Аналоговый фильтр с линейной АФЧХ N-полос, n-порядка

[Dark-Fox]

Привет. Задался вопросом постройки активного фильтра, да все никак схему подобрать не могу. То ФЧХ неравномерная, то порядок слишком мал. Так и быть, нужно разработать свой. Вот некоторые наброски, в железе еще не собирал, возможно ничего не выйдет, деталей не много, плату пока не спешу разводить, пока сыровато. Хочу получить адекватную критику, потому что чувствую, захожу в тупик с этим ужасом Ниже схемы и результат моделирования.

Схема в программе Multisim 14


Результат моделирования в программе Multisim 14



Схема в программе Micro-Cap 10



Результат моделирования в программе Micro-Cap 10






Это максимальный порядок который я проверял, меньший порядок намного стабильнее и "красивее", без всяких плясок. Наращивать полосы можно добавляя ФВЧ и ФНЧ, вычитая при этом разность частот, можно получать полосовые и режекторные фильтра. Увеличивать порядок можно добавляя цепочки интеграторов и подгоняя глубину обратной связи. Единственное что у меня не получилось это выделить адекватную СЧ полосу из стандартного фильтра, потому пришлось городить огород из двух независимых фильтров, и вычитать разность полос НЧ-НЧ1 (ВЧ-ВЧ1). Фазовый фильтр после основного можно не использовать, тогда фаза "крутится" на 180° либо в "+" либо в "-" по полосам НЧ и ВЧ, так же становится проблематично "поймать" фазу СЧ полосы при разности НЧ (ВЧ) полос. Это уже решается при тонкой настройке. За основу была взята схема state variable filter https://en.wikipedia.org/wiki/State_variable_filter Схема претерпела некоторые изменения Файлы для моделирования могу залить на файлообмен, если кто-то захочет "поиграться". Еще раз повторюсь, в железе возможно ничего работать не будет. Жду комментариев.

[anatol0]

Возможно, скажу очевидные вещи, но есть взаимно-однозначное соответствие АЧХ и ФЧХ для данного класса схем. Если хочется нарушить - добро пожаловать в цифру. Кроме того, что хочется получить в итоге - максимальный порядок, правильную фазу и т.п.?

[Dark-Fox]

Мне нужен фазолинейный фильтр для псевдоШП от многополосной системы, собрать достоинства ШП и многополоски. Конструкцию излучающего звена я затрагивать не хочу, возможно это будет двухполосная ЭСАС. Для начала хочу получить ЛАФЧХ в зоне прослушивания, с учетом комнаты и т.д. на трехполосной акустике.

Файлы проекта для симуляторов MS и МС http://rghost.ru/8PcNWSRsM

[anatol0]

двухполосная ЭСАС.

ЭСАС - расшифруйте, пожалуйста.

Еще раз повторюсь, в железе возможно ничего работать не будет.

Если не предполагается в железе, то какой смысл в моделировании аналоговых фильтров? По моему мнению, надо в цифру уходить.

[Dark-Fox]

ЭСАС - расшифруйте, пожалуйста.

Электро-статическая акустическая система.

Если не предполагается в железе

Конкретно такой формулировки я не писал. Я надеюсь с когнитивными способностями порядок?

плату пока не спешу разводить, пока сыровато

в железе еще не собирал

в железе возможно ничего работать не будет

Оффтоп

Вижу тема сливается в оффтоп. Давайте не превращаться в братьев наших меньших, которые только тешат свое чувство собственной важности, советуя фиг знает что. В большинстве своем автор когда пишет что-либо по конкретному делу, то и разговор нужно стараться вести по теме. Я еще ни разу нигде и никогда не видел успеха в тех ветках форума где всякие гуру начинали давать советы в попытках потешить себя любимого, похвастаться мощнейшим интеллектом (по мнению самих тешащихся) и т.д. Как правило тема превращается в гуано чуть менее чем полностью. Никого не хочу обидеть, если обиделись значит что-то внутри обидевшегося защемило, такое бывает когда высмеивается то, чем обидевшейся грешит направо и налево.

[свернуть]

[Slava!!!]

Насколько я понимаю, в итоге необходима линейная АФЧХ не отдельно взятого фильтра,а акустической системы в целом.

АЧХ реальных излучателей весьма далека от идеальной (думаю, электростаты здесь не исключение). Своих перекосов добавляет и акустическое оформление (корпус колонки).

Поэтому порядок действий должен быть такой:

1. Собираются копуса акустических систем, монтируются излучатели.
2. Измеряется АФЧХ отдельных полос.
3. Подбирается такая характеристика полосовых фильтров, чтобы суммарная АФЧХ АС была линейной
5. Осуществляется синтез фильтров по полученной в п. 3 характеристике.
6. Фильтры собираются в железе и настраиваются.
7. Проверяется АФЧХ АС.

Если сразу перейти к п. 3, приняв АФЧХ излучателей идеальной, результат получится весьма далеким от желаемого. См., например, https://wzone.vegalab.ru/_media/faq/...ss/pdf-001.pdf

[Dark-Fox]

Slava!!!, да, в точке прослушивания сигнал от многополосной системы должен быть согласован по фазе. Тогда создается впечатление работы ШП излучателя, появляется четкое построение сцены и локализация, нет размытости.

Для тонального баланса и комфорта прослушивания достаточно иметь неравномерность АЧХ в зоне прослушивания примерно ±2-2,5Дб. Эта АЧХ учитывает нулевые стояки и резонансы комнаты, огрехи конструкции АС или излучателей. Неважно что излучает, главное иметь указанную выше неравномерность.

Например, у фирмы Technics получилось несколько воплотить идею в жизнь в серии колонок sb-7000 и прочих фазолинейных. Там центры головок установлены на одной оси, и применены фильтры не сильно крутящие фазу, этого оказалось достаточно.

Динамические излучатели не обеспечат надлежащих параметров по искажениям и импульсным откликам. Неплохой вариант ЭСАС, но и там не получится использовать один излучатель для всей полосы, необходимо делить. Возможно и одной панели будет достаточно. Это в планах.

Сейчас я хочу отработать все это хозяйство на трехполосной АС, методику настройки, проверить фильтр в железе. Для подстройки АЧХ придется использовать многополосный эквалайзер, минимум 1/3 октавный. Эквалайзер желательно иметь так же фазолинейный. В принципе, используя за основу разработанный мной фильтр это вполне реально осуществить, достаточно 3-го порядка, 18Дб на октаву. 12Дб маловато для выравнивания резонансов комнаты.

Получается следующая система:
-источник звука
-эквалайзер
-многополосная акустика.

Большинство вариантов схемотехники УНЧ обеспечивают нулевой фазовый сдвиг в полосе работы, для ВЧ и СЧ можно брать ИТУН, это снизит искажения, в НЧ кому что нравится.

[ostashv-evgeniyy]

А чего толку от фазолинейности, при таком количестве ОУ, а если это все собираться будет на говне типа 4558, про звук забудьте.

[Alex]

если это все собираться будет на говне типа 4558

Да какая разница "на чем", если их там по 12 штук последовательно стоит...

[mAxSpace]

Я бы однозначно не советовал собирать этот бред. Версия 2-го порядка будет звучать значительно лучше. И не стоит гнаться за высокими порядками, они ничего кроме некоторых проблем не дают.

[Carbon]

Для начала нужно убедиться в устойчивости схемы. Паять ничего не надо. В симуляторе подключите осциллограф к выходам, подайте 1 кГц меандр на вход.
Если на выходах симулятор покажет адекватные осциллограммы хотя бы в течении 1 минуты, можно дальше продолжать обсуждение.

[lazertok]

Своих перекосов добавляет и акустическое оформление (корпус колонки).

и помещение прослушивания тоже - в другой отличной от первой, потребуется настройка полос заново - мое мнение.

[BigSerpent]

Например, у фирмы Technics получилось несколько воплотить идею в жизнь в серии колонок sb-7000 и прочих фазолинейных. Там центры головок установлены на одной оси, и применены фильтры не сильно крутящие фазу, этого оказалось достаточно.

Вы эти Техниксы внимательно слушали? Как Вам они?

[lazertok]

В симуляторе подключите осциллограф к выходам, подайте 1 кГц меандр на вход.

- добавлю - меандр (по отдельности), смотреть во всех частотных полосах с соответствующей на центральной и разделительной частоте фильтров.
а с симнусом, в таком-же режиме, (а ещё лучше с пачкой частот) - с приложением спектра
П.С. просьба подписывать картинки измерений по типу.

[Carbon]

- добавлю - меандр (по отдельности), смотреть во всех частотных полосах с соответствующей на центральной и разделительной частоте фильтров.
а с симнусом, в таком-же режиме, (а ещё лучше с пачкой частот) - с приложением спектра
П.С. просьба подписывать картинки измерений по типу.

Здесь самое главное чтобы осциллограф или пробник симулятора показывал стабильный размах сигналов на выходах хотя бы в течении минуты. Если это так, то схема устойчива (может заработать "в железе") и АЧХ/ФЧХ соответствуют реальности.

[Dark-Fox]

Ох ты ж елки палки, как все сложно то. Весь воздух вокруг инструментов унесло в стратосферу от примененного количества ОУ в схеме Во первых, написано что это максимальный порядок который я проверил, то есть, на модели показал работоспособность схемы высокого порядка с отличными характеристиками. При втором порядке, для двух полосного фильтра получается три ОУ, можно по схеме из википедии собирать. Для качественного трехполосного фильтра применяется два двухполосных фильтра с вычитанием, отдаленно напоминает фильтр дополнительной функции, только с одинаковой крутизной на частотах раздела. Методология построения остается как для фильтра 8-го порядка.

Имея фильтр с нулевым фазовым сдвигом в полосе пропускания, можно создавать фазолинейную акустику из любой обычной. Достаточно включить фазовый фильтр после полосового, которым можно плавно подогнать разность фаз по полосам, таким образом виртуально выставив акустические центры излучателей на одну ось.

П.С. просьба подписывать картинки измерений по типу.

Внимательней господа. Или от увиденного количества ОУ когнитивные способности канули в лету, как у некоторых удифилов? Каждый график имеет свой цвет и обозначение. Только не обижайтесь, мне всегда забавно читать, когда 12 микросхем убили звук

Где использовал мультисим, первая колонка плоттеров Боде отображает АЧХ, вторая колонка — ФЧХ.
Для микрокапа, dB(v(LOWout)) — АЧХ, ph(v(LOWout)) — ФЧХ. LOWout, HIout, BP — НЧ, ВЧ, СЧ полосы соответственно. Откуда они берутся можно видеть на принципиальной схеме.

Измерения на меандре проверил в мультисиме, все в порядке. Немного позже подготовлю картинки осциллограмм. Что бы увидеть все своими глазами, можно скачать файлы для разных симуляторов и прогнать на разных формах сигнала, файлы я выложил в сообщении №3, уже 4-ре человека скачали. Вот файл схемы, с настройками для анализа АС, для Micro-Cap 8: http://rghost.ru/7fJbWkkp7

График группового времени задержки и АЧХ в трех полосах, подтверждение фазолинейности и возможность применять с фазовым фильтром для выстраивания головок на одну акустическую ось:

[Carbon]

Немного позже подготовлю картинки осциллограмм.

Любопытно было бы взглянуть. Меандр 1кГц на входе и выходы каждой из полос.
И еще сумму трех полос - должен получиться входной меандр.

[anatol0]

Результат моделирования в программе Micro-Cap 10

По графику крутизна фильтров не похожа на 8-й порядок, хотелось бы уточнить. И какое получилось затухание на частотах раздела?

[lazertok]

файлы я выложил в сообщении №3

спасибо, скачал - только вот досада сим 14-й... - отстаю у меня 13-й
просьба показать картинкой спектр с синусами (пачка) на центральной частоте в полосах

[Dark-Fox]

По графику крутизна фильтров не похожа на 8-й порядок, хотелось бы уточнить.

Вы правы, крутизна получается как для фильтра 6-го порядка, 36Дб на октаву.

Погнавшись за линейностью, совсем позабыл о переходных процессах. Схема нестабильна, необходим пересмотр схемотехники, что-то я намудрил с обратными связями. Мультисим не может нормально произвести transient анализ.
Вот что показывает микрокап на синусе:

Схема работает как компаратор.