Rząd filtru - kiedy ma znaczenie ?

Moshe · 1 Października 2005

Witajci,

Czy ma jakies znaczenie w zespole głosnikowym powiedzmy 2-droznym, jesli filtry nie są tego samego rzedu, np. dolnoprzepustowy (dp) jest 2-rzędu a górnoprzepustowy (gp) jest innego rzedu, np 3-go. Czy nie ma to znaczenia, byleby wypadkowa charakterystyka zespołu była płaska? Podejrzewam, że cos może sie dziać z fazą. Czy ma to jakies znaczenie praktyczne? Czy jest jakas zasada, np że powinne byc tego samego rzedu, albo jakię kombinacje śa lepsze a inne frecz fatalne? Co o tym myslicie?

pozdrawiam Moshe.

martin1 · 1 Października 2005

Oczywiście, że ma. Najczęściej stosuje się jak ja to nazywam czysty podział 12/12 dB/okt (co nie koniecznie oznacza spójności fazowej), czasami III rzędu, a czasami podział z tłumieniami kombinowanymi. Zależy to od użytych głośników , konstrukcji obudowy, częstotliwosci podziału i założeń konstrukcyjnych. Temat rzeka jak to w elektroakustyce (-:

Przesunięcia fazy są zależne od zastosowanego stopnia rzędu filtru. Każdy rzad filtru przesuwa fazę o 90 stopni, czyli końcowym wynikiem filtracji jest przesunięcie fazy o 90 st. I rząd o 90st; II rząd o 180st; II rząd o 270 st i IV rząd o 360st.

Natomiast przesunięcie fazy dla punktu filtracji jest równe połowie przesunięcia końcowego czyli: I rząd 45st; II rząd 90st; III rząd 135st itd.

Kombinacja którą wymieniłeś jest jedną z częsciej spotykanych, którą się stosuje w celu korekcji przebiegu fazowego.

Aczkolwiek spotkałem się ze zwrotnicą wysokiej klasy z tłumieniami 6/12 dB/oktawę.

Reasumując: bez pomiarów ani rusz ( na słuch nie za bardzo da się ustawić)

Pozdrawiam

**misiomor** · 2 Października 2005

w sprawie tych nieszczęsnych rzędów filtrów- należy pamiętać tu o kilku rzeczach:

- tweeter od dołu zachowuje się jak obudowa zamknięta o rezonansie Fs i dobroci Qtc, a więc już po stronie akustycznej ma "wbudowany" filtr 2-giego rzędu highpass

- Woofer od góry też ma jakiś roll-off (lowpass), dla typowych polipropylenów czy celulozowych jest to czasem coś zbliżonego do 4-th order, ale nie ma na to reguły, w twardomembranowcach sprawa wygląda trochę inaczej - występuje break-up i trochę inny przebieg fazy.

- cewka woofera jest zwykle przesunięta do tyłu względem cewki tweetera, co wprowadza dodatkowe wzajemne przesunięcia fazy

Dlatego zwykle kiedy mówimy o rzędzie zwrotnicy - mamy na myśli to jak zachowuje się wypadkowa faza akustyczna zespołu głośnikowego. Jeżeli tweeter i woofer są połączone w polaryzacjach zgodnych a faza wykonunje pełny obrót (jak jedziemy w górę z częstotliwością) - mówimy o zwrotce akustycznie 4th order. To wcale nie oznacza filtrów elektrycznych 4th order - w takim Ostinato 2000 mamy zwrotkę akustycznie 4th order zrealizowaną przy użyciu filtrów elektrycznych 2nd order (gwizdek) i 1st order (midwoofer). Tak jako ciekawostkę mogę podać fakt, że ProAc Response 2.5 ma zwrotkę akustycznie 6th order (woofer i tweeter w odwrotnych polaryzacjach, 1.5 obrotu wypadkowej fazy) realizowaną na filtrach elektrycznych 3rd order z obu stron.

Rzędy filtrów elektrycznych dobiera się zwykle na podstawie zmierzonych przebiegów amplitudy i fazy zastosowanych głośników w docelowej obudowie. Bardzo rzadko udaje się realizować zwrotkę w której rzędy filtrów elektrycznych i akustyczny rząd zwrotki są takie same. Np. jeżeli widzę że przesunięcie fazy między wooferem a gwizdkiem rośnie wraz z częstotliwością i ma wartość około 120 - 150 stopni w planowanym punkcie podziału (typowa sytuacja dla 18cm woofera z papierową membraną i gwizdka z fs w okolicach 600Hz umieszczonych na pionowej ściance przedniej), to już wiem że należy zacząć symulacje od filtru elektrycznego 2nd order z kompensacją baffle step (większa cewka) dla woofera i 3rd order z lekko przesuniętą w górę częstotliwością odcięcia dla gwizdka. Wyższy rezonans gwizdka w tej sytuacji mógłby oznaczać konieczność zastosowania do niego filtru 2nd order electrical. Cofnięcie gwizdka do tyłu zwykle pozwala na zwiększenie rzędu filtrów przy utrzymaniu rzędu zwrotki (korzystne, bo faza ta sama a lepiej odfiltrowujemy niepożądane zakresy pracy głośników).

**misiomor** · 2 Października 2005

PS. Dobierając rzędy i topologie filtrów elektrycznych chodzi oczywiście o to żeby przesunięcie fazy akustycznej między wooferem a gwizdkiem (po filtracji, dla polaryzacji zgodnej) było mniej więcej stałe w jak najszerszym zakresie częstotliwości (i równe rzędowi zwrotki pomnożonemu przez 90 stopni) - co gwarantuje zgodną fazowo współpracę głośników w okolicach podziału (rzecz jasna dla woofera i gwizdka połączonych w polaryzacjach zgodnych dla 4th order i w przeciwnych dla 2nd i 6th order). Stąd też tam gdzie przesunięcie faz samych głośników jest większe, należy stosować niższy rząd filtru głośnika (tego mocniej tłumionego).

Dlatego też czasem stosuje się filtry "popsute" - np. dla woofera filtr elektryczny 3rd order lowpass ale z opornikiem w szereg z kondem - takie coś w okolicach podziału może zachowywać się jak 3rd order, a powyżej podziału zbocze filtru elektrycznego może "łagodnieć" do 1st order - bo tam roll-off woofera i jego przesunięcie do tyłu względem gwizdka zapewniają wystarczające skręcenie fazy.

"podręcznikowa" wiedza na temat filtrów jest dobra na początek - ale raczej nie da się przy jej użyciu zaprojektować dobrej zwrotki (wiem, bo w początkach mojej kariery budowniczego kolumn próbowałem - skończyło się na odwracaniu polaryzacji gwizdka i kompensowaniu baffle step filtrem schodkowym R-CR przy potencjometrze we wzmaku).

Moshe · 3 Października 2005

Dzieki wielkie za dotychczasowe odpowiedzi.

Starajac sie zrobić w miare płaska charakterystyke przetwarzania zespołu głosnikowego dwudroznego, poczatkowo zastosowałem filtry 2 rzedu z ksiażki i mierzyłem przy pomocy SW charakterystykę wypadkowa głosników i zespołu. Okazało się, ze nie daje się zrobić płaskiej charakterystyki, wtedy do tweetera dodałem kondensator i dało sie (w miarę dobrze). Oczywiscie dodałem jakies kompensacje impedancji, odwróciłem polaryzację tweetera. Oczywiście na fazę nie patrzyłem wtedy. Od tego czasu dreczyły mnie wyrzuty pójścia na łatwiznę, ze pomieszałem te rzedy filtrów bez jakiegoś teoretycznego uzasadnienia. Teraz widzę, ze niepotrzebnie, chociaż pozostają jeszcze omamy w sprawie fazy.

Mam dodatkowe pytanie. Cofniecie tweetera. Wiele zespołów ma zamontowany tweeter na tej samej desce co inne głosniki. Oczywiście rozumiem pochylenie do tyłu przedniej ścianki, ale czy to jest optymalne i zalecane. Może lepsze byłoby bardzej drastyczne cofniecie, np w oddzielnej malutkiej obudowie-dostawce, tak aby cewki były w tej samej linii. Czy są w tej sprawie lepsze i gorsze rozwiazania, czy sa jakies optymalne?

pozdrawiam Moshe

**misiomor** · 3 Października 2005

Moshe:

Jeżeli chcesz się upewnić czy masz dobrą współpracę fazową głośników, to zmierz charakterystyki woofera i gwizdka oddzielnie (już z filtrami elektrycznymi), a następnie zobacz czy charakterystyka wypadkowa nie schodzi poniżej charakterystyk poszczególnych głośników. Jeżeli takie zjawisko zachodzi np. 2 oktawy powyżej podziału i wypadkowe SPL leży 0.5 - 1dB poniżej charakterystyki samego gwizdka to nie ma powodów do niepokoju. Jeżeli jednak zjawisko pracy w przeciwfazie zachodzi bliżej podziału i powoduje powstawanie większych dołków, to należy pomyśleć o zmianach w zwrotce.

W sprawie pochylenia ścianki - jest ono często rozwiązaniem dobrym ponieważ:

- jeżeli spróbujesz oddzielnych pudeł z cofnięciem tweetera, to albo masz ostrą krawędź przed gwizdkiem (i problemy z odbiciami/dyfrakcją) albo musisz oddalić gwizdek od woofera w górę żeby móc dać zaokrąglenie/sfazowanie krawędzi - a duży odstęp to większe problemy przy zmianie wysokości odsłuchu. Pochylenie pozwala na zbliżenie do siebie głośników

- Sporo midwooferów ma śmieci na krańcu pasma (np. break-up w twardomembranowcach) które zmniejszają się pod kątem z racji gorszej kierunkowości woofera w tym zakresie. Według mojej wiedzy pochylenie to jedyny sposób na zredukowanie efektu wąskopasmowego wzmacniania harmonicznych przez break-up (nie do wycięcia nawet pułapką RLC).

- Wiele osób uważa że ponieważ kopułki mają spadek SPL pod kątem to należy ich słuchać "na osi". Nic bardziej błędnego. Jeżeli kopułce SPL opada w najwyższej oktawie dla pomiaru pod kątem, to zawsze można go podbić filtrem, a w takim przypadku zachodzi jedno ciekawe zjawisko. Powiedzmy że kopułka jest na ściance pochylonej o 15 stopni (a wysokie są lekko podbite tak że SPL jest płaski), odsłuch jest na wysokości kopułki i zejdziemy z osi 15 stopni w bok - trochę trygonometrii i dowiadujemy się że dla takiej sytuacji "widzimy" kopułkę pod kątem rzędu 21 stopni - zmiana kąta odsłuchu o 15 stopni powoduje zmianę o 6 stopni z punktu widzenia charakterystyk. W ten sposób można osiągnąć dobre własności kierunkowe nawet z kopułki 28mm - przykładem może być test ESA Credo 3 w Audio 2/2005 - zjawisko o którym piszę znakomicie wyszło w pomiarach, redaktorzy je nawet zauważyli, tyle że nie umieli albo nie chcieli podać wyjaśnienia dlaczego tak się dzieje.

_igod_ · 3 Października 2005

Jak chcesz sprawdzić charakterystykę fazową to zrób to sygnałem prostokątnym. Nie ma lepszego testu. Okazuje się, że jednak 6dB/okt daje najlepsze rezultaty :-)

**misiomor** · 3 Października 2005

Igod:

W dzisiejszych czasach filtry 6dB/okt to czysty anachronizm. Po pierwsze - akustycznie bardzo trudno realizowalne (roll-offs przetworników mogą tu sporo mieszać), po drugie pojawiają się problemy z przeciążaniem gwizdka średnicą (zniekształcenia / ryzyko spalenia).

Jeżeli już koniecznie chcemy osiągnąć koherentność czasową zespołu głośnikowego (do dziś nikt zresztą nie udowodnił że jest to konieczny warunek wysokiej wierności odtwarzania dźwięku), to najlepiej zrobić to przy użyciu filtrów cyfrowych i DSP. Taki evaluation board Motoroli 56307 drogo nie kosztuje, tylko trzeba dorobić interface do transportu, kilkukanałowego DAC'a i końcówki mocy. Rezultaty będą znacznie lepsze niż z prymitywnych filtrów 6db/okt. Może dałoby się wprowadzić swój soft do Behringera - choć nie próbowałem i nie wiem czy to możliwe.

Natomiast jeżeli ktoś nie chce bawić się w DSP, to IMHO osiągnie lepsze rezultaty brzmieniowe ze zwrotką wyższego rzędu, akustyczne 4th order jest chyba najlepszym kompromisem. No chyba że lubimy "upiększanie" dźwięku przez dodawanie do niego zniekształceń harmonicznych i IM - wtedy filtracja gwizdka jednym kondem może przynieść rezultaty "spektakularne".