บทความนี้จะบอกวิธีทำฟิลเตอร์ไฮพาสด้วยมือของคุณเอง แต่ก่อนจะเข้าสู่เรื่องนี้ เราต้องเข้าใจอะไรบางอย่างก่อน ตัวกรองความถี่สูงและต่ำคืออะไร
คำจำกัดความ
ตัวกรองสามารถแบ่งออกเป็นความถี่บน (สูง) และความถี่ต่ำ (ต่ำ) ทำไมคนมักจะพูดว่า "สูง" ไม่ใช่ความถี่ "สูง"? สิ่งนี้เกิดขึ้นเนื่องจากความถี่สูงในวิศวกรรมเสียงเริ่มต้นจากสองกิโลเฮิรตซ์ แต่สองกิโลเฮิรตซ์ในวิศวกรรมวิทยุคือความถี่ของเสียง ดังนั้นจึงเรียกว่า "ต่ำ"
นอกจากนี้ยังมีสิ่งเช่นความถี่เฉลี่ย มันหมายถึงวิศวกรรมเสียง ฟิลเตอร์ Mid-pass คืออะไร? นี่คือการรวมกันของอุปกรณ์ด้านบนหลายตัว นอกจากนี้ยังสามารถเป็นตัวกรองแบนด์พาสได้
ตัวกรองความถี่สูงคืออุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์หรืออุปกรณ์อื่นๆ ที่ส่งผ่านความถี่บนของสัญญาณ และที่อินพุต จะระงับความถี่ของสัญญาณตามจุดตัดที่ตั้งไว้ก่อนหน้านี้ ระดับการปราบปรามจะขึ้นอยู่กับประเภทของตัวกรองด้วย
ความถี่ต่ำต่างกันตรงที่สามารถส่งสัญญาณขาเข้าได้ซึ่งจะอยู่ต่ำกว่าจุดตัดที่ตั้งไว้ในขณะเดียวกันก็ระงับความถี่สูงด้วย
ขอบเขตการใช้งาน
ตัวกรองความถี่สูงสามารถใช้แยกสัญญาณความถี่สูงได้ นอกจากนี้ยังมักใช้ในการประมวลผลสัญญาณเสียง เช่น ในตัวกรองที่แยกจากกัน ซึ่งเรียกอีกอย่างว่าตัวกรองแบบครอสโอเวอร์ นอกจากนี้ยังใช้สำหรับการประมวลผลภาพเพื่อให้สามารถแปลงโดเมนความถี่ได้
นี่คือสิ่งที่ตัวกรองความถี่สูงธรรมดาประกอบด้วย:
- ตัวต้านทาน
- ตัวเก็บประจุ
งานของความต้านทานความจุ (R x C) คือค่าคงที่เวลา (ระยะเวลาของกระบวนการ) สำหรับตัวกรองนี้ ซึ่งจะแปรผกผันกับความถี่คัทออฟในหน่วยเฮิรตซ์ (หน่วยของการวัดกระบวนการสั่น).
กำลังคำนวณตัวกรองความถี่สูง
แล้วคำนวณยังไง? ในการทำขั้นตอนทั้งหมดที่บ้านให้เสร็จสมบูรณ์ คุณต้องสร้างตารางคำนวณอัตโนมัติที่ง่ายที่สุดใน Microsoft Excel แต่สำหรับสิ่งนี้ คุณจะต้องใช้สูตรในโปรแกรมนี้ได้
คุณสามารถใช้สูตรนี้:
โดยที่ f คือความถี่ตัด R คือความต้านทานของตัวต้านทาน, โอห์ม; C คือความจุของตัวเก็บประจุ F (farads)
ประเภท
อุปกรณ์ที่นำเสนอมีห้าประเภท และตอนนี้เราจะพิจารณาทีละรายการ
- รูปตัวยู - ดูเหมือนตัวอักษร P;
- รูปตัว T - คล้ายตัวอักษร T;
- รูปตัว L - คล้ายตัวอักษร G;
- องค์ประกอบเดียว (ตัวเก็บประจุทำหน้าที่เป็นตัวกรองสำหรับสูงความถี่);
- multi-link - นี่คือฟิลเตอร์รูปตัว L เดียวกัน ในกรณีนี้เท่านั้นที่จะเชื่อมต่อเป็นซีรีส์
รูปตัวยู
คุณสามารถพูดได้ว่าฟิลเตอร์เหล่านี้เหมือนกับฟิลเตอร์รูปตัว L แต่จะรวมเข้าด้วยกันด้วยส่วนอื่นในตอนเริ่มต้น ทุกอย่างที่จะเขียนเป็นรูปตัว T จะเป็นจริงสำหรับรูปตัวยู ความแตกต่างเพียงอย่างเดียวคือพวกเขาจะเพิ่มเอฟเฟกต์การแบ่งวงจรวิทยุด้านหน้า
ในการคำนวณตัวกรองรูปตัวยู คุณจะต้องใช้สูตรตัวแบ่งแรงดันไฟและเพิ่มตัวต้านทานแบ่งเพิ่มเติมให้กับองค์ประกอบแรก
นี่คือตัวอย่างการเปลี่ยนฟิลเตอร์ RC รูปตัว L เป็นฟิลเตอร์ RC รูปตัว U ที่ความถี่สูงเช่นกัน:
คุณสามารถเห็นในภาพที่มีการเพิ่มตัวต้านทาน 2R อีกตัวในวงจรเดิมขนานกับตัวแรก
นี่คือตัวอย่างการแปลงเป็น RL:
ที่นี่ แทนที่จะเป็นตัวต้านทาน ตัวเหนี่ยวนำจะปรากฏขึ้น เพิ่มวินาที (2L) ซึ่งวางขนานกับอันแรก
และตัวอย่างที่สาม - การแปลงเป็น LC:
รูปตัว T
ฟิลเตอร์รูปตัว T คือฟิลเตอร์รูปตัว L ตัวเดียวกัน โดยเพิ่มองค์ประกอบเข้าไปอีกหนึ่งชิ้นเท่านั้น
จะคำนวณในลักษณะเดียวกับตัวแบ่งแรงดัน ซึ่งจะประกอบด้วยสองส่วนที่มีการตอบสนองความถี่ที่ไม่เป็นเชิงเส้น ถัดไป สำหรับค่าที่ได้รับ คุณต้องบวกจำนวนรีแอกแตนซ์ขององค์ประกอบที่สาม
คุณยังสามารถใช้วิธีการคำนวณแบบอื่นอย่างไรก็ตามในทางปฏิบัติมีความแม่นยำน้อยกว่า สาระสำคัญของมันอยู่ที่ว่าหลังจากค่าที่ได้รับของส่วนที่คำนวณครั้งแรกของตัวกรองรูปตัว L ตัวแปรจะเพิ่มขึ้นหรือลดลงเป็นสองเท่าและกระจายไปทั่วสององค์ประกอบ
หากเป็นตัวเก็บประจุ ค่าความจุของคอยส์จะเพิ่มขึ้นเป็นสองเท่า หากเป็นตัวต้านทานหรือโช้ค ค่าความต้านทานของคอยส์จะลดลง 2 เท่า
ตัวอย่างการแปลงแสดงอยู่ด้านล่าง
เปลี่ยนจากฟิลเตอร์ RC รูปตัว L เป็นรูปตัว T:
รูปภาพแสดงให้เห็นว่าต้องเพิ่มตัวเก็บประจุตัวที่สอง (2C) สำหรับการเปลี่ยนภาพ
การเปลี่ยน RL:
ในกรณีนี้ ทุกอย่างเป็นการเปรียบเทียบ คุณต้องเพิ่มตัวต้านทานตัวที่สองต่อเป็นอนุกรม
การเปลี่ยน LC:
รูปตัว L
ฟิลเตอร์รูปตัว L เป็นตัวแบ่งแรงดันไฟที่ประกอบด้วยสองส่วนประกอบที่มีการตอบสนองความถี่แบบไม่เชิงเส้น (การตอบสนองความถี่) สำหรับตัวกรองนี้ อนุญาตให้ใช้วงจรและสูตรแบ่งแรงดันทั้งหมด
สามารถแสดงได้ดังนี้:
ถ้าเราเปลี่ยน R1 ด้วยตัวเก็บประจุ เราก็จะได้ตัวกรองความถี่สูง คุณสามารถดูรูปภาพของรูปแบบที่แก้ไขได้ที่ด้านล่าง:
สูตรการคำนวณ:
|
U เข้า=U ออก(R1+R2)/R2; คุณออก \u003d คุณเข้าR2 / (R1 + R2); รวม R=R1+R2 R1=เข้าR2/U ออก - R2; R2=U ออกR รวม/U ใน |
เดี๋ยวนี้มาดูวิธีการคำนวณกัน
กรองความถี่สูงสำหรับทวีตเตอร์
โครงสร้างของตัวกรองนั้นค่อนข้างง่าย มันจะประกอบด้วยสองส่วนเท่านั้น - ตัวเก็บประจุและความต้านทาน
บทบาทของตัวกรองซึ่งจะกรองส่วนประกอบความถี่กลางและความถี่ต่ำในสัญญาณเสียงออก จะทำหน้าที่ของตัวเก็บประจุโดยตรง และขอโทษที่พูดซ้ำซาก แนวต้านจะทำหน้าที่เป็นแนวต้าน นั่นคือ ลดระดับเสียงลง
สำคัญ: อีควอไลเซอร์ไม่ได้ตัดความถี่สูงออกจากอุปกรณ์หลัก - ซึ่งจะทำให้เสียงไม่ดี เป็นการดีกว่าที่จะลดจำนวนของพวกเขาด้วยการต่อต้าน
แนวต้านที่เหมาะสมจะพิจารณา 4.0 และ 5.5 โอห์ม
วัสดุสิ้นเปลืองในการประดิษฐ์
ในการสร้างตัวกรองความถี่สูงสำหรับทวีตเตอร์ คุณจะต้องใช้สื่อต่อไปนี้:
- หนึ่งความต้านทาน 5.5 โอห์ม;
- หนึ่งความต้านทาน 4.0 โอห์ม;
- ตัวเก็บประจุสองตัว MBM 1.0uF;
- เทปพันสายไฟหรือท่อหดด้วยความร้อน
กรองความถี่สูงแบบแอคทีฟ
ตัวกรองแบบแอคทีฟมีข้อได้เปรียบเหนือฟิลเตอร์แบบพาสซีฟอย่างมาก โดยเฉพาะที่ความถี่ต่ำกว่า 10 kHz ความจริงก็คือว่าแบบพาสซีฟนั้นมีขดลวดเหนี่ยวนำและตัวเก็บประจุที่เพิ่มขึ้นซึ่งมีความจุสูง ด้วยเหตุนี้ พวกมันจึงดูเทอะทะและมีราคาแพง ดังนั้นประสิทธิภาพของพวกเขาจึงยังห่างไกลจากอุดมคติในท้ายที่สุด
การเหนี่ยวนำที่ยอดเยี่ยมเกิดขึ้นได้เนื่องจากจำนวนรอบที่เพิ่มขึ้นของขดลวดและการใช้แกนเฟอร์โรแมกเนติก สิ่งนี้ทำให้คุณสมบัติของการเหนี่ยวนำบริสุทธิ์ออกมา เนื่องจากลวดยาวของขดลวดที่มีการหมุนจำนวนมากมีความต้านทานที่สำคัญ และแกนเฟอร์โรแมกเนติกได้รับผลกระทบจากอุณหภูมิ ซึ่งส่งผลกระทบอย่างมากต่อสมบัติทางแม่เหล็กของมัน เนื่องจากจำเป็นต้องใช้ตัวเก็บประจุขนาดใหญ่จึงจำเป็นต้องใช้ตัวเก็บประจุที่ไม่มีความเสถียรสูงสุด ซึ่งรวมถึงตัวเก็บประจุด้วยไฟฟ้า ตัวกรองที่เรียกว่าแอ็คทีฟนั้นส่วนใหญ่ไม่มีข้อเสียข้างต้น
วงจรดิฟเฟอเรนติเอเตอร์และอินทิเกรเตอร์ถูกสร้างขึ้นโดยใช้แอมพลิฟายเออร์ในการดำเนินงาน พวกมันคือฟิลเตอร์แอคทีฟที่ง่ายที่สุด เมื่อองค์ประกอบวงจรถูกเลือกตามคำแนะนำที่ชัดเจน การสังเกตการพึ่งพาความถี่ของตัวสร้างความแตกต่าง พวกมันจะกลายเป็นตัวกรองความถี่สูงและบนความถี่ของผู้รวมระบบ ในทางกลับกัน พวกมันจะกลายเป็นตัวกรองความถี่ต่ำ รูปภาพที่อธิบายทั้งหมดข้างต้นได้รับด้านล่าง:
กรองความถี่สูงผ่านเครื่องขยายเสียง
มาลองตั้งค่าเครื่องขยายเสียงในรถยนต์กัน
ก่อนที่คุณจะตั้งค่าแอมพลิฟายเออร์ในรถ คุณต้องรีเซ็ตการตั้งค่าทั้งหมดของอุปกรณ์หลักให้เป็นศูนย์ ต้องตั้งค่าความถี่ครอสโอเวอร์ในช่วง 50-70 Hz ตัวกรองช่องสัญญาณด้านหน้าของเครื่องขยายเสียงในรถถูกตั้งค่าเป็นความถี่สูง ความถี่ตัดในกรณีนี้ถูกตั้งไว้ที่ 70-90 Hz.
หากการออกแบบจะมีการขยายสัญญาณแบบทีละช่องสัญญาณของลำโพงหน้า คุณจะต้องดำเนินการแยกการตั้งค่าทวีตเตอร์ ในการดำเนินการนี้ ต้องตั้งค่าตัวกรองในตำแหน่งที่เหมาะสม และควรเลือกความถี่ตัดที่บริเวณ 2500 Hz
เหนือสิ่งอื่นใด คุณต้องปรับความไวของแอมพลิฟายเออร์ ในการทำเช่นนี้จะต้องรีเซ็ตเป็นศูนย์ในขั้นต้นสิ่งสำคัญคือการถ่ายโอนอุปกรณ์ไปยังโหมดระดับเสียงสูงสุดแล้วเริ่มเพิ่มความไว ในขณะที่เสียงเพี้ยนปรากฏขึ้น คุณต้องหยุดหมุนปุ่ม และคุณควรลดความไวลงเล็กน้อยด้วย
ยังคงมีวิธีง่ายๆ ในการตรวจสอบคุณภาพเสียง: หลังจากเปิดเครื่องแล้ว ได้ยินเสียงคลิกในซับวูฟเฟอร์ และเสียงแตกในลำโพง แสดงว่ามีการรบกวนสัญญาณ
เบสไม่ควรผูกติดกับซับวูฟเฟอร์ เมื่อต้องการทำเช่นนี้ ให้เปิดการควบคุมเฟสบนซับวูฟเฟอร์ 180 องศา หากไม่มีตัวควบคุมนี้ คุณต้องสลับสายเชื่อมต่อบวกและลบ
ติดตั้งตัวประมวลผลเสียง ในการทำเช่นนี้ คุณต้องปรับการหน่วงเวลาสำหรับแต่ละช่อง คุณต้องตั้งค่าการหน่วงเวลาบนช่องสัญญาณด้านซ้ายเพื่อให้เสียงที่มาจากลำโพงด้านซ้ายไปถึงไดรเวอร์พร้อมกับเสียงด้านขวา น่าจะรู้สึกเหมือนเสียงมาจากตรงกลางห้องโดยสาร
นอกเหนือจากทั้งหมดที่กล่าวมาแล้ว เครื่องแปลงสัญญาณเสียงสามารถถอดเบสที่ผูกไว้ด้านหลังห้องโดยสารออกได้ ในการดำเนินการนี้ คุณต้องตั้งค่าการหน่วงเวลาเดียวกันในช่องด้านขวาและด้านซ้ายของอะคูสติกด้านหน้า สิ่งนี้จะกำจัดการแปลเสียงเบสรอบ ๆ ซับวูฟเฟอร์
ตอนนี้รู้แล้วไม่ใช่แค่วิธีคำนวณและประกอบตัวกรองความถี่ด้วยมือของคุณเอง แต่ยังรวมถึงวิธีตั้งค่าการทำงานให้แม่นยำที่สุดด้วย