Фильтры низких частот: Что такое фильтр нижних частот? Руководство по основам пассивных RC фильтров

1.19. RC-фильтры

ОСНОВЫ ЭЛЕКТРОНИКИ

Полное и реактивное сопротивление

Благодаря тому что импеданс конденсатора, равный Zc = -j/ωС, зависит от частоты, с помощью конденсаторов и резисторов можно строить частотно-зависимые делители напряжения, которые будут пропускать только сигналы нужной частоты, а все остальные подавлять. В этом разделе вы познакомитесь с примерами простейших RС-фильтров, к которым мы будем неоднократно обращаться в дальнейшем. В гл. 5 описаны более сложные фильтры.

Рис. 1.52. Фильтр высоких частот.

Фильтры высоких частот. На рис. 1.52 показан делитель напряжения, состоящий из конденсатора и резистора. Согласно закону Ома для комплексных величин,

I = U_вх/Z_полн = U_вх/R – (j/ωC) = U

(Окончательный результат получек после умножения числителя и знаменателя на комплексное число, сопряженное знаменателю.) Итак, напряжение на резисторе R равно

U_вых = IZ_R = IR = U_вх[R + (j/ωС)R]/R²+1/ω²C².

Чаще всего нас интересует не фаза, а амплитуда U_вых:

U_вых = (U_выхU_вых^*)^1/2 = U_вхR/[R² + (1/ω²C²)]^1/2.

Сравните полученный результат с выражением для резистивного делителя:

U_вых = U_вхR₁/(R₁ + R₂).

Векторное представление импеданса RС – цепи (рис. 1.53) показано на рис. 1.54.

Рис. 1.53.

Рис. 1.54.

Итак, если не принимать во внимание сдвиг фаз, а рассматривать только модули комплексных амплитуд, то «отклик» схемы будет определяться следующим образом:

U_вых = U_вхR/[R² + (1/ω²C²)]^1/2 = U_вх2πƒRC/[1 + (2πƒRC)]^1/2.

График этой зависимости представлен на рис. 1.55. Такой же результат мы бы получили, если бы определили отношение модулей импедансов как в упражнении 1.17 и в примере перед этим упражнением; числитель представляет собой модуль импеданса нижнего плеча делителя R, а знаменатель – модуль импеданса последовательного соединения R и С.

Рис. 1.55. Частотная характеристика фильтра высоких частот.

Как вы видите, на высоких частотах выходное напряжение приблизительно равно входному (ω > 1/RC), а на низких частотах выходное напряжение уменьшается до нуля. Мы пришли к важному результату, запомните его. Подобная схема, по понятным причинам, называется фильтром высоких частот. На практике ее используют очень широко. Например, в осциллографе предусмотрена возможность связи по переменному току между исследуемой схемой и входом осциллографа. Эта связь обеспечивается с помощью фильтра высоких частот, имеющего перегиб характеристики в области 10 Гц (связь по переменному току используют для того, чтобы рассмотреть небольшой сигнал на фоне большого напряжения постоянного тока). Инженеры часто пользуются понятием «точки излома» -3 дБ для фильтра (или любой другой схемы, которая ведет себя как фильтр)! В случае простого RC – фильтра высоких частот точка излома -3 дБ определяется выражением:

ƒ_3дб = 1/2πRC.

Обратите внимание, что конденсатор не пропускает ток (ƒ = 0). Самый распространенный пример использования конденсатора-это использование его в качестве блокирующего конденсатора постоянного тока. Если возникает необходимость обеспечить связь между усилителями, то почти всегда прибегают к помощи конденсатора. Например, у любого усилителя звуковой частоты высокого класса все входы имеют емкостную связь, так как заранее не известно, какой уровень постоянного тока будут иметь входные сигналы. Для обеспечения связи необходимо подобрать R и С таким образом, чтобы все нужные частоты (в данном случае 20 Гц – 20 кГц) поступали на вход без потерь (без деления на входе).

Рис. 1.56. а – Изменение реактивного сопротивления индуктивностей и конденсаторов в зависимости от частоты. Все декады одинаковы и отличаются лишь масштабом. б – Увеличенное изображение одной декады из графика А. график построен для стандартных компонентов, имеющих точность 20%.

В качестве примера рассмотрим фильтр, показанный на рис. 1.57. Это фильтр высоких частот с точкой перегиба 3 дБ на частоте 15,9 кГц. Импеданс нагрузки, подключаемой к фильтру, должен быть значительно больше 1 кОм. иначе нагрузка будет искажать выходное напряжение фильтра. Источник сигнала должен обеспечивать возможность подключения нагрузки 1 кОм без значительной аттенюапии (потери амплитуды сигнала), иначе фильтр будет искажать выход источника сигнала.

Рис. 1.57. Рис. 1.58. Фильтр низких частот.

Фильтры низких частот. Если поменять местами R и С (рис. 1.58), то фильтр будет вести себя противоположным образом в отношении частоты. Можно показать, что U_вых = [1/1 + ω²R²С²)^1/2] U_вх. График этой зависимости представлен на рис. 1.59. Такой фильтр называют фильтром низких частот. Точка -3 дБ на характеристике фильтра находится на частоте ƒ = 1/2πRC. Фильтры низких частот находят очень широкое применение. Например, их используют для устранения влияния близлежащих радио – и телевизионных станций (550 кГц – 800 МГц), на работу усилителей звуковых частот и других чувствительных электронных приборов.

Рис. 1.59 Частотная характеристика фильтра низких частот.

Упражнение 1.21. Докажите справедливость выражения для выходного напряжения фильтра низких частот.

Выход фильтра низких частот можно рассматривать в качестве самостоятельного источника сигналов. При использовании идеального источника напряжения переменного тока (с нулевым импедансом) фильтр со стороны выхода низких частот имеет сопротивление R (при расчетах полных сопротивлений идеальный источник сигналов можно заменить коротким замыканием, т.е. его нулевым импедансом для малого сигнала). В выходном импедансе фильтра преобладает емкостная составляюшая. и на высоких частотах он становится равным нулю. Для входного сигнала фильтр представляет собой нагрузку, состоящую на низких частотах из сопротивления R и сопротивления нагрузки, а на высоких частотах – нагрузку, равную просто сопротивлению R.

Рис. 1.60. Фазочастотная и амплитудно-частотная характеристики фильтра низких частот, изображенные в логарифмическом масштабе. В точке 3 дБ фазовый сдвиг составляет 45° и в пределах декады изменения частоты лежит в пределах 6° от асимптотическою значения.

На рис. 1.60 изображена также частотная характеристика фильтра низких частот, но в более общепринятом виде для вертикальной и горизонтальной осей использован логарифмический масштаб. Можно считать, что по вертикальной оси откладываются децибелы, а по горизонтальной – октавы (или декады). На таком графике равные расстояния соответствуют равным отношениям величин. В виде графика изображен также фазовый сдвиг, при этом для вертикальной оси (градусы) использован линейный масштаб, а для оси частот-логарифмический. Такой график удобен для анализа частотной характеристики даже в случае значительной аттенюации (справа): целый ряд таких графиков представлен в гл. 5, посвященной изучению активных фильтров. Отметим, что при значительной аттенюации изображенная на графике кривая вырождается в прямую линию с наклоном -20 дБ/декада (инженеры предпочитают выражение « -6 дБ/октава»).

Упражнение 1.22. Докажите последнее утверждение.

Возникает интересный вопрос: можно ли сделать фильтр с какой-либо другой заданной амплитудной характеристикой и какой-либо другой заданной фазовой характеристикой. Пусть вас это не удивляет, но ответить можно только отрицательно – нельзя. Фазовая и амплитудная характеристики для всех возможных фильтров подчиняются законам причинной связи (т.е. характеристика является следствием определенных свойств, но не их причиной).

Частотные характеристики дифференцирующих и интегрирующих RС – цепей. Схема дифференцирующей RС – цепи, которую мы рассмотрели в разд. 1.14, имеет такой же вид, как и схема фильтра высоких частот, приведенная в настоящем разделе.

U_вх = RC d/dt sinωt = ωRCcosωt.

Отсюда U_вых « U_вх, если ωRC « 1, т.е. RC « 1/ω. Если входной сигнал содержит некоторый диапазон частот, то условие должно выполняться для самых высоких частот входного диапазона.

Схема интегрирующей RC – цепи (разд. 1.15) имеет такой же вид, как и схема фильтра низких частот: аналогично в хорошем интеграторе самые низкие частоты входного сигнала должны существенно превышать частоту в точке -ЗдБ.

Индуктивности и конденсаторы. Индуктивности, также как и конденсаторы, в сочетании с резисторами образуют схемы фильтров низких (или высоких) частот. Однако на практике RL – фильтры низких и высоких частот встречаются редко. Это связано с тем, что индуктивности более громоздки и дороги, а работают хуже, чем конденсаторы (их характеристики более существенно отличаются от идеальных). Если есть возможность выбора, то предпочтение лучше отдать конденсатору. Исключением из этой общей рекомендации являются ферритовые бусины (маленькие торроидальные сердечники) и дроссели в высокочастотных схемах. Несколько бусин нанизывают на провод, благодаря этому соединение, выполненное с помощью провода, становится в некоторой степени индуктивным; импеданс на высоких частотах увеличивается и предотвращает «колебания» в схеме, при этом в отличие от RС – фильтра активное сопротивление схемы не увеличивается. Радиочастотный дроссель – это катушка, состоящая из нескольких витков провода и ферритового сердечника и используемая с той же целью в радиочастотных схемах.

Диоды и диодные схемы

Фильтр высоких частот (ФВЧ) и фильтр низких частот (ФНЧ/LPF) в ламповом усилителе

Очень хотелось перейти к теме ламповых усилителей, их простой и увлекательной схемотехнике, особенностям окружения для них и прочим моментам, но я понял, что если начать рассказ сразу с какого то интересного, но произвольного момента, то без некоторых теоретических знаний читатель может не повысить грамотность, а все так же тыкать палкой дохлую белку (менять конденсаторы и резисторы методом тыка), в надежде, что белка оживет.

Если посмотреть на многие схемы ламповых усилителей, то  глаз без труда увидит цепочки фильтров. Они могут образовываться там, где начинающий разработчик о них и не помышлял, это же касается и местной обратной связи.

Поэтому сегодня генеральная репетиция перед основным вхождением в тему лампового усиления – будем разбираться с фильтрами.

В схемотехнике часто применяется фильтр низких частот и фильт высоких частот. Эта тема уже понималась в материалах по ЦАП на сайте, но там была своя специфика.

Первое – название фильтра не то, чем кажется.

Например, ФИЛЬТР НИЗКИХ ЧАСТОТ  занимется тем, что… обрезает ВЫСОКИЕ ЧАСТОТЫ.

Или другими словами, он пропускает низкие частоты до определенной частоты,  выше которой – все, проход закрыт. По английски этот фильтр называется более вразумительно – LPF – Low Pass Filter – фильтр пропускающий низкие частоты.

Т.е.  если в вашей схеме нужно ограничить частотный диапазон по верхнему краю, например от 0 до 35000 гц, то вам нужен фильтр Низких Частот (ФНЧ), который вы настроите на граничную частоту в 35000 Гц.

Другая ситуация, когда вы хотите отрезать низкие частоты – тогда вам нужно использовать Фильтр Высоких Частот (ФВЧ).

ФВЧ пропускает все частоты от нижней заданной частоты и выше.

Например, нужно чтобы диапазон частот устройства начинался с 20 Гц и далее.

Вам нужен ФВЧ фильтр, который отрежет все нижние чатсоты от 0 до Гц, а все что выше 20 Гц не тронет.

Фильт высоких частот и низких  образуется на схеме из связки резистор и конденсатор, что связано с особенностями реагирования элементов на определенные частоты.

В фильтре высоких частот сперва стоит конденсатор, а затем резистор, смотрите картинку.

напомню, в ФВЧ вы указываете, что срезать все, что ниже указанной частоты среза. Например 20 гц, и все что ниже не пройдет, а все что выше 20 гц – пройдет. Т.е. вы срезаете “низы” фильтром высоких частот.

Фильтр низких частот (ФНЧ) так же состоит только из резистора и конденсатора, но они меняются местами, смотрите картинку ниже:

И соответственно вы задаете верхнюю границу среза, т.е. срезаете “верха”, а все что ниже – остается. Например вы задаете 35 кГц, и все что выше – не пройдет, а все что ниже – останется.

Ну и логично, что чтобы ограничить диапазон устройства параметрами 20 Гц – 20 кГц понадобится использовать оба фильтра порезав частоты и сверху (ФНЧ) и снизу (ФВЧ).

Для простоты запоминания – ФНЧ – срезает “верха”, ФВЧ – срезает “низы”.

Такая вверх тормашками логика.

Теперь используем немного математики, чтобы определить, какие номиналы резастора и конденсатора нужны, чтобы получить необходимую частоту среза.

Так как в схемах ламповых усилителей вы чаще всего увидите фильтры высоких частот, то давайте посмотрим на какую-то подобную схему и определим, на какой частоте срез задал неизвестный нам автор схемы (схема взята из интернет).

Честно, чтобы подобрать схему для демонстрации примера мне пришлось потратить время, ибо в 9 из 10 случаев авторы схем, как я понял, вообще не понимали смысл используемых номиналов и значения фильтра были просто бредовый.

Посмотрите внимательно на кусочек схемы, видите ли вы ФВЧ фильтр? Если пока не смогли ее определить, то ниже я выделил ФВЧ заключив в красный квадрат.

Давайте определим какие частоты срезает этот фильтр. Так как это ФВЧ (фильтр высоких частот), то он срезает “низы”. Соответственно  наверняка это какое-то небольшое значение в герцах, до 20-30.

Давайте проверим.

Все формулы расчитываются в основных значениях, т.е в Омах, Фарадах, Герцах, а не мега, кило, микро и тд.

Поэтому прежде всего нам понадобится знание как перевести микро/пико/нано/кило, мега в адекватные для расчета значения.

Итак

1 пикофарад = 0,000000000001 Ф или 1 * 10 в -12 степени

1 нанофарад = 0,000000001 Ф или 1 * 10 в -9 степени

1 микрофарад = 0,000001 Ф или 1 * 10 в -6 степени

1 мегаом = 1000000 Ом

1кОм = 1000 Ом

1 кГц = 1000 Гц.

Давайте для примера 100 микрофарад преобразуем в фарады.

1 Фарад – это 10 в -6 фарад

Можно посчитать попроще или посложнее. Если попроще, то 100 – это два нуля, то есть +2 степень, а у фарада -6 степень, значит +2-6=-4 степень.  Т.е. наше число будет иметь 4 цифры после запятой.

Соответственно

100 мф превращаются в 0,0001(00) Ф.

Посчитайте количество цифр после запятой – оно равно 4.

Иначе считаем так – умножаем 100 мФ на число в котором 6 цифр после запятой, последняя не ноль:

100 * 0,000001= 0,0001 Ф

Хорошо, основы дворовой математики закрепим чуть ниже.

Формула по которой считается частота среза следующая:

Fсреза = 1/ 2Пи * R * C

R – номинал резистора фильтра

С- номинал конденсатора фильтра

Пи – число равно 3,14, соответственно 2Пи = 2*3,14 = 6,28

Смотрим на схему, в аудиофильный красный квадрат .

Значение конденсатора 0,1.

В схемах (в отличие от формул) принято указывать значения в микрофарадах, если не указано никаких пояснений.

Следовательно значение конденсатора 0,1 мФ.

Резистор установлен с номиналом 68К.

Переведм значения для расчета.

0,1 мФ = -1 степень + -6 степень = -7 степень = пишем 7 значений после запятой = 0,0000001 Ф

68К – это 68 кОм

1кОм = 1000 Ом, следовательно

68 КОМ = 68*1000 = 68000 Ом.

Теперь считаем частоту среза.

Fсреза = 1/ 2Пи * R * C

Fсреза = 1 / 6,28 * 68000 * 0,0000001 = 23 Гц

Итого, автор схемы установил частоту среза ФВЧ на значении 23 Гц.

Т.е. все частоты, что ниже 23 Гц будут отрезаны, а все что выше 23 Гц спокойно будут проходить дальше.

Давайте так же посмотрим промышленную, как я понял, схему.

В ней значение конденсатора такое же, но значение резистора большее = 100 к.

Посчитаем, на какую частоту среза настроен этот ФВЧ.

Fсреза = 1/ 2Пи * R * C

Fсреза = 1/6.28 * 100000 * 0.0000001 = 16 Гц

В завершении проанализируем еще одну схему лампового усилителя с точки зрения используемых ФВЧ фильтров.

Смотрим рисунок ниже.

Это схема усилителя на популярных лампах 6н3п + 6п14п.

Поищем цепочки фильтров.

Один фильтр образуется на входе из сочетания входного конденсатора С7 (6,8 мФ) отрезающего постоянный ток, чтобы он не попал на сетку лампы и регулятора громкости R12 (22K).

Понятно, что меняя сопротивление переменного резистора R12 и частота среза будет изменяться – это мы тоже ниже исследуем.

Второй ФВЧ фильтр установлен на входе ко второму каскаду на 6П14П.

С него и начнем.

Конденсатор имеет номинал 0,47 мФ, это -2 степень (два числа после запятой). Для перевода в Фарад, который -6 степень получим -8 степень, или 8 значений после запятой = 0,00000047 Ф

Резистор  220 К = 220000 Ом

Fсреза = 1/ 2Пи * R * C

Fсреза = 1/ 2Пи *220000 * 0,00000047 =1/6,28*220000*0,00000047=1,5 Hz

Т.е. на входе лампы 6п14п происходит срез низких частот начиная с 1,5 Гц.

Мне это кажется как-то странным, но я и не специалист в ламповой схемотехнике.

Ладно, посмотрим, что происходит на входе усилителя, где так же срезается звуковой диапазон.

С = 6,8 мФ в микрофарадах получится

Мф = -6 степень Фарад

т.е. 6 значений после запятой для целого числа (6,8 = 6 целое, 8 дробное) + далее идут дробные.

Итого 6,8 мФ= 0,0000068

или если кому проще, для перевода из мФ в Ф, умножьте микрофарады на 0,000001 (6 чисел после запятой).

6,8мф = 6,8*0,000001 = 0,0000068 Ф

Резистор 22К = 22000 Ом

Fсреза = 1/ 2Пи * R * C

Fсреза = 1/ 2Пи * 22000 * 0,0000068 Ф = 1/6.28*22000*0,0000068  = 1 Hz

Хорошо, переменный регулятор при значении сопротивления в 22К, задает фильтру значение в 1 Гц.

А если мы крутим ручку громкости на 50%, сделав сопротивление меньше – 11 кОм, что произойдет с фильтром?

Fсреза = 1/ 2Пи * 11000 * 0,0000068 = 1/6.28*11000*0,0000068  = 2 Hz

И если выкрутим ручку громкости полностью, сделав сопротивление, пусть 1 кОм = 1000 Ом.

Fсреза = 1/ 2Пи * 1000 * 0,0000068 = 1/6.28*11000*0,0000068  = 23 Hz

Итого мы наблюдаем картину, что на входе фильтр плавает в диапазонах 1-23Гц, а на входе второй лампы пытается ограничивать на рубеже 1,5 Гц и ниже. Чтобы понять логику этого наверное нужно вникать в схему глубже, мы же пока лишь исследуем фильтры.

Для чего вообще нужно ограничивать диапазон ответ следующий, в конструкции  используются трансформаторы с не бесконечными характеристиками, и зная,  что например ваш выходной трансформатор умеет работать только от 30 Гц, нет никакого смысла гонять по схеме частоты, которые ваш усилитель не сможет воспроизвести.

Поэтому исходя их характеристик трансформатора ограничивают диапазон его возможностями. В схеме выше, так, навскидку, я логики такого ФВЧ не понял.  Если среди читающих этот материал есть люди собаку съевшие на ламповом усилителе – подключайтесь к обсуждению, делитесь своими знаниями.

После этого материала вам вероятно несложно будет самостоятельно определить используется ли фильтр частот в схеме и на какой срез он рассчитан.

А раз так, то самое время перейти к теме ламповой схемотехники и самостоятельной разработки схемы лампового усилителя, после обзорного материала.

До новых встреч.

Физики разработали новые фильтры нижних частот

Красноярские ученые разработали метод создания новых миниатюрных фильтров нижних частот с широкими областями пропускания и подавления сигналов. Это позволит массово производить более дешевые фильтры без потери их точных характеристик. Результаты исследования опубликованы в журнале Technical Physics Letters.

Фильтры нижних частот применяются в спутниковых системах связи, системах радиолокации и навигации и сотовой связи, в которых наряду с полезным сигналом на основной рабочей частоте создаются и распространяются паразитные сигналы высших частот, способные исказить передаваемую информацию и вывести из строя всю систему. Фильтры пропускают сигналы основной рабочей частоты и подавляют (отражают) лишние импульсы. Большинство таких фильтров представляют собой габаритные конструкции с большим количеством элементов.

Ученые Федерального исследовательского центра «Красноярский научный центр СО РАН» вместе с коллегами из Сибирского федерального университета и Сибирского государственного университета науки и технологий имени академика М. Ф. Решетнева разработали новую методику создания миниатюрных фильтров низких частот, в которой отошли от использования традиционных резонаторов и увеличили диапазон пропускания частот. Важная особенность таких фильтров в низкой стоимости при сохранении электрических характеристик фильтров, в частности, предложенная конструкция позволяет значительно увеличить селективность конструкции – расширить и углубить полосу заграждения и увеличить крутизну склона полосы пропускания.

«Фильтры нижних частот применяются в специализированных системах связи, радиолокации и навигации, заказчиком которых чаще всего выступают военные ведомства. Однако некоторые устройства изготавливаются и в интересах гражданских предприятий. К фильтрам для военной промышленности предъявляются высокие требования, но их стоимость намного выше, чем доступная цена для бытовых применений. Последние десять лет мы стремились к тому, чтобы создать новое поколение устройств – высокоселективных, дешевых и доступных для любого потребителя. Недавно было придумано решение, которое позволяет увеличивать селективность фильтра. В настоящий момент фильтр прошел испытания и готов к выходу в массовое производство», – рассказал Андрей Лексиков, кандидат технических наук, старший научный сотрудник Института физики им. Л. В. Киренского Красноярского научного центра СО РАН.

«Фильтры нижних частот применяются в специализированных системах связи, радиолокации и навигации, заказчиком которых чаще всего выступают военные ведомства. Однако некоторые устройства изготавливаются и в интересах гражданских предприятий. К фильтрам для военной промышленности предъявляются высокие требования, но их стоимость намного выше, чем доступная цена для бытовых применений. Последние десять лет мы стремились к тому, чтобы создать новое поколение устройств – высокоселективных, дешевых и доступных для любого потребителя. Недавно было придумано решение, которое позволяет увеличивать селективность фильтра. В настоящий момент фильтр прошел испытания и готов к выходу в массовое производство», – рассказал Андрей Лексиков, кандидат технических наук, старший научный сотрудник Института физики им. Л.В. Киренского Красноярского научного центра СО РАН.

Исследование поддержано Министерством науки и образования Российской федерации в рамках соглашения о развитии кооперации российских вузов, научных учреждений и производственных предприятий.

Преобразователь низких частот для сабвуфера

Главную часть сабвуферов представляет собой фильтр низких частот. Зачем требуется устанавливать ФНЧ? Сабвуфер излучает звуковые сигналы низкой частоты. Если подключить усилитель сразу на сабвуфер, звучание будет таким же, как и с обычными аудиоколонками.

Блок фильтров низкой частоты

ФНЧ срезает частоты, которые не нужны, передает на входной канал усилителя только низкочастотные колебания звуковой частоты. Многие фильтры срезают сигналы меньше 20 Гц и больше 200 Гц, при этом остается бас, который слышен из сабвуфера.

Базовые виды фильтров низких частот:

• Активный;
• Пассивный;

Фильтр пассивного вида включает в себя только резисторы и емкости.

Фильтры не имеют в составе компоненты усиления. Главное преимущество фильтра – это конструктивная простота, малое число компонентов.

Фильтры низких частот имеют негативную сторону. Проходящий через фильтр звук уменьшает громкость, и на выходе остается слабый сигнал, требующий усиления. Для усиления такого сигнала применяют усилитель, после которого сигнал идет на главный усилитель.

Фильтры пассивного вида производят первого порядка. Во втором каскаде фильтрации нет смысла, так как сигнал звука после него уменьшается в десятки раз.

Фильтры активного вида включают в себя пассивный фильтр и усилитель частот звука, который восполняет потери от фильтра, усиливает звук на выходе. ФНЧ можно изготовить с помощью одного транзистора. Фильтры изготавливаются на микросхемах, применяются усилители звука малой мощности.

Главное преимущество фильтра низкой частоты состоит в обеспечении высокого сигнала выхода, в регулировке частот необходимого интервала. Фильтры подключают к питанию. На главном трансформаторе создают обмотку питания фильтра.

Большое число радиодеталей, сложная схема являются вторым недостатком фильтров низкой частоты.

Виды преобразователей частоты

Изобретение частотных преобразователей стало прорывом в приводах электрической машины. Изменился подход в конструировании систем приводов двигателей. Когда создавали сложную конструкцию регулирования значений момента и скорости, то за основу брали двигатели, работающие на постоянном токе. Автономные инверторы тока с двигателями переменного тока вытеснили моторы постоянного тока.

В электрических приводах двигатели короткозамкнутые, вытеснили двигатели с последовательным возбуждением постоянного тока.

Классы преобразователей частоты

Прибор, изменяющий напряжение определенной частоты входа в напряжение с другой частотой является преобразователем частоты.

Классы:

• Двухзвенные.
• Непосредственные.

Реверсивный частотник – непосредственный класс прибора. Преимущество состоит в прямом подключении без дополнительных сетевых приборов.

Тиристорный, транзисторный частотник – это двухзвенный инвертор. Он отличается от непосредственного инвертора. Для безопасной эксплуатации ему нужно звено постоянной величины. Для соединения с сетями общепромышленного вида нужен выпрямитель. Выпрямитель, частотник комплектуют совместно, для дальнейшей работы в одной управляющей системе.

Двухзвенные инверторы

Преобразователь частоты, с фильтром, выпрямителем, созданный с инвертором с токовым звеном, называется двухзвенным.

ЭМ – машина электрическая, АИН – инвертор автономного типа, L_ф, С_ф, – емкость и индуктивность, f_нз – выходная частота, u_dз – выходного напряжения при применении выпрямителей, СУВ, СУИ – управляющие системы, u_нз – определение напряжения, В – выпрямитель. Включенные связи изображены пунктиром, зависят от типа прибора.

Чтобы улучшить сглаживание и качество энергии применяют фильтр LC. Схема подключения Г-образная. В схеме применяют сдвиг фаз, обмотки трансформатора включают в звезду и треугольник.

Эта схема подключения имеет высокую стоимость, используется совместно с индивидуальным трансформатором.

Выпрямительный блок бывает управляемым и неуправляемым. При управляемом выпрямителе опция регулировки напряжения достается ему или автономному инвертору. Выпрямитель должен иметь реверс и полное управление для осуществления рекуперации электроэнергии (двухкомплектный). Управление инвертором осуществляется  методом импульсов. Широко применяемые способы – широтно-импульсные.

Автономные частотники используются в большей степени.

АИТ – автономный токовый инвертор, СУИ, СУВ – управление частотниками, УВ – управляемый блок выпрямителей, L_ф – индуктивность, f_нз – частота на выходе, і_dз – ток на выходе звена постоянного тока.

В автономном частотнике выходная величина – это напряжение. В автономном токовом частотнике ток – регулируемое значение. Частота коммутации имеет значение в образовании сигнала выхода заданной частоты. При повышении частоты улучшается качество синусоиды, увеличиваются потери в инверторе.

Результат работы модели инвертора на транзисторах при разных коммутационных частотах:

Частота коммутации 800 Гц

Коммутационная частота 2000 Гц

Частота коммутации 8000 Гц

Уменьшение частоты ухудшает качество тока выхода. Частоту коммутации определяют, чтобы не было пульсаций.

Индуктивность подключена последовательно, емкость параллельно. Работа инвертора образует гармоники, для их снижения применяют фильтры.

Непосредственный частотник

Напряжение сети идет по вентилям управления электрической машины. На фазах подключены частотники с реверсом.

Инвертор низкой частоты изменяет 3-фазное напряжение в 1-фазное. В и Н комплекты включаются, на выходе напряжение двухполярное. Чтобы управлять инвертором применяют законы синуса и прямоугольника.

При прямоугольном законе порядок действия следующий. Полуволна напряжения проходит, на комплект идут импульсы. Комплект работает как выпрямитель с углом опережения. Для уменьшения тока переходят в режим инвертора. Ток снижают, чтобы не было замыкания в частотнике. После паузы вступает комплект №2.

При управлении с синусом выходное напряжение меняется по синусу, а управляющий угол постоянно меняется.

Сабвуферный усилитель в автомобиль

Качественный усилитель на 100 ватт в автомобиль для сабвуфера, собранный на микросхеме ТДА7294, имеет мощность выше, чем на микросхеме ТДА1562 (на 50 Вт). В усилителе используют преобразователь на 12 вольт на две колонки по 40 Вт. В нем фильтр низких частот, размещен на плате с одной стороны, в схеме три блока.

Преобразователь сети сабвуфера

Прибор создан на драйвере КА7500. Существует блокировка перенапряжения, идет отключение, если на входе U больше 15 В. Защита недостающего напряжения уберегает от чрезмерного разряда, драйвер отключается при падении постоянного напряжения до 9 В.

Защита тока предотвращает от неисправностей транзисторов, защищает всю схему. Индикация диода зеленого цвета показывает работу в нормальном режиме, диод красного цвета сигнализирует отключение драйвера. Плавный пуск по схеме дает возможность плавно запустить преобразователь, хотя на выходе большие емкости.

Трансформатор можно изготовить самому, взять готовый от компьютера. Используются выходы на 12 и 5 В, коэффициент трансформации 2,4. Если подается напряжение 14 вольт на линию в 5 В, то получается больше в 2,4 раза. На линии 12 В выходит напряжение 33 В для питания усилителя. Частота тока переключения 50 Гц, изменяется установкой емкости.

Полевые транзисторы можно заменить мощностью выше 100 Вт на выходе.

ФНЧ и усилитель

Схема простая на одном усилителе операционного вида ТL072. Питание подается двухполярное, 12 В, стабилитроны формируют напряжение 12 вольт.

Мощный усилитель на микросхеме

В схеме применена микросхема ТДА 7294 по типовому подключению. Через необходимые цепочки R-C подключены контакты ST и MUTE.

Полезные советы сборки усилителя

1. В силовых схемах применяйте провод достаточного сечения. Конденсатор входа С4 берите на 4700 мкФ. От него зависит мощность. На линии аккумулятора применяйте предохранитель на 10 А. Пуск инвертора предполагает знание оборудования, питание с ограничителем тока.
2. Масса подключена удачно, без шума, фона. Легкий гул фильтра создавала микросхема LМ358, она не подходит для звука в качественном режиме. Микросхема TL072 для этих целей подходит.
3. Частотник защищен от замыкания линии выхода питания. Корпус усилителя изготавливается по своему усмотрению, на качество звука не влияет.

Фильтр низких частот – это… Что такое Фильтр низких частот?

Фильтр ни́жних часто́т (ФНЧ) — электронный или любой другой фильтр, эффективно пропускающий частотный спектр сигнала ниже некоторой частоты (частоты среза), и уменьшающий (или подавляющий) частоты сигнала выше этой частоты. Степень подавления каждой частоты зависит от вида фильтра.

В отличие от него, фильтр высоких частот пропускает частоты сигнала выше частоты среза, подавляя низкие частоты.

Реализация фильтров нижних частот может быть разнообразной, включая электронные схемы, программные алгоритмы, акустические барьеры, механические системы и т. д.

Примеры фильтров нижних частот

Для звуковых волн твёрдый барьер играет роль фильтра нижних частот — например, в музыке, играющей в другой комнате, легко различимы басы, а высокие частоты отфильтровываются (звук «оглушается»). Точно так же ухом воспринимается музыка, играющая в закрытой машине.

Электронные фильтры нижних частот используются в сабвуферах и других типах звуковых колонок, в системах передачи данных для отфильтровки высокочастотных помех, а также имеют большое число других применений.

Радиопередатчики используют низкочастотные фильтры для блокировки гармонических излучений, которые могут взаимодействовать с низкочастотным полезным сигналом.

Механические низкочастотные фильтры часто используют в контурах непрерывных систем управления в качестве корректирующих звеньев.

В обработке изображений низкочастотные фильтры используются для очистки картинки от шума и создания спецэффектов, а также в сжатии изображений.

Идеальный фильтр нижних частот

Идеальный фильтр нижних частот (sinc-фильтр) полностью подавляет все частоты входного сигнала выше частоты среза и пропускает без изменений все частоты ниже частоты среза. Переходной зоны между частотами полосы подавления и полосы пропускания не существует. Идеальный фильтр нижних частот может быть реализован лишь теоретически с помощью умножения входного сигнала на прямоугольную функцию в частотной области, или, что даёт тот же эффект, свёртки сигнала во временно́й области с sinc-функцией.

Однако такой фильтр практически нереализуем для большинства сигналов, так как sinc-функция имеет ненулевые значения для всех моментов времени вплоть до бесконечности. Его можно использовать только для уже записанных цифровых сигналов либо для идеально периодических сигналов.

Реальные фильтры для приложений реального времени могут лишь приближаться к идеальному фильтру.

Для RC фильтра, применяемого на линейном входе компьютера, обычно используются переменный резистор и конденсатор емкостью около 0,33 мкФ.

См. также

Ссылки

Wikimedia Foundation. 2010.

низкой и высокой частоты, полосовые пропускающие. Примеры построения и расчёта. — Студопедия

Пассивный фильтр — электронный фильтр, состоящий только из пассивных компонентов, таких как, к примеру, конденсаторы и резисторы. Пассивные фильтры не требуют никакого источника энергии для своего функционирования. В отличие от активных фильтров в пассивных фильтрах не происходит усиления сигнала по мощности. Практически всегда пассивные фильтры являются линейными.Пассивные фильтры используются повсеместно в радио- и электронной аппаратуре, например в акустических системах, источниках бесперебойного питания и т. д.

Фильтр ни́жних часто́т (ФНЧ) — один из видов аналоговых или электронных фильтров, эффективно пропускающий частотный спектр сигнала ниже некоторой частоты (частоты среза), и уменьшающий (подавляющий) частоты сигнала выше этой частоты. Степень подавления каждой частоты зависит от вида фильтра. В отличие от фильтра нижних частот (НЧ), фильтр верхних частот пропускает частоты сигнала выше частоты среза, подавляя низкие частоты.Реализация фильтров нижних частот может быть разнообразной, включая электронные схемы, программные алгоритмы, акустические барьеры, механические системы и т. д.

В схемах пассивных аналоговых фильтров используют реактивные элементы, такие как катушки индуктивности и конденсаторы. Сопротивление реактивных элементов зависит от частоты сигнала, поэтому, комбинируя такие элементы, можно добиться усиления или ослабления гармоник с нужными частотами.

электронный фильтр нижних частот, построенный в виде RC-цепочки

Простейший пассивный фильтр высоких частот – это дифференцирующая RC-цепь.

Запишем уравнения для Uвых и Uвх (в операторной форме):Uвых(S)=I(S)*R; Uвх(S)=I(S)*(R+1/CS)

Отсюда, разделив первое уравнение на второе, получим операторное выражение для коэффициента усиления:

Произведем замену S=jw, – получим зависимость K(jw):K(jw)=jwRС/(1+jwRC)

Выделим в этом выражении вещественную и мнимую части:

Теперь можно получить выражения для построения АЧХ и ФЧХ:

Для сигналов постоянного тока (w=0) такой фильтр имеет коэффициент усиления равный 0, но с ростом частоты он увеличивается.Чтобы определить полосу пропускания – найдем wн – частоту, на которой коэффициент усиления ослабевает в 2 раз, т.е. становится равным » 0,7K¥:

Крутизна спада K(w) на переходном участке этого RC-фильтра составляет 6 дб/окт.

Что такое фильтр нижних частот и как работают фильтры низких частот? – Мой новый микрофон

Изучая и практикуясь в производстве музыки или звукорежиссуры, вы обязательно столкнетесь с фильтрами нижних частот. Фильтры нижних частот – это мощные инструменты, которые используются в эквализации и в общем звуковом дизайне.

Что такое фильтр нижних частот? Фильтр нижних частот (LPF) – это процессор аудиосигнала, который удаляет нежелательные частоты из сигнала выше определенной частоты среза. Он постепенно отфильтровывает (ослабляет) высокие частоты выше его частоты среза, позволяя проходить нижним частотам, в идеале без каких-либо изменений.

В этой статье мы подробно рассмотрим фильтры нижних частот, расскажем, как они работают, как они устроены и как они используются не только в эквалайзере, но и в других приложениях, имеющих отношение к звуку.

По завершении этой статьи я понял, насколько глубока теория фильтров. Стремясь сделать эту статью краткой (она все еще превышает 6000 слов), я включил только самую важную информацию о звуковых фильтрах нижних частот. Пожалуйста, используйте оглавление, чтобы обойти это руководство!

Содержание

Что такое фильтр нижних частот?

Первый абзац ответа – достойное определение фильтра нижних частот, но он оставляет многое для объяснения. Итак, давайте обсудим, что такое фильтр нижних частот и как он работает, начиная с основ.

Итак, мы знаем, что фильтр нижних частот пропускает низкие частоты ниже определенной точки среза, отсюда и название. Фильтры нижних частот иногда называют фильтрами верхних частот, название которых изображает обрезание высоких частот выше определенной точки среза.

Идеальный фильтр нижних частот

В идеале, мы бы хотели, чтобы наш фильтр нижних частот просто отсекал все частоты выше его частоты среза и оставлял все частоты ниже его частоты среза нетронутыми.Этот тип «кирпичной стены» фильтра нижних частот недоступен на практике, но теоретически он будет выглядеть так:

На этой простой диаграмме у нас есть частота (в герцах) по оси абсцисс и относительная амплитуда (в децибелах) по оси ординат.

Герц означает количество циклов в секунду. Поскольку аудиосигналы являются сигналами переменного тока, они имеют циклическую форму волны. При преобразовании в звуковые волны эти формы волны можно услышать как колеблющиеся молекулы воздуха. Общепринятый диапазон слышимости людей составляет от 20 Гц до 20 000 Гц.Таким образом, большинство аудиосигналов попадают в этот диапазон (во избежание обилия непонятной информации).

Децибелы (десятая часть бел) – это относительные единицы измерения, используемые для выражения отношения одной величины к другой в логарифмической шкале. Что касается амплитуды сигнала, разница в 3 дБ будет представлять собой удвоение / уменьшение вдвое значений мощности (мощности и, в конечном итоге, интенсивности звука), а разница в 6 дБ будет удвоением / уменьшением вдвое основных величин мощности (напряжение / ток и, в конечном итоге, уровень звукового давления). ).

Статьи по теме:
• Что такое децибелы? Полное руководство по дБ для аудио и звука
• Единицы измерения и префиксы в звуковой и аудиоэлектронике

На графике выше мы имеем резкую частоту среза на уровне 1 кГц. Никакие частоты выше этого среза не передаются, и все частоты ниже этого среза передаются идеально.

Хотя это невозможно получить аналоговыми или цифровыми средствами, существуют способы приблизить этот тип фильтра нижних частот.

В аналоговых ФНЧ увеличение порядка фильтрации приближает нас к крутизне идеального фильтра около частоты среза.

In можно также запрограммировать для приближения к такому идеальному «кирпичному» фильтру.

Подробнее об этом позже.

Реальные фильтры нижних частот

Хотя мы можем довольно близко подойти к идеальным ФНЧ, обычно у нас будет какой-то спад после частоты среза, а не строгий срез.

Таким образом, типичный фильтр нижних частот можно легко визуализировать на следующей диаграмме эквалайзера:

Мы можем видеть на изображении, что выше определенной частоты фильтр начинает ослаблять / фильтровать частоты с устойчивым отрицательным наклоном (амплитуда уменьшается по мере увеличения частоты).Мы также замечаем определенную частоту f _H , которая является частотой среза (я определяю ее как f _H для «высокой частоты среза», а не f _C , которую можно спутать с «центром». частота в других типах фильтров).

Обратите внимание, что частота среза не возникает сразу после начала фильтрации. Скорее, частота среза представляет собой точку -3 дБ затухания фильтра. Как мы вкратце обсуждали, это частота, на которой фильтр снижает мощность сигнала вдвое.Это определение частоты среза используется в фильтрах нижних и верхних частот, полосовых и других фильтрах.

LPF Полоса пропускания, полоса задерживания и переходная полоса

Обратите внимание, что технически фильтр нижних частот будет иметь полосу пропускания (диапазон пропускаемых частот), которая находится в диапазоне от 0 Гц до частоты среза.

Полоса задерживания будет в какой-то момент за полосой пропускания, когда затухание достигнет достаточной точки (например, -50 дБ). В идеальном фильтре полоса пропускания идет до частоты среза, а полоса задерживания – это все, что выше этой частоты среза.Однако в реальных условиях фильтры нижних частот работают немного иначе.

LPF обычно имеют переходную полосу между полосой пропускания и полосой задерживания, где фильтр будет эффективно уменьшать амплитуду сигнала. Ширина полосы перехода зависит от крутизны спада, которая определяется порядком и типом фильтра.

Фильтр нижних частот Порядок

Фильтры часто определяются их порядком. В простых фильтрах, таких как ФНЧ и ФВЧ, порядок фильтра в значительной степени относится к крутизне переходной полосы (также известной как скорость спада).

Технически порядок фильтра – это минимальное количество реактивных элементов, используемых в цепи. В аналоговых звуковых фильтрах нижних частот эти реактивные элементы почти всегда будут конденсаторами (хотя в определенных ситуациях могут использоваться катушки индуктивности). Мы обсудим это позже в разделе Аналоговые против. Цифровые фильтры нижних частот.

Итак, порядок фильтра нижних частот по определению является целым числом (мы не можем иметь долю реактивного компонента в цепи), и он влияет на крутизну спада переходной полосы фильтра.

Для стандартных фильтров нижних частот Баттерворта каждое целое число увеличивает крутизну спада на дополнительные 6 дБ на октаву или 20 дБ на декаду.

Обратите внимание, что октава определяется как удвоение (или уменьшение вдвое) частоты, а декада определяется как десятикратное увеличение (или уменьшение) частоты.

Также обратите внимание, что стандартный фильтр Баттерворта поддерживает указанную выше взаимосвязь между порядком и скоростью спада. Другие типы фильтров предлагают другие отношения.Подробнее об этом позже.

А пока давайте рассмотрим следующий график, который показывает 5 различных фильтров нижних частот Баттерворта с порядками от 1 до 5:

Частота среза (точка -3 дБ) каждого фильтра составляет 1 кГц. Скорость спада и переходная полоса (которая может быть ограничена отметкой ослабления -50 дБ) изменяются в зависимости от порядка фильтра.

Мы видим, что по мере увеличения порядка фильтр нижних частот становится все ближе к идеальному фильтру.

Коэффициент добротности фильтра нижних частот

Некоторые фильтры нижних частот имеют регулировку добротности. Это особенно касается плагинов параметрического эквалайзера и блоков цифрового эквалайзера, где фильтр не предназначен для какого-либо определенного типа (Баттерворт, Бессель, Чебышев, Эллиптический и т. Д.).

Для получения дополнительной информации о параметрическом эквалайзере ознакомьтесь с моей статьей «Полное руководство по параметрической эквализации / эквалайзеру».

Коэффициент добротности несколько произвольный. Хотя у него есть свои определения, у многих производителей есть свои собственные технические расчеты для параметра Q.

Однако, в общем смысле, увеличение добротности ФНЧ приведет к увеличению крутизны спада, вызывая формирование резонансного пика на частоте среза и выше.

И наоборот, уменьшение добротности ФНЧ увеличит затухание на частоте среза и выше, в то же время делая крутизну спада более плавной.

Эквалайзеры, которые предлагают регулировку Q-фактора на фильтре нижних частот, обычно имеют график, показывающий, как фильтр влияет на сигнал.

Фильтры нижних частот и фазовый сдвиг

Важно отметить, что в типичных аналоговых фильтрах, таких как стандартный фильтр Баттерворта, будет частотно-зависимый фазовый сдвиг между входным сигналом фильтра / эквалайзера и его выходным сигналом.

Вообще говоря, каждый реактивный компонент в аналоговом фильтре вносит в сигнал фазовый сдвиг на 90 °. Для аналоговых фильтров нижних частот (и цифровых фильтров, которые стремятся воссоздать их в цифровом виде) это означает, что при целочисленном увеличении порядка фильтрации будет происходить сдвиг фазы на 90 °.

В стандартных фильтрах нижних частот Баттерворта половина общего фазового сдвига приходится на частоту среза.

Вот визуальное представление фильтра нижних частот Баттерворта первого порядка с графиками амплитуды-частоты и фазы-частоты:

Аналог Vs. Цифровые фильтры нижних частот

Ключевое различие между аналоговыми и цифровыми фильтрами нижних частот состоит в том, что аналоговые фильтры работают с аналоговыми аудиосигналами, а цифровые фильтры работают с цифровыми аудиосигналами.

В схемах аналогового аудио LPF используются аналоговые компоненты, такие как резисторы и конденсаторы (в активных схемах LPF используются активные компоненты, такие как операционные усилители). С другой стороны, цифровые фильтры LPF либо встроены в схемы цифровых микросхем, либо в программное обеспечение.

Давайте обсудим каждую подробнее, не так ли?

Аналоговые фильтры нижних частот

Аналоговые фильтры проще объяснить, поскольку они сделаны из реальных аналоговых схем, которые относительно легко понять.Обратите внимание, что я не инженер-электрик, и цифровые схемы / программирование выходят за рамки моих знаний.

Итак, в этой статье я постараюсь объяснить, как работают аналоговые фильтры нижних частот. Обратите внимание, что многие цифровые фильтры нижних частот предназначены для воссоздания эффекта аналоговых ФНЧ.

В объяснении будет много уравнений, которые нужно пройти, чтобы помочь нам понять.

Чтобы действительно понять основы работы фильтра нижних частот, мы можем изучить простой пассивный RC LPF первого порядка.Этот фильтр можно визуализировать с помощью следующего изображения. Обратите внимание, что «RC» относится к резистору и конденсатору, используемым в схеме.

Цепь выше можно представить как делитель напряжения:

На схеме выше мы выводим следующую формулу:

Из этой формулы можно сделать вывод, что по мере увеличения R ₂ , V _из увеличивается (при условии, что R ₁ остается постоянным). Запомни это.

В этом уравнении делителя напряжения постоянного тока R ₁ представляет сопротивление резистора, который будет вместо резистора RC-цепи, а R ₂ представляет сопротивление резистора, который будет вместо конденсатора RC-цепь.Имейте это в виду.

Допустим, аудиосигнал на V _в имеет частотное содержание от 20 Гц до 20 000 Гц (диапазон слышимости человека). Это сигнал переменного тока, а не постоянного тока. Сигналы переменного тока зависят от импеданса, который имеет как фазу, так и величину и состоит из сопротивления и реактивного сопротивления цепи.

В идеальном мире (который мы будем использовать для понимания RC-фильтров нижних частот) реактивное сопротивление резистора равно нулю, а сопротивление конденсатора равно нулю.Резистор будет обеспечивать составляющую сопротивления для общего импеданса аудиосигнала, а конденсатор будет составлять составляющую реактивного сопротивления для общего импеданса аудиосигнала.

Итак, со следующей упрощенной схемой RC-фильтра нижних частот:

У нас получилось бы следующее уравнение:

Где:
• X _C – емкостное сопротивление конденсатора
• Z – полное сопротивление цепи

Помните, что полное сопротивление складывается из компонентов сопротивления и реактивного сопротивления цепи.Типичная формула импеданса:

Где X _L – индуктивная емкость. Поскольку в RC-цепи нет индуктора, X _L равно нулю.

Давайте быстро перепишем наше выходное напряжение RC с новой информацией:

Знакомо? Это почти то же самое, что и простой делитель напряжения.

Итак, наш RC-фильтр нижних частот можно сравнить с делителем напряжения, но для аудиосигналов переменного тока. По мере увеличения X _C увеличивается и V _из (опять же, при условии, что R остается постоянным).

Как он на самом деле работает как фильтр нижних частот? Что ж, реактивная емкость уменьшается с увеличением частоты входного сигнала. Формула для этого выглядит следующим образом:

Где:
• f – частота сигнала
• C – емкость конденсатора

Итак, мы имеем следующие правила RC-цепи нижних частот:

• По мере увеличения частоты емкостное реактивное сопротивление уменьшается
• По мере уменьшения емкостного реактивного сопротивления уровень выходного сигнала уменьшается относительно уровня входного сигнала (при условии, что сопротивление цепи остается неизменным)

В основном, как емкостное реактивное сопротивление уменьшается (по мере увеличения частоты), большая часть сигнала отправляется на землю, а не на выход.

Следовательно, в общем случае RC-цепь нижних частот начнет ослаблять более высокие частоты, и по мере увеличения частоты схема будет ослаблять больше.

Мы уже обсуждали частоту среза. Это точка, в которой полоса пропускания превращается в полосу перехода (или полосу задерживания в идеальных фильтрах). Частота среза находится в точке затухания -3 дБ. Его можно рассчитать по следующей формуле:

Где:
• R – сопротивление резистора
• C – емкость конденсатора

В качестве дополнительного уравнения мы можем вычислить вышеупомянутый фазовый сдвиг RC-фильтра нижних частот с помощью следующего уравнения:

Надеюсь, в этом есть смысл.Здесь мы рассмотрим самую простую форму аналогового RC-фильтра нижних частот.

Аналоговые фильтры, как правило, просты по конструкции, хотя их сложность увеличивается по мере приближения к характеристикам «идеального фильтра». Многие цифровые фильтры (включая плагины EQ) эмулируют эти аналоговые фильтры.

Помните, что, добавляя дополнительные наборы RC (увеличивая порядок) фильтра нижних частот, мы можем эффективно увеличить крутизну спада и сократить полосу перехода.

Существует множество типов фильтров, о которых следует знать.До сих пор мы в основном сосредоточились на популярном фильтре Баттерворта. Однако есть 3 основных типа фильтров (среди многих), о которых мы должны знать, когда дело касается звука. Их:

• фильтр Баттерворта
• фильтр Бесселя
• фильтр Чебышева

Эти «типы» фильтров зависят от значений компонентов, используемых в конструкции фильтра, и коэффициента демпфирования, который входит в конструкцию фильтра. Изучение схем отдельных ФНЧ выходит за рамки данной статьи, но об этих популярных типах стоит знать.

Что такое фильтр Баттерворта в аудио? Фильтр Баттерворта (фильтр с максимально плоской амплитудой) – это линейный аналоговый фильтр, предназначенный для получения максимально плоской частотной характеристики в полосе пропускания. Фильтры Баттерворта не имеют слишком крутого спада и часто используются в полочных фильтрах низких / высоких частот и низких / высоких частот.

Чтобы узнать больше о полочных фильтрах, ознакомьтесь с моей статьей Audio Shelving EQ: Что такое фильтры для низких и высоких полок?

Что такое фильтр Бесселя в аудио? Фильтр Бесселя – это линейный аналоговый фильтр с максимально плоской групповой или фазовой характеристикой для сохранения формы волны сигналов в полосе пропускания.Фильтры Бесселя обеспечивают плавный спад частоты за пределами частоты среза и в основном предназначены для линейной фазовой характеристики с небольшим выбросом.

Что такое фильтр Чебышева в аудио? Фильтр Чебышева – это линейный аналоговый фильтр , предназначенный для очень крутого спада за счет пульсаций полосы пропускания (тип I) или пульсаций полосы задерживания (тип II / инверсия).

Вот изображение из Википедии, показывающее типичные различия между фильтрами нижних частот Баттерворта, Чебышева I / II и эллиптическими фильтрами нижних частот:

Обратите внимание, что эллиптический фильтр (также известный как фильтр Кауэра) представляет собой линейный аналоговый фильтр с выровненной пульсацией как в полосе пропускания, так и в полосе задерживания.Он предлагает очень крутой переходной диапазон. Это достигается за счет комбинирования фильтра нижних частот и полосового / режекторного фильтра.

Цифровые фильтры нижних частот

Цифровые фильтры часто бывают более точными и более гибкими по конструкции из-за обширной природы цифровой обработки сигналов (DSP). Точность их конструкции делает их намного более точными по заданным параметрам, тогда как аналоговые фильтры несколько ограничены точностью их компонентов и тракта прохождения сигнала в целом.

также обладают такими преимуществами, как улучшенное соотношение цены и качества и более постоянный характер изменений температуры и влажности.

Аналоговые фильтры, конечно, выигрывают от работы с непрерывным спектром.

Обратите внимание, что некоторые цифровые фильтры нижних частот предназначены для имитации работы аналоговых ФНЧ. Мы часто находим упомянутые ранее типы фильтров (Баттерворта, Бесселя, Чебышева и т. Д.) В цифровых дизайнах.

Вместо использования аналоговых компонентов (конденсаторы, резисторы, операционные усилители и т. Д.)) цифровые схемы будут встроены в цифровые микросхемы (с сумматорами, вычитателями, задержками и т. д.) или, в качестве альтернативы, могут быть запрограммированы в аудиоплагины.

Цифровой фильтр нижних частот впишется в один из двух лагерей:

• Бесконечная импульсная характеристика (БИХ)
• Конечная импульсная характеристика (КИХ)

Что такое фильтр с бесконечной импульсной характеристикой в ​​аудио? БИХ-фильтр – это линейный, не зависящий от времени аналоговый тип фильтра (который также был оцифрован), который работает с импульсной характеристикой, которая продолжается бесконечно, никогда не становясь точно равной нулю.Фильтры Баттерворта, Чебышева, Бесселя и эллиптические фильтры являются примерами БИХ-фильтров.

Что такое фильтр с конечной импульсной характеристикой в ​​аудио? КИХ-фильтр – это фильтр (аналоговый или цифровой, хотя почти всегда цифровой), который работает с импульсной характеристикой конечной длительности, устанавливающейся на ноль в течение некоторого времени. Он хорошо подходит для линейно-фазового эквалайзера.

Говоря о линейно-фазовом эквалайзере, стоит упомянуть и об этих специализированных эквалайзерах.

Линейный фазовый эквалайзер (который почти всегда будет иметь опции фильтра нижних частот) эффективно устраняет любой фазовый сдвиг в аудиопроцессоре.

Вспомните в разделе «Фильтры нижних частот и фазовый сдвиг», как мы обсуждали неизбежный фазовый сдвиг аналоговых ФНЧ (фазовый сдвиг на 90º для каждого реактивного компонента в цепи).

Линейный фазовый эквалайзер (и фильтр нижних частот) использует цифровую обработку сигналов (DSP) для анализа частотного содержания сигнала и применения усиления к соответствующим частотам через фильтры FIR (конечный импульсный отклик), чтобы исключить любой сдвиг фазы. что возникает.

Liny EQ от Blue Cat (ссылка, чтобы узнать цену в магазине плагинов) – отличный пример плагина линейного фазового эквалайзера:

Для получения дополнительной информации о линейно-фазовом эквалайзере ознакомьтесь с моей статьей «Полное руководство по линейно-фазовой эквализации / эквалайзеру».

Обзор аналоговых и цифровых фильтров нижних частот

Вот небольшая таблица, обобщающая то, что мы обсуждали в этом разделе.

Активно Vs.Пассивные фильтры нижних частот

Ключевое различие между активными и пассивными фильтрами нижних частот состоит в том, что активные фильтры нижних частот требуют мощности для работы, а пассивные фильтры низких частот – нет.

Это связано с тем, что в цепи активных ФНЧ будет какой-то усилитель. Эти усилители (часто операционные усилители) получают питание от источника и используют его для усиления сигнала, проходящего через фильтр нижних частот или звуковой эквалайзер.

Обратите внимание, что метки «активный» и «пассивный» обычно применяются только к аналоговым фильтрам.Цифровые фильтры по своей конструкции активны (это относится к оборудованию, которое построено на транзисторах и программном обеспечении, требующем вычислений).

С помощью этого праймера давайте обсудим активный и пассивный фильтры нижних частот более подробно, начав с более простого: пассивного ФНЧ.

Пассивные фильтры нижних частот

В моем объяснении аналоговых фильтров нижних частот я сосредоточился исключительно на схеме пассивного RC-фильтра нижних частот. Итак, у нас уже есть четкое представление о пассивных фильтрах нижних частот.

Опять же, самый простой пассивный фильтр нижних частот первого порядка выглядит примерно так:

Обратите внимание, что мы можем увеличить скорость спада пассивного фильтра, добавив полюса. Однако это происходит за счет потери амплитуды сигнала (поскольку в схеме нет каскадов усиления) и ухудшается передача сигнала внутри схемы из-за плохого импедансного моста (поскольку нет буфера между полюсами или на выходе ФНЧ).

Пассивные фильтры нижних частот просты для понимания.К счастью, поскольку им поручено только срезать частоты (выше частоты среза), они не обязательно нуждаются в активном усилении.

Однако, как уже упоминалось, пассивный фильтр низких частот может работать плохо, поскольку он естественным образом снижает амплитуду проходящего через него сигнала (даже на нижних частотах). Также труднее найти надлежащий мостовой импеданс между выходом пассивного LPF и следующим аудиоустройством (нагрузкой).

Пассивные фильтры нижних частот все еще используются в определенных приложениях, и на рынке есть даже блоки пассивного эквалайзера, которые по определению будут иметь пассивные фильтры нижних частот (если они включают фильтр нижних частот).

Обратите внимание, что в пассивных эквалайзерах есть каскад усиления для «компенсационного усиления» после схемы (схем) фильтра. Просто в схеме (ах) фильтра нет активных компонентов.

Для получения дополнительной информации об усилении макияжа и пассивном эквалайзере, ознакомьтесь со следующими статьями «Мой новый микрофон», соответственно:
• Сжатие динамического диапазона: что такое регулировка усиления макияжа?
• Полное руководство по пассивной эквализации / EQ

Активные фильтры нижних частот

Чаще всего используется активный фильтр нижних частот.

В активных аналоговых фильтрах нижних частот обычно используются операционные усилители. Эти операционные усилители полезны для фильтров с единичным усилением (фильтров, которые поддерживают амплитуду сигнала, но не увеличивают амплитуду сигнала) и фильтров, которые действительно обеспечивают правильный каскад усиления.

Это усиление позволяет разработчикам LPF увеличивать порядок фильтра, тем самым увеличивая крутизну спада, не беспокоясь о потере общей амплитуды сигнала.

Еще одним огромным преимуществом активной конструкции ФНЧ является улучшение выходного сопротивления фильтра.Включив операционный усилитель, мы можем установить низкий выходной импеданс на всех частотах для улучшения передачи сигнала между LPF и следующим аудиоустройством.

Вот пример активного RC-фильтра нижних частот первого порядка с единичным усилением:

Обратите внимание, что он очень похож на вышеупомянутый пассивный RC-фильтр. Основное отличие, конечно же, в операционном усилителе. В этом случае операционный усилитель не усиливает сигнал. Скорее, он поддерживает единичное усиление и обеспечивает соответствующий выходной импеданс для цепи фильтра нижних частот.

Теперь давайте посмотрим на простой RC-фильтр нижних частот первого порядка, который предлагает усиление:

Коэффициент усиления A _В неинвертирующего усилителя рассчитывается по следующему уравнению, включая резистор обратной связи (R ₂ ) и соответствующий ему входной резистор (R ₁ ):

Коэффициент усиления всей схемы зависит от частоты (поскольку фильтр нижних частот ослабляет более высокие частоты). Это усиление можно определить с помощью следующего уравнения:

С помощью этого уравнения мы можем наблюдать следующее:

• На низких частотах ( f < f _C ): A = V _out / V _in = A _V / {small number} ≈ A _V
• At частота среза ( f = f _C ): A = V _out / V _in = A _V / √2 = 0.707 A _V
• На высоких частотах ( f > f _C ): A = V _out / V _in = A _V / {большое количество} «A _V

Если подставить 0,707 A _V в следующее уравнение для децибел, мы можем подтвердить, что частота среза действительно составляет -3 дБ от единицы:

Если мы посмотрим на фильтр второго порядка (на упрощенной схеме), мы получим следующее:

Имея дело с фильтрами второго порядка (и выше), мы имеем коэффициент демпфирования в цепи.Коэффициент демпфирования этой простой топологии фильтра Саллена-Ки составляет:

Значения R _F и R _I участвуют в определении коэффициента усиления и демпфирования схемы. R _F и R _I также определяют, какой у нас фильтр: Баттерворта, Бесселя или Чебышева. Обратите внимание, что следующее применимо только к фильтру второго порядка:

• Баттерворт:
  • R _F / R _I = 0,586
  • DF = 1.414
  • A _V = 4 дБ
• Bessel:
  • R _F / R _I <0,586
  • DF> 1,414
  • A _V <4000
  • 10
  Чебышев:
  • R _F / R _I > 0,586
  • DF <1,414
  • A _V > 4 дБ

  Давайте теперь посмотрим на RC-фильтр нижних частот шестого порядка ниже:

  Пожалуй, первое, что следует отметить, это то, что на каждые две пары резистор-конденсатор (на каждое увеличение на два в порядке фильтра) в схеме будет операционный усилитель.Это стандарт для поддержания надлежащего каскадирования усиления и буферизации по всей схеме.

  Возвращаясь к крутизне спада, этот фильтр нижних частот будет иметь крутизну на 36 дБ / октаву или 120 дБ / декаду выше частоты среза. Этот фильтр может принимать фильтры Баттерворта, Бесселя, Чебышева или любой другой возможный «тип» фильтра нижних частот с учетом топологии. Различные соотношения R _F / R _I между 3 наборами будут отличаться от тех, которые определены выше для фильтра второго порядка.

  Надеюсь, я вас не запутал. Есть много других подробных ресурсов по фильтрам. Основное внимание в этой статье уделяется разработке и использованию фильтров нижних частот в аудио, поэтому я воздержусь от того, чтобы заходить слишком далеко в кроличью нору!

  Обзор активных и пассивных фильтров нижних частот

  Вот небольшая таблица, обобщающая то, что мы обсуждали в этом разделе.

  Active Audio LPF	Passive Audio LPF
  Требуется питание	Не требуется питание
  Включает активные и пассивные компоненты (включая операционные усилители)	Включает только пассивные компоненты (резисторы, конденсаторы и т. Д.))
  Предлагает усиление выше единичного усиления (повышает в дополнение к отсекам)	Не может предлагать усиление выше единичного усиления (только отсечки)
  Низкое выходное сопротивление (работа независимо от нагрузки)	Более высокое выходное сопротивление (работа в зависимости от нагрузки)
  Более высокие производственные затраты	Более низкие производственные затраты

  Можно отметить дополнительные моменты, которые неприменимы к звуковым LPF (как и к очень высокочастотным сигналам), но в любом случае их стоит упомянуть:

  • Пассивные фильтры LPF могут содержать индукторы.
  • Активные ФНЧ не могут обрабатывать такие высокие амплитуды сигнала, как пассивные фильтры, из-за операционного усилителя.
  • Активные ФНЧ имеют ограниченную полосу пропускания из-за операционного усилителя.

  ---

  Смешивание с фильтрами низких частот

  Теперь, когда мы понимаем, что такое фильтр нижних частот и как он работает, давайте рассмотрим его практическое применение, когда дело доходит до микширования звука.

  Фильтры нижних частот используются для микширования следующим образом:

  Снижение конкуренции между инструментами высокого класса

  Одна из наиболее важных задач звукового эквалайзера – очистка частотного спектра, чтобы инструменты были слышны.Это означает уменьшение частотных диапазонов некоторых треков, чтобы другие треки могли просвечивать в этих же диапазонах.

  Фильтры нижних частот могут эффективно устранять высокие частоты некоторых выбранных дорожек, тем самым позволяя другой дорожке (дорожкам) занять высокие частоты с улучшенной четкостью. Это также может снизить резкость всего микса.

  В high-end не так много «музыкальной» информации (гармоник). Однако, исключив «яркость» некоторых инструментов, мы можем усилить воспринимаемую яркость / воздушность других инструментов.Также ничто не мешает нам снизить частоту среза ФНЧ до среднего уровня, чтобы начать фильтрацию гармонического содержимого.

  Уменьшить шипение

  Если исходный материал записан неправильно или с использованием некачественного оборудования, шипение (среди прочего) может быть нежелательным слышимым результатом.

  Некоторое количество шипения неизбежно в аналоговом оборудовании, включая микрофоны, из-за природы электричества и электрических компонентов, которые используются в конструкции звукового оборудования.Обычно это называют «собственным шумом».

  Статьи по теме:
  • Что такое самошум микрофона? (Эквивалентный уровень шума)
  • Какое хорошее соотношение сигнал / шум для микрофона?
  • 15 способов эффективного снижения шума микрофона

  Большая часть того, что мы называем «шипением», находится в верхней части частотного спектра. Следовательно, использование фильтра нижних частот может помочь уменьшить уровень шипения в сигнале. Просто убедитесь, что вы помните о любых эффектах, которые LPF будет иметь на тон, когда вы понижаете частоту среза.

  Существуют также звуковые плагины, которые могут помочь уменьшить шум, не затрагивая частотную составляющую сигнала. Waves X-Noise (ссылка, чтобы проверить это на Waves) – отличный пример такого плагина.

  Волны X-Noise

  Waves Audio входит в список лучших мировых брендов аудиоподключаемых модулей (VST / AU / AAX) для моего нового микрофона.

  Добавить глубину

  Глубина – важный параметр при смешивании. По сути, это воспринимаемое расстояние до источника звука в контексте микса.

  В реальном мире акустики увеличение расстояния между источником звука и слушателем может привести к нескольким событиям. Я добавлю в скобки звуковые эффекты, которые помогают имитировать эту психоакустическую воспринимаемую глубину:

  • Звук будет тише (громкость / усиление).
  • Звук дойдет до ушей слушателя позже (задержка).
  • Звук, скорее всего, будет отражаться от других поверхностей в акустическом пространстве и достигать ушей слушателя в разное время (задержка и реверберация).
  • Звук будет менее сфокусированным (модуляция, например, хорус).
  • Звук будет менее высокочастотным, поскольку более высокочастотные звуковые волны теряют энергию первыми из-за трения среды / воздуха (LPF).

  Статья по теме: Полный список: аудиоэффекты и процессы для сведения / производства.

  Таким образом, уменьшая высокие частоты источника с помощью фильтра нижних частот (или полки верхних частот или другого эквалайзера), мы можем создать иллюзию того, что источник находится еще дальше в миксе.

  Добавить край с резонансом

  Как мы уже обсуждали ранее, полоса пропускания фильтра нижних частот (особенно около частоты среза) не всегда идеально ровная. Во многих случаях будет какой-то резонансный пик или усиление эквалайзера около / ниже частоты среза.

  Таким образом, мы можем использовать некоторые фильтры нижних частот для усиления определенных резонансных полос, чтобы придать дорожке некоторый край непосредственно перед точкой, в которой отфильтровываются высокие частоты.

  Чтобы получить максимальную «грань» от источника звука, обычно лучше всего иметь резонанс и отсечку в среднем диапазоне, где в сигнале присутствует заметная гармоническая составляющая.

  Автоматизировать!

  Автоматизация фильтра нижних частот может быть использована с большим эффектом для создания акустического интереса к источнику звука.

  Если вам нравятся синтезаторы, вы, вероятно, знаете, как автоматизация или иная модуляция фильтра нижних частот может дать отличные результаты.

  Педали эффектов

  Wah-wah и с фильтром огибающей также могут модулировать фильтр нижних частот для достижения своего звукового эффекта, особенно когда есть пик резонанса около среза.

  Статьи по теме:
  • Что такое педали эффектов Wah-Wah для гитары и как они работают?
  • Что такое педали эффектов фильтров огибающих и как они работают?

  Когда дело доходит до автономных фильтров нижних частот, мы можем распространить эти эффекты на любой источник звука, автоматизируя фильтр нижних частот (особенно параметр частоты среза).

  Мы также можем использовать автоматизацию, чтобы эффективно увеличивать или уменьшать воспринимаемую глубину трека, а также уменьшать конкуренцию в high-end, когда другие треки вводятся в аранжировку (или удаляются из нее).

  ---

  Другое применение фильтров нижних частот в аудио

  Помимо микширования, фильтры нижних частот используются во многих других звуковых стандартах и ​​оборудовании.

  Фильтры нижних частот используются в аудио:

  Фильтры сглаживания и восстановления

  Если вы какое-то время интересовались звуком, вы знаете, что аудиосигналы могут быть аналоговыми или цифровыми.В то время как аналоговые сигналы обычно используются с преобразователями (громкоговорители, наушники, микрофоны и т. Д.) И некоторыми способами хранения (винил, лента и т. Д.), В современных случаях обычно используется цифровое аудио хранилище (внутри DAW, потоковая передача, облачное хранилище и т. Д.) хранилище на жестком диске и т. д.).

  Записываем ли мы с помощью микрофонов или аналоговых инструментов на цифровую звуковую рабочую станцию ​​или воспроизводим цифровой звук через динамики или наушники, нам потребуется преобразование аналогового и цифрового звука.

  Это преобразование выполняется с помощью точно названных аналого-цифровых преобразователей (АЦП) и цифро-аналоговых преобразователей (ЦАП).

  При переходе от аналогового к цифровому, АЦП будет производить выборку звука с высокой частотой дискретизации и назначать амплитуду (в пределах установленной битовой глубины) каждой выборке, чтобы смоделировать форму волны аналогового сигнала.

  При переходе от цифрового сигнала к аналоговому ЦАП будет пытаться создать плавный непрерывный сигнал на основе отсчетов цифрового сигнала.

  В обоих преобразователях используются аналоговые фильтры нижних частот.

  Фильтр сглаживания

  В АЦП ФНЧ называется фильтром сглаживания. Фильтр сглаживания, как следует из названия, фильтрует аналоговый сигнал перед дискретизацией / преобразованием, чтобы избежать наложения спектров.

  Псевдоним – это ошибка выборки, которая возникает, когда частота дискретизации слишком мала для правильного определения частоты входного сигнала. Когда происходит наложение спектров, дискретизированный сигнал в конечном итоге имеет более низкую частоту, чем входной сигнал.

  Обратите внимание, что типичные аудиосигналы не являются простыми синусоидальными волнами и имеют широкий диапазон частот. Таким образом, псевдонимы вносят искажения и другие артефакты в цифровой аудиосигнал (а не просто изменяют частоту сигнала).

  При этом проще всего визуализировать сглаживание с помощью простой синусоидальной волны. Давайте посмотрим на несколько иллюстраций, которые помогут нам понять псевдоним:

  На следующем изображении у нас есть синусоидальная волна 12 кГц, дискретизируемая с частотой 48 кГц.Точки представляют каждую точку выборки, а красный сигнал представляет собой выбранный сигнал (обратите внимание, что он наложен поверх исходного сигнала черным цветом). Другими словами, АЦП эффективно преобразует сигнал из аналогового в цифровой.

  На этом следующем изображении у нас есть входной сигнал 36 кГц, дискретизированный с той же частотой 48 кГц. Точки представляют каждую точку выборки, а красный сигнал представляет собой выбранную форму волны. Обратите внимание, что для создания сигнала, который проходит через каждую точку выборки (без прохождения сначала цикла), выбранная форма волны должна принимать другую форму волны, на этот раз с частотой 6 кГц.По сути, это то, что такое алиасинг.

  Обычно цифровой звук дискретизируется с частотой 44,1 кГц или 48 кГц, хотя также распространены более высокие частоты 88,2, 96, 176,4 и 192 кГц.

  Теорема выборки Найквиста-Шеннона по существу гласит, что во избежание наложения спектров цифровая система дискретизации должна иметь частоту дискретизации, по крайней мере, в два раза выше, чем наивысшая частота дискретизации звука.

  Звуковой диапазон человеческого слуха составляет от 20 Гц до 20 кГц, поэтому мы можем эффективно снизить низкие частоты выше 20 кГц, не оказывая чрезмерного влияния на то, что мы слышим.Обратите внимание, что в случае появления наложения спектров частоты выше диапазона слышимости вызовут искажения и артефакты в диапазоне слышимости.

  Таким образом, при самой низкой общей частоте дискретизации 44,1 кГц нам нужно, чтобы самая высокая частота аудиосигнала составляла 22,05 кГц или 22050 Гц. Это дает нам немного места в частотном спектре для спада частот между (в идеале) 20 кГц и 22,05 кГц.

  Помните, что фильтры нижних частот должны учитывать некоторый переходный период.Спад на 40 дБ обычно считается достаточным, чтобы сделать наложение «несущественным». По этой метрике нам понадобится фильтр очень высокого порядка, приближенный к кирпичному / идеальному фильтру.

  Реконструкция фильтра

  В ЦАП ФНЧ упоминается как реконструкция фильтра, препятствующего формированию изображения.

  Когда цифровой сигнал преобразуется в аналоговый, это не непрерывный сигнал. Скорее, он имеет дискретные изменения напряжения при заданной частоте дискретизации. Путем низкого прохождения преобразованного сигнала мы можем эффективно сгладить этот дискретный сигнал на высоких частотах, чтобы получить типичный аналоговый сигнал с непрерывным временем.

  Удалив высокочастотные компоненты сигнала, мы можем избавиться от любых искажений или образов в сигнале.

  Обратите внимание, что в идеале эти фильтры нижних частот должны быть идеальными, то есть они должны быть каменными фильтрами. Обычно это достигается (приблизительно) с помощью ФНЧ с импульсной характеристикой sinc.

  Фильтры деактивации

  Фильтры уменьшения выделения используются в системах, где предварительное выделение и ослабление выделения необходимо для улучшенной передачи сигнала.Это, прежде всего, FM-радио и запись / воспроизведение виниловых пластинок.

  Фильтры предыскажения, как правило, представляют собой фильтры высоких частот, обрезных фильтров нижних частот или усиления верхних частот. Они используются для улучшения отношения сигнал / шум на высоких частотах (с FM-радио) или для улучшения хранения (как известно, винил плохо хранит низкочастотную информацию в своих канавках).

  Затем при воспроизведении требуется фильтр уменьшения выделения, чтобы отменить эффект фильтра предварительного выделения, возвращая сигнал к его исходной частотной характеристике.

  Поскольку фильтры предыскажения относятся к разновидности высокочастотных (или аналогичных), фильтры ослабления предыскажения относятся к разновидности низкочастотных (или аналогичных).

  Для наглядности вот изображение фильтра уменьшения выделения (синим цветом) и фильтра предварительного выделения (розового цвета) для FM-радио (постоянная времени 75 мкс и частота среза 2122 Гц):

  Аналогичным образом, стандарт эквализации RIAA – это эквалайзер с предварительным / пониженным акцентом для записи и воспроизведения фонографических / виниловых пластинок. Он представлен на изображении ниже с синей линией, представляющей эквалайзер воспроизведения (уменьшение акцента), и розовой линией, представляющей эквалайзер записи (предыскажение):

  Сабвуфер Кроссоверы

  Сабвуферы – это громкоговорители, специально разработанные для воспроизведения низкочастотных звуковых волн (обычно от 20 Гц до 200 Гц) аудиосигнала.

  Эти громкоговорители важны в системах, предназначенных для воспроизведения всего диапазона слышимых частот, поскольку большинство громкоговорителей не могут точно воспроизводить эту низкочастотную информацию (если вообще).

  Более того, что позволяет нам слышать низкие частоты, сабвуферы позволяют нам почувствовать низкие частоты звука.

  В системах с сабвуферами эти специализированные динамики обычно передают определенную полосу частот общего аудиосигнала.

  Кроссовер громкоговорителей (независимо от того, является ли он автономным устройством или частью усилителя мощности) эффективно снижает низкочастотный сигнал, который будет отправлен на сабвуфер, чтобы не передавать какую-либо информацию среднего / высокого уровня.Отправка сигналов с частотами за пределами выделенного диапазона сабвуфера может привести к неидеальным и «грязным» характеристикам сабвуфера.

  Сабвуферы потребительского уровня, подобные тем, что используются в автомобилях, обычно воспроизводят 20 Гц – 200 Гц, в то время как профессиональные сабвуферы с усилением живого звука предназначены для воспроизведения звука ниже 100 Гц. Системы, одобренные THX, предназначены для работы с частотой ниже 80 Гц.

  Для получения дополнительной информации о кроссоверах для динамиков ознакомьтесь с моей статьей Что такое кроссовер для динамиков? (Активный пассивный).

  Включение в полосовые фильтры

  Что такое полосовой фильтр в аудио? Полосовой фильтр «пропускает» полосу частот (определенный диапазон выше нижнего порога и ниже верхнего порога), постепенно ослабляя частоты ниже нижнего порога и выше верхнего порога.

  Полосовые фильтры можно рассматривать как последовательные / каскадные фильтры верхних и нижних частот. Частота среза фильтра высоких частот ( f _H ) будет ниже, чем частота среза фильтра низких частот ( f _L ).

  Вот визуальное представление графика частоты полосового фильтра:

  А вот упрощенная схема, представляющая аналоговый полосовой фильтр с фильтром нижних частот первого порядка и фильтром нижних частот первого порядка:

  Для получения дополнительной информации о полосовых фильтрах ознакомьтесь с моей статьей Audio EQ: Что такое полосовой фильтр и как работают BPF?

  Включение в ленточные фильтры

  Что такое полосовой фильтр в аудио? Полосовой фильтр (он же режекторный фильтр или режекторный фильтр) работает, удаляя частоты в указанной полосе в пределах общего частотного спектра.Это позволяет частотам ниже нижней точки отсечки проходить вместе с частотами выше верхней точки отсечки.

  Полосовые фильтры можно рассматривать как параллельные фильтры верхних и нижних частот. Частота среза фильтра высоких частот ( f _H ) будет больше, чем частота среза фильтра низких частот ( f _L ).

  Вот визуальное представление графика частоты полосового фильтра:

  А вот упрощенная схема, представляющая аналоговый полосовой фильтр с фильтром нижних частот первого порядка и фильтром нижних частот первого порядка:

  Чтобы узнать больше о полосовых фильтрах, ознакомьтесь с моей статьей Audio EQ: Что такое полосовой фильтр и как работают BSF?

  ---

  Что такое фильтр высоких частот в звуковом эквалайзере? Фильтр высоких частот (HPF) – это процессор аудиосигнала, который удаляет нежелательные частоты из сигнала ниже определенной частоты среза.Он постепенно отфильтровывает (ослабляет) низкие частоты ниже его частоты среза, позволяя проходить высоким, в идеале без каких-либо изменений.

  Статья по теме: Audio EQ: Что такое фильтр высоких частот и как работают HPF?

  Что такое полочный эквалайзер? Shelving Eq использует полочные фильтры высоких и / или низких частот для воздействия на все частоты выше или ниже определенной частоты среза соответственно. Шельфинг может использоваться либо для усиления / усиления, либо для уменьшения / ослабления и воздействует на все частоты одинаково за пределами определенной точки.

  Фильтр низких частот – SoundBridge

  Что такое фильтр низких частот

  Фильтр нижних частот, известный как LPF, по сути, представляет собой фильтр, который уменьшает или устраняет частоты выше частоты среза. Он пропускает низкочастотные сигналы и блокирует или препятствует высокочастотным сигналам. В аудиоприложениях этот фильтр часто называют высокочастотным или высокочастотным фильтром. Как его противоположный фильтр верхних частот, фильтр нижних частот является обычным эквалайзером.Фильтр нижних частот – это фильтр, который не влияет на низкие частоты и отклоняет высокие частоты. Функция увеличения коэффициента усиления фильтра на каждой частоте – это амплитудный отклик (или амплитудно-частотный отклик). Умножая входной спектр на амплитудную характеристику фильтра, можно получить выходной спектр. Таким образом, компоненты сигнала устраняются, «останавливаются» на всех частотах выше частоты среза. С другой стороны, низкие частоты не меняются.

  Затухание высоких частот

  В синтезаторах фильтры нижних частот часто ослабляют высокие гармоники и делают звуки «темнее» или «плавнее» по тембру.В синтезаторах чаще всего используется резонансный фильтр нижних частот. Художники и продюсеры часто используют их в качестве модификаторов сигналов в синтезаторах, отчасти из-за того, как работает гармонический ряд. Фильтр нижних частот оставляет основную часть сигнала нетронутой и поэтому (обычно) не влияет на субъективную высоту звука сигнала. Типичные фильтры нижних частот, используемые в синтезаторах, являются двухполюсными (наклон 12 дБ / октава) или четырехполюсными (24 дБ / октава).

  Устранение нежелательной полосы пропускания

  Некоторые резонансные конструкции LPF будут автоколебаться при достаточно высоких настройках резонанса, поэтому иногда они управляют напряжением генераторов.большинство конструкций будет генерировать форму волны, которая довольно близка к чистой синусоидальной волне при автоколебаниях. Фильтры нижних частот также могут устранить нежелательную, непродуктивную полосу пропускания. Одним из распространенных примеров является использование LPF для установления ограниченной полосы пропускания низкочастотного преобразователя, такого как «вспомогательный» микрофон на бас-барабане. Другие примеры включают всю вселенную субтрактивного синтеза.

  Конструкция фильтра нижних частот

  Фильтры нижних частот состоят из резисторов с конденсаторами или катушками индуктивности.В частности, RC-фильтр представляет собой фильтр нижних частот с резистором и конденсатором. Напротив, фильтр RL представляет собой фильтр нижних частот с резистором и катушкой индуктивности.

  Фильтры нижних частот – это как фиксированные, так и модулированные регуляторы тембра. Наиболее переходные элементы любой формы волны являются прямым вкладом самой высокой гармоники этой формы волны. Следовательно, изменяя частоту среза LPF, можно добиться резких изменений тона.

  Дополнительные ресурсы и исходные тексты

  https: // en.wikipedia.org/wiki/Low-pass_filter

  фактов о фильтрах нижних частот

  Многие люди в области электроники точно знают, какое оборудование использовать в конкретных ситуациях, и они знают, на что способно это оборудование. Однако мир электроники и электронных компонентов по-прежнему может быть сложным и запутанным. Даже профессионалы иногда сбиваются с толку, пытаясь выяснить, какое электронное устройство необходимо. В Werlatone.com мы полностью понимаем, насколько сложным может быть решение сложных электронных проблем, и поэтому мы предлагаем этот раздел на нашем сайте.Мы надеемся, что информация на этих страницах окажется для вас полезной, когда придет время покупать электронные устройства для вашего проекта. На этой странице мы собираемся обрисовать основы наших фильтров нижних частот.

  Инженеры Werlatone десятилетиями трудились над совершенствованием нашей уникальной марки фильтров нижних частот. Изготовлен из самых современных компонентов и оснащен нашей запатентованной высокоэффективной многооктавной технологией Mismatch Tolerant ® . Наши фильтры нижних частот единодушно считаются одними из лучших электронных устройств на рынке сегодня, а наша команда исследователей и специалистов по обеспечению качества гарантирует, что мы остаемся на вершине нашей игры.

  Что такое фильтры нижних частот? Фильтры нижних частот, в основном, представляют собой фильтры, которые пропускают низкочастотные сигналы, уменьшая при этом амплитуду сигналов более высоких частот. Эти фильтры можно настроить для определения определенных частот в зависимости от запросов клиента.

  Фильтры нижних частот используются во многих различных случаях. Одно из наиболее распространенных применений фильтров нижних частот – это звук, когда необходимо удалить определенную звуковую частоту; в случае фильтров нижних частот фильтр уменьшит звук высокочастотного шума.Фильтры нижних частот также используются в работе с видео. Эти типы фильтров обуславливают сигналы во время аналого-цифрового преобразования.

  Учитывая настраиваемый характер фильтров нижних частот, Werlatone имеет все возможности для создания ваших устройств в соответствии с вашими точными стандартами. Независимо от того, какой диапазон сигналов вам нужно отфильтровать, Werlatone может создать для вас устройство, которое будет соответствовать вашим потребностям и превзойти их. Для получения дополнительной информации свяжитесь с нашей командой по телефону 1-845-278-2220.

  ФНЧ, мм Волновые фильтры | Прецизионные устройства Knowles

  Фильтры нижних частот марки DLI

  Используется отдельно или в дополнение к полосовому фильтру для дополнительного подавления гармоник.Пользовательские версии могут быть адаптированы для поддержки более высоких требований к отказу или других потребностей. Фильтры нижних частот переходят от постоянного тока к желаемому частотному диапазону и подавляют остальную часть нежелательного спектра. Разработан от постоянного тока до 67 ГГц

  • Температурная стабильность: от -55 до 125 ° C
  • Уменьшение размера фильтра: до 20 раз при использовании материала CG, в 10 раз при использовании CF, в 3 раза при использовании PG по сравнению с обычной PWB
  • Высокая повторяемость – производство тонких пленок обеспечивает высокую производительность; нет тюнинга
  • Устройство для поверхностного монтажа со встроенным экраном; нет необходимости в укрытии или канализации

  Пользовательские версии

  Не видите ниже то, что ищете? Свяжитесь с нами

  Фильтры нижних частот

  
  

  Номер детали	Частота среза 3 дБ (ГГц)	FL (ГГц)	FH (ГГц	IL (дБ, @ 25) ºC	Д x Ш x В, дюймы (мм)	Лист данных	Вспомогательные файлы
  L050XF9S	5	постоянного тока	4	1.0 дБ	0,220 (5,588) x 0,180 (4,572) x 0,103 (2,616)	L050XF9S	L050XF9S
  L065XG9W	6,5	постоянного тока	6	1.3 дБ	0,220 (5,588) x 0,140 (3,556) x 0,118 (2,997)	L065XG9W	L065XG9W
  L065XG9S	6,5	постоянного тока	6	1.3 дБ	0,220 (5,588) x 0,180 (4,572) x 0,103 (2,616)	L065XG9S	L065XG9S
  L095XG9S	9,5	постоянного тока	9	1.3 дБ	0,220 (5,588) x 0,140 (3,556) x 0,103 (2,616)	L095XG9S	L095XG9S
  L117Xh5S	11,7	постоянного тока	11	1.0 дБ	0,220 (5,588) x 0,140 (3,556) x 0,103 (2,616)	L117Xh5S	L117Xh5S
  L128Xh5S	12,8	постоянного тока	12	1.2 дБ	0,220 (5,588) x 0,140 (3,556) x 0,103 (2,616)	L128Xh5S	L128Xh5S
  L117Xh5W	11,7	постоянного тока	12,6	2.0 дБ	0,220 (5,588) x 0,140 (3,556) x 0,113 (2,87)	L117Xh5W	L117Xh5W
  L157XG3S	15,7	постоянного тока	15	2.2 дБ	0,220 (5,588) x 0,140 (3,556) x 0,103 (2,616)	L157XG3S	L157XG3S
  L185XF4S	18,5	постоянного тока	18	2.2 дБ	0,220 (5,588) x 0,140 (3,556) x 0,098 (2,489)	L185XF4S	L185XF4S
  L185XF4W	18,5	постоянного тока	18	2.0 дБ	0,220 (5,588) x 0,140 (3,556) x 0,113 (2,87)	L185XF4W	L185XF4W
  L204XF4S	20,4	постоянного тока	20	1.8 дБ	0,220 (5,588) x 0,140 (3,556) x 0,098 (2,489)	L204XF4S	L204XF4S
  L254XF3S	25,4	постоянного тока	25	1.4 дБ	0,220 (5,588) x 0,140 (3,556) x 0,098 (2,489)	L254XF3S	L254XF3S
  L288XC3S	28,6	постоянного тока	27	1.75 дБ	0,220 (5,588) x 0,140 (3,556) x 0,118 (2,997)	L288XC3S	L288XC3S
  L157XF3W	15,7	постоянного тока	16,5	2.0 дБ	0,220 (5,588) x 0,140 (3,556) x 0,108 (2,743)	L157XF3W	L157XF3W

  Pro Mixing Tip для Home Studio

  Вы серьезно настроены улучшить свою игру на микширование?

  Если да, то вы должны знать, как использовать фильтр нижних частот. Это тип эквалайзера, необходимый для хорошего микширования.

  Хотите, чтобы ваши миксы звучали профессионально?

  Прежде чем мы продолжим … Полагаю, вы здесь, потому что хотите создавать музыку, которая звучит профессионально.

  Если да, то вам понравится этот новый бесплатный мастер-класс.

  Inside вы узнаете всего 7 шагов, которые вам нужно пройти, если вы хотите, чтобы ваши миксы звучали профессионально.

  Итак, если вам нужен ярлык для профессиональных миксов, посмотрите этот бесплатный мастер-класс прямо сейчас:

  Но если вы просто хотите узнать, как быть именно фильтром нижних частот, продолжайте читать.

  Что такое фильтр нижних частот?

  Фильтр нижних частот (LPF) – это тип настройки полосы, которую вы видите на своем эквалайзере.

  Он будет расположен до упора справа на частотном спектре вашего эквалайзера. Когда вы применяете его, он выглядит как надрез с уклоном вправо.

  Обрезает частоты выше (справа) от фильтра нижних частот. Это поможет вам лучше воспринимать низкие частоты.

  В основном, фильтр нижних частот позволяет низким частотам пропускать через фильтр .

  Применение LPF означает, что вы услышите более низкие частоты.

  LPF могут появляться во многих местах. Как микрофон, как часть предусилителя, так и плагин эквалайзера.

  Настройки фильтра низких частот

  Так каковы настройки ФНЧ? Давайте посмотрим на настройки LPF, которые вы увидите в плагине EQ.

  Во-первых, у вас есть частота, частота среза в Гц.

  Это говорит вам, где расположена полоса. Здесь фильтр достигает 0 дБ и начинает обрезать сигнал.

  Далее у вас есть выигрыш. В любом случае с фильтром нижних частот он остается на уровне 0 дБ.

  Наконец, вы увидите полосу пропускания или октаву. Это определяет, является ли срезание нисходящим или пиковым перед срезанием частот.

  Зачем нужен фильтр низких частот?

  Есть несколько причин, по которым вы можете захотеть использовать фильтр нижних частот. (Подробнее о конкретных методах в следующем разделе.)

  Для воспроизведения басов

  Когда вы обрезаете высокие частоты, это позволяет более заметным нижним частотам.Помните, что фильтр нижних частот лучше пропускает низкие частоты.

  Итак, если у вас есть инструмент, который требует более низких частот (скажем, бас-гитара), вы можете применить LPF.

  Для приручения высоких частот

  Вы также можете использовать LPF для наматывания инструмента с резкими высокими частотами, такого как хай-хет или даже вокал.

  В этом контексте вы можете не захотеть обрезать слишком много высоких частот, так как это может истощить срок службы инструмента.Но может помочь обрезка только сверхвысоких частот.

  Чтобы добавить приглушенный эффект

  Если применить резкий ФНЧ, можно создать прохладный приглушенный эффект, как будто инструмент находится под водой.

  Это не обычная техника микширования, а скорее то, что вы можете сделать с дополнительным треком.

  Методы смешения с фильтром нижних частот

  Теперь давайте рассмотрим некоторые методы микширования с фильтром нижних частот, которые вы можете использовать в своем следующем миксе…

  Вырезать нежелательные звуки

  Иногда вы можете услышать свист или шипение в районе 10 кГц.

  Фильтр нижних частот может вырезать их без изменения качества частотного спектра. Только не впадайте в крайности, иначе вы могли бы высосать энергию из смеси.

  Создать глубину

  Глубина в вашем миксе означает, что слушатель воспринимает ваш трек как передний и задний. Некоторые инструменты будут звучать дальше назад, а другие – впереди.

  Вы делаете это в основном с помощью регуляторов усиления и даже панорамирования. Но использование LPF может сделать звук инструмента менее заметным.

  Применяя LPF, вы можете перемещать элементы в конец вашего микса, создавая глубину.

  Оставьте пространство между похожими инструментами

  Суть фильтрации заключается в освобождении места.

  Фильтр нижних частот удаляет высокие частоты. Таким образом, вы можете освободить место для высоких частот в других инструментах.

  Например, если у вас есть микс с большим количеством вокальных дублей, все может казаться загроможденным. Применяя LPF к вокальным дублям, которые в этом не нуждаются, вы можете в конечном итоге получить менее мутный микс.

  Вы можете возразить, что смешивание – это не только добавление, но и удаление.

  Баланс вокала

  Одно из самых распространенных противоречий, которое может произойти в миксе, – это между ведущим вокалом и бэк-вокалом.

  Чтобы оставить место для ведущего вокала, вы можете применить LPF к бэк-вокалу.

  Вы хотите, чтобы они были на заднем плане. Вместо того, чтобы бороться за внимание.

  Добавить остроты

  Помните, как можно настроить фильтр нижних частот до того, как он начнет срезать частоты?

  Если вы сделаете это, вы можете удалить нежелательные более высокие частоты.И все это дает импульс энергетическим точкам прямо перед тем, как энергия исчезнет с вашим порезом.

  Просто сузьте полосу пропускания (октаву), и вы увидите, как нарастает пик. Но не слишком резко, иначе он может начать казаться квадратным.

  Заключение

  Напомним, что фильтры нижних частот идеально подходят для

  .
  • Извлечение басов
  • Шатание на высоких частотах
  • Удаление нежелательных звуков и шипения
  • Создание глубины, пространства и баланса
  • Добавляем остроты

  Будьте осторожны при использовании фильтра нижних частот.

  Как и в любом другом случае микширования, делайте небольшие движения. Множество маленьких ходов дают лучшее сочетание.

  7 шагов к профессиональному миксу в домашних условиях

  Что, если бы я сказал вам, что вы можете создавать музыку для радио дома, даже если вы новичок в сведении?

  Вот в чем дело…

  Вы можете сделать все правильно и при этом получить музыку, которая звучит любительски, если вы пропустите важный шаг.

  Смешивание может показаться утомительным, трудоемким и совершенно разочаровывающим … если у вас нет процесса, которому нужно следовать.

  Но что, если я скажу вам, что вам не нужно быть экспертом (с многолетним опытом), чтобы делать профессиональную музыку дома?

  Ну…

  Это правда.

  В рамках этого нового бесплатного мастер-класса вы узнаете секреты создания музыки для радио в домашних условиях.

  Благодаря этому новому подходу вы будете точно знать, на что тратить свое время и силы. Вы больше не будете сбиты с толку и ошеломлены процессом записи и микширования.

  Итак, если вы хотите узнать * точные * шаги, которые приведут ваши миксы к профессиональному стандарту менее чем за год…

  Посмотрите этот бесплатный мастер-класс сейчас:

  Играет ограниченное время – мы постоянно обновляем сайт, и вскоре это может быть удалено.Так что пойдите и проверьте это сейчас.

  что такое фильтр нижних частот и фильтр верхних частот?

  Пропускной фильтр – действительно полезный инструмент при микшировании звука. Это потому, что, в отличие от других эквалайзеров, повышающих или понижающих частоты (например, параметрических эквалайзеров и полочных фильтров), проходной фильтр позволяет отфильтровывать части частотного спектра. Есть два основных типа проходных фильтров, которые используются при микшировании музыки. Это фильтры высоких частот (HPF) и фильтры низких частот (LPF).В этой статье я объясню, что делают фильтры прохода, как вы можете их использовать и о преимуществах этого.

  Фильтр высоких частот:

  «Фильтр высоких частот», также называемый «фильтром низких частот», выполняет именно то, что следует из названия. Он позволяет проходить только частотам, которые выше определенной точки. Одновременно он отфильтровывает частоты ниже этой точки.

  Фильтр нижних частот:

  «Фильтр нижних частот», также называемый «фильтром верхних частот», пропускает только частоты ниже определенной точки.Одновременно он отфильтровывает частоты выше этой точки.

  Фильтры

  Pass имеют два элемента управления. Это частота среза фильтра и крутизна характеристики фильтра.

  Давайте рассмотрим каждый из этих элементов управления более подробно…

  Частота среза:

  Вы используете частоту среза проходного фильтра в качестве эталона для точки, в которой частоты с одной стороны фильтруются, а с другой стороны пропускаются. Стоит отметить, что частота среза – это не точка, в которой начинается затухание.Фактически, это точка, в которой достигается ослабление на 3 дБ. Таким образом, следует отметить, что некоторое затухание действительно происходит даже на стороне частоты среза, до которой разрешено переходить частотам.

  Угол наклона:

  Некоторые фильтры позволяют управлять крутизной «крутизны» фильтра. Крутизна наклона определяет, как постепенно происходит затухание. Наклон измеряется в децибелах на октаву (дБ / октаву). Чем меньше децибел сокращается на октаву, тем более плавным будет наклон.Это можно увидеть здесь:

  Чем больше количество децибел на октаву, тем круче будет наклон. Это можно увидеть здесь:

  Управление пропускным фильтром:

  Конструкции различных эквалайзеров сильно различаются. Некоторые эквалайзеры позволяют управлять как частотой среза, так и крутизной проходного фильтра. Другие могут иметь фиксированные настройки как для частоты среза, так и для крутизны, что позволяет вам просто переключать фильтр между активным и неактивным.Некоторые предлагают только контроль над частотой среза и имеют фиксированную настройку крутизны. Другие могут предлагать только HPF, но не LPF.

  Зачем нужен проходной фильтр?

  Фильтр, который позволяет вырезать определенные части частотного спектра, может быть действительно полезен, особенно в ситуациях, когда фильтрация частот предпочтительнее, чем просто их уменьшение, как это было бы с чем-то вроде полочного фильтра.

  Фильтры верхних частот часто применяются к акустическим гитарам, электрогитарам, фортепиано и любым другим инструментам, кроме бас-гитары и бас-гитары, которые вносят вклад в низкие частоты в ваш микс и могут сделать ваш трек грязным.Использование фильтра высоких частот позволяет отфильтровать часть этого низкочастотного содержимого. Это очищает микс и позволяет бас-барабану и бас-гитаре иметь приоритет в нижних частотах.

  Другой распространенный вариант использования фильтра высоких частот – обрезка низких частот вокальной дорожки для устранения взрывных звуков. Другие шумы или нежелательные части сигнала, такие как гул от сети, грохот транспорта или случайный удар о стойку микрофона, обычно можно отфильтровать из записи с помощью HPF. Точно так же вы можете использовать фильтр нижних частот, чтобы вырезать нежелательный шум на высоких частотах гитарного усилителя.

  Используете ли вы в своих миксах фильтры высоких или низких частот? Если нет, можете ли вы вспомнить случаи, когда проходной фильтр может пригодиться? Оставляйте свои идеи в разделе комментариев.

  Основы полосовых фильтров

  Фильтры пропускают одни сигналы и блокируют другие. Полосовой (также известный как полосовой) фильтр позволяет сигналам определенного частотного диапазона («полосы частот») проходить через фильтр как есть. (Этот диапазон допустимых частот называется полосой пропускания.Размер или диапазон полосы пропускания называется полосой пропускания.) С полосовым фильтром все, что выше или ниже выбранного диапазона частот, будет заблокировано (ослаблено). Это полезно для удаления нежелательного шума, блокируя все, что, как вы знаете, вы в любом случае не будете использовать. Одним из примеров является диапазон звуковых частот для использования с музыкой и обработки речи; диапазон звуковых частот для этих приложений составляет примерно от 20 Гц до 20 кГц.

  Рисунок 1: Полосовой фильтр с низкой частотой среза (fL), центральной частотой (fC) и высокой частотой среза (fH), показанный в зависимости от полосы пропускания и полосы пропускания.

  Аналоговые сигналы часто необходимо фильтровать перед преобразованием их в цифровые сигналы для обработки. (Существуют как аналоговые, так и цифровые фильтры, но мы говорим об аналоговых фильтрах, которые удаляют шум перед его оцифровкой.) Удаление шума на более высоких частотах (выше ~ 1 МГц) может быть выполнено с помощью схемы, использующей пассивные компоненты (конденсаторы (C), резисторы (R) и катушки индуктивности (L).) На более низких частотах (от 1 Гц до 1 МГц) катушка индуктивности может стать физически большой и неэкономичной, поэтому можно использовать активный фильтр, который будет работать так же, как фильтр LRC, но на более низкой частоте.Активный фильтр использует активный компонент, такой как операционный усилитель, а также пассивные компоненты.

  Три наиболее известных способа фильтрации – это фильтр нижних частот, фильтр верхних частот и полосовой фильтр. Существуют две менее известные категории: режекторный (режекторный) фильтр (разновидность обратного полосового фильтра) и полнопроходный фильтр (сдвигающий фазу). Фильтр нижних частот пропускает только сигналы низких частот. Фильтр высоких частот пропускает только сигналы с более высокими частотами.(Простой способ создать полосовой фильтр – это разместить последовательно фильтры нижних и верхних частот.) Некоторые характеристики полосового фильтра, вызывающие озабоченность, – это частоты среза. Низкая частота среза ( f _L ) определяет нижнюю часть полосового фильтра, где сигналы, начиная с нижней частоты среза, могут проходить через фильтр. Высокая частота среза ( f _H ) определяет самую высокую частоту, которую полосовой фильтр пропускает.

  Другая характеристика, вызывающая беспокойство, – это усиление на центральной частоте ( f _C ) и коэффициент качества (Q) полосового фильтра, который имеет отношение к селективности фильтра. Полосовой фильтр с высокой добротностью представляет собой полосовой фильтр с узкой полосой пропускания; то есть высокая добротность означает, что будет проходить меньше сигналов с нежелательными частотами. Низкая добротность означает, что полоса пропускания широкая и, следовательно, позволяет более широкому диапазону частот проходить через фильтр.Как правило, частота среза – это частота, на которой амплитуда фильтра на 3 дБ меньше амплитуды полосы пропускания. [I]

  В действительности полосовые фильтры не могут полностью блокировать нежелательные сигналы. Сигналы, которые не попадают в полосу пропускания, могут быть просто ослаблены или значительно уменьшены по амплитуде. Сигналы, которые находятся в полосе пропускания, будут усилены усилением, связанным с f _C . Идеальный фильтр выглядел бы как пошаговая функция; позволяя частотам точно с f _L проходить через схему фильтра и резко останавливая пропускную способность точно с f _H .В его нынешнем виде проблема заключается в том, что фильтр не полностью, ослабляет все, и постепенно хуже пропускает сигналы, ведущие к частоте среза f _L, , и постепенно становится лучше при ослаблении сигналов по мере удаления от источника. высокая частота среза, f _H . Это несовершенное исключение называется «спадом». Спад можно увидеть на кривой, ведущей к плато на рисунке 1, и снова на кривой, падающей от f _H . Фильтры высшего порядка (второго порядка, третьего порядка и т. Д.) будет иметь более резкую скорость спада. Фильтры более высокого порядка содержат больше компонентов.

  Дополнительную информацию об активных фильтрах можно найти в отличном онлайн-ресурсе под названием «Активные фильтры от Analog Devices».

  [i] https://wiki.