Что такое частота среза: Частота среза – это… Что такое Частота среза?

Частота среза – это… Что такое Частота среза?

Частота среза

Частота́ сре́за (f_c) в электронике — частота, выше или ниже которой мощность выходного сигнала электронной схемы уменьшается вполовину от мощности в полосе пропускания.

См. также

Ссылки

Категория:

• Обработка сигналов

Wikimedia Foundation. 2010.

• Полоса подавления
• Чьерна Вода

Смотреть что такое “Частота среза” в других словарях:

• частота среза — граничная частота 1. Частота, при которой амплитуда сигнала составляет определенную часть от максимальной (например, на 3 дБ меньше). 2. Частота, при которой амплитуда передаваемых колебаний на 3 дБ меньше, чем на частоте максимума. [BS EN 1330 4 …   Справочник технического переводчика

• частота среза — ribinis dažnis statusas T sritis Standartizacija ir metrologija apibrėžtis Dažnis, kuriam esant tam tikros grandinės ar įtaiso perdavimo faktoriaus vertė sumažėja tam tikru dydžiu jo vertės dažnių srityje, kurioje ji nepriklauso nuo dažnio,… …   Penkiakalbis aiškinamasis metrologijos terminų žodynas

• частота среза — kraštinis dažnis statusas T sritis Standartizacija ir metrologija apibrėžtis Dažnis, kuriam esant stiprintuvo galios stiprinimo koeficientas sumažėja iki 50 % didžiausios jo vertės. atitikmenys: angl. cut off frequency vok. Grenzfrequenz, f;… …   Penkiakalbis aiškinamasis metrologijos terminų žodynas

• частота среза — ribinis dažnis statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. boundary frequency; cut off frequency; limiting frequency vok. Grenzfrequenz, f; Schnittfrequenz, f rus. граничная частота, f; предельная частота, f; частота среза, f pranc. fréquence de… …   Fizikos terminų žodynas

• частота среза — atkirtos dažnis statusas T sritis automatika atitikmenys: angl. cut off frequency vok. Grenzfrequenz, f; Schnittfrequenz, f rus. частота отсечки, f; частота среза, f pranc. fréquence de coupure, f …   Automatikos terminų žodynas

• частота среза — kirtimo dažnis statusas T sritis automatika atitikmenys: angl. cut off frequecy vok. Abschaltfrequenz, f rus. частота среза, f pranc. fréquence de coupure, f …   Automatikos terminų žodynas

• частота среза — предельная частота; критическая частота …   Словарь русских синонимов по технологиям автоматического контроля

• частота среза интегральной микросхемы — частота среза Частота, на которой модуль коэффициента усиления напряжения интегральной микросхемы при разомкнутой цепи обратной связи уменьшается до 0,707 значения на заданной частоте. Обозначение fсзз fCO [ГОСТ 19480 89] Тематики микросхемы… …   Справочник технического переводчика

• частота среза фильтра — частота среза Частота полосы пропускания (задерживания), на которой затухание передачи фильтра достигает заданного значения. [ГОСТ 24375 80] Тематики радиосвязь Обобщающие термины фильтры Синонимы частота среза …   Справочник технического переводчика

• частота среза пьезоэлектрического (электромеханического) фильтра — (fc) Частота полосы пропускания или задерживания, на которой относительное затухание пьезоэлектрического (электромеханического) фильтра достигает заданного значения. [ГОСТ 18670 84] Тематики электрические фильтры EN cut off frequency FR fréquence …   Справочник технического переводчика

Частота среза на диаграмме Найквиста

Добавлено 22 февраля 2020 в 23:21

Сохранить или поделиться

Данная статья продолжает наше исследование диаграммы Найквиста, рассматривая взаимосвязь между кривой графика и частотой среза фильтра.

В предыдущей статье мы видели, что частотная характеристика системы может быть представлена графиком в полярной системе координат, на котором кривая показывает амплитуду и фазу при изменении частоты от нуля до бесконечности. Мы называем его графиком Найквиста (или диаграммой Найквиста), и это интересная альтернатива гораздо более распространенному графику Боде (логарифмическим амплитудно-частотной и фазо-частотной характеристикам).

Следующая диаграмма была представлена в конце предыдущей статьи и дает хороший визуальный обзор основной информации, которую мы можем извлечь из графика Найквиста для фильтра первого порядка.

Рисунок 1 – Пояснения к диаграмме Найквиста

Важность частоты среза

Приведенная выше диаграмма не включает в себя одну очень важную деталь, а именно, частоту среза фильтра. Передаточная функция в s-области для фильтра нижних частот первого порядка может быть выражена следующим образом:

\[T(s)=\frac{K}{1+\left(\frac{s}{\omega _{0}}\right)}\]

Эта формула говорит нам, что единственными отличительными характеристиками данного фильтра нижних частот являются K и ω₀. Параметр K – это коэффициент усиления фильтра при постоянном напряжении. Пассивные компоненты не способны усиливать сигнал, поэтому, если мы имеем дело только с RC фильтрами нижних частот первого порядка, мы можем игнорировать K, потому что он всегда будет равен 1. Оставшийся параметр ω₀ – это частота среза. Таким образом, мы можем полностью описать RC фильтр нижних частот, просто указав частоту среза.

Определение частоты среза

Кривая на диаграмме Найквиста, конечно, не имеет типового спада характеристики, который мы хорошо знаем из графиков амплитудно-частотных характеристик, и фактически график Найквиста не дает нам конкретной информации о частоте среза схемы фильтра. Однако изучение взаимосвязи между частотой среза и кривой Найквиста является хорошим способом укрепить понимание концепции частоты среза в целом, а также даст нам некоторое представление об ограничениях подхода Найквиста для визуального изображения частотной характеристики.

Во-первых, нам нужно подумать о том, что на самом деле происходит на частоте среза, с точки зрения как амплитудно-частотной, так и фазо-частотной характеристики.

Частота среза относительно амплитуды

Вы, вероятно, знаете, что другое название для частоты среза – это «частота 3 дБ» (или –3 дБ), и это напоминает нам о том, что фильтр нижних частот первого порядка обеспечивает ослабление на 3 дБ (или, что эквивалентно, усилению –3 дБ), когда входная частота равна ω₀. Мы не используем децибелы на графике Найквиста, поэтому вместо –3 дБ мы используем соответствующий коэффициент передачи в разах, который равен \(\frac{1}{\sqrt{2}}\)

Когда мы работаем с графиком в полярной системе координат, мы всегда должны помнить о треугольниках; например, амплитуда (модуль) комплексного числа определяется как гипотенуза прямоугольного треугольника, два катета которого являются действительной и мнимой частями; а для вычисления фазы (угла) комплексного числа мы используем тригонометрические функции. Теперь, когда вы думаете с точки зрения треугольников, коэффициент \(\frac{1}{\sqrt{2}}\) дает вам какие-нибудь идеи?

Рисунок 2 – Прямоугольный треугольник. Длина катетов равна 1

Как показано выше, коэффициент \(\sqrt{2}\) вступает в игру всякий раз, когда у прямоугольного треугольника два катета равной длины. Если уменьшить длину катетов до 0,5, длина гипотенузы будет равна \(\sqrt{2} \times 0,5\), что то же самое, что \(\frac{1}{\sqrt{2}}\).

Рисунок 3 – Прямоугольный треугольник. Длина катетов равна 0,5

Итак, что же всё это значит? Рассмотрим следующий график Найквиста:

Рисунок 4 – Это график Найквиста для фильтра нижних частот первого порядка. Обратите внимание, что я не добавил часть графика, которая соответствует отрицательным частотам.

Как видите, в самой нижней точке кривой коэффициент усиления фильтра равен \(\frac{1}{\sqrt{2}}\), где абсолютное значение действительной части равно абсолютному значению мнимой части; это и есть местоположение частоты среза на графике Найквиста для фильтра нижних частот первого порядка. То же самое отношение применяется к фильтру верхних частот первого порядка, за исключением того, что в этом случае частота среза находится в самой высокой точке кривой:

Рисунок 5 – Частота среза фильтра верхних частот первого порядка на диаграмме Найквиста

Разница заключается в том, что сдвиг фазы фильтра верхних частот с увеличением частоты изменяется от +90° до 0°, тогда как фаза фильтра нижних частот изменяется от 0° до –90°. Поскольку угол измеряется против часовой стрелки от положительной действительной оси, положительный сдвиг фазы отображается над действительной осью, а отрицательный сдвиг фазы отображается ниже действительной оси.

Также обратите внимание, что на этих двух графиках есть стрелки, указывающие в противоположных направлениях: на графике фильтра нижних частот стрелка указывает на начало координат, поскольку с увеличением частоты коэффициент усиления уменьшается; на графике фильтра верхних частот она указывает в сторону от начала координат, поскольку с увеличением частоты коэффициент усиления увеличивается.

Частота среза относительно сдвига фазы

Мы также можем найти частоту среза на графике Найквиста, если вспомнить, что сдвиг фазы на 90°, создаваемый фильтром первого порядка, центрирован относительно частоты среза. Другими словами, фазовый сдвиг при ω₀ составляет +45° или –45°. Вектор, нарисованный в комплексной плоскости, будет иметь угол +45° или –45°, если его действительная и мнимая части имеют одинаковые абсолютные значения, и это приводит нас к тем же геометрическим соотношениям, которые мы обнаружили при рассмотрении частоты среза с точки зрения амплитуды отклика.

Рисунок 6 – Частота среза фильтра нижних частот первого порядка на диаграмме НайквистаРисунок 7 – Частота среза фильтра верхних частот первого порядка на диаграмме Найквиста

Заключение

Возможно, вы заметили, что расположение частоты среза на этих графиках Найквиста является чисто геометрическим. Вы не можете прикрепить фиксированное значение частоты к этому местоположению, так как это местоположение одинаково для каждого фильтра нижних частот первого порядка или для каждого фильтра верхних частот первого порядка. Диаграмма Найквиста явно не является заменой для обычных логарифмических амплитудно-частотной и фазо-частотной характеристик. Но тем не менее, она дает более прямой способ передачи информации о передаточной функции системы, и, как мы увидим в следующей статье, это удобный инструмент для анализа устойчивости (стабильности).

Оригинал статьи:

Теги

RC фильтрАнализ цепейДиаграмма Найквиста / Nyquist PlotНайквистФВЧ (фильтр верхних частот)ФНЧ (фильтр нижних частот)Частота среза

Сохранить или поделиться

Частота среза фильтра

Частота среза фильтра​

Частотой среза фильтра называют частоту, ослабление сигнала на которой достигает -3 дБ (по логарифмической шкале), или составляет 1/√2 (≈ 0.71) по линейной. Т.е амплитуда сигнала на частоте среза составляет 71% от входного значения.

Посмотреть вложение 7750

Частотные фильтры изготавливают из элементов, обладающих реактивным сопротивлением – конденсаторов и катушек индуктивности. Рассчитать реактивное сопротивление конденсатора можно по нижеприведенной формуле:

Xc=1/2пFС где:
Хс – реактивное сопротивление конденсатора;
п – оно и в Африке “пи”;
F – частота;
С – емкость конденсатора.

То есть, зная емкость конденсатора и частоту сигнала, всегда можно определить какое сопротивление оказывает конденсатор для конкретной частоты.

А реактивное сопротивление катушки индуктивности вот этой формулой:

XL=2пFL где:
XL – реактивное сопротивление катушки индуктивности;
п – оно и в России “пи”;
F – частота сигнала;
L – индуктивность катушки

Реальная частота среза и её слышимые последствия имеют следующий вид:

Для фильтра Низких частот:

Посмотреть вложение 7751

Для фильтра Высоких частот:

Посмотреть вложение 7752

Прежде чем продолжить разговор о фильтрах коснемся очень важной их характеристики – амплитудно-частотная характеристика (АЧХ). Что это за показатель?

АЧХ фильтра – показывает как изменяется уровень амплитуду сигнала проходящего через этот фильтр в зависимости от частоты сигнала.
Т.е., на одной частоте входящего на фильтр сигнала уровень амплитуды такой-же как и на выходе, а для другой частоты, фильтр, оказывая сопротивление сигналу, ослабляет амплитуду входящего сигнала.

Суммарная АЧХ ФНЧ и ФВЧ

Посмотреть вложение 7758

Крутизна частотной характеристики фильтра – это показатель того, на сколько резко изменяется амплитуда входного сигнала на выходе при изменении его частоты. Чем быстрее происходит спад АЧХ тем лучше.

Посмотреть вложение 7753

Фильтры высоких и низких частот – это обыкновенные электрические цепи, состоящие из одного или нескольких элементов, обладающих нелинейной АЧХ, т.е. имеющих разное сопротивление на разных частотах.

Частотные фильтры бывают нескольких типов:

• одноэлементные;
• Г- образные;
• Т – образные;
• П – образные;
• многозвенные.

Одноэлементный фильтр​

– фильтр состоящий из одного элемента: или конденсатора (для выделения верхних частот), или катушки индуктивности (для выделения нижних частот).

Г – образный фильтр​

Г-образный фильтр – это обыкновенный делитель напряжения с нелинейной АЧХ и его можно представить в виде двух сопротивлений:

Посмотреть вложение 7754

С помощью делителя напряжения мы можем понизить входное напряжения до необходимого нам уровня.

Формулы для расчета параметров делителя напряжения:

Uвх=Uвых*(R1+R2)/R2
Uвых=Uвх*R2/(R1+R2)

Rобщ=R1+R2
R1=Uвх*R2/Uвых – R2
R2=Uвых*Rобщ/Uвх

К примеру, нам дано:
Rобщ=10 кОм, Uвх=10 В, на выходе делителя надо получить Uвых=7 В
Порядок расчета:
1. Определяем R2= 7*10000/10= 7000= 7 кОм
2. Определяем R1= 10*7000/7-7000= 3000= 3 кОм, или R1=Rобщ-R2=10-7= 3 кОм
3. Проверяем Uвых=10*7000/(3000+7000)= 7 В
Что нам и требовалось.
Знание этих формул необходимо не только для построения делителя напряжения с нужным выходным напряжением, но и для расчета фильтров нижних и верхних частот, в чем вы убедитесь ниже.

Так как сопротивление нагрузки, подключаемой к выходу делителя, влияет на выходное напряжение, то значение R2 должно быть в 100 раз меньше входного сопротивления нагрузки. Если не нужна высокая точность, то это значение можно снизить до 10 раз.
Это правило также справедливо и при расчетах фильтров.

Чтобы из делителя напряжения на двух резисторах получить фильтр применяют конденсатор.

Конденсатор обладает реактивным сопротивлением. При этом его реактивное сопротивление на высоких частотах минимально, а на низких частотах – максимально.

Определимся, что понятия “верхние” и “нижние” частоты относятся к звукотехнике, а понятия “высокие” и “низкие” частоты – относятся к радиотехнике.

При замене сопротивления R1 на конденсатор (при этом на высоких частотах ток через него проходит беспрепятственно, а на низких ток через него не проходит) мы получим фильтр верхних частот.
А при замене конденсатором сопротивления R2 (при этом, обладая малым реактивным сопротивлением на высоких частотах, конденсатор шунтирует токи высокой частоты на землю, а на низких частотах его сопротивление велико и ток через него не проходит)- фильтр нижних частот.

Посмотреть вложение 7755

Порядок расчета Г-образного фильтра верхней частоты

В приведенных примерах расчет параметров фильтра начинается с того, что нам известно общее сопротивление делителя напряжения, но наверное правильнее, при практическом расчете фильтров, определять сначала сопротивление резистора R2 делителя, значение которого должно быть в 100 раз меньше сопротивления нагрузки к которой фильтр будет подключен. А также следует не забывать что делитель напряжения тоже потребляет ток, так-что в конце, необходимо будет определить и рассеиваемую мощность на резисторах для их правильного выбора.

Пример: Нам надо рассчитать Г-образный фильтр верхней частоты с частотой среза 2 кГц.

Дано: общее сопротивление делителя напряжения – Rобщ= 5 кОм, частота среза фильтра – 2 кГц.
Входное напряжение принимаем за 1, а выходное за 0,7 (можно взять конкретные напряжения, но в нашем случае это никакой роли не играет).Проводим расчет:
1. Так как мы подключили конденсатор вместо резистор R1, то реактивное сопротивление конденсатора Хс = R1.

2. Определяем по формуле делителя напряжения сопротивление

R2:
R2=Uвых*Rобщ/Uвх =0,7*5000/1 = 3500= 3,5 кОм.
3. Определяем сопротивление резистора R1:
R1=Rобщ-R2= 5 – 3,5= 1,5 кОм.
4. Проверяем значение выходного напряжения на выходе фильтра при рассчитанных сопротивлениях:
Uвых=Uвх*R2/(R1+R2) =1*3500/(1500+3500) = 0,7.
5. Определяем емкость конденсатора, которую выводим из формулы:Xc=1/2пFC=R1 —> C=1/2пFR1:
C=1/2пFR1 = 1/2*3,14*2000*1500 =5,3*10-8 =0,053 мкФ.
Емкость конденсатора также можно определить по формуле: C=1,16/R2пF.

6. Проверяем частоту среза Fср по формуле, которую также выводим из выше приведенной:
Fср=1/2пR1C= 1/2*3,14*1500*0,000000053 = 2003 Гц.
Таким образом мы определили, что для построения фильтра высокой частоты с заданными параметрами (Rобщ= 5 кОм, Fср= 2000 Гц) необходимо применить сопротивление R2= 3,5 кОм и конденсатор емкостью С= 0,053 мкФ.
? Для справки:
? 1 мкФ = 10-6 Ф = 0,000 001 Ф
? 0,1 мкФ = 10-7 Ф = 0,000 000 1 Ф
? 0,01 мкФ = 10-8 Ф = 0,000 000 01 Ф
и так далее…

Порядок расчета Г-образного фильтра нижней частоты

Пример: Нам надо рассчитать Г-образный фильтр нижней частоты с частотой среза 2 кГц.

Дано: общее сопротивление делителя напряжения – Rобщ= 5 кОм, частота среза фильтра – 2 кГц.

Входное напряжение принимаем за 1, а выходное за 0,7 (как и в предыдущем случае).Проводим расчет:
1. Так как мы подключили конденсатор вместо резистор R2, то реактивное сопротивление конденсатора Хс = R2.

2. Определяем по формуле делителя напряжения сопротивление R2:
R2=Uвых*Rобщ/Uвх =0,7*5000/1 = 3500= 3,5 кОм.
3. Определяем сопротивление резистора R1:
R1=Rобщ-R2= 5 – 3,5= 1,5 кОм.
4. Проверяем значение выходного напряжения на выходе фильтра при рассчитанных сопротивлениях:
Uвых=Uвх*R2/(R1+R2) =1*3500/(1500+3500) = 0,7.
5. Определяем емкость конденсатора, которую выводим из формулы:Xc=1/2пFC=R2 —> C=1/2пFR2:
C=1/2пFR2 = 1/2*3,14*2000*3500 =2,3*10-8 =0,023 мкФ.
Емкость конденсатора также можно определить по формуле: C=1/4,66*R2пF.

6. Проверяем частоту среза Fср по формуле, которую также выводим из выше приведенной:
Fср=1/2пR2C= 1/2*3,14*3500*0,000000023 = 1978 Гц.
Таким образом мы определили, что для построения фильтра нижней частоты с заданными параметрами (Rобщ= 5 кОм, Fср= 2000 Гц) необходимо применить сопротивление R1= 1,5 кОм и конденсатор емкостью С= 0,023 мкФ.

Т – образный фильтр​

Т- образные фильтры высоких и низких частот, это те же Г- образные фильтры, к которым добавляется ещё один элемент. Таким образом, они рассчитываются так же как делитель напряжения, состоящий из двух элементов с нелинейной АЧХ. А после, к расчётному значению суммируется значение реактивного сопротивления третьего элемента. Другой, менее точный способ расчёта Т-образного фильтра начинается с расчёта Г-образного фильтра, после чего, значение «первого» рассчитанного элемента Г-образного фильтра увеличивается, или уменьшается в два раза – «распределяется» на два элемента Т-образного фильтра. Если это конденсатор, то значение ёмкости конденсаторов в Т-фильтре увеличивается в два раза, а если это резистор или дроссель, то значение сопротивления, или индуктивности катушек уменьшается в два раза:

Посмотреть вложение 7756

П – образный фильтр
​

П-образные фильтры, это те же Г- образные фильтры, к которым добавляется ещё один элемент впереди фильтра. Всё, что было написано для Т-образных фильтров справедливо для П-образных.​

Как и в случае с Т-образными фильтрами, для расчёта П-образных используют формулы делителя напряжения, с добавлением дополнительного шунтирующего сопротивления первого элемента фильтра. Другой, менее точный способ расчёта П-образного фильтра начинается с расчёта Г-образного фильтра, после чего, значение «последнего» рассчитанного элемента Г-образного фильтра увеличивается, или уменьшается в два раза – «распределяется» на два элемента П-образного фильтра. В противоположность Т-образному фильтру, если это конденсатор, то значение ёмкости конденсаторов в П-фильтре уменьшается в два раза, а если это резистор или дроссель, то значение сопротивления, или индуктивности катушек увеличивается в два раза. Посмотреть вложение 7757

Как правило, одноэлементные фильтры применяют в акустических системах. Фильтры верхних частот обычно делают Т-образными, а фильтры нижних частот П-образными. Фильтры средних частот, как правило, делают Г-образными, их двух конденсаторов.
​

Нажмите, чтобы раскрыть…

Как выбрать частоту среза фильтра нижних частот

Как выбрать частоту среза вашего фильтра нижних частот

В этой статье приведены некоторые советы о том, как точно настроить характеристики фильтра нижних частот.

Связанная информация

• Фокусировка на фазе: всплывающий фильтр
• Inductor Out, Op-Amp In: Введение в активные фильтры второго порядка
• Понимание линейно-фазных фильтров

По моему опыту, наиболее распространенные задачи проектирования фильтров, т. Е. Когда вам действительно нужно выполнить некоторую математику, выберите значения компонентов и рассмотрите различные топологии – включите низкочастотный ответ. Электрические инженеры часто сталкиваются с сигналами, которые имеют низкочастотную информацию и высокочастотный шум или помехи. Возможно, нам нужно подавить неприятные звуки в звуковом сигнале или удалить побочные колебания от сигнала датчика или устранить нежелательный спектр, созданный во время процесса демодуляции. И тогда есть фильтры сглаживания, которые помогают поддерживать качество наших оцифрованных данных, даже если мы могли в противном случае игнорировать высокочастотный контент сигнала.

Выбор частоты среза фильтра нижних частот изначально кажется довольно простым, но когда вы думаете об этом более тщательно – например, когда реальный дизайн заставляет вас думать об этом более тщательно – вы понимаете, что на самом деле есть некоторые тонкие детали и сложности.

Первые вещи: что такое частота среза «хорошие» частоты и «плохие» частоты. Фильтры нижних частот всегда плавно переходят из полосы пропускания в полосу пропускания. Кроме того, нет ничего волшебного в отношении частоты отсечки, которая более точно упоминается как частота -3 дБ, т. Е. Частота, с которой амплитудный отклик на 3 дБ ниже, чем значение при 0 Гц.

Мне кажется, что это основная причина осложнений, связанных с дизайном фильтров нижних частот – трудно выбрать правильную частоту среза, поскольку буквальное значение этого термина относится к тому, чего не существует в реальной схеме схемы, а именно, точную точку, в которой фильтр «отсекает» нежелательные частоты, оставляя желаемые частоты нетронутыми. Тем не менее, более фундаментальная часть задачи проектирования полностью понимает сигналы, которые войдут в фильтр, и сигналы, которые должны выйти из фильтра.

Входы и выходы

Чтобы оптимизировать фильтр нижних частот, вы должны знать как можно больше о ожидаемом частотном содержании вашего ввода и желаемом частотном содержании вашего вывода.

Если вы планируете использовать фильтр первого порядка, частотная характеристика всегда будет иметь одни и те же основные характеристики, и, следовательно, для меня есть только два общих сценария:

Фокусировка на полосе пропускания

В этой первой ситуации есть частоты к концу полосы пропускания, которые не могут испытывать значительного внимания. Например, вы знаете, что все ваши сигналы будут ниже 10 кГц, но у вас есть важный выход датчика, который имеет тенденцию оставаться около 7, 5 кГц. Возможно, вам не нужна частота среза 10 кГц, потому что это приведет к ослаблению почти 2 дБ сигнала 7, 5 кГц:

В этом случае было бы лучше увеличить частоту среза до 7, 5 кГц ближе к почти плоскому участку полосы пропускания. Например, если вы нажмете отсечку до 20 кГц, затухание на 7, 5 кГц составляет менее 0, 6 дБ:

Дальнейшее увеличение частоты среза приведет к соответствующим сокращениям затухания 7, 5 кГц, но, как обычно, существуют компромиссы. Увеличивая обрезание, вы включаете более ненужные (и, возможно, шумные) частоты в полосе пропускания, и уменьшаете затухание частот в полосе задержки. (В этом контексте «стоп-сигнал» является неопределенным термином – я использую его для обозначения частот, которые испытывают значительное ослабление, скажем, не менее 20 дБ).

Фокусировка на полосе пропускания

Второй сценарий заключается в том, что приоритетом является подавление определенной частоты в полосе задержек, а не сохранение определенной частоты в полосе пропускания. Например, у вас может быть сигнал синхронизации или радиочастотный передатчик, который загрязняет ваш хрупкий аналоговый сигнал. Вы полагаетесь на фильтр нижних частот для подавления этих помех (вы не используете фильтр надреза, потому что вам также требуется типичное широкополосное шумоподавление).

В пределах ограничений фильтра первого порядка все, что вы можете сделать для увеличения затухания на определенной частоте, – это перемещение обрезания ближе к 0 Гц. Если вы не можете полностью затушить сильный мешающий сигнал и адекватно сохранить амплитуду сигналов в полосе пропускания, пришло время подумать о фильтре второго порядка.

Вариант второго порядка

Это экспансивная тема, и мы только собираемся скрыть поверхность здесь. В этой статье важно понять, что фильтры второго порядка более податливы. Фильтр второго порядка может быть отрегулирован таким образом, чтобы обеспечить более плоскую полосу пропускания (фильтр Баттерворта), более крутой свалку (фильтр Чебышева) или более линейную фазовую характеристику (фильтр Бесселя). Следующие три сюжета обеспечивают визуальное сравнение ответов Баттерворта, Чебышева и Бесселя.

Сгенерировано с помощью Analog Devices ‘Analog Filter Wizard.

Сгенерировано с помощью Analog Devices ‘Analog Filter Wizard.

Сгенерировано с помощью Analog Devices ‘Analog Filter Wizard.

Связь между частотой среза и характеристиками фильтров второго порядка заключается в следующем: на ваш выбор частоты среза может влиять тип используемого фильтра.

Допустим, у вас строгие требования к подавлению сигнала с более высокой частотой. Если вы используете фильтр Чебышева, который имеет быстрый переход от полосы пропускания к полосе пропускания, вам, возможно, не придется уменьшать частоту среза так сильно, как вы изначально думали. Если ваша основная проблема заключается в сохранении амплитуды частоты где-то в полосе пропускания, фильтр плоской полосы пропускания фильтра Баттерворта дает вам большую гибкость в определении частоты среза.

Резюме

Выбор частоты среза начинается с неопределенного представления о том, какие частоты должны проходить через фильтр и который должен быть заблокирован фильтром. После этого вы должны рассмотреть детали перехода фильтра от низкого затухания до высокого затухания, а также частотное содержание входных сигналов и цели обработки сигналов, которые, как ожидается, будут выполнять фильтр.

Кроссовер

Кроссовер (от англ. Crossover) — музыка, в которой происходит смешение двух (или более) стилей (или тем), и одно из названий кроссовера – ФИЛЬТР.

Как можно понять из названия, Кроссовер – это фильтр звукового сигнала который разделяет входящий сигнал на диапазоны частот и используется в акустических системах автомобиля для улучшения качества звучания. Всё дело в том, что нет такого динамика который мог-бы воспроизводить весь диапвзон частот, даже если он и широкополостный. А чтобы звучал весь диапазон, нужно несколько динамиков с разными характеристиками передачи частотного сигнала и чем больше динамиков, тем качественее и интереснее звуковая отмосфера, но и каналов кроссовера должно быть столько, сколько типов динамиков используется в акустической системе.

К примеру: высокочастотные динамики (твитеры) должны работать только с высокими частотами, если на высокочастотный динамик подать низкую частоту, то звуковая картина сильно испортится, а если сигнал низкочастотный и мощный, то твитер “сгорит”. Низкочастотные динамики (вуферы)  должны получить от общего звукового сигнала только низкочастотный диапазон, а среднечастотным динамикам (мидвуферы) должна достается средняя полоса сигнала. Для того, чтобы каждый тип динамиков получил нужные (оптимальные) частотные полосы и нужен Кроссовер который разделит звуковой сигнал для каждого типа динамиков. 

Виды Кроссовера

Кроссоверы бывают: Однополосные (один фильтр), Двухполосные (два фильтра), трёхполосные (три фильтра), а также активные и пассивные.

Отличие между активными и пассивными кроссоверами в том, что активные состоят из компонентов, нуждающихся в источниках питания – операционных усилителях, микроконтроллерах и прочих. Пассивные кроссоверы компонуются из элементов, которые в питании не нуждаются (резисторы, конденсаторы, катушки).  Есть различие и в подключение кроссоверов: активные монтируются только перед усилителем, а что касается пассивных кроссоверов то они устанавливаються перед динамиками.

Количество фильтров в кроссовере определяет на сколько частотных полос будет разделён звуковой сигнал: 1, 2-е или 3-и. Фильтры деляться на: фильтр нижних частот (Low Pass, или ФНЧ) пропускает диапазон только низких частот, фильтр верхних частот (Hi Pass, или ФВЧ), пропускает диапазон только высоких частот  и фильтр полосно-пропускающий (Band Pass, или ППФ), который пропускает только средний диапазон частот (приблизительно от 600 Гц до 5000 Гц.) и используеться в трёхполостном кроссовере. 

Характеристики фильтров Кроссовера. 

Все фильтры характеризуются порядком и частотой среза. Частота среза – это частота, на которой уровень подавляемого сигнала становится на 3 дБ меньше , чем уровень пропускаемого сигнала ( Децибелы (дБ), это физическая характеристика громкости звука – уровень звукового давления). О порядке фильтра можно судить по крутизне характеристики затухания: чем выше порядок, тем сильнее затухание в зависимости от частоты сигнала.

Частота среза фильтра

Допустим, фильтр имеет частоту среза равную 2500 Гц. Если это фильтр нижних частот (Low Pass), то он пропускает частоты ниже 2500 Гц, а все другие идущее выше этой частоты срезает. Если фильтр высоких частот (Hi Pass) имеет частоту среза равную 2500 Гц, то он срезает все частоты которые нпиже 2500 Гц, а все что выше, пропускает. В двухполосных Кроссоверах частота среза у двух фильтров одинаковая, что не скажеш о трёхполосном Кроссовере, в нем три фильтра с разной частотой среза. На гравике 1 и 2 показаны частотные характеристики двухполосного (график 1) и трёхполостного (график 2) кроссоверов, точка пересечения линий на графиках и показывает какая частота среза у фильтров.

Порядок фильтра

Порядок фильтра или чувствительность на прямую зависит от крутизны среза. Определяется отношением интенсивности выходного сигнала в (dB) кроссовера к частоте входного сигнала при условии, что интенсивность входного сигнала постоянна и характеризуют как отношение децибел на Октаву (dB/octave)(Октава в акустике — внесистемная безразмерная единица частотного интервала между двумя частотами (f1 и f2), отношение которых f2/f1 = 2 , другими словами – частота более высокого звука в два раза больше более низкого ). В силу многих математических причин чувствительность кроссоверов всегда кратна 6 децибелам на октаву (6 dB/octave). Кроссовер первого порядка имеет чувствительность 6 dB/octave. Кроссовер второго порядка имеет чувствительность 12 dB/octave, третьего порядка – 18 dB/octave, и чувствительность кроссоверов четвертого порядка равна 24 dB на октаву.

Рассмотрим порядоки фильтров на примере нискочастотного фильтра с частотой среза 1000 Гц  (График 3). Из графика наглядго видно, что наилучшие характеристики имеет фильтр 4-го порядка, он более точно пропускает нужные частоты и срезает не нужные. На практике в кроссоверах применяются фильтры с 1-3 порядка. 

Кроссоверы Баттерворта четвертого порядка имеют высокую чувствительность равную 24 дБ на октаву, что резко уменьшает взаимовлияние динамиков в области разделения частот. Сдвиг по фазе составляет 360 градусов, что фактически означает его отсутствие. Однако величина фазового сдвига в данном случае непостоянна и может привести к неустойчивой работе кроссовера. Эти кроссоверы практически не применяются на практике. Оптимизировать конструкцию кроссовера четвертого порядка удалось Линквицу и Рили. Данный кроссовер состоит из двух последовательно соединенных кроссоверов Баттерворта второго порядка для твитера, и тоже самое для басового динамика. Чувствительность их также равна 24 дБ на октаву, однако уровень выходного сигнала на каждом фильтре меньше на 6 дБ, чем уровень выходного сигнала кроссовера. Кроссовер Линквица-Рили не имет фазовых сдвигов и позволяет проводить временную коррекцию для динамиков, не работающих в одной физической плоскости. Эти кроссоверы по сравнению с другими конструкциями дают самые лучшие акустические характеристики.

Активные и Пассивные Кроссоверы

 Активные (или электронные) кроссоверы представляют из себя множество активных фильтров, которыми можно управлять и легко изменять частоту среза любого канала. Порядок чувствительности активных кроссоверов может быть любым, от 6 Дб до 72 Дб на октаву (и выше).В основном активные кроссоверы для автомобильных аудиосистем имеют чувствительность 24 Дб на октаву. При такой чувствительности обмен частотами между динамиками практически исключен. Звуковая картина получается очень качественной. Единственный недостаток активных кроссоверов, – это их дороговизна по сравнению с пассивными. После активного кроссовера устанавливаются два или три усилителя мощности в зависимости на сколько полос разделяеться звуковой сигнал, что ещё больше удорожает и усложняет реализацию акустической системы автомобиля.

Устройство пассивного кроссовера представляет собой корпус, около 120х60х40 мм с входными и выходными контактами, или других размеров в зависит от конструкции. Внутри находиться печатная плата с фильтрами частотного сигнала, состоящих из элементов (резисторы, конденсаторы, катушки) которые соеденины между собой должным образом. Пассивные кроссоверы обрабатывают уже усиленный сигнал и устанавливаются перед динамиками. Возможности пассивных кроссоверов ограничены по сравнению с активными, однако их правильное применение может дать хорошие результаты при минимальных финансовых затратах. Пассивные кроссоверы хорошо себя зарекомендовали при требовании к порядку чувствительности менее 18 дБ на октаву. Выше этого предела хорошо работают только активные кроссоверы. Пассивные кроссоверы в основном применяются для обработки сигнала твитеров и среднечастотных динамиков. Для низкочастотных динамиков эти кроссоверы применять можно, однако резко возрастает требование в качеству конденсаторов и катушек индуктивности, что приводит к их удорожанию и увеличению в размерах. Пассивные кроссоверы плохо переносят перегрузки. Пиковые интенсивности сигнала, поступающие от усилителя, могут менять частоту среза фильтров. Кроме того, перегруженный фильтр ослабляет звуковой сигнал (damping). Поэтому при выборе пассивных кроссоверов обращайте внимание на их способность выдерживать пиковые нагрузки, создаваемые усилителем.

Частота среза RC-фильтра НЧ | EWB

EWB

 

            Допустим нам задан RC-фильтр низких частот со следующими параметрами:

R = 1 кОм, C = 1 мкФ.

Для  RC-фильтра  низких  частот  АЧХ  рассчитывают  по формуле , а ФЧХ – по формуле  φ(ω) = –arctg(2πfRC).

Результаты расчёта этого фильтра записываем в табл. 1.

 

Таблица 1. Данные расчёта RC-фильтра НЧ

f, Гц	1	10	102	103	104
A = f(f)	1	0,998	0,847	0,157	0,016
φ = f(f)	–6,283·10-3	–0,063	–0,561	–1,413	–1,555

 

По данным таблицы строим графики АЧХ и ФЧХ.

Рис. 1. АЧХ и ФЧХ фильтра НЧ

 

Расчётная частота среза (4.4) равна  f₀ = 159,155 Гц.

Частоту среза также можно определить с помощью программы для проектирования электронных схем EWB.

Чтобы собрать схему простейшего RC–фильтра НЧ, необходимо загрузить программу EWB, выбрать на панели элементов группу основных элементов «Basic», в этой группе выбрать элемент сопротивления «Resistor» и, не отпуская левую кнопку мыши, перетянуть его на рабочую область программы EWB. Установить значение сопротивления, нажав правой кнопкой мыши на элементе сопротивления, и в появившемся окне выбрать «Component Properties». На этой форме выбрать закладку «Value» и ввести в область ввода значений «Resistance» требуемое значение и единицу размерности сопротивления (кОм). Далее аналогично добавить конденсатор «Capacitor» и ввести его параметры (нФ). Также нам потребуется элемент «земля» «Ground» из группы источников питания «Sources», генератор импульсов «Function Generator» и построитель диаграмм «Bode Plotter» из группы приборов «Instruments». Прежде чем приступить к сборке схемы, повернём на 90 ^о конденсатор, для этого кликнем на нём правой кнопкой мыши и в появившемся меню выберем «Rotate». Для того чтобы соединить элементы схемы, необходимо навести мышь на элемент, подождать появления узла «Connector» и, нажав левую кнопку мыши, оттянуть появившийся узел к элементу, с которым требуется его соединить. Далее необходимо подключить генератор импульсов и построитель диаграмм к RC–фильтру НЧ (рис. 2).

Чтобы схема заработала, нужно включить её переключателем «Activate Simulation», расположенным в правом верхнем углу инструментальной панели EWB.

Для измерения частоты среза необходимо дважды кликнуть мышью на построителе диаграмм, после чего появится функциональная панель, изображённая на рис. 4.7. Далее построитель диаграмм нужно переключить в режим АЧХ, нажав на кнопку «Magnitude». Выберем логарифмическую размерность осей по вертикали и горизонтали, нажав на кнопку «Log». Для определения частоты среза необходимо стрелками  установить реперную (франц. repere) вертикальную линию в точку –3 дБ, после чего значение частоты среза появится в нижней части функциональной формы построителя диаграмм.

Рис. 2. Электронная схема RC-фильтра НЧ 1-го порядка в рабочем окне EWB

 

Полученная частота среза равна 162,6 Гц, что достаточно близко к расчётной частоте 159,155 Гц, Δ = 3,445 Гц,  δ = 2,16 %.

 

Рис. 3 Графическое изображение АЧХ ФНЧ в построителе диаграмм EWB

Частота среза: ровно -3 дБ мощности

У меня есть вопрос, который может показаться странным, но я все же хотел бы попросить сообщество объяснить это. Надеюсь, что другим людям тоже будет интересно.

Как мы знаем, частота среза – это одна частотная гармоника, которая уменьшается на 3 дБ (или Vpp в 2 (2) раза меньше, чем гармоники Vpp до фильтра).

Это изображение дает более или менее четкое представление об этой идее (рассмотрим красную линию, частоту среза, отмеченную как f _cp ):

Что это означает: фильтр пропускает все гармоники входного сигнала, но мощность некоторых из них уменьшается. Гармоники некоторой частоты уменьшаются на 3 дБ, эта частота является частотой среза этого конкретного фильтра.

Это определение и объяснение моего понимания термина. Буду благодарен за исправления, если таковые имеются 🙂

Теперь вопрос сам по себе: слово « cutoff означает, что что-то обрезается. Таким образом, мы можем сказать, что гармоники определенной частоты фильтруются, если Vpp уменьшается на 3 дБ или более. Вопрос – почему именно 3 дБ? Точно говоря, я имею в виду

EM Fields

Вопреки, казалось бы, распространенному мнению, частота среза – это не частота в полосе пропускания, где мощность падает на 3 дБ, а частота, на которой амплитуда сигнала падает на 3 дБ.

После этого в полосе останова амплитуда сигнала будет падать со скоростью, зависящей от порядка фильтра.

Для фильтра первого порядка скорость будет 6 дБ на октаву, для фильтра второго порядка это будет 12 дБ на октаву и так далее.

Supercat

В чем-то вроде кроссоверной сети звуки выше определенной частоты будут направлены на один динамик, а звуки ниже – на другой. Если точка отсечки определена как ослабляющая половину мощности, то фильтр верхних частот и фильтр нижних частот на одной частоте будут пропускать половину мощности каждый. На частотах, достаточно удаленных от отсечки, выход одного фильтра будет приближаться к полной мощности, а выход другого – к нулю. В каждом случае объединенная мощность двух фильтров будет примерно равна полной мощности. Обратите внимание, что для того, чтобы частотная характеристика была плоской вблизи частоты среза, фильтры должны быть правильно согласованы друг с другом, но все же гораздо проще сказать, что чистый кроссовер произойдет, когда необходимо установить частоту среза для фильтра верхних частот. чтобы соответствовать частотам нижних частот, чем указывать частоты среза таким образом, чтобы они отличались.

Что касается того факта, что 3.00000dB – это не «ровно» половина, то думайте о «3dB» не как точное соотношение 3.00000dB, а скорее как сокращение для «половинной мощности», во многом как «3.58Mhz» «кристалл – сокращение от 3579 545 Гц [большинство таких кристаллов может быть не точным с точностью до семи знаков после запятой, но 3,5 800 000 Гц было бы вне допуска].

Ключевые инструменты музыкального производства

Вы можете подумать, что знаете, что такое частота среза. И, возможно, ты прав.

Но есть некоторые нюансы, о которых вы можете не знать.

И чтобы полностью контролировать свой микс, вы должны знать все нюансы.

Смешивание – это все о мелочах.

Итак, поговорим о частотах среза…

Вы хотите зарабатывать деньги на своей музыке?

Чтобы начать карьеру, вам не нужно дорогое снаряжение, связи или божественные знания.

Этот бесплатный мастер-класс раскрывает ключевые шаги, которые ДЕЙСТВИТЕЛЬНО необходимы для получения надежного дохода, занимаясь любимым делом, в 2021 году.

Пройдите полный мастер-класс здесь:

Но если вы просто хотите узнать конкретно о частотах среза, продолжайте читать.

Что такое частота среза?

Частота среза – это точка, в которой частота достигает -3 дБ.

Это не та точка, в которой начинается срезание частоты, как некоторые думают.

Но я их не виню. Вы могли подумать, что «частота среза» – это то место, где частота срезается полностью.

Вместо этого это относится к тому месту, где срез становится заметным, то есть на -3 дБ.

Теперь, если фильтр, который применяет частоту среза, использует нечто, называемое «резонансом», тогда будет пик прямо перед срезом.

В данном случае частота среза соответствует пику. В то время как истинная отсечка происходит по другую сторону этого пика.

Это станет более понятным после того, как вы прочтете следующий раздел.

Когда применять частоту среза

Давайте сделаем это на практике.

Есть две основные ситуации, когда вы видите частоту среза. При использовании фильтра высоких или низких частот.

Это обе настройки, которые вы увидите в плагине EQ.

Фильтр высоких частот

Фильтр высоких частот срезает любые частоты ниже определенной точки.В эквалайзере это когда полоса полностью влево наклоняется вниз и влево.

Его также называют фильтром низких частот, потому что он срезает низкие частоты. Это позволяет пропускать через фильтр больше высоких частот.

Фильтр этого типа полезен для устранения низкочастотного шума, такого как грохот уличного транспорта или шум кондиционера.

Это также хорошо, когда нужно освободить место для бюджетных инструментов.

Например, если частоты бас-барабана и баса накладываются друг на друга, вы можете применить фильтр высоких частот к одному из них.Таким образом, остается место для низких частот другого инструмента.

Фильтр нижних частот

Фильтр нижних частот является противоположностью фильтра верхних частот. Фильтр нижних частот обрезает частоты выше определенной точки.

В эквалайзере это полоса полностью вправо, которая наклоняется вниз и вправо.

Как вы можете догадаться, ее также называют частотой среза высоких частот, потому что она срезает высокие частоты.

Это хорошо для выявления низких частот в инструменте.

Вы также можете использовать фильтр нижних частот, чтобы освободить место для конкурирующих высоких частот в инструменте.

Плагины

с настройкой частоты среза

На самом деле вы можете найти настройки частоты среза во многих различных типах плагинов. Вот некоторые из них, на которые стоит обратить внимание.

EQ

Это наиболее распространенный тип плагинов с фильтрами частоты среза.

Неважно, стандартный это плагин EQ или тот, на который вы потратите 100 долларов.Он будет иметь фильтр высоких и низких частот.

Компрессоры и ограничители

Вы можете ослабить сигнал, который вы сжимаете или ограничиваете.

Некоторые плагины (например, динамические компрессоры и лимитеры) даже позволяют применять эффект к определенным участкам частотного диапазона.

Вот два выдающихся плагина динамического компрессора / лимитера:

Реверберация

В плагинах реверберации обычно используется только фильтр нижних частот.

Реверберация делает сигнал ярче, иногда даже слишком ярким. Таким образом, фильтр нижних частот поможет приручить более высокие частоты, вызываемые реверберацией.

Хорошим примером этого является плагин Fog Convolver от AudioThing.

Задержка

Когда дело доходит до плагинов задержки, вы можете использовать как фильтр верхних частот, так и фильтр нижних частот для управления тональностью задержки.

Вы также можете поэкспериментировать с одним или обоими фильтрами задержки.

Хороший плагин для начала – Timeless 2 tape delay от FabFilter.

Стереоизображение

Если вы используете плагин стереоизображения, будьте осторожны, чтобы не испортить басовый звук. У них есть тенденция делать это, заставляя ваш бас не совпадать по фазе.

Бас должен быть прямо в середине вашего микса.

Таким образом, вы можете использовать такой плагин, как A1StereoControl от Alex Hilton, чтобы расширить стереоизображение, при этом контролируя низкие частоты.

Все, что вы делаете, это применяете фильтр верхних частот внутри плагина, и он не расширяет частоты ниже частоты среза.

Искажения

С помощью плагина искажения вы можете применить фильтр, чтобы он не искажал частоты выше или ниже этой частоты среза.

Например, если вы не хотите, чтобы ваши низкие частоты искажались, примените фильтр высоких частот в приложении искажения.

Плагин Distructor от FL Studio – хороший вариант для начала.

Заключение

По крайней мере, вы, вероятно, будете применять частоты среза с помощью плагина EQ.

Но поскольку вы знаете, что такое частота среза, у вас будет больше контроля над своим миксом. Независимо от того, какой плагин вы используете.

Вы хотите зарабатывать деньги на своей музыке?

Чтобы начать карьеру, вам не нужно дорогое снаряжение, связи или божественные знания.

Этот бесплатный мастер-класс раскрывает ключевые шаги, которые ДЕЙСТВИТЕЛЬНО необходимы для получения надежного дохода, занимаясь любимым делом, в 2021 году.

Пройдите полный мастер-класс здесь:

отсекающих фильтров – SoundBridge

Что такое обрезной фильтр?

Фильтр обычно относится к устройству, которое может удалить что-то из любого объекта.В мире аудио фильтр выполняет очень похожую работу.

Отсекающий фильтр – это процессор, который может ослаблять или полностью удалять определенные части любого заданного частотного спектра, когда сигнал проходит через него. Пользователь устанавливает верхний и / или нижний предел частоты.

Важные термины, которые необходимо знать

Полоса частот, которая может проходить через фильтр, известна как полоса пропускания. Частоты в полосе пропускания также называются «полочными частотами».

Например:

Если сигнал передается через фильтр нижних частот и срезание установлено на 700 Гц. Тогда частотам ниже 700 Гц будет разрешено проходить через фильтр, следовательно, они подпадают под категорию полосы пропускания.

Полоса частот, которая ослабляется или удаляется из спектра, определяется как полоса заграждения.

Например:

Если сигнал передается через фильтр нижних частот и срезание установлено на 700 Гц.Тогда частоты выше 700 Гц будут ослаблены или полностью удалены, следовательно, они попадут в категорию полосы заграждения.

Проще говоря, полоса частот, пропускаемая фильтром, называется полосой заграждения.

Частота, интенсивность которой ослабляется фильтром наполовину относительно частот полосы пропускания без ослабления, называется частотой среза. В зависимости от типа фильтра также ослабляются частоты выше и / или ниже частоты среза.

Его также можно определить как конкретную частоту в полосе заграждения, которая ослабляется на 3 дБ.

Ниже приведена диаграмма, изображающая частоту среза, полосу пропускания и полосу заграждения фильтра нижних частот (LPF):

Наклоны и полюса отсечного фильтра являются эквивалентами друг друга.

Наклон фильтра среза представляет все большее затухание частот выше и / или ниже среза. Более длинный наклон означает более плавное затухание. Наклон измеряется количественно с использованием «децибел на октаву».

Полюс – это не что иное, как приращение затухания на 6 дБ. Таким образом, четырехполюсный фильтр нижних частот имеет 4 последовательно соединенных полюса и, следовательно, имеет наклон 24 дБ / октаву.

Чем больше столбов, тем круче склон.

Типы отрезных фильтров

Фильтр, который постепенно ослабляет частоты ниже частоты среза, называется фильтром верхних частот.

Обрезает низкие частоты, делая звук тоньше.

Фильтр, который постепенно ослабляет частоты выше частоты среза, называется фильтром нижних частот.

Отрезает верхнюю часть.

Этот фильтр имеет две частоты среза. Это позволяет частотам между этими двумя порогами проходить, постепенно ослабляя частоты за пределами полосы пропускания.

Этот фильтр также имеет две частоты среза. Он ослабляет частоты между двумя отсечками, пропуская частоты за пределами полосы заграждения. По сути, это полная противоположность полосовому фильтру.

Дополнительные ресурсы и исходные тексты

Синтез звука и сэмплирование – Мартин Русс

Частота среза волновода »Электроника

Волноводы имеют минимальную частоту или частоту отсечки, ниже которой они не могут работать.

---

Учебное пособие по волноводам Включает:
Основы работы с волноводами Волноводные режимы Импеданс волновода и согласование Частота среза волновода Фланцы волновода Волноводные переходы Изгибы волновода Гибкий волновод Типы и размеры волноводов

---

В результате того, как работают волноводы, все волноводы имеют частоту отсечки. Ниже этой частоты отсечки волновод не может поддерживать передачу мощности по своей длине.

При выборе волновода важно учитывать эту частоту, особенно если возможны какие-либо изменения в системе.

Ввиду критического характера частоты среза, это одна из основных спецификаций, связанных с любым волноводным продуктом.

Волноводный фон частоты отсечки

Волноводы будут передавать или распространять только сигналы выше определенной частоты, известной как частота среза.

Ниже частоты среза волновода он не может передавать сигналы.

Для передачи сигналов волновод должен иметь возможность распространять сигналы, и это зависит от длины волны сигнала. Если длина волны слишком велика, волновод не будет работать в режиме, в котором он может передавать сигнал.

Как можно догадаться, частота среза зависит от его размеров. Ввиду механических ограничений это означает, что волноводы используются только для микроволновых частот. Хотя теоретически возможно построить волноводы для более низких частот, размер не позволит разместить их в пределах нормальных размеров, а их стоимость будет непомерно высокой.

В качестве очень приблизительного ориентира для размеров, требуемых для волновода, ширина волновода должна быть того же порядка величины, что и длина волны передаваемого сигнала. В результате для волноводов используется ряд стандартных размеров, как подробно описано на другой странице этого руководства. Также могут быть специально разработаны другие формы волноводов для работы в данной полосе частот

.

Сведения о частоте отсечки волновода

Хотя точная механика для частоты отсечки волновода различается в зависимости от того, является ли он прямоугольным, круглым и т. Д., Хорошую визуализацию можно получить на примере прямоугольного волновода.Это также наиболее широко используемая форма.

Сигналы могут распространяться по волноводу в нескольких режимах. Однако доминирующим режимом является режим с самой низкой частотой среза. Для прямоугольного волновода это мода TE10.

TE означает поперечное электрическое поле и указывает, что электрическое поле поперечно направлению распространения.

Прямоугольный волновод TE мод

На схеме показано электрическое поле в поперечном сечении волновода.Самая низкая частота, которую может распространять мода, приравнивается к той, на которой волна может «вписаться» в волновод.

Как видно из диаграммы, несколько режимов могут быть активными, и это может вызвать серьезные проблемы и проблемы. Все режимы распространяются немного по-разному, и поэтому, если несколько режимов активны, возникают проблемы с сигналом.

Поэтому лучше всего выбирать размеры волновода так, чтобы для данного входного сигнала волноводом могла передаваться только энергия доминирующей моды.Например: для данной частоты ширина прямоугольной направляющей может быть слишком большой: это приведет к распространению моды TE20.

В результате для прямоугольных волноводов с низким аспектным отношением мода TE20 является модой следующего более высокого порядка и гармонически связана с частотой среза моды TE10. Это соотношение и характеристики затухания и распространения, которые определяют нормальный рабочий диапазон частот прямоугольного волновода.

Формула частоты отсечки прямоугольного волновода

Хотя волноводы могут поддерживать множество режимов передачи, фактически используется только режим TE10.Если сделать это предположение, то расчет нижней граничной точки становится очень простым. Частоту среза для прямоугольного волновода можно рассчитать по формуле, приведенной ниже:

Где:
fc = частота отсечки прямоугольного волновода в Гц
c = скорость света внутри волновода в метрах в секунду
a = большой внутренний размер волновода в метрах

Следует отметить, что частота среза не зависит от другого размера волновода.Это связано с тем, что главный размер определяет самую низкую частоту, на которой волновод может распространять сигнал.

Формула частоты отсечки круглого волновода

Для расчета частоты отсечки круглого волновода требуется другая формула.

Где:
fc = частота отсечки круглого волновода в Гц
c = скорость света внутри волновода в метрах в секунду
a = внутренний радиус круглого волновода в метрах

Хотя можно предоставить более общие формулы частоты отсечки волновода, они просты, удобны в использовании и приспособлены к большинству вычислений.

Частота среза волновода – один из важнейших параметров. Он устанавливает общий предел самой низкой частоты, которая может использоваться любой частотой.

Другие темы об антеннах и распространении:
ЭМ-волны Распространение радио Ионосферное распространение Земная волна Рассеивание метеоров Тропосферное распространение Кубический четырехугольник Диполь Дискон Ферритовый стержень Логопериодическая антенна Параболическая рефлекторная антенна Вертикальные антенны Яги Заземление антенны Коаксиальный кабель Волновод КСВ Балуны для антенн MIMO
Вернуться в меню «Антенны и распространение».. .

ИСКРЫ: определение частоты среза

Определение частоты среза

Рисунок 1. Частотная характеристика цепи RL серии

Цепи переменного тока с конденсаторами и катушками индуктивности также реагируют на частоту , а также как напряжение. Мы можем найти значение частоты, при котором мощность схемы снижается до половины от максимальной.

Частотная характеристика в цепях последовательного RL

Магнитное поле внутри индуктора L сопротивляется быстрым изменениям переменного тока. сигналы. Медленные изменения, как те, которые происходят в низкочастотных сигналах, проходят через катушки индуктивности беспрепятственно, но быстро меняются, высокочастотных сигналов “сопротивляются” индуктором. Это означает на меньше тока на высоких частотах на , поэтому меньше мощность выведена на резистор серии R .На рисунке 1 показано падение ток при увеличении частоты в цепи серии RL .

Частота среза f _c важный параметр для описания этого поведения. Это частота, на которой мощность, отдаваемая схемой, уменьшается вдвое. Поскольку P = I ² R , половина мощности произойдет, когда ток упадет до I _max , или примерно 0,707 I _max . В ваших схемах SPARKS вы можете измерить падение напряжения В _R на резисторе, когда вы отрегулируйте частоту и обратите внимание на частоту f _c когда V _R просто падает до 0,707 В _макс .

Частотная характеристика в последовательных RC-цепях

Рисунок 1. Частотная характеристика RC-цепи серии

Конденсаторы также противостоят изменяющемуся напряжению переменного тока, но в противоположном направлении, чем индукторы.Эффекты быстро изменяющихся электрических полей проходят через конденсатор C беспрепятственно, но теперь медленно изменяющиеся поля «сопротивляются». То есть на меньше тока на низких частотах на . На рисунке 2 показаны малые значения тока на низких частотах. в цепи серии RC .

Так же, как и с индуктором, можно определить отсечку частота для цепи RC . Опять же, измерьте V _R через резистор, когда вы регулируете частоту, и обратите внимание на частоту f _c , когда она упадет до 0.707 В _макс .

Расчет частоты среза

Если вы знаете значения схемы для резистора, конденсатора и катушки индуктивности, вы можете рассчитать значение частоты среза.

Для серии Схема RL :

Для серии RC схема:

Попробуйте эти формулы, используя значения схемы на рисунках выше, и посмотрите, Ваши значения для f _c согласуются с графиком.Будьте осторожны включить научную нотацию, необходимую для префиксов единиц измерения.

Частота среза коаксиального кабеля

Щелкните здесь, чтобы перейти на нашу главную страницу, посвященную коаксиальному кабелю

Новое в октябре 2020 года. Эта страница была отделена от нашей страницы коаксиального кабеля.

Что подразумевается под частотой среза f _c ? Желательному режиму ТЕМ разрешено распространяться на всех частотах, но на частотах выше f _c также разрешено распространяться первой моде более высокого порядка, называемой TE11.Режим более высокого порядка, который испортит ваши потери и КСВН, поскольку они имеют другую скорость распространения, чем режим ТЕМ, и будут мешать ему. Высшие моды будут возбуждаться на небольших дефектах, изгибах и т. Д., Но ниже отсечки они быстро исчезают на прямых участках коаксиального кабеля. Чтобы быть уверенным, что распространяется только одна мода и, таким образом, сигнал остается чистым, вам нужно будет оставаться ниже f _c . Чтобы получить хорошие характеристики на более высоких частотах, необходимы кабели меньшего диаметра, чтобы они оставались на ниже частоты среза (спасибо за исправление, Гэри!). Это причина того, что семейства прецизионных соединителей с воздушным диэлектриком улучшились с 3.5 мм, 2,9 мм, 2,4 мм, 1,85 мм, а теперь и 1 мм, поскольку микроволновые приложения перешли с диапазона X на диапазон W. Для получения дополнительной информации о типах разъемов ознакомьтесь с нашим разделом о микроволновых разъемах!

Чтобы свести к минимуму потери из-за глубины оболочки, вы хотите использовать САМЫЙ БОЛЬШОЙ коаксиальный кабель из возможных, который не поддерживает режим TE11. Критерием отсечки является то, что длина окружности в средней точке внутри диэлектрика должна быть меньше длины волны. Примечание: это ПРИБЛИЖЕНИЕ трансцендентного уравнения, которое необходимо решить численно.Если вам интересно узнать об истинном решении, мы предлагаем вам взять книгу Позара.

Если у вас половина мозга, как у нас, вы легко можете доказать себе, что средняя окружность всего в π раз больше среднего внутреннего и внешнего диаметров. Следовательно, длина волны отсечки для моды TE11 составляет:

Здесь единицы должны быть согласованы, поэтому используйте метры для d и D, чтобы получить длину волны отсечки в метрах. В приведенном выше уравнении мы не учли уменьшение длины волны, когда диэлектрический (или магнитный) материал используется в качестве изолятора коаксиального кабеля.Таким образом, длина волны отсечки для произвольного диэлектрика составляет:

Теперь давайте преобразуем это в частоту среза вместо длины волны среза:

Наконец, мы предлагаем упрощения для частоты среза как в единицах СИ, так и в английских единицах измерения, предполагая, что μ _R обычно = 1 для любого интересующего нас диэлектрика. Мы также изменили уравнения так, чтобы единицы измерения частоты были ГГц. (вместо Герца).

На ноябрь 2015 года у нас есть частотный график, иллюстрирующий частоту среза, благодаря Purushothaman .Как выглядит частотная характеристика для первых двух режимов? Для коаксиальной линии с D = 5 мм и d = 1 мм и воздухом в качестве диэлектрика (ER = 1) уравнение частоты отсечки разрешается до 31,81 ГГц.

На графике ниже «1» в скобках представляет первый режим (т.е. режим ТЕМ), а «2» представляет второй режим или первый режим, не связанный с ТЕМ (т.е. режим TE ₁₁ ). Как и предполагалось, TE11 начинает распространение на частоте 32 ГГц; он сильно ослаблен в зависимости от того, насколько далеко вы работаете ниже порогового значения.Этот график был создан с использованием электромагнитного решателя CST. Обратите внимание, что TEM продолжает распространяться в области выше 32 ГГц, но эти два режима будут мешать друг другу, и вы можете получить неожиданные результаты. Таким образом, рекомендуется оставаться ниже порогового значения TE11, если у вас нет веской причины и вы не знаете, что делаете.

Зачем вам рисковать работой где-то рядом с отсечкой TE11? Затухание из-за металла уменьшается за счет увеличения размера коаксиального кабеля. 7-миллиметровая воздушная линия будет иметь 1/2 потери 3.5-миллиметровая воздушная линия, но выше 19 ГГц, 7-миллиметровый коаксиальный кабель передает две моды и не должен использоваться. Вы можете оценить частоту среза с помощью нашего калькулятора коаксиального кабеля.

Микроволны101 Практическое правило № 117.

Правило 90%: коаксиальный кабель никогда не указывается, что он должен работать выше 90% от его частоты среза TE11. Ниже приведен список частот среза коммерческих разъемов, которые мы рассчитали с использованием нашей загружаемой электронной таблицы для коаксиальных кабелей, а также соотношение рекомендованных и фактических частот среза.

Вид соединителя	Расчетная частота среза TE11 (ГГц)	Рекомендуемая максимальная частота (ГГц)	% частота среза при максимальной рекомендованной частоте (ГГц)
7 мм	19.02	18	95%
3,5 мм	38,0	26,5	70%
2,92 мм	45,6	40	88%
2,4 мм	55,4	50	90%
1,85 мм	71,9	60	83%
1 мм	133	110	83%

Но подождите, на противоположном конце микроволнового спектра есть еще много вариантов коаксиального кабеля! Спасибо Грею.

Для медленных из нас, которые работают ближе к противоположному концу частотного и энергетического спектра – есть коаксиальный кабель 9-3 / 16 дюймов, 50 Ом, длина которого составляет 600 футов, по соседству с моим домом, который работает примерно 140 кВт!

Причина, по которой жесткий коаксиальный кабель (по крайней мере, в США) измеряется в дюймах, заключается в том, что внешние проводники неизменно изготавливаются из медных трубок стандартного размера. Внутренние части имеют нестандартный диаметр.

В те времена, когда радиоинженеры были мужчинами, а УВЧ было что-то выше 30 МС, были и другие интересные характеристические импедансы жесткого коаксиального кабеля.RCA был большим сторонником линии на 51,5 Ом, изготовленной с использованием тефлоновых или стеатитовых прокладок по вашему выбору (и с разными наружными диаметрами внутренних частей из-за разной диэлектрической проницаемости). Не совсем уверен, откуда это взялось, хотя я заметил, что номинальное сопротивление 1-1 / 2 дюйма типа K (1,481 дюйма) и номинальное 1/2 дюйма (внешний диаметр 0,625 дюйма) дает 51,7 Ом.

У меня в гараже есть кусок коаксиального кабеля, извлеченный из направленной АМ антенной решетки, построенной в конце 1940-х годов, в которой используются номинальные 2-дюймовые медные трубки типа L для внешнего (1.505 дюймов) и номинальный диаметр 3/8 дюйма (0,5 дюйма) для внутреннего, обеспечивая полное сопротивление 66 Ом.

Это все линии передачи из жесткой меди с воздушным диэлектриком, сопротивление 50 Ом, если не указано иное. Забавно, как низкочастотный коаксиальный кабель указывается в дюймах, в то время как настоящие микроволновые люди используют миллиметры (UE)

.

Внешний диаметр внешнего проводника	Практическая частота среза
7/8 ”	6 ГГц
1-5 / 8 ”	3 ГГц
3-1 / 8 ”	1.6 ГГц
4-1 / 16 ”	1,26 ГГц
6-1 / 8 ”	806 МГц
6-1 / 8 ”(75 Ом)	830 МГц
7-3 / 16 ”(75 Ом)	752 МГц
8-3 / 16 ”(75 Ом)	704 МГц
9-3 / 16 ”	552 МГц
9-3 / 16 ”(75 Ом)	615 МГц

Здесь, например, можно найти внутренние диаметры и другую информацию.

Мы пытались сравнить режим коаксиального кабеля TE11 с режимом TEM в Powerpoint. Не очень удачная попытка, есть гораздо лучшие наброски времен Второй мировой войны RadLab. Что сказал нам учитель третьего класса на детской площадке 50 лет назад? Важно то, что мы попробовали. Неа, это чушь, у нас провалились ….

Режим ТЕМ, кабель нарезан при максимальной напряженности электрического поля

Режим TE11, кабель также нарезан при максимальной напряженности электрического поля.

Что нам не удалось уловить, так это то, что есть линии поля на восточной и западной стороне, которые начинаются и заканчиваются на внешней оболочке, а также петлями взад и вперед. Обратите внимание, что в режиме TE11 магнитные поля больше не являются чисто поперечными, они направлены в радиальном и продольном направлениях и, как всегда, образуют замкнутые контуры.

На помощь пришел ридер. Приведенные ниже изображения были получены от Даниэля в марте 2014 года. Во-первых, вот два изображения желаемого режима ТЕМ:

А вот нежелательный режим TE11:

Спасибо!

Калькулятор постоянной времени и частоты среза Верхняя и нижняя угловая частота Разрыв частотной характеристики RIAA RC pad tau и f RIAA NAB CCIR DIN FM-преобразователь отсечка отсечки EQ-фильтр Усиление предварительного акцента De-Emphasis preemphasis Demphasis

Калькулятор постоянной времени и частоты среза верхняя и нижняя угловая частота RIAA АЧХ обрыв RC pad tau и f RIAA NAB CCIR DIN FM преобразование отсечка отсечка EQ фильтр акцент Pre-Emphasis De-Emphasis preemphasis Demphasis – sengpielaudio Sengpiel Berlin

Заполните поле выше и щелкните соответствующий пункт «рассчитать» ниже. Греческая буква для постоянной времени tau = τ , а 1 микросекунда равна 10 −6 секундам.

Постоянная времени τ в мкс	Отрезка частота f c в Гц	Выравнивание упор
7958	20	• (RIAA)
3183	50	• RIAA, NAB
1592	100
318	500	• RIAA
200	796
140	1137
120	1326	MC
100	1592
90	1768	MC
75	2122	• RIAA, FM
70	2274
50	3183	НАБ, ПКМ, FM
35	4547	DIN
25	6366
17.5	9095	AES
15	10610	PCM
12,5	12732
10	15915

Частота среза:

Постоянная времени:

Условные уравнения:
Частота отсечки f _c в Гц = 159155/ τ в мкс
Постоянная времени τ в мкс = 159155/ f _c в Гц

Возможное предварительное выделение / снятие выделения для PCM , записывающего для DAT или CD (15/50 с EIAJ DAT / CD).

Частота среза:

Постоянная времени:

Условные уравнения:
Частота отсечки f _c в Гц = 159155/ τ в мкс
Постоянная времени τ в мкс = 159155/ f _c в Гц

При частоте среза f c падения напряжение В всегда падает до значения 1 / √2, а уровень напряжения снижается до 20 × log (1 / √2) = (-) 3,0103 дБ.

Постоянная времени и частота среза

AME – Кривая Master Equalization Curve Ampex
Pre-Emphasis и De-Emphasis или preemphasis и demphasis

В США постоянная времени FM-радио составляет 75 мкс, но также и в Корее, Тайвань, Таиланд, AFN по всему миру и остальная часть Америки. В Европе FM-радио имеет постоянную времени 50 мкс, но также и в Африке, Азии (без Кореи, Тайваня, Таиланда), Тихоокеанском регионе.

Запись выравнивания резки RIAA

Преобразование

Чтобы использовать калькулятор, просто введите значение. Калькулятор работает в обоих направлениях знака ↔ .

Постоянная времени τ = R × C R = τ 9045 = τ / R

Постоянная времени в секундах = сопротивление в омах × емкость в фарадах

Введите два значения , будет рассчитано третье значение.

Угловая частота ω c = Угловая частота ω c Угловая частота ω c складывается из угловой частоты f c : ω c = 2 π × f c Угловая частота c = частота среза f c Для систем, соответствующих дифференциальному уравнению первых классов, точкой отсечения является пересечение горизонтальной асимптоты с асимптотой падающей ветви диаграммы Боде.В этот момент уровень составляет –3 дБ, а фазовый сдвиг – 45. Это означает, что падение амплитуды выходного значения достигло 30% от входного размера. При этом постоянная времени τ такой системы равна: τ = 1 / ω c = 1 / 2 π × f c

Частота отсечки до угловой частоты угла и наоборот

Чтобы использовать калькулятор, просто введите значение. Калькулятор работает в обоих направлениях знака ↔ .

Преобразование дБ / октаву в дБ / декаду
дБ / октаву в дБ / дек

Увеличение на 20 дБ на декаду эквивалентно увеличению на 6 дБ на октаву

6 дБ / октава = 20 дБ / декада 12 дБ / октава = 40 дБ / декада 18 дБ / октава = 60 дБ / декада 24 дБ / октава = 80 дБ / декада 20/6.0206 = 3,3219 В 1 декаде 3322 октавы, Таким образом, 1 дБ / декада = 3,322 × дБ / октава.

Чтобы использовать калькулятор, просто введите значение. Калькулятор работает в обоих направлениях знака ↔ .

Что такое частота среза?

Когда амплитуда входного сигнала остается неизменной, частота изменяется, чтобы уменьшить выходной сигнал до 0.707 раз больше максимального значения. То есть частотная характеристика – это частота среза в точке -3 дБ. Он используется для объяснения показателя частотной характеристики. Специальная частота.

Когда амплитуда входного сигнала остается неизменной, частота изменяется, чтобы уменьшить выходной сигнал до 0,707 максимального значения. То есть частотная характеристика – это частота среза в точке -3 дБ. Он используется для объяснения показателя частотной характеристики.2 = 1/2

Существует граничная частота на высокочастотном конце и низкочастотном конце, соответственно называемые верхней и нижней частотой отсечки. Частотный диапазон между двумя частотами среза называется полосой пропускания.

Фотоэлектрический эффект с частотой отсечки

Когда свет попадает на поверхность металла, электроны уходят с поверхности металла. Но не все частоты падающего света могут вызывать фотоэлектрический эффект.Для определенного металлического материала, только когда частота падающего света превышает определенную частоту v0, электроны могут вылетать с поверхности металла и образовывать фототок. Эта частота v0 называется частотой среза, также известной как красная предельная частота, предельная частота. Частота отсечки зависит от материала катода, и v0 различных металлических материалов обычно различается. Если частота v падающего света меньше частоты среза v0, независимо от того, насколько сильна интенсивность падающего света, фотоэлектрический эффект не может быть произведен.

Проще говоря, частота среза относится к граничной частоте энергии выходного сигнала системы, которая начинает резко падать или резко возрастает в полосовом фильтре (обычно на -3 дБ

Полосовой фильтр с частотой среза верхний предел f1 и нижний предел f2

Для границ).

Взаимосвязь между частотой среза, частотой среза разомкнутого контура и частотой среза замкнутого контура

Частота среза разомкнутого контура также называется частотой сдвига.Это частота, при которой кривая амплитудно-частотной характеристики пересекает линию 0 дБ на амплитудно-частотной характеристике разомкнутого контура и обозначается как c. Частота среза замкнутого контура также называется частотой полосы пропускания, что означает, что когда амплитудно-частотная характеристика замкнутого контура уменьшается, когда частота на 3 дБ ниже значения в децибелах, когда частота равна нулю, соответствующая частота равна записан как b ^[1] .

Частота среза разомкнутого контура изотропна частоте среза замкнутого контура.Частота среза разомкнутого контура и частота среза замкнутого контура – это две разные физические величины, которые используются для описания амплитудно-частотных характеристик разомкнутой системы и замкнутой системы, но между ними существует определенная корреляция, то есть частота отсечки открыто-закрытого типа и ее единица. Частота среза отрицательной обратной связи с обратной связью увеличивается в том же направлении. И имеет следующие отношения: b> c ^[1] .

Поскольку частота среза замкнутого контура может использоваться для характеристики переходной скорости отклика системы с замкнутым контуром, чем выше частота среза замкнутого контура b, тем выше скорость переходного отклика.Поскольку c и b изотропны, скорость переходного процесса системы может быть известна из диаграммы Боде системы, то есть чем выше частота сдвига c, тем выше скорость переходного процесса ^[1] .