Улучшитель Баса (Схема повышения добротности Сабвуфера)

Предназначение

Сабвуфер — динамик для вывода низкочастотных колебаний в диапазоне 5-200 Гц. В продаже встречаются пассивный и активный варианты исполнения. При этом частоты делятся на 3 основные категории:

• Верхние.
• Средние.
• Глубокие.

Фильтры предназначены для разделения звука и повышения качества. Он устанавливается для саба пассивного и активного типа, может использоваться как сумматор, который делает систему более эффективной.

Предназначение системы заключается в распределении частот между несколькими элементам вывода. Сабвуфер способен выводить только низкий диапазон, для которого он отделяется от всего потока.

Описание работы схемы усилителя

Стерео сигнал подается на разъем In через C1 (100nF) и R1 (2,2 М) на первом канале и C2 (100nF) и R2 (2,2 М), в другом канале. Затем он поступает на вход операционного усилителя U1A (TL074). Потенциометром P1 (220k), работающем в цепи обратной связи усилителя U1A, выполняется регулировка усиления всей системы. Далее сигнал подается на фильтр второго порядка с элементами U1B (TL074), R3 (68k), R4 (150к), C3 (22nF) и C4 (4,7 nF), который работает как фильтр Баттерворта. Через цепь C5 (220nF), R5 (100k) сигнал поступает на повторитель U1C, а затем через C6 (10uF) на вход усилителя U2 (TDA2030).

Конденсатор С6 обеспечивает разделение постоянной составляющей сигнала предусилителя от усилителя мощности. Резисторы R7 (100k), R8 (100k) и R9 (100k) служат для поляризации входа усилителя, а конденсатор C7 (22uF) фильтрует напряжение смещения. Элементы R10 (4.7 k), R11 (150к) и C8 (2.2 uF) работают в петле отрицательной обратной связи и имеют задачу формирования спектральной характеристики усилителя. Резистор R12 (1R) вместе с конденсатором C9 (100nF) формируют характеристику на выходе. Конденсатор C10 (2200uF) предотвращает прохождение постоянного тока через динамик и вместе с сопротивлением динамика определяет нижнюю граничную частоту всего усилителя.

Полезное: Мини паяльная станция USB своими руками

Защитные диоды D1 (1N4007) и D2 (1N4007) предотвращают появление всплесков напряжений, которые могут возникнуть в катушке динамика. Напряжение питания, в пределах 18-30 В подается на разъем Zas, конденсатор C11 (1000 — 4700uF) — основной фильтрующий конденсатор (не экономьте на его ёмкости). Стабилизатор U3 (78L15) вместе с конденсаторами C12 (100nF), C15 (100uF) и C16 (100nF) обеспечивает подачу напряжения питания 15 В на микросхему U1. Элементы R13 (10k), R14 (10k) и конденсаторы C13 (100uF), C14 (100nF) образуют делитель напряжения для операционных усилителей, формируя половину напряжения питания.

Схема фильтра

При создании устройства могут применяться различные схемы. Простейший НЧ фильтр для сабвуфера называют LC. Его принцип работы обладает следующими особенностями:

• Создаваемое сопротивление индуктивности сравнимо с частотой звука. Этот момент определяет то, что катушка пропускает низкие частоты и отделяет высокие. С повышением значения частоты увеличивается и сопротивление индуктивности.
• Сопротивление емкости имеет обратную пропорциональность частоте сигнала, и колебания с высокой частотой затухают на входе.

Подобный пассивный фильтр НЧ прост в исполнении, поэтому его изготавливают чаще других. Более сложна в реализации схема активного фильтра. Она предусматривает применение активного элемента, который повышает эффективность устройства.

Классификация устройств проводится по основным параметрам. Порядок свидетельствует о количестве катушек. Крутизна спада АЧХ определяет то, насколько резко фильтр подавляет сигналы, которые могут стать причиной помехи.

При выборе фильтра также уделяется внимание тому, какая схема расположения динамиков применяется в автомобиле. Наибольшее распространение получили следующие:

• 3 динамика: басовик, средний и низкие частоты, твитер. В большинстве случаев этого достаточно для реализации поставленной задачи.
• Более сложная схема предусматривает использование отдельных динамиков для воспроизведения своей частоты.

Полосно-пропускающие, или полосовые устройства эффективно пропускают свою частоту. Полная противоположность — режекторный вариант исполнения, так как полосы вне интервала усиливаются.

Конструкция и детали.

Для удобства повторения Главный редактор «РадиоГазеты» разработал печатную плату устройства(45мм Х 45мм):

Скачать чертеж печатной платы в формате Layout можно здесь.

Индуктивность L1 — ферритовая бусинка. Для обеспечения высокой термостабильности каскада транзисторы Т1-Т3 и Т2-Т4 нужно попарно склеить задними стенками. Вот как это выглядело на макете:

Как сделать своими руками

Пассивный фильтр для сабвуфера своими руками просто изготовить благодаря использованию небольшого количества элементов. Фильтр низких частот собирается с учетом нижеприведенных моментов:

• Сборка может проводиться по схеме, которая скачивается из сети или создается своими руками. В интернете встречается большое количество различных калькуляторов. Их применение существенно упрощает расчеты. Для этого достаточно ввести исходную информацию, и программа при применении формул рассчитывает требуемые показатели.
• Основными параметрами, применяемыми при расчетах, являются индуктивность и емкость.
• Простейшая схема представлена сочетанием конденсатора или катушки. Первый элемент можно приобрести в специализированном магазине, для повышения показателя проводится соединение нескольких. Катушка часто изготавливается самостоятельно, для этого применяется медная проволока и стержень из специального сплава.
• Пайка отдельных элементов должна проводиться с особой осторожностью. Это связано с тем, что слишком высокая температура может привести к перегреву платы и некоторым другим проблемам.

После создания самодельной конструкции следует провести подключение фильтра к сабвуферу. Подключение выполняется следующим образом:

• Фильтр подключается к сабвуферу через выход предварительного усилителя после регулятора, который отвечает за регулировку громкости. Это позволяет существенно повысить качество звука.
• Потенциометр применяется для регулирования соотношения громкости сабвуфера и всего сигнального тракта.
• К выходу проводится подключение усилителя мощности, который работает по классической схеме. Оба применяются для мостового соединения.

Финишный этап заключается в герметизации всех соединительных элементов. В противном случае на контактах со временем может появиться коррозия, которая станет причиной снижения проводимости. Активный изготавливается с применением управляющей платы.

НАСТРОЙКА БУФЕРА.

Если вы не хотите что-то подбирать и настраивать в данной схеме, то просто установите все постоянные резисторы с указанными на схеме номиналами. Даже при таком подходе схема обеспечивает очень высокие параметры.

Если вы стремитесь к идеалу, тогда запаситесь терпением!

Для достижения максимального качества транзисторы лучше взять из одной партии или отобрать хотя бы с помощью китайского мультиметра.

1. Для начала переводим мультиметр в режим проверки диодов и замеряем напряжение Uбэ у транзисторов Т4 и Т3.
2. По полученным значениям вычисляем номиналы резисторов: R1=R2=(60мВ+(UбэТ4-UбэТ3))/1мА
3. Запаиваем транзисторы и резисторы с получившимися номиналами в схему.
4. Закорачиваем вход на землю. Резистором R5 устанавливаем половину от напряжения источника положительной полярности (по схеме +10В/2=+5В) в контрольной точке «ТР».
5. Выходное напряжение схемы обычно не превышает 10мВ. Если для вас это недопустимо много, можете выставить абсолютный ноль с помощью триммера R9.
6. Если есть необходимые приборы, то минимизировать нелинейные искажения можно с помощью триммера R1.

На этом настройка схемы закончена, а все подстроечные резисторы рекомендуется заменить на постоянные с ближайшим номиналом.

Функции и принцип работы фильтров для сабвуфера

Фильтры частот применяются как для работы активных сабвуферов, так и пассивных.

Преимущества активных низкочастотных динамиков заключается в следующем:

• Активный усилитель сабвуфера не нагружает дополнительно акустическую систему (так как питается отдельно).
• Входной сигнал может фильтроваться (исключаются посторонние шумы от воспроизведения высоких частот, работа устройства концентрируется только на том диапазоне, в котором динамик обеспечивает наилучшее качество передачи колебаний).
• Усилитель при правильном подходе к конструкции может гибко настраиваться.
• Исходный спектр частот можно разделить на несколько каналов, с которыми можно уже работать по-отдельности – низкие частоты (на сабвуфер), средние, высокие, а иногда и сверхвысокие частоты.

Виды фильтров для низких частот (НЧ)

• Аналоговые схемы.
• Цифровые устройства.
• Программные фильтры.

• Активный фильтр для сабвуфера (так называемый кроссовер, обязательный атрибут любого активного фильтра – дополнительный источник питания)
• Пассивный фильтр (такой фильтр для пассивного сабвуфера лишь отсеивает необходимые низкие часты в заданном диапазоне, не усиливая сигнала).

По крутизне спада

• Первого порядка (6 дБ/октав.)
• Второго порядка (12 дБ/октав.)
• Третьего порядка (18 дБ/октав.)
• Четвертого порядка (24 дБ/октав.)

Основные характеристики фильтров:

• Полоса пропускания (диапазон пропускаемых частот).
• Полоса задерживания (диапазон существенного подавления сигнала).
• Частота среза (переход между полосами пропускания и задерживания происходит. нелинейно. Частота, на которой пропускаемый сигнал ослабляется на 3 дБ, называется частотой среза).

Дополнительные параметры оценки фильтров акустических сигналов:

• Крутизна спада АХЧ (Амплитудно-Частотная Характеристика сигнала).
• Неравномерность в полосе пропускания.
• Резонансная частота.
• Добротность.

Линейные фильтры электронных сигналов различаются между собой по типу кривых (зависимости показателей) АЧХ.

Разновидности таких фильтров чаще всего называются по фамилиям ученых, выявившим эти закономерности:

• Фильтр Баттерворта (гладкая АЧХ в полосе пропускания),
• Фильтр Бесселя (характерна гладкая групповая задержка),
• Фильтр Чебышёва (крутой спад АЧХ),
• Эллиптический фильтр (пульсации АЧХ в полосах пропускания и подавления),

Простейший НЧ фильтр для сабвуфера второго порядка выглядит следующим образом: последовательно подключенная к динамику индуктивность (катушка) и параллельно – емкость (конденсатор). Это так называемый LC-фильтр (L — обозначение индуктивности на электрических схемах, а C – емкости).

Принцип работы заключается в следующем:

1. Сопротивление индуктивности прямо пропорционально частоте и поэтому катушка пропускает низкие частоты и задерживает высокие (чем выше частота, тем выше сопротивление индуктивности).
2. Сопротивление емкости обратно пропорционально частоте сигнала и поэтому высокочастотные колебания затухают на входе динамика.

Такой тип фильтров – пассивный. Более сложные в реализации – активные фильтры.

Как сделать простой фильтр для сабвуфера своими руками

Как и было сказано выше, самые простые в конструкции – пассивные фильтры. Они имеют в составе всего несколько элементов (количество зависит от требуемого порядка фильтра).

Собрать свой собственный фильтр НЧ можно по готовым схемам в сети или по индивидуальным параметрам после подробных расчетов требуемых характеристик (для удобства можно найти специальные калькуляторы для фильтров разных порядков, с помощью которых можно быстро рассчитать параметры составляющих элементов – катушек, емкостей и т.п.).

Для активных фильтров (кроссоверов) можно использовать специализированное программное обеспечение, например, такое как «Crossover Elements Calculator».

В некоторых случаях при проектировании схемы может понадобиться фильтр-сумматор.

Здесь оба канала звука (стерео), например, после выхода с усилителя и т.п., необходимо сначала отфильтровать (оставить только НЧ), а потом объединить в один с помощью сумматора (так как сабвуфер чаще устанавливается всего один). Или наоборот, сначала суммировать, а затем отфильтровать НЧ.

В качестве примера возьмем простейший пассивный НЧ фильтр второго порядка.

Если сопротивление динамика будет 4 Ом, предполагаемая частота среза – 150 Гц, то для типа фильтрации по Баттерворту нужны будут:

• L (индуктивность) = 6.003 mH
• С (емкость) = 187.5 µF

Если конденсатор можно подобрать под требуемый параметр из готовых или собрать блок из нескольких параллельно соединенных, то катушку лучше всего намотать своими руками. Для этого необходимо предварительно рассчитать параметры индукции с помощью тех же готовых калькуляторов.

Так, что получения катушки с индуктивностью 6 мГн, из обмоточного медного провода диаметром 1 мм, понадобится стержень диаметром 1 см и длиной 6 см. На выходе получится бобина из 1002 витков. Проволока длиной 84 метра будет уложена в 17 слоев. Итоговые габариты – диам. 44 мм, длина – 6 см.

Катушка и конденсатор подключаются к динамику по схеме, обозначенной выше, и мы получаем сабвуфер с пассивным НЧ фильтром.

Применение

Оно достаточно разнообразно. Высокочастотные применяют в электросвязи. Низкочастотные находят применение в устройствах сбора данных. Также их используют в музыкальных инструментах для устранения шумов и изменения звучания.

Для подавления частот, приближенных к частоте сети, их применяют в источниках питания. В промышленности они применяются как гармоник и компенсируют косинус фи.