Онлайн расчет фильтров акустических систем: Онлайн расчет фильтров акустических систем (АС)

Активный трехполосный фильтр на базе NM2116

Юрий Садиков
г. Москва

В статье приведены результаты работ по созданию устройства, представляющего собой комплект активных фильтров для построения высококачественных трехполосных усилителей низкой частоты классов HiFi и HiEnd.

В процессе предварительных исследований суммарной АЧХ трехполосного усилителя, построенного с использованием трех активных фильтров второго порядка, выяснилось, что эта характеристика при любых частотах стыков фильтров обладает весьма высокой неравномерностью. При этом она весьма критична к точности настройки фильтров. Даже при небольшом рассогласовании неравномерность суммарной АЧХ может составить 10…15 дБ!

МАСТЕР КИТ выпускает набор NM2116, из которого можно собрать комплект фильтров, построенный на базе двух фильтров и вычитающего сумматора, не имеющий вышеперечисленных недостатков. Разработанное устройство малочувствительно к параметрам частот среза отдельных фильтров и при этом обеспечивает высоколинейную суммарную АЧХ.

Основными элементами современной высококачественной звуковоспроизводящей аппаратуры являются акустические системы (АС).

Самыми простыми и дешевыми являются однополосные АС, имеющие в своем составе один громкоговоритель. Такие акустические системы не способны с высоким качеством работать в широком диапазоне частот в силу использования одного громкоговорителя (головка громкоговорителя – ГГ). При воспроизведении разных частот к ГГ предъявляются различные требования. На низких частотах (НЧ) динамик должен обладать большим и жестким диффузором, низкой резонансной частотой и иметь большой ход (для прокачки большого объема воздуха). А на высоких частотах (ВЧ) наоборот – необходим небольшой легкий но твердый диффузор с малым ходом. Все эти характеристики совместить в одном громкоговорителе практически невозможно (несмотря на многочисленные попытки), поэтому одиночный громкоговоритель имеет высокую частотную неравномерность. Кроме этого в широкополосных громкоговорителях существует эффект интермодуляции, который проявляется в модуляции высокочастотных компонент звукового сигнала низкочастотными. В результате звуковая картина нарушается. Традиционным решением этой проблемы является разделение воспроизводимого диапазона частот на поддиапазоны и построение акустических систем на базе нескольких динамиков на каждый выбранный частотный поддиапазон.

Пассивные и активные разделительные электрические фильтры

Для снижения уровня интермодуляционных искажений перед громкоговорителями устанавливаются электрические разделительные фильтры. Эти фильтры также выполняют функцию распределения энергии звукового сигнала между ГГ. Их рассчитывают на определенную частоту разделения, за пределами которой фильтр обеспечивает выбранную величину затухания, выражаемую в децибелах на октаву. Крутизна затухания разделительного фильтра зависит от схемы его построения. Фильтр первого порядка обеспечивазатухание 6 дБ/окт, второго порядка – 12 дБ/окт, а третьего порядка – 18 дБ/окт. Чаще всего в АС используются фильтры второго порядка. Фильтры более высоких порядков применяются в АС редко из-за сложной реализации точных значений элементов и отсутствия потребности иметь более высокие значения крутизны затухания.

Частота разделения фильтров зависит от параметров применяемых ГГ и от свойств слуха. Наилучший выбор частоты разделения — при котором каждый ГГ АС работает в пределах области поршневого действия диффузора. Однако при этом АС должна иметь много частот разделения (соответственно ГГ), что значительно увеличивает ее стоимость. Технически обосновано, что для качественного звуковоспроизведения достаточно применять трехполосное разделение частот. Однако на практике существуют 4-х, 5-и и даже 6-и полосные акустические системы. Первую (низкую) частоту разделения выбирают в диапазоне 200…400 Гц, а вторую (среднюю) частоту разделения в диапазоне 2500…4000 Гц.

Традиционно фильтры изготавливаются с применением пассивных L, C, R элементов, и устанавливаются непосредственно на выходе оконечного усилителя мощности (УМ) в корпусе АС, согласно рис.1.

 Рис.1. Традиционное исполнение АС.

Однако у подобного исполнения существует ряд недостатков. Во первых, для обеспечения необходимых частот среза приходится работать с достаточно большими индуктивностями, поскольку необходимо выполнить одновременно два условия – обеспечить необходимую частоту среза и обеспечить согласование фильтра с ГГ (иными словами нельзя уменьшить индуктивность за счет увеличения емкости, входящей в состав фильтра). Намотку катушек индуктивности желательно производить на каркасах без применения ферромагнетиков из-за существенной нелинейности их кривой намагниченности. Соответственно, воздушные катушки индуктивности получаются достаточно громоздкими. Кроме всего существует погрешность намотки, которая не позволяет обеспечить точно рассчитанную частоту среза.

Провод, которым ведется намотка катушек, обладает конечным омическим сопротивлением, что в свою очередь, приводит к уменьшению КПД системы в целом и преобразованием части полезной мощности УМ в тепло. Особенно заметно это проявляется в автомобильных усилителях, где питающее напряжение ограничено 12 В. Поэтому для построения автомобильных стереосистем часто применяют ГГ пониженного сопротивления обмотки (~2…4 Ом). В такой системе введение дополнительного сопротивления фильтра порядка 0,5 Ом может привести к уменьшению выходной мощности на 30%…40%.

При проектировании высококачественного усилителя мощности стараются свести к минимуму его выходное сопротивление для увеличения степени демпфирования ГГ. Применение пассивных фильтров заметно снижает степень демпфирования ГГ, поскольку последовательно с выходом усилителя подключается дополнительное реактивное сопротивление фильтра. Для слушателя это проявляется в появлении “бубнящих” басов.

Эффективным решением является использование не пассивных, а активных электронных фильтров, в которых все перечисленные недостатки отсутствуют. В отличие от пассивных фильтров, активные фильтры устанавливается до УМ как показано на рис.2.

Рис.2. Построение звуковоспроизводящего тракта с использованием активных фильтров.

Активные фильтры представляют собой RC фильтры на операционных усилителях (ОУ). Несложно построить активные фильтры звуковых частот любого порядка и с любой частотой среза. Расчет подобных фильтров производится по табличным коэффициентам с заранее выбранным типом фильтра, необходимым порядком и частотой среза.

Использование современных электронных компонентов позволяет изготавливать фильтры, обладающие минимальными значениями уровней собственных шумов, малым энергопотреблением, габаритами и простотой исполнения/повторения. В результате, использование активных фильтров приводит к увеличению степени демпфирования ГГ, снижает потери мощности, уменьшает искажения и увеличивает КПД звуковоспроизводящего тракта в целом.

К недостаткам такой архитектуры относится необходимость использования нескольких усилителей мощности и нескольких пар проводов для подключения акустических систем. Однако в настоящее время это не является критичным. Уровень современных технологий значительно снизил цену и размеры УМ. Кроме того, появилось достаточно много мощных усилителей в интегральном исполнении с отличными характеристиками, даже для профессионального применения. На сегодняшний день существует ряд ИМС с несколькими УМ в одном корпусе (фирма Panasonic выпускает ИМС RCN311W64A-P с 6-ю усилителями мощности специально для построения трехполосных стереосистем). Кроме того УМ можно расположить внутри АС и использовать короткие провода большого сечения для подключения динамиков, а входной сигнал подать по тонкому экранированному кабелю. Однако, если даже не удается установить УМ внутри АС, применение многожильных соединительных кабелей не представляет собой сложную проблему.

Моделирование и выбор оптимальной структуры активных фильтров

При построении блока активных фильтров было решено использовать структуру состоящую из фильтра высокой частоты (ФВЧ), фильтра средней частоты (полосовой фильтр, ФСЧ) и фильтра низкой частоты (ФНЧ).

Это схемотехническое решение было практически реализовано. Был построен блок активных фильтров НЧ, ВЧ и ПФ. В качестве модели трехполосной АС был выбран трехканальный сумматор, обеспечивающий суммирование частотных компонент, согласно рис.3.

Рис.3. Модель трехканальной АС с набором активных фильтров и ФСЧ на ПФ.

При снятии АЧХ такой системы, при оптимально подобранных частотах среза, ожидалось получить линейную зависимость. Но результаты оказались далеки от предполагаемых. В точках сопряжения характеристик фильтров наблюдались провалы/выбросы в зависимости от соотношения частот среза соседних фильтров. В итоге подбором значений частот среза не удалось привести проходную АЧХ системы к линейному виду. Нелинейность проходной характеристики свидетельствует о наличии частотных искажений в воспроизводимом музыкальном оформлении. Результаты эксперимента представлены на рис.4, рис.5 и рис.6. Рис.4 иллюстрирует сопряжение ФНЧ и ФВЧ по стандартному уровню 0.707. Как видно из рисунка в точке сопряжения результирующая АЧХ (показана красным цветом) имеет существенный провал. При раздвижении характеристик глубина и ширина провала увеличивается, соответственно. Рис.5 иллюстрирует сопряжение ФНЧ и ФВЧ по уровню 0.93 (сдвижка частотных характеристик фильтров). Эта зависимость иллюстрирует минимально достижимую неравномерность проходной АЧХ, путем подбора частот среза фильтров. Как видно из рисунка, зависимость явно не линейна. При этом частоты среза фильтров можно считать оптимальными для данной системы. При дальнейшем сдвиге частотных характеристик фильтров (сопряжение по уровню 0.97) наблюдается появление выброса в проходной АЧХ в точке стыка характеристик фильтров. Подобная ситуация показана на рис.6.

Рис.4. АЧХ ФНЧ (черный), АЧХ ФВЧ (черный) и проходная АЧХ (красный), согласование по уровню 0.707.

Рис.5. АЧХ ФНЧ (черный), АЧХ ФВЧ (черный) и проходная АЧХ (красный), согласование по уровню 0.93.

Рис.6. АЧХ ФНЧ (черный), АЧХ ФВЧ (черный) и проходная АЧХ (красный), согласование по уровню 0.97 и появление выброса.

Основной причиной нелинейности проходной АЧХ является наличие фазовых искажений на границах частот среза фильтров.

Решить подобную проблему позволяет построение среднечастотного фильтра не в виде полосового фильтра, а с использованием вычитающего сумматора на ОУ. Характеристика такого ФСЧ формируется в соответствии с формулой: Uсч = Uвх – Uнч – Uвч

Структура такой системы представлена на рис.7.

Рис.7. Модель трехканальной АС с набором активных фильтров и ФСЧ на вычитающем сумматоре.

При таком способе формирования канала средних частот пропадает необходимость в точной настройке соседних частот среза фильтров, т. к. среднечастотный сигнал формируется вычитанием из полного сигнала сигналов фильтров высоких и низких частот. Кроме обеспечения взаимодополняющих АЧХ, у фильтров получаются так же и комплементарные ФЧХ, что гарантирует отсутствие выбросов и провалов в суммарной АЧХ всей системы.

АЧХ среднечастотного звена с частотами среза Fср1 = 300 Гц и Fср2 = 3000 Гц приведена на рис. 8. По спаду АЧХ обеспечивается затухание не более 6 дБ/окт, что, как показывает практика, вполне достаточно для практической реализации ФСЧ и получения качественного звучания СЧ ГГ.

Рис.8. АЧХ фильтра средних частот.

Проходной коэффициент передачи такой системы с ФНЧ, ФВЧ и ФСЧ на вычитающем сумматоре получается линейным во всем диапазоне частот 20 Гц…20 кГц, согласно рис. 9. Полностью отсутствуют амплитудные и фазовые искажения, что обеспечивает кристальную чистоту воспроизводимого звукового сигнала.

Рис.9. АЧХ системы фильтров с ФСЧ на вычитающем сумматоре.

К недостаткам подобного решения можно отнести жесткие требования к точности номиналов резисторов R1, R2, R3 (согласно рис.10, на котором представлена электрическая схема вычитающего сумматора) обеспечивающих балансировку сумматора. Эти резисторы должны использоваться с допусками на точность не более 1%. Однако при возникновении проблем с приобретением таких резисторов потребуется сбалансировать сумматор используя вместо R1, R2 подстроечные резисторы.

Балансировка сумматора выполняется по следующей методике. Сначала на вход системы фильтров необходимо подать низкочастотное колебание с частотой, намного ниже частоты среза ФНЧ, например 100 Гц. Изменяя значение R1 необходимо установить минимальный уровень сигнала на выходе сумматора. Затем на вход системы фильтров подается колебание с частотой заведомо большей частоты среза ФВЧ, например 15 кГц. Изменяя значение R2 опять устанавливают минимальный уровень сигнала на выходе сумматора. Настройка закончена.

Рис. 10. Схема вычитающего сумматора.

Методика расчета активных ФНЧ и ФВЧ

Радиолюбители сами могут рассчитать ФНЧ и ФВЧ на необходимую частоту среза, используя следующие выкладки.

Как показывает теория для фильтрации частот звукового диапазона необходимо применять фильтры Баттерворта не более второго или третьего порядка, обеспечивающие минимальную неравномерность в полосе пропускания.

Схема ФНЧ второго порядка представлена на рис. 11. Его расчет производится по формуле:

где a1=1.4142 и b1=1.0 – табличные коэффициенты, а С1 и С2 выбираются из соотношения C2/C1 больше равно 4xb1/a12, причем не следует выбирать отношение C2/C1 много большим правой части неравенства.

Рис.11. Схема ФНЧ Баттерворта 2-го порядка.

Схема ФВЧ второго порядка представлена на рис. 12. Его расчет производится по формулам:

где C=C1=C2 (задаются перед расчетом), а a1=1.4142 и b1=1.0 – те же табличные коэффициенты.

Рис.12. Схема ФВЧ Баттерворта 2-го порядка.

Специалисты МАСТЕР КИТ разработали и исследовали характеристики такого блока фильтров, обладающего максимальной функциональностью и минимальными габаритами, что является существенным при применении устройства в быту. Использование современной элементной базы позволило обеспечить максимальное качество разработке.

Технические характеристики блока фильтров

Принципиальная электрическая схема активного фильтра показана на рис. 13. Перечень элементов фильтра приведен в таблице.

Фильтр выполнен на четырех операционных усилителях. ОУ объединены в одном корпусе ИМС MC3403 (DA2). На DA1 (LM78L09) собран стабилизатор питающего напряжения с соответствующими фильтрующими емкостями: С1, С3 по входу и С4 по выходу. На резистивном делителе R2, R3 и конденсаторе С5 выполнена искусственная средняя точка.

На ОУ DA2.1 выполнен буферный каскад сопряжения выходного и входных сопротивлений источника сигнала и фильтров НЧ, ВЧ и СЧ. На ОУ DA2.2 собран фильтр НЧ, на ОУ DA2.3 – фильтр ВЧ. ОУ DA2.4 выполняет функцию формирователя полосового СЧ фильтра.

На контакты X3 и X4 подается напряжение питания, на контакты X1, X2 – входной сигнал. С контактов X5, X9 снимается отфильтрованный выходной сигнал для тракта НЧ; с X6, X8 – ВЧ и с X7, X10 – СЧ трактов соответственно.

Рис.13. Схема электрическая принципиальная активного трехполосного фильтра

Перечень элементов активного трехполосного фильтра

Позиция	Наименование	Примечание	Кол.
С1, С4	0,1 мкФ	Обозначение 104	2
C2, С10, C11, C12, C13, C14, C15	0,47 мкФ	Обозначение 474	7
С3, C5	220 мкФ/16 В	Замена 220 мкФ/25 В	2
С6, C8	1000 пФ	Обозначение 102	2
С7	22 нФ	Обозначение 223	1
С9	10 нФ	Обозначение 103	1
DA1	78L09		1
DA1	MC3403	Замена LM324, LM2902	1
R1…R3	10 кОм		3
R8…R12	10 кОм	Допуск не более 1%*	5
R4…R6	39 кОм		3
R7	75 кОм	–	1
Колодка DIP-14			1
Штыревой разъем		2-х контактный	2
Штыревой разъем		3-х контактный	2

Внешний вид фильтра показан на рис. 14, печатная плата – на рис.15, расположение элементов – на рис.16.

Конструктивно фильтр выполнен на печатной плате из фольгированного стеклотекстолита. Конструкция предусматривает установку платы в стандартный корпус BOX-Z24A, для этого предусмотрены монтажные отверстия по краям платы диаметром 4 и 8 мм. Плата в корпусе крепится двумя винтами-саморезами.

Рис.14. Внешний вид активного фильтра.

Рис.15. Печатная плата активного фильтра.

Рис.16. Расположение элементов на печатной плате активного фильтра.

Материал опубликован в журнале Радиосхема 2007`06.

Tech Stuff – Акустические калькуляторы

Эти калькуляторы написаны на Javascript (экономит нашу пропускную способность). Найдите нужный расчет и введите различные необходимые параметры, затем нажмите кнопку «Рассчитать». Если они вам не нравятся или вы думаете, что можете их улучшить, код для калькуляторов находится здесь. Для получения информации об уравнениях, используемых в каждом калькуляторе, перейдите по ссылке Notes and Equations Used .

1. Музыкальные ноты – Таблица нот в диапазоне слышимости человека до выбираемых знаков после запятой и с заданной пользователем частотой A4.
2. Center Frequencies – центральные и полосовые частоты для октавных фильтров (1 – 1/48).
3. Параметры БПФ/ДПФ — продолжительность, центральная и полосовая частоты для заданного пользователем размера ДПФ/БПФ, частоты дискретизации и битовой глубины.

Опасно для здоровья: Во всех случаях используемые уравнения можно найти, перейдя по ссылке в калькуляторе. Стандартные алгоритмы используются там, где они известны и их источник задокументирован. Пожалуйста, прочтите примечания и используемые уравнения для этих калькуляторов перед использованием.

Калькулятор не всегда отображал полный диапазон результатов между заданными пользователем верхним и нижним пределами при использовании в качестве базовой частоты любой другой частоты, кроме 1000 Гц. Теперь это так. Большое спасибо Адаму Либерману за то, что он нашел время, чтобы указать на эту проблему.

Калькулятор дробных октавных центров использовал метод расчета с основанием 2 , определенный в IEC 61260/1260, при расчете частот фронта/пересечения. Это может создать перекрытия и промежутки в частотах кроссовера на верхнем и нижнем краях полосы. 9Алгоритм 0003 с основанием 10 , также определенный в стандарте ISO IEC 61260/1260, дает более точные результаты и в целом устраняет проблему разрыва/перекрытия. Калькулятор был улучшен, чтобы использовать метод с основанием 10 (при сохранении метода с основанием 2 в качестве опции), и действительно, теперь по умолчанию используется метод с основанием 10 с вычисляемыми центрами, который является предпочтительным расчетом ISO. Большое спасибо Каю Фишеру за то, что он нашел время, чтобы указать на это несоответствие.

Музыкальные ноты

Используйте этот калькулятор, чтобы сгенерировать стандартные западные музыкальные ноты с заданным пользователем количеством разрядов для 11-октавного диапазона от C0 до B10 (Дополнительная информация). Введите количество требуемых разрядов в поле Decimal Place (по умолчанию 2, если значение не указано). Шаг A4 по умолчанию составляет 440 Гц (обычное международное значение), но введите любое значение в диапазоне от 430 до 450 Гц, если используются другие настройки. Число гармоник может быть любым значением в диапазоне от 2 до 5. Нажмите Вычислить , когда будете готовы. Сброс сбрасывает все значения до значений по умолчанию. Калькулятор отображает результатов в виде ноты, основной гармоники (1-я гармоника), 2-й гармоники (до запрошенного числа) в герцах (также называемых циклами в секунду). Формат с разделителями-запятыми уродлив, но имеет преимущество, заключающееся в том, что результаты (или выбранное подмножество) можно копировать, вставлять в текстовый редактор и импортировать в электронную таблицу или любое другое приложение, поддерживающее файлы формата с разделителями-запятыми. Примечания и используемые уравнения.

1. Каждая октава состоит из 12 полутонов, которые отображаются как C, C#, D, D#, E, F, F#, G, G#, A, A#, B. Где C# (до-диез) = D ^b (ре-бемоль), D# (ре-диез) = E ^b (ми-бемоль), F# (фа-диез) = G ^b (соль-бемоль), G# (соль-диез) = A ^b (ля-бемоль) , A# (ля-диез) = B ^б (си-бемоль). Мы показываем версию # во всех случаях для краткости, которая, вероятно, уже привела настоящих музыкантов в пароксизм зубного скрежета.

2. Предполагается, что все ноты равномерно темперированы (равные интервалы) с использованием 1,05946309 в качестве интервала.

3. Все ноты получены из основы высоты тона A4 с использованием заданного пользователем значения (по умолчанию 440 Гц, что соответствует американскому стандарту высоты тона). Диапазон от C0 до G3# рассчитывается как более низкий, чем базовый тон, A4# до B10 рассчитывается как более высокий, чем базовый тон.

4. Более высокие ноты рассчитываются следующим образом: эта нота * 1,05946309 = следующая самая высокая нота

5. Нижние банкноты рассчитываются следующим образом: этот банкнот / 1,05946309 = следующий нижний банкнот

6. Гармоники рассчитываются как кратные целому числу. 2-я гармоника — это 2-кратная основная гармоника (1-я гармоника), 3-я гармоника — 3-кратная основная гармоника и т. д. до числа, определяемого пользователем (максимально допустимое значение — 5).

Примечание: Алгоритмы и формулы, если не указано иное, взяты из IEC 61260/1260:19.95, ISO 266:1997 и ISO 3:1973

1. Базовая частота (значение по умолчанию ISO 1000 Гц) всегда считается границей октавы.

2. При расчете 2/3 октав калькулятор нормализует все центры до 1/3 от базовой частоты, а затем вычисляет краевые полосы на основе выбранного набора (каждое второе значение). Это может привести к незначительным ошибкам округления.

3. При расчете 1/2 октавы калькулятор нормализует все центры до 1/6 от базовой частоты, а затем вычисляет краевые полосы на основе выбранного набора (каждое 3-е значение). Это может привести к незначительным ошибкам округления. 9(3 / (10 x интервал)))

   Где интервал равен 1 для октавы, 2 для 1/2 октавы, 3 для 1/3 октавы, 6 для 1/6 октавы и т. д.

4. При использовании выбираемого пользователем метода Расчетные центры — основание 2 (ISO) , Предпочтительные центры — основание 2 (не ISO) , Расчетные центры — смежные (не ISO) или Предпочтительные центры — Смежные (не ISO) Центры рассчитываются с использованием уравнения с основанием 2:

   9(1 / интервал))

   Где интервал равен 1 для октавы, 2 для 1/2 октавы, 3 для 1/3 октавы, 6 для 1/6 октавы и т. д.

5. Центры всегда вычисляются с точностью до 5 знаков после запятой. IEC 1260 использует концепцию 5-значных результатов, которые могут включать или не включать десятичные разряды, и, таким образом, допускает переменное количество десятичных разрядов. Калькулятор будет генерировать более точные значения, чем требуется стандартом во всех случаях.

6. При расчете частоты фронта/пересечения используется либо предпочтительный центр, либо расчетный центр, как определено выбранным Метод . Стандарт IEC предписывает использование центра Calculated .

7. Предпочтительная (номинальная) частота берется из предпочтительного числового ряда R10 для значений 1, 1/3 и 2/3 октавы, R20 для значений 1/6 и 1/2 октавы, R40 для значений 1/12 октавы, R80 для значений 1/24 и R160 для значений 1/48 октавы. Примечание: Ряд R160 для 1/48 октавы не существует в качестве стандарта, но рассчитывается путем создания ряда Ренара с интервалом 160-го корня из 10 (1,0145) с некоторой ручной настройкой, которая, по-видимому, является той же техникой (по наблюдение), используемое ИСО, и поэтому можно сказать, что это ISO как Предпочтительная частота. У серии R160 есть проблема, заключающаяся в том, что для надежного различия между соседними значениями может потребоваться 3 десятичных знака, что может быть причиной того, что ISO фактически не создала такую ​​серию. Серия R160 использует значения R80, а затем 3 десятичных знака только для тех элементов, которые не охватываются R80 и требуют дополнительного разрешения.

8. Когда либо Расчетные центры — основание 10 (ISO) (по умолчанию), либо Предпочтительные центры — основание 10 (ISO) 9(3 * число / (10 * 2 x интервал))

   Где интервал равен 1 для октавы, 3 для 1/3 октавы, 6 для 1/6 октавы и т. д., а число — это количество требуемых дробей, например 2 для 2/3 октавы, 1 для 1/6 октавы и т. д.

9. Если в качестве метода выбраны Расчетные центры — основание 2 (ISO) или Предпочтительные центры — основание 2 (ISO) , калькулятор использует следующие формулы ISO с основанием 2 для расчета верхнего и нижнего края/пересечения частоты из одного центра: 9(число / (2 x интервал))

   Где интервал равен 1 для октавы, 3 для 1/3 октавы, 6 для 1/6 октавы и т. д., а число — это количество требуемых дробей, например 2 для 2/3 октавы, 1 для 1/6 октавы и т. д.

   Приведенные выше формулы дают два результата для каждой полосы и проблему из-за точности алгоритма. Одни и те же расчеты для соседних полос никогда не совпадают. Таким образом, нижний диапазон::высокий край != верхний диапазон::нижний край – почти всегда есть разрыв или перекрытие. Из-за особенностей аналоговых схем коррекции эта проблема, вероятно, не так уж важна. В цифровом фильтре это может быть намного серьезнее. Калькулятор предоставляет альтернативный метод, не соответствующий ISO (обозначен цифрой 9).0003 Contiguous (non-ISO) в селекторе Method ), который использует среднее геометрическое двух соседних центров в качестве частоты среза по следующему уравнению (при условии, что полоса 1 > полоса 2):

   отсечка от полосы 1 до полосы 2 = Sqrt (центр полосы 1 * центр полосы 2)

10. Хотя это и не относится к калькулятору, проблема с одной частотой кроссовера заключается в следующем: какой полосе она принадлежит? При отсутствии каких-либо других указаний мы используем алгоритм: 91/2

В этом разделе определяются уравнения, используемые при расчете различных результатов, и, кроме того, определяется ряд формул, полезных при обработке выходных данных БПФ/ДПФ.

1. Увеличение уровня шума, вызванное ДПФ/БПФ. 10 * журнал ₁₀ (размер БПФ/2) .

2. Динамический диапазон аудиосемпла. 1,72 + (6,02 * количество битов) .

3. Ширина интервала частоты (частота, покрываемая каждым интервалом ДПФ/БПФ (или слотом). Частота дискретизации в герцах/размер БПФ) .

4. Частота для любого заданного бина (или слота). (Индекс бина + 1) * Ширина бина по частоте .

5. Центральная частота каждого бина (или слота). (индекс бина + 1) * ширина бина по частоте + (ширина бина по частоте / 2) . Примечание: Bin Center — это искусственная конструкция, рассчитанная для удобства пользователя. Это не результат ДПФ/БПФ.

6. Бин Найквиста (или слот) рассчитывается как размер FFT / 2 при использовании в качестве значения индекса. Это (Размер БПФ / 2 + 1)-й элемент в выходном массиве. 92) .

7. дБ SPL/FS частоты рассчитывается как 20 * log ₁₀ (амплитуда) . Примечание: Этот расчет должен выполняться на нормализованном выходе БПФ.

Проблемы, комментарии, предложения, исправления (включая неработающие ссылки) или что-то добавить? Пожалуйста, найдите время от занятой жизни, чтобы «написать нам» (вверху экрана), веб-мастеру (ниже) или в информационную поддержку на zytrax. У вас будет теплое внутреннее сияние до конца дня.

Калькулятор защиты органов слуха

Эти калькуляторы оценивают уровень звука в ухе при ношении средств защиты органов слуха. Шум должен быть измерен с помощью подходящего шумомера, а также должна быть доступна информация о рассматриваемых средствах защиты органов слуха. Наши калькуляторы поддерживают четыре метода.

Ознакомьтесь с вашими нормами по шуму, чтобы узнать, какие методы можно использовать. Методы HML и Octave Band являются наиболее точными, но и наиболее трудоемкими. Для очень высоких уровней шума мы рекомендуем метод Octave Band.

Метод NRR – Вам нужен взвешенный шумомер “A” или “C” и показатель NRR защитника.

Метод SNR – Вам нужен взвешенный “C” шумомер и значение SNR протектора.

Метод HML – Вам потребуются взвешенные уровни звука “A” и “C” и показатели HML протектора.

Метод октавных полос — Вам нужен глюкометр с октавными полосовыми фильтрами и значениями APV наушников.

Метод NRR

Protector NRR

Уровень звука

дБ

Взвешивание

дБ(А) дБ(C)

Расчетный уровень

Информация о методе NRR

Метод NRR (оценка шумоподавления) — это самый простой способ оценить работу средств защиты органов слуха. Он не так точен, как методы HML или Octave Band, но проще в использовании. Вам необходимо измерить взвешенный уровень звука «A» или «C», и вам необходимо знать показатель NRR для рассматриваемых средств защиты органов слуха.

Метод защиты органов слуха NRR

Этот калькулятор NRR использует метод US OSHA .

Использование калькулятора NRR

Чтобы рассчитать уровень шума у ​​уха, сначала измерьте воздействие шума на работника в дБ(А) или дБ(С). Этот уровень можно ввести в калькулятор вместе с цифрой NRR, которая обычно отображается на коробке протектора.

Метод OSHA NRR выглядит следующим образом:

Где:

L – измеренный уровень или TWA.
NRR — рейтинг шумоподавления, предоставленный производителем средств защиты органов слуха.
Lprot — расчетный уровень звука в ухе при ношении средств защиты органов слуха.

SNR Метод

Protector SNR

Уровень звука

дБ(C)

Реальный мир

+4 дБ

Расчетный уровень

Информация о методе SNR

Метод SNR очень прост, если вы можете измерить “C” взвешенный уровень звука. Методы HML и Octave Band более точны и рекомендуются при высоком уровне шума.

Этот калькулятор обеспечивает предполагаемый уровень у уха в соответствии с ISO 4869-2:1995.

Для расчета уровня звука в ухе введите измеренный взвешенный по шкале C уровень звука вместе со значением SNR протектора, которое должно быть указано на упаковке протектора или соответствующих документах.

SNR Hearing Protector Method

Реальный мир +4 дБ

Некоторые нормативные акты, например, используемые в Великобритании и некоторых других частях ЕС, рекомендуют добавлять 4 дБ к расчетному уровню для учета реальных проблем, таких как как плохой подбор средств защиты органов слуха.

Метод HML

Protector HML

Уровни звука

дБ(A)
дБ(C)

Реальный мир

+4 дБ

Расчетный уровень

Метод HML4 60463

Это один из наиболее точных методов, который рекомендуется, если у вас есть взвешенный уровень звука A и C вместе с цифрами H, M и L протектора. Он учитывает часть частотного содержания шума, поскольку значения H, M и L связаны с высокими, средними и низкими частотами.

Значения HML должны быть указаны на упаковке средств защиты органов слуха или в сопутствующих документах.

Метод защиты органов слуха HML

Реальный мир +4 дБ

В некоторых нормативных актах, например в Великобритании и некоторых других частях ЕС, рекомендуется добавлять 4 дБ к расчетному уровню для учета реальных проблем, таких как как плохой подбор средств защиты органов слуха.

Метод диапазона октав

APV Protector (дБ)

Уровень звука (дБ)

Реальный мир

+4 дБ

Расчетный уровень

Метод диапазона октав Информация о слухе

методы. Для его использования вам нужен измеритель уровня звука, способный измерять в октавных полосах, в данном случае от 63 Гц до 8 кГц, так как более низкие и высокие полосы, которые часто доступны, не используются. Вам также потребуются предполагаемые значения защиты октавной полосы для наушников.