Фільтр для сабвуфера своїми руками

Психоакустика (наука, що вивчає звук і його вплив на людину) встановила, що людське вухо здатне сприймати звукові коливання в діапазоні від 16 до 20000 Гц. При тому, що діапазон 16-20 Гц (низькі частоти), сприймається вже не самим вухом, а органами дотику.

Багато меломанів стикаються з тим, що більшість поставляються акустичних систем не задовольняє їхні потреби в повній мірі. Завжди знаходяться дрібні недоробки, неприємні нюанси і т.п., які спонукають збирати колонки з підсилювачами своїми руками.

Ще одна категорія людей, які вважають за краще робити звукове обладнання самостійно - автовласники. Збірка і запуск потужної акустичної системи в машині - непросте і досить дорогий захід.

Можливі й інші причини збірки сабвуфера (професійний інтерес, хобі тощо).

Сабвуфер (від англ. «Subwoofer») - низькочастотний динамік, який може відтворювати звукові коливання в діапазоні 5-200 Гц (в залежності від типу конструкції і моделі). Може бути пасивним (використовує вихідний сигнал з окремого підсилювача) або активним (оснащується вбудованим підсилювачем сигналу).

• Верхні (англ. UpperBass) - від 80 до 150-200 Гц.
• Середні (англ. MidBass / мідбаси) - від 40 до 80 Гц.
• Глибокі або подбаси (англ. SubBass) - все що нижче 40 Гц.

Функції та принцип роботи фільтрів для сабвуфера

Фільтри частот застосовуються як для роботи активних сабвуферів, так і пасивних.

• Активний підсилювач сабвуфера не навантажує додатково акустичну систему (так як харчується окремо).
• Вхідний сигнал може фільтруватися (виключаються сторонні шуми від відтворення високих частот, робота пристрою концентрується тільки на тому діапазоні, в якому динамік забезпечує найкращу якість передачі коливань).
• Підсилювач при правильному підході до конструкції може гнучко налаштовуватися.
• Вихідний спектр частот можна розділити на кілька каналів, з якими можна вже працювати по-окремо - низькі частоти (на сабвуфер), середні, високі, а іноді і надвисокі частоти.

Види фільтрів для низьких частот (НЧ)

за реалізації 

• Аналогові схеми.
• Цифрові пристрої.
• Програмні фільтри.

За типом 

• Активний фільтр для сабвуфера (Так званий кросовер, обов`язковий атрибут будь-якого активного фільтра - додаткове джерело живлення)
• Пасивний фільтр (такий фільтр для пасивного сабвуфера лише відсіває необхідні низькі часті в заданому діапазоні, не посилюючи сигналу)

За крутизні спаду 

1. Першого порядку (6 дБ / октав.)
2. Другого порядку (12 дБ / октав.)
3. Третього порядку (18 дБ / октав.)
4. Четвертого порядку (24 дБ / октав.)

Основні характеристики фільтрів: 

1. Смуга пропускання (діапазон частот, що пропускаються).
2. Смуга затримування (діапазон істотного придушення сигналу).
3. Частота зрізу (перехід між смугами пропускання і затримування відбувається. Нелінійно. Частота, на якій пропускається сигнал послаблюється на 3 дБ, називається частотою зрізу).

Розширені можливості пошуку оцінки фільтрів акустичних сигналів: 

• Крутизна спаду АГЧ (Амплитудно-Частотна Характеристика сигналу).
• Нерівномірність у смузі пропускання.
• Резонансна частота.
• Добротність.

Лінійні фільтри електронних сигналів розрізняються між собою за типом кривих (залежно показників) АЧХ.

Різновиди таких фільтрів найчастіше називаються по прізвищах учених, які виявили ці закономірності: 

• Фільтр Баттерворта (гладка АЧХ в смузі пропускання),
• Фільтр Бесселя (характерна гладка групова затримка),
• Фільтр Чебишева (крутий спад АЧХ),
• Еліптичний фільтр (пульсації АЧХ в смугах пропускання і придушення),
• Та інші.

Найпростіший НЧ фільтр для сабвуфера другого порядку виглядає наступним чином: послідовно підключена до динаміка індуктивність (котушка) і паралельно - ємність (конденсатор). Це так званий LC-фільтр (L - позначення індуктивності на електричних схемах, а C - ємності).

Принцип роботи полягає в наступному: 

1. Опір індуктивності прямо пропорційно частоті і тому котушка пропускає низькі частоти і затримує високі (чим вище частота, тим вище опір індуктивності).
2. Опір ємності обернено пропорційно частоті сигналу і тому високочастотні коливання загасають на вході динаміка.

Такий тип фільтрів - пасивний. Більш складні в реалізації - активні фільтри.

Як зробити простий фільтр для сабвуфера своїми руками

Як і було сказано вище, найпростіші в конструкції - пасивні фільтри. Вони мають в складі всього кілька елементів (кількість залежить від необхідного порядку фільтра).

Зібрати свій власний фільтр НЧ можна за готовими схемами в мережі або за індивідуальними параметрами після докладних розрахунків необхідних характеристик (для зручності можна знайти спеціальні калькулятори для фільтрів різних порядків, за допомогою яких можна швидко розрахувати параметри складових елементів - котушок, ємностей і т.п. ).

У деяких випадках при проектуванні схеми може знадобитися фільтр-суматор.

Тут обидва канали звуку (стерео), наприклад, після виходу з підсилювача і т.п., необхідно спочатку відфільтрувати (залишити тільки НЧ), а потім об`єднати в один за допомогою суматора (так як сабвуфер частіше встановлюється всього один). Або навпаки, спочатку підсумувати, а потім відфільтрувати НЧ.

Як приклад візьмемо найпростіший пасивний НЧ фільтр другого порядку.

Якщо опір динаміка буде 4 Ом, передбачувана частота зрізу - 150 Гц, то для типу фільтрації по Баттерворта потрібні будуть:

• L (індуктивність) = 6.003 mH
• З (ємність) = 187.5 F

Якщо конденсатор можна підібрати під необхідний параметр з готових або зібрати блок з декількох паралельно з`єднаних, то котушку найкраще намотати своїми руками. Для цього необхідно попередньо розрахувати параметри індукції за допомогою тих же готових калькуляторів.

Так, що отримання котушки з індуктивністю 6 мГн, з обмоточного мідного дроту діаметром 1 мм, знадобиться стрижень діаметром 1 см і довжиною 6 см. На виході вийде бобіна з 1002 витків. Дріт довжиною 84 метри буде покладена в 17 шарів. Підсумкові габарити - діам. 44 мм, довжина - 6 см.

Котушка і конденсатор підключаються до динаміка по схемі, вказаній вище, і ми отримуємо сабвуфер з пасивним НЧ фільтром.