частот 400... 800 Гц, а друга - 4... 6 кГц. При цьому низькочастотна головка буде відтворювати частоти в діапазоні fн...fp1. середньочастотна - в діапазоні fp1... fр2 і високочастотна - в діапазоні fр2...fв.
Один з поширених варіантів електричної принципової схеми три смугового гучномовця наведено на рис. 2. Тут: B1 - низькочастотна динамічна головка, підключена до виходу підсилювача через фільтр нижніх частот l 1 c 1; В2 - середньочастотна головка, поєднана з виходом підсилювача через смуговий фільтр, утворений фільтр верхніх частот C2L3 і нижніх частот L2C3. На високочастотну головку В3 сигнал подається через фільтри верхніх частот C2L3 і C4L4.
Розрахунок ємностей конденсаторів і котушок індуктивностей виробляють виходячи з номінального опору головок гучномовця. Оскільки номінальні опору головок і номінальні ємності конденсаторів утворюють ряди дискретних значень, а частоти розділу можуть варіюватися в широких межах, то розрахунок зручно проводити в такій послідовності. Задавшись номінальним опором головок, підбирають ємності конденсаторів з ряду номінальних ємностей (або сумарну ємність декількох конденсаторів з цього ряду) такими, щоб вийшла частота розділу потрапляла в зазначені вище частотні інтервали.
У розділових фільтрів зазвичай використовують металлобумажные конденсатори типів МБГО, МБГП і МБМ з типовим відхиленням від номінальної ємності не більше ± 10%. Найбільш придатні для використання у фільтрах типономиналы конденсаторів приведені в табл. 1.
Тип конденсатора
Ємність, мкф
МБМ
МБГО, МВГП
МБГП
МБГО
0,6
1; 2; 4; 10
15; 26
20; 30
Ємності конденсаторів фільтрів С1...С4 для різних опорів головок і відповідні значення частот розділу наведено в табл. 2.
Zг,0м
4.0
4.5
5.0
6.5
8.0
12,5
15
С1,C2, мкф
40
30
30
20
20
15
fp1, Гц
700
840
790
580
700
-
520
С3,С4,
мкф
5
5
4
4
3
2
1 .5
fр2,Гц
5.8
5.2
5.
4,4
4.8
4,6
5.4
Легко бачити, що всі значення ємностей можуть бути або безпосередньо взяті з номінального ряду ємностей. або отримані паралельним з'єднанням не більш ніж двох конденсаторів (див. табл. 1).
Після того як ємності конденсаторів обрані, визначають індуктивності котушок у миллигенри за формулами:
В обох формулах: Zг-в омах; fp1, fр2 - в герцах.
Оскільки повне опір головки є частотнозависимой величиною, для розрахунку зазвичай приймають вказане в паспорті головки номінальний опір Zг, воно відповідає мінімальному значенню повного опору головки в діапазоні частот вище частоти основного резонансу до верхньої граничної частоти робочої смуги. При цьому треба мати на увазі, що фактичний номінальний опір різних зразків головок одного й того ж типу може відрізнятися від паспортного значення на ±20%.
У деяких випадках радіоаматорам доводиться використовувати в якості високочастотних головок наявні динамічні головки з номінальним опором, що відрізняються від номінальних опорів низькочастотної і високочастотної головок. При цьому узгодження опорів здійснюють, підключаючи високочастотну головку В3 і конденсатор С4 до різних висновків котушки L4 (рис. 2), тобто ця котушка фільтра грає одночасно роль узгоджувального автотрансформатора. Котушки можна намотати на круглих дерев'яних, пластмасових або картонних каркасах з щічками з гетинаксу. Нижню щічку слід зробити квадратної; так її зручно кріпити до основи - гетинаксовой платі, на якій кріплять конденсатори і котушки. Плату кріплять шурупами до дна ящика гучномовця. Щоб уникнути додаткових нелінійних спотворень котушки повинні виконуватися без сердечників з магнітних матеріалів.
Приклад розрахунку фільтра
Як низькочастотної головки гучномовця використовується динамічна головка 6ГД-2, номінальний опір якої Zг=8 Ом. як середньочастотної - 4ГД-4 з таким же значенням Zг і як високочастотної - ЗГД-15, для якої Zг=6,5 Ом. Згідно з табл. 2 при Zг=8 Ом і ємності С1=С2=20 мкф fp1=700 Гц, а при ємності С3=С4=3 мкф fр2=4,8 кГц. У фільтрі можна застосувати конденсатори МБГО зі стандартними ємностями (С3 і С4 складають з двох конденсаторів).
За наведеними вище формулами знаходимо: L1=L3=2,56 мГ; L2=L4=0,375 мГ (для автотрансформатора L4 - це значення індуктивності між висновками 1-3).
Коефіцієнт трансформації автотрансформатора
На рис. 3 показана залежність рівня напруги на звукових котушках головок від частоти для трисмугової системи, відповідної приклад розрахунку. Амплітудно-частотні характеристики низькочастотної, середньочастотний і високочастотної областей фільтра позначені відповідно НЧ, СЧ і ВЧ. На частотах розділу загасання фільтра дорівнює 3,5 дБ (при рекомендованому загасання 3 дБ).
рис. 3
Відхилення пояснюється відмінністю повних опорів головок і ємностей конденсаторів від заданих (номінальних) значень індуктивності котушок від отриманих розрахунком. Крутизна спаду кривих НЧ і СЧ становить 9 дБ на октаву і кривий ВЧ - 11 дБ на октаву. Крива ВЧ відповідає несогласованному включенню гучномовця 1 ГД-3 (точки 1-3). Як видно, у цьому випадку фільтр вносить додаткові частотні спотворення.
У наведеною методикою розрахунку прийнято, що середнє звуковий тиск при одній і тій же підведеної електричної потужності для всіх головок має приблизно однакове значення. Вели же звуковий тиск, що створюється якийсь головкою, помітно більше, то для вирівнювання частотної характеристики гучномовця по звуковому тиску цю голівку рекомендується підключати до фільтру через дільник напруги, вхідний опір якого має бути одно прийнятого при розрахунку номінального опору головок.
Автор: E. Фролов, р. Москва; Публікація: М. Большаков, rf.atnn.ru