Анализ характеристик направленности АС с различными типами фильтров позволяет сделать ряд интересных выводов:

в зависимости от тнпа и порядка фильтров характеристики направленности в полосе разделения частотных каналов носят различный характер - фильтры более низких порядков вносят искажения характеристики направленности в более широком диапазоне частот,

ширина главного лепестка характеристики направленности иа частоте разделения зависит от соотношения расстояния между громкоговорителями н длины волны, соответствующей частоте разделения, а наклон лепестка зависит от соотношения амплитуд н фаз сигналов разделяемых каналов, что определяется, в свок> очередь, типом применяемых фильтров;

повышение порядка разделительных фильтров приводит к сужению области частот, в которой АЧХ АС претерпевает искажение При изменении угла а в вертикальной плоскости (рис. 3 7);

наихудшие характеристики направленности обусловливаются фильтрами с линейной фазовой характеристикой (рис. 3 8,0,6; рис. 3.9,а, б);

изменение полярности включения громкоговорителя (в идеализированной модели) на 180° приводит к тому, что лепесток характеристики направленности, если он несимметричен относительно оси АС, зеркально изменяет свой наклон относительно оси, и остается по-прежнему несимметричным (рнс. 3 8,0,в, рис. 3 9,0,в).

Разделительные фильтры всепропускающего типа обеспечивают симметричные относительно рабочей оси характеристики направленности АС в вертикальной плоскости (рис. 3.8,з; 3.9,г). Симметричные характеристики направленности, в свою очередь, обусловливают наибольшую равномерность излучаемой мощности в угле ±а Симметричные характеристики обусловлены ндептич-ностью .фазочастотных характеристик разделяемых каналов [3.3].

Помимо влияния на характеристики направленности АС по-АЧХ, разделительные фильтры оказывают также влияние па характеристики направленности по ФЧХ и ГВЗ (рис. 3.10). Аналиг характеристик направленности АС по ГВЗ позволяет сделать ие сколько интересных наблюдений;

1) даже оптимальные с точки зрения симметрии характеристю направленности по АЧХ разделительные фильтры четных порядков с плоской АЧХ имеют несимметричные характеристики направленности по ГВЗ. Это говорит о том, что характер переходных процессов, несмотря на симметрию АЧХ, будет различен при одинаковых углах смещения в верхней и нижней полуплоскости;

2) частоты раздела в области максимальной чувствительиоспг слуха к искажениям АЧХ и ГВЗ, т. е. вблизи 1 . 2 кГц, могут приводить к тому, что АЧХ и ГВЗ АС, попадая на рабочей оси АС с. большим запасом в допустимые границы, диктуемые порогами слышимости,- могут, однако, выходить за допустимые границы в других точках пространства;

3) фильтры с линейной фазовой характеристикой могут вносить фазовые искажения при смещении точки измерения не меньше, чем фильтры с плоской АЧХ (всепропускающего типа), как видно из рис. 3.10.

-0,1-

15 .кГц

Рис. 3.10 Характеристики направлепности ГВЗ идеализироваппой двухполосной -4С с разделительными фильтрами: а) 1-го порядка; б) 4-го порядка всепропускающего типа

3.3. РАСЧЕТ ПАССИВНЫХ РАЗДЕЛИТЕЛЬНЫХ ФИЛЬТРОВ В АКУСТИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ

Как было сказано выше, разделительные фильтры с плоской АЧХ обладают рядом преимуществ перед фильтрами других типов и являются наиболее употребимыми в настоящее время в АС класса Hi-Fi, поэтому в методике расчета будет рассмотрен только этот тип фильтров. Суть расчета состоит в том, что сначала разделительные фильтры рассчитываются из условия активной нагрузки и источника напряжения с бесконечно малым выходным сопротивлением (что справедливо для современных усилителей звуковой частоты), а затем принимаются меры, направленные на снижение влияния амплитудно-частотных и фазочастотных искажений громкоговорителей и комплексного характера их входного сопротивлеипя па характеристики фильтров.

Расчет разделительных фильтров начинается с определения их порядка и нахождения параметров элементов лестничного фильтра .прототипа нижних частот [3.1]. Фильтром-прототипом называется лестничный фильтр нижних частот, значения элементов которого нормированы относительно единичной частоты среза и единичной активной нагрузки. Рассчитав элементы фильтра нижних частот определенного порядка при реальной частоте среза и реальном значении сопротивления нагрузки, можно лутем применения преобразования частоты определить схему и рассчитать значения элементов фильтра верхних частот и полосового фильтра Соответствующего порядка. Нормированные значения элементов

фильтра-прототипа, работающего от источника напряжения, определяются путем разложения в цепную дробь его выходной проводимости Y22 [3.1]. Нормированные значения элементов фильтров-прототипов для расчета разделительных фильтров всепропускающего типа с плоской АЧХ 1 ... 6-го порядка сведены в табл. 3.4.

Таблица 34

Значение нормврованныч параметров элементов а

Рис. 311 Схема односторонне нагруженного фильтра-прототипа нижних частот 6-го порядка

На рис. 3.11 представлена схема фильтрапрототипа шестого-порядка. Схемы фильтров прототипов меньших порядков образуются путе-м отбрасывания соответствующих элементов - а (начиная с больших)-например, фильтр-прототип 1-го порядка состоит

из одной индуктивности ai я к, aj нагрузки R

Значение реальных параметров элементов, соответствующих выбранному порядку разделительных фильтров, сопротивлению нагрузки Rn (Ом) и частоте среза (разделения) fi (Гц) рассчитываются следующим образом:

а) для фильтра нижних частот:

каждый элемент а-индуктивноеть фильтра-прототипа переводится в реальную индуктивность (Гн), рассчитываемую по формуле

L=.aR l2nfi (3.10)

Каждый элемент а-емкость фильтра-прототипа переводится в реа.1ьную емкость (Ф), расчитываемую по формуле

C=a/2nf, , (3.11)

б) для фильтра верхних частот:

каждый элемент а-нндуктивность фильтра-прототипа заменяется реальной емкостью рассчитываемой по формуле:

C=\l2nfaR,. (3.12)