ствие сказанного разработчики часто сталкивались с тем, что разделительные фильтры, обеспечивающие в идеализированных условиях требуемые характеристики, оказывались неприемлемыми при работе с реальными громкоговорителями, имеющими собственные алплитудно-частотныс и фазочастотныс искажения, комплексное входное сопротивление п обладающими направленными свойствами

Отсутствие аналитических методов расчета разделительных фильтров, учитивающп-х искажения, вносимые громкоговорителями, явилось причиной иитеиснфикации работ по созданию в последние годы в отечественной и зарубежной практике разработок ЛС численных методов расчета на ЭВМ оптимальных разде-литель1!ых фильтров-корректоров [З.о... 3.6].

3 2. ВЛИЯНИЕ РАЗДЕЛИТЕЛЬНЫХ ФИЛЬТРОВ НА ХАРАКТЕРИСТИКИ АС

Разделительные фильтры оказывают существенное влияние на такие характеристики миогополосных АС, как ,А.ЧХ, ФЧХ, ГВЗ, характеристики направленности, распределение мощности входного сигнала между излучателя.ми входное сопротивление АС, уровень нелинейных искажений. Началы[ым этапом в проектировании разделительных фильтров в мпогополоспых АС является обоснованный выбор частот разделения низкочастотною, среднечастотного и высокочастотыою каналов Прн выборе частот разделения обычно используют следующие предпосылки;

1. Обеспечение возможно более равномерных характеристик направленности АС В миогополосиы.х АС характеристика направленности претерпевает изменение при переходе от низкочастотного к среднечастотному и от среднечастотного к высокочастотному Громкоговорителю за счет того, что изменяется соотношение между диаметром громкоговорители и длиной волны сигнала d/X. При переходе от более низкочастотного к более высокочастотному громкоговорителю (например, от низкочастотного, к среднечастотному), диаметр которого, как правило, значительно Меньше, характеристика направленности расширяется, несмотря на некоторое уменьшение длины волны Вблпзи частоты разделения, где одновременно излучают оба громкоговорителя, линейный размер излучателя увеличивается и ширина характеристики направленности резко сужается, так как определяется уже соотио-шеинем Я, где l>d-расстояние между центрами громкоговорителей По этой причине ,лля уменьшения резких изменений в ширине характеристики направленности в области чаотото! разделения каналов, стараются размешать громкоговорители в кор-лусс АС как можно ближе друг к другу, а также располагать их один над другим в вертикальной плоскости, так как только такое расположение позволяет избежать искажения характеристики иаправленности в горизонтальной плоскости, что позволяет в свою Очередь обеспечить лучшее воспроизведение стереофонической панорамы и расширить зону неискаженного стереоэффекта. Если вы-3 67

бор частоты разделения и расстояния между громкоговорителями влияет иа ширину характеристики направленности на этой частоте, то соотношение фаз и амплитуд сигналов разделяемых частотных каналов влияет на ориентацию характеристики направленности в пространстве. Различные типы фильтров, как будет показано ниже, в разной степени влияют на наклон характеристики направлеииости в пространстве в области частот разделения.

2. Ослабление пиков и провалов на АЧХ громкоговорителей, возникающих из-за потери поршневого характера движения диффузора (гл. 2) Выбор частоты среза и крутизны спада АЧХ фильтров для низкочастотных н среднечастотиых громкоговорителей стараются осуществлятг, таким образом, чтобы первые интерференционные пики и провалы ослаблялись не менее чем на 20 дБ [1.11].

3. Обеспечение допустимой входной электрической мощности среднечастотного и высокочастотного громкоговорителей, ограниченной максимальной допустимой амплитудой смещения диффузора Амплитуда смещения диффузора динамического громкоговорителя повышается с крутизной 12 дБ/окт, с понижением частоты синусоидального напряжения постоянной амплитуды [3.7] Такой характер частотной зависимости амплитуды смещения сохраняется приблизительно до частоты резонанса громкоговорителя fs, после которой смещение не зависит от частоты Если крутизна среза фильтра верхних частот составляет 6 дБ/окт. (фильтр первого порядка), то амплитуда смещения диффузора громкоговорителя не будет ограничена величиной, достигаемой на частоте среза fd>fs. а будет продолжать растн с крутизной 6 дБ/окт. до резонансной частоты громкоговорителя fs- Прн этом соответственно будут возрастать и нелинейные искажения Очевидно, крутизна спада АЧХ фильтра верхних частот должна быть как минимум 12 дБ/окт., так как при этом с понижением частоты от fi -частоты среза фильтра, т. е. частоты разделения - до fs резонансной частоты громкоговорителя - амплитуда смещения остается постоянной. Применение фильтров верхних частот с еще большей крутизной спада АЧХ, например 18 дБ/окт или 24 дБ/окт, дает соответствеиио еще большее уменьшение амплитуды смещения и нелинейных искажений.

4. Обеспечение максимально допустимого уровня звукового давления Максимальное звуковое давление, развиваемое громкоговорителем, зависит от выбора частоты среза разделительнога фильтра, ограничивающего амплитуду сигнала и соответственно амплитуду смещения в нижней части рабочего диапазона частот среднечастотного или высокочастотного громкоговорителя. Как было показано выше, при соответствующем выборе частот разделения и крутизны спада АЧХ фильтра верхних (средних) частот, можно обеспечить постоянство (н.чи даже снижение с понижением частоты) амплитуды смещения диффузора ниже рабочего диапазона частот громкоговорителя. Это определяет, в свою очередь, допустимый уровень подаваемого на громкоговоритель сигнала 68

и, как следствие, допустимый уровень максимального уровня звукового давления. Очевидно, что с повышением частоты среза фильтра верхних (средних) частот можно увеличивать максимальную амплитуду входного сигнала (за счет уменьшения амплитуды смещения диффузора) и обеспечивать более высокий уровень звукового давления.

5. Обеспечение допустимого уровня искажений Доплера (см. гл. 1). Как было Сказано выше, искажения вследствие частотной модуляции зависят от соотношения амплитуды смещения диффузора громкоговорителя в низкочастотной части рабочего диапазона и максимальной частоты излучаемого сигнала. Таким образом, сужение рабочего диапазона частот громкоговорителя с помощью разделительного фильтра приводит к уменьшению искажений Доплера.

Анализ влияния разделительных фильтров иа формирование АЧХ, ФЧХ и других характеристик АС удобно производить иа матричной линейной модели двухполосной АС [3.6]. Эта модель основана иа представлении разделительных фильтров и громкоговорителей системой соединенных между собой определенным образом линейных четырехполюсниксв. На структурной схеме

Рве. 3.1. Структурная схема двухполосно* ЛС с пассивными разделительными фвльтраии

рис. 3.1 соответствующие четырехполюсники моделируют фильтры и громкоговорители, которые описываются матрицами а-парамет-ров, обозначаемых ац, ai2, ал и ass для разделительных фильтров и /4,1, Л2 и An, Л22 для громкоговорителей Поскольку современные усилители низкой частоты имеют очень малое выходное сопротивление, принимается, что сопротивление источника Лг=0. Комплексная передаточная функция громкоговорителя обозначается через 7Vp = C{Bbii/yjx£Bui/fiix, где С/вых - комплексное напряжение на выходе микрофонного усилителя, соответствующее звуковому давлению Р,ых в месте расположения измерительного Микрофона, Ув! - комплексное напряжение на выходе усилителя Мощности и соответствеито на входе акустической системы. Суммарная комплексная передаточная функция АС

Ъ=вых/tbx = fi/BX = 1нч + Твч