в настоящее время в акустических системах класса Hi-Fi иногда применяют актин?гые разделительные фильтры Их особенность применения в АС ft том. что они вкл101аются до усилителя мощности и, таким образом, в многопо-лосноЛ АС с истинными фильтрами возникает нсоб\оди.чость при.чеиения отдельных усилителей мощности з каждом частотном канале

Достоинство активных фильгров в то.м, что на них е оказывает илияния в.ходное с01ф01ивлеиие громьоюворнчелей, их, ;<ак правило, значительно легче псрестрзнвато в npouecie настройки ЛС в них отсутствуют потери мощности. Если пассивные разделительные фильтры в АС реа.]лзуются практически только в виде лестничных схем, существует мною различны.х способов реализации ак-тивны.х фильтров с другой стороны, активные фильтры проигрывают пассивным по такИ-М параметрам, как динамический диапазон, шумы нелинейные искажения, требучот применения отдельных усилителей звуковой частоты в каждом канале, г;то зкономичеоки невыгодно. Вопросы рсали.зании, активных фильтров по заданным передаточным функциям подробно рассмотрены в литературе, на. пример [3 14], и выходят за рамки да1и]0й книги ввиду ограниченности е& объема

3.4. ОПТИМАЛЬНЫЙ СИНТЕЗ РАЗДЕЛИТЕЛЬНЫХ ФИЛЬТРОВ В АКУСТИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ

В настоящее время для расчета разделительных фильтров как за рубежом, так н в нашей стране начинают использовать достижения в об.ластн оптимального синтеза линейны.х электронных схем [3.5, 3 6].

Применение методов оптимального проектирования разделительных фильтров с использованием ЭВМ имеет существенные преимущества- обеспечиваются лучшие, че.м при традиционных методах конструирования АЧХ, ФЧХ, ГВЗ и .характеристики направленности АС, разде.чителыше фильтры выполняют одновременно задачу фильтрации и коррскиии АЧХ и ФЧХ громкоговорите.тей при условии комплексного характера нагрузки (в.ходного сопротивления громкоговорителей), т е. решают задачу широкополосного согласования, оптимизированные фильтры обеспечтают на-иллчшие потенциально достижимые характеристики АС в .смысле выбранных критериев оптимальности,

Прн оптимизаиии разделительных фильтров с использованием ЭВМ разработчик задается схемой фильтров (ее топологией) и начальными значениями элементов, затем ЭВМ производит расчет линейных характеристик АС: АЧХ, ФЧХ, ГВ.З п т. д с учетом реальных измерениы.х .характеристик громкоговорителей, размещенных в корпусе ЛС, и далее путем иеленаправ,тенного изменения значений элементов схемы ЭВМ приближает реальные характеристики АС к желаемым, т е. минимизирует разницу между жела- емымн и действительными характеристиками Эта разность называется целевой функцией, нли функцией качества: чем она меньше, тем ближе реальные характеристики к желаемым в смысле выбранных критериев близости (оптимальности).

Упрощенная структурная схема алгоритма оптимизации изображена на рис. 3 21, ,

Исходными данными для оптимизации являются измеренные иа дискретных частотах амп.читудно-частотные и фазочастотные характеристикн громкоговорителей по звуковому давлению, ам-

С Начало /ввод 1 /

Рис. 3 21. Упрощенная схема алгоритма опта- i

мального синтеза разделитсгшных фильтров с z Ц-

применением ЭВМ:

1 - ввод измеренных характеристик гроикогиворнт&лсй, семы фильтров, начальных значений параметров схеьш. частог раздела, значений потерь в катушках индкти.:-ности ограннче.и( на личсния элементов, требованир. к характеристикам Ас, формиронаяне вектора парамес- 4

ров ЛС - Х , 2 - расчет характеристик АС д.тя задан-него ве.хтора параметров Х, 3 - формирование целевой ф\нкн11н q, 4 -сравнение рассчнтанньсх реальных ха-рактерисгик с требуемыми - оценка це,1сво11 функции q (удовлетворяет требованиям или нет?); 5-изменение вектора параметров Х ( оптимизатор ), ff -вьсвод па АЦПУ рассчитанных оптимальных характеристик и зна ченнй злементов схемы фильтров

плитудно-частотные и фазочастотные характеристики входного сопротивления громкоговорителей, выбранные частоты раздела, требования к допустимой неравномерности АЧХ АС, частотный диапазон оптимизации, ограничение на максимальные значения элементов, полярность включения громкоговорителей, величина потерь в катушках индуктивности, требование к характеристике иаправленности АС в области частот разделения и т. д.

По известным входным данным в соответствии с выражениями (3.3) ., (3 5) производится расчет АЧХ, ФЧХ, ГВЗ каждого канала и всей АС в каждой выбранной дискретной точке диапазона частот. Затем происходит сравнение полученных характеристик с желаемыми Если они не попадают в разрешенные границы, т е. функция качества ие достигает необходимого минимального значения, то программа оптимизатор целенаправленно изменяет значения элементов, и цикл начинается сначала При этом запоминаются значения злеменгов схемы, соответствующие каждому локальному минимуму целевой функции. Таким образом происходит поиск оптимальных в смысле выбранных критериев значений элементов схемы.

Применение метода случайного поиска в программе оптимизатор позволяет не останавливаться в процессе оптимизации на первых локальных минимумах функции качества, а находить значение глобального минимума [3.15]. Если характеристики АС удовлетворяют предъявленным требованиям, то сложность схемы фильтров снижается и ищется новое оптимальное решение. Цикл продолжается до тех пор, пока оптимизируемые характеристики не выйдут за допустимые гра,ницы, затем совершается обратный шаг в сторону усложнения схемы, и этот вариант считается оп-

тимальиым. Конечной целью оптимального синтеза разделительных фильтров-корректоров является обеспечение АЧХ, ГВЗ АС н характеристик направленности в полосах раздела, укладывающихся в определенные границы. Возможны несколько способов решения этой задачи. Один из них заключается в том, что каждый из каналов АС оптимизируется отдельно таким образом, что их реальные характеристики приближаются к желаемым, обеспечивающим в сумме определенные АЧХ, ФЧХ, ГВЗ АС и характеристики направленности ъ полосах разделения.

При поканальной оптимизации в качестве желаемых испачьзу-ют передаточные функции рассмотренных выше фильтров четных порядков всепропускающего типа . Формирование целевой функции при поканальном приближении <по АЧХ проиллюстрировано на примере низкочастотного канала (рис. 3.22).

Рис 3 23 Обобшеиная схема односторонне нагруженнош

фильтра лестничной структуры

Рис. 3,22. Формирование целевой функции при поканальной оптимизации по АЧХ (низкочастотный канал);

/ - диапазон оптимизации. - эстота разд-ла (среза), частота максимального

отклгоекня реальной ачх от трейуемой, - реальная ачх, В(/) - треб1см8я ачх. Ro- jOjijciWMoe отклонение реальссой ачх or rpe6\CM0ii

Значение АЧХ каждого канала определяется из выражения (3,3), куда входят измеренные характеристики громкоговорителей и матричные коэффициенты схемы фильтра i-ro канала Ли, и . Ли,. Эти коэффициенты находятся путем перемножения матриц Л-параметров элементарных четырехполюсников, входящих в схе-.му фильтра, например, для фильтра лестничной структуры (рис. 3.23) матрица Л-иараметров выражается следующим образом;

1 г, 1 01 10 О 1 I/Z2 ll 1/Z J Где Zi, 2з -комплексные сопротивления продольных ветвей схемы, Zi, Z, - комплексные сопротивления поперечных ветвей.

Из имеющегося набора элементарных четырехполюсников, например, продольная индуктивность, поперечная емкость, поперечная иидуктнвность, продольная емкость, продольный параллельный ьонтур, поперечный последовательный контур, продольный или