Normal Topic Полосовой заграждающий фильтр (Прочитано 503 раз)
patron
Гуру
*****
На Форуме



Сообщений: 1534
Зарегистрирован: 06.01.2007
Полосовой заграждающий фильтр
18.01.2020 :: 08:27:20
Post Tools
Вопрос к тем, кто много игрался с фильтрацией.
Задача такая : компенсировать паразитный резонанс в звуковой системе, расположенный в районе 5 кГц. Фильтр должен быть по возможности минималистичный, конечно без катушек и по возможности без ОУ.
Условия согласования фильтра по входу и выходу довольно тепличные : Rвых предыдущего каскада порядка 100 Ом, вх. сопротивление последующего порядка 100 кОм. Затухание в полосе пропускания желательно не более 3 дБ. Затухание в полосе задержания (или на частоте резонанса 5 кГц) порядка от - 8 до - 10 дБ.

В инете немеряно материала по теме и даже онлайн-калькуляторов, но все простые фильтры имеют очень неприятные АЧХ и ФЧХ : у них очень узкий резонанс и соответственно рваная ФЧХ, что не сулит ничего хорошего в звуке. Пример симуляции двойного Т-моста приведён ниже.

Хотелось бы иметь белее-менее гладкую АЧХ, какую дают LC-фильтры, но применение катушек исключено из-за габаритов. 
Применение одного ОУ в принципе допустимо, но нежелательно, применение двух и более ОУ ограничено и местом и потреблением всего в  2 мА.
Шумы тоже имеют крайне важное значение.
Может будут какие-либо мысли у "набивших руку" в этой области ?


  

T-Filter_1.jpg ( 156 KB | Загрузки )
T-Filter_1.jpg
Наверх
 
IP записан
 
razorgolf
Разбирающийся
****
Вне Форума


GTLab - forever!

Сообщений: 1101
Местоположение: Москва
Зарегистрирован: 02.09.2006
Re: Полосовой заграждающий фильтр
Ответ #1 - 18.01.2020 :: 10:38:06
Post Tools
Не скажу, что рука набита, но когда-то немного использовал Т-фильтры для измерений. Основная проблема - уход параметров. Нужна большая точность. И если резисторы с 0.1% доступны(у них и ТКЕ маленький), то с конденсаторами всё несколько хуже. И габариты у точных конденсаторов не очень маленькие, катушку наверное можно сделать меньше. Если места мало, то кмк нормально сделать не получится.
Тут есть некое противоречие. Чем уже полоса, тем точнее надо всё делать. Но если полосу расширить, то требования к точности понижаются. но и влияние на соседние частоты возрастает.
Что за излучатель, насколько острый у него резонанс, не пьеза?
Ну и ФЧХ у Т-фильтра с перескоком наверное не лучшим образом повлияет. Я то их не слушал, поэтому мне это не мешало.

А почему-бы не пойти стандартным путём - RC-цобель на 5кГц параллельно излучателю? Чаще так делают, хотя там тоже есть свои недостатки. Мощность большая? Если да, то габариты тоже будут немаленькими.
  
Наверх
 
IP записан
 
KSG
Гуру
*****
Вне Форума


GtLab.Net forever!

Сообщений: 5801
Местоположение: Ufa
Зарегистрирован: 09.01.2011
Re: Полосовой заграждающий фильтр
Ответ #2 - 18.01.2020 :: 11:02:06
Post Tools
Я когда-то имел дело с аналоговой сотовой связью, там для оценки качества радиоканала и последующих автоматических действий системы в передаваемый сигнал подмешивался пилот-тон 4 кГц строго нормируемого уровня. Для бесперебойной работы системы перед этим стоял узкополосный режекторный фильтр.
Схему того устройства я сейчас вряд ли найду, но поищите в Гугле "notch filter schematic".
  

Практика - критерий истины
Наверх
 
IP записан
 
patron
Гуру
*****
На Форуме



Сообщений: 1534
Зарегистрирован: 06.01.2007
Re: Полосовой заграждающий фильтр
Ответ #3 - 18.01.2020 :: 15:21:09
Post Tools
Вот на картинке выше частота резонанса правильная, но затухание минус 45 дБ - перебор. Попробовал совать резисторы наугад в разные места разных номиналов - но это пальцем в небо.
Попробовал простой Т-мост, но у него слишком широкий захват (красная тонкая линия)
На картинке зелёными точками показана желаемая характеристика.

« Последняя редакция: 18.01.2020 :: 16:12:11 от patron »  

T-Filter_2.jpg ( 96 KB | Загрузки )
T-Filter_2.jpg
Наверх
 
IP записан
 
OlegFX
Гуру
*****
Вне Форума



Сообщений: 5097
Местоположение: Киев
Зарегистрирован: 12.08.2008
Re: Полосовой заграждающий фильтр
Ответ #4 - 18.01.2020 :: 15:45:34
Post Tools
Цитата:
Затухание в полосе пропускания желательно не более 3 дБ. Затухание в полосе задержания (или на частоте резонанса 5 кГц) порядка от - 8 до - 10 дБ.
Обязательно надо указывать, какова требуется полоса пропускания (по уровню -3 дБ). Или другими словами, какова требуется добротность? А просто сказать "Затухание в полосе пропускания желательно не более 3 дБ" - это вообще ничего не сказать, т.к. не определена эта самая полоса пропускания - она может отстоять от f_режекции как всего лишь на 1 Гц, так и на 1 кГц (-3 дБ).
Цитата:
...все простые фильтры имеют очень неприятные АЧХ и ФЧХ : у них очень узкий резонанс и соответственно рваная ФЧХ, что не сулит ничего хорошего в звуке. Пример симуляции двойного Т-моста приведён ниже.
Узкий резонанс легко расширить. Во-первых, если не нужна узкая полоса, то и незачем применять двойной мост, достаточно одинарного. Во-вторых, расширить полосу всегда проще, чем сузить. Если я не ошибаюсь, вы же пользуетесь симулятором - вот и подберите дополнительный резистор для получения 8-10 дБ. И варьируйте номиналы R и C, сохраняя их соотношение (т.е. постоянную частоту режекции) для получения нужной полосы.
Цитата:
Хотелось бы иметь белее-менее гладкую АЧХ, какую дают LC-фильтры, но применение катушек исключено из-за габаритов.
Нет таких особых свойств у LC, любой эквивалентный RC фильтр даст точно такую же "гладкую" АЧХ/ФЧХ. Естественно, при одной и той же аппроксимации. Другое дело, LC иногда получается проще, особенно, когда требуются высокие добротности, а RC при этом будет уже активным. Но это явно не ваш случай.


  
Наверх
 
IP записан
 
KSG
Гуру
*****
Вне Форума


GtLab.Net forever!

Сообщений: 5801
Местоположение: Ufa
Зарегистрирован: 09.01.2011
Re: Полосовой заграждающий фильтр
Ответ #5 - 18.01.2020 :: 17:47:07
Post Tools
Нашёл я ту фабричную схему, о которой говорил, вот она:
https://yadi.sk/i/pG86MI0LY3W_4A
  

Практика - критерий истины
Наверх
 
IP записан
 
OlegFX
Гуру
*****
Вне Форума



Сообщений: 5097
Местоположение: Киев
Зарегистрирован: 12.08.2008
Re: Полосовой заграждающий фильтр
Ответ #6 - 18.01.2020 :: 17:47:58
Post Tools
Цитата:
но применение катушек исключено из-за габаритов.
Катушки нужных номиналов выпускаются в габаритах, чуть больших МЛТ-0,25, что и по объёму, и по площади меньше ОУ, применение которого вы допускаете. Сопоставимо с смд-ОУ или с плёночным конденсатором.
Вот, для примера, симуляция режектора по вашему ТЗ, варьируя L и C, меняем полосу пропускания (добротность). R_add - добавочный R для получения необходимого ослабления (-8 дБ), его сопротивление зависит, в том числе, и от активного R (R_L) конкретного дросселя. Дроссели покупные (магазин РКС, скрин. Там указаны и значения R_L).
« Последняя редакция: 19.01.2020 :: 20:20:14 от OlegFX »  

Notch.png ( 7 KB | Загрузки )
Notch.png
Notch_AC.png ( 20 KB | Загрузки )
Notch_AC.png
L_RCS.png ( 40 KB | Загрузки )
L_RCS.png
Наверх
 
IP записан
 
patron
Гуру
*****
На Форуме



Сообщений: 1534
Зарегистрирован: 06.01.2007
Re: Полосовой заграждающий фильтр
Ответ #7 - 19.01.2020 :: 16:13:28
Post Tools
"...Узкий резонанс легко расширить. Во-первых, если не нужна узкая полоса, то и незачем применять двойной мост, достаточно одинарного. Во-вторых, расширить полосу всегда проще, чем сузить....подберите дополнительный резистор для получения 8-10 дБ. И варьируйте номиналы R и C, сохраняя их соотношение (т.е. постоянную частоту режекции) для получения нужной полосы..."

Я пробовал одиночный Т-мост : как и писал - слишком широкий захват частот.
В двойном Т-мосте пробовал варьировать номиналы RC и Rдоп : полоса частот меняется, но не характер : у LC_фильтра он колокольный, а у RC - какой-то острый и у подавление какое-то огромное.
Я что-то не так делаю ?


« Последняя редакция: 19.01.2020 :: 16:23:12 от patron »  

Filter_2T_12.jpg ( 67 KB | Загрузки )
Filter_2T_12.jpg
Наверх
 
IP записан
 
Наблюдатель
Гуру
*****
Вне Форума


Верить в наше
время нельзя
никому. Мне
... тоже.

Сообщений: 7429
Местоположение: СПб
Зарегистрирован: 16.11.2008
Re: Полосовой заграждающий фильтр
Ответ #8 - 19.01.2020 :: 18:43:52
Post Tools
patron писал(а) 19.01.2020 :: 16:13:28:
" у LC_фильтра он колокольный, а у RC - какой-то острый и у подавление какое-то огромное.

А тупо воткнуть ещё один резистор между входом и выходом фильтра? Вот из принципа сим не запущу. Навскидку - 240-270К. Круглые глаза
  
Наверх
 
IP записан
 
OlegFX
Гуру
*****
Вне Форума



Сообщений: 5097
Местоположение: Киев
Зарегистрирован: 12.08.2008
Re: Полосовой заграждающий фильтр
Ответ #9 - 19.01.2020 :: 20:09:10
Post Tools
Цитата:
Я пробовал одиночный Т-мост : как и писал - слишком широкий захват частот.
В двойном Т-мосте пробовал варьировать номиналы RC и Rдоп : полоса частот меняется, но не характер : у LC_фильтра он колокольный, а у RC - какой-то острый и у подавление какое-то огромное. Я что-то не так делаю ?
Вы не так сформулировали задачу. Вначале вы писали, что
Цитата:
все простые фильтры имеют очень неприятные АЧХ и ФЧХ : у них очень узкий резонанс
У пассивного двойного Т-моста максимально достижимая добротность =0,25 (см. ТиШ, стр. 218). А то желаемое, что вы изобразили точками на графике, имеет намного бОльшую добротность, а именно:
полоса (дельта f) по уровню -3дБ примерно от 3,3 до 7,5 кГц. Q = 5кГц/дельта f(-3 дБ) = 5/(7,5-3,3) = 1,2. Иначе говоря, резонанс вам нужен существенно более "узкий", чем "очень узкий резонанс простых RC - фильтров".

Цитата:
у LC_фильтра он колокольный, а у RC - какой-то острый
У LC  он может быть любым - как сделаете, так и будет, если, конечно, требуемые параметры реализуемы в желаемой конфигурации (а нет, так актив в помощь). Повторю, нет никаких особых свойств у LC, при одинаковом ТЗ результаты будут одинаковыми как по АЧХ, так и по ФЧХ. Кстати, настоящую "колокольность" в радиотехнике получают фильтрами с двумя или более f_рез.
Поэтому, либо LC-режектор, либо двойной Т-мост + неинверт. усилитель с Кус примерно 1,5, на его выход - нижний вывод резистора R3 (из первой схемы). [При Кус=2 теоретически будет бесконечная Q/бесконечно узкая полоса режекции, а практически - возбуд]. Глубину режекции сбить резистором "вход схемы--вход доп. усилителя". R4 лучше увеличить. Короче, в симуляторе всё хорошо видно.

Ну, или какие-нибудь другие схемы активных фильтров.

По шумам LC выигрывает у них у всех.

« Последняя редакция: 20.01.2020 :: 02:35:09 от OlegFX »  
Наверх
 
IP записан
 
patron
Гуру
*****
На Форуме



Сообщений: 1534
Зарегистрирован: 06.01.2007
Re: Полосовой заграждающий фильтр
Ответ #10 - 20.01.2020 :: 06:08:03
Post Tools
Наблюдатель писал(а) 19.01.2020 :: 18:43:52:
patron писал(а) 19.01.2020 :: 16:13:28:
" у LC_фильтра он колокольный, а у RC - какой-то острый и у подавление какое-то огромное.

А тупо воткнуть ещё один резистор между входом и выходом фильтра? Вот из принципа сим не запущу. Навскидку - 240-270К. Круглые глаза


"Тупо" не получилось : номинал этого резистора для подавления порядка -8 дБ - около 10 кОм, но при этом не удаётся сузить ачх.
  
Наверх
 
IP записан
 
Denn
Модератор
*****
Вне Форума


είμαι ο μουσικός και ο
ραδιομηχανίκός

Сообщений: 14276
Местоположение: Θεσσαλoνiκη
Зарегистрирован: 14.03.2006
Re: Полосовой заграждающий фильтр
Ответ #11 - 20.01.2020 :: 07:16:11
Post Tools
patron писал(а) 18.01.2020 :: 08:27:20:
...но все простые фильтры имеют очень неприятные АЧХ и ФЧХ : у них очень узкий резонанс и соответственно рваная ФЧХ, что не сулит ничего хорошего в звуке.


Надо слушать применительно к конкретной задаче. Возможно, что на конкретный ух окажется всё не так уж плохо, если вообще заметно..
  

Не говорите что мне делать, и я не скажу куда Вам идти.

Лучшее решение из возможных - самое простое. И наоборот.

Прежде чем судить меня, убедитесь, что вы совершенны.
Наверх
ICQ  
IP записан
 
Наблюдатель
Гуру
*****
Вне Форума


Верить в наше
время нельзя
никому. Мне
... тоже.

Сообщений: 7429
Местоположение: СПб
Зарегистрирован: 16.11.2008
Re: Полосовой заграждающий фильтр
Ответ #12 - 20.01.2020 :: 19:03:31
Post Tools
patron писал(а) 20.01.2020 :: 06:08:03:
Наблюдатель писал(а) 19.01.2020 :: 18:43:52:
patron писал(а) 19.01.2020 :: 16:13:28:
" у LC_фильтра он колокольный, а у RC - какой-то острый и у подавление какое-то огромное.

А тупо воткнуть ещё один резистор между входом и выходом фильтра? Вот из принципа сим не запущу. Навскидку - 240-270К. Круглые глаза


"Тупо" не получилось : номинал этого резистора для подавления порядка -8 дБ - около 10 кОм, но при этом не удаётся сузить ачх. 

Ужас Не может он быть 10К, нагрузка-то 100К. М.б. ты неправильно понял - я предлагал кинуть резюк от R5 к R4...
  
Наверх
 
IP записан
 
patron
Гуру
*****
На Форуме



Сообщений: 1534
Зарегистрирован: 06.01.2007
Re: Полосовой заграждающий фильтр
Ответ #13 - 21.01.2020 :: 05:27:20
Post Tools
2 Наблюдатель

Самая верхняя кривая - 10кОм, самая нижняя - 300 кОм
« Последняя редакция: 21.01.2020 :: 05:58:24 от patron »  

Nabludatel.jpg ( 134 KB | Загрузки )
Nabludatel.jpg
Наверх
 
IP записан
 
KSG
Гуру
*****
Вне Форума


GtLab.Net forever!

Сообщений: 5801
Местоположение: Ufa
Зарегистрирован: 09.01.2011
Re: Полосовой заграждающий фильтр
Ответ #14 - 21.01.2020 :: 06:51:09
Post Tools
Кстати, замечательный способ проверить и сравнить в реале добротность конденсаторов разных типов Улыбка
  

Практика - критерий истины
Наверх
 
IP записан
 
Наблюдатель
Гуру
*****
Вне Форума


Верить в наше
время нельзя
никому. Мне
... тоже.

Сообщений: 7429
Местоположение: СПб
Зарегистрирован: 16.11.2008
Re: Полосовой заграждающий фильтр
Ответ #15 - 21.01.2020 :: 16:50:43
Post Tools
patron писал(а) 21.01.2020 :: 05:27:20:
2 Наблюдатель

Самая верхняя кривая - 10кОм, самая нижняя - 300 кОм


Да, так не пойдёт...совсем не то Печаль
  
Наверх
 
IP записан
 
DDD
Гуру
*****
Вне Форума


Имею личный
текст

Сообщений: 10347
Местоположение: Alma-Ata
Зарегистрирован: 22.04.2005
Re: Полосовой заграждающий фильтр
Ответ #16 - 31.01.2020 :: 05:31:27
Post Tools
Я бы поставил последовательную LC фильтр-пробку, а после неё - достаточно низкоомный резистор на землю, которым бы регулировал ширину полосы заграждения.
Габариты такого LC-фильтра невелики для частоты 5кГц, и в условиях единичного производства не грех и подобрать величину ёмкости вручную  (для удобства точного подбора поставить два конденсатора параллельно).
Вообще, начальные условия задачи диктуют неизбежность достаточно серьезного компромисса.
*** RC-фильтры в данных условиях считаю бесполезными хотя бы из-за их малой добротности в простом варианте, и - в случае узкополосного варианта - слишком сложными в настройке и нестабильными.
  

Готов подписаться под каждым своим словом
Наверх
YouTube  
IP записан
 
patron
Гуру
*****
На Форуме



Сообщений: 1534
Зарегистрирован: 06.01.2007
Re: Полосовой заграждающий фильтр
Ответ #17 - 01.02.2020 :: 06:35:46
Post Tools
Уточняю задачу : есть недорогой мелкосерийный микрофонный капсюль, но у него неважная АЧХ. Кроме резонанса в р-не 5 кГц у него ещё и завалены низы.
Хорошие результаты по компенсации резонанса дал вариант, предложенный OlegFX в посте 6 - с последовательным контуром на землю после входного повторителя.
Но вылезла другая проблема - из-за заваленных низов капсюля майк звучит сильно серединисто. Придётся как-то поднимать низы, но без завала верхов. Очевидно придётся навешивать какие-то дополнительные цепи для реализации чего-то наподобие кривой, обозначенной зелёными точками. 
« Последняя редакция: 01.02.2020 :: 06:49:42 от patron »  

AFC_4T+F+2T_2.jpg ( 98 KB | Загрузки )
AFC_4T+F+2T_2.jpg
Наверх
 
IP записан
 
patron
Гуру
*****
На Форуме



Сообщений: 1534
Зарегистрирован: 06.01.2007
Re: Полосовой заграждающий фильтр
Ответ #18 - 02.02.2020 :: 06:38:21
Post Tools
Возможно боян - набрёл на интересную утиль Tone Stack Calculator. Набор популярных регуляторов тебра с возможностью двигать мышью движки резисторов и наблюдать на графике результат. Можно даже менять номиналы деталей и гондобить что-то своё.
К сожалению под свои интересы что-то не удалось перекроить какой-то из готовых.



  

TSC_VOX.jpg ( 120 KB | Загрузки )
TSC_VOX.jpg
Наверх
 
IP записан
 
OlegFX
Гуру
*****
Вне Форума



Сообщений: 5097
Местоположение: Киев
Зарегистрирован: 12.08.2008
Re: Полосовой заграждающий фильтр
Ответ #19 - 02.02.2020 :: 14:06:00
Post Tools
В окошке Big Muff можно накрутить требуемый провал на 250 (или сколько там) Гц. Кликнув по элементам, можно можно задавать их номиналы.
  
Наверх
 
IP записан
 
patron
Гуру
*****
На Форуме



Сообщений: 1534
Зарегистрирован: 06.01.2007
Re: Полосовой заграждающий фильтр
Ответ #20 - 02.02.2020 :: 15:26:07
Post Tools
Да, это первое, что пришло на ум, но поигравшись минут 10 понял, что этой конфигурацией вкупе со всей схемой не отделаться.
Врукопашную, методом интуитивного тыка, за 2 часа получилось вот это : уж не знаю, насколько удастся это реализовать и даст ли это желаемый результат.
Что не очень нравится - на частоте резонанса выход предыдущего повторителя будет нагружен на весьма низкое сопротивление порядка 50 Ом
« Последняя редакция: 02.02.2020 :: 15:49:52 от patron »  

LC+T_2.jpg ( 122 KB | Загрузки )
LC+T_2.jpg
Наверх
 
IP записан
 
OlegFX
Гуру
*****
Вне Форума



Сообщений: 5097
Местоположение: Киев
Зарегистрирован: 12.08.2008
Re: Полосовой заграждающий фильтр
Ответ #21 - 02.02.2020 :: 18:37:01
Post Tools
Цитата:
Что не очень нравится - на частоте резонанса выход предыдущего повторителя будет нагружен на весьма низкое сопротивление порядка 50 Ом

Можно то же самое сделать на параллельном LC контуре - он на частоте рез. имеет большое сопротивление.
« Последняя редакция: 05.02.2020 :: 14:08:29 от OlegFX »  
Наверх
 
IP записан
 
Torbjörn
Младший паяльщик
**
Вне Форума


GtLab.Net forever!

Сообщений: 136
Местоположение: UA
Зарегистрирован: 05.07.2019
Re: Полосовой заграждающий фильтр
Ответ #22 - 02.02.2020 :: 22:58:34
Post Tools
@ patron, а не могли бы вы описать максимально точно тип капсюля, его акустическое и корпусное оформление, и полную цепь подключения.
Например. Когда-то очень давно я купил десяток МКЭ-3 для подзвучки барабанов.  Оставил их в родном алюминиевом кожухе, лишь "прищепки" смастерил и платки с делителями для питаня от фантома. Подключал их в микшерный пульт Беринжер с толковыми ТБ: HPF, LPF и две параметрических середины.
Как оно звучало - не имеет значения. Просто мне интересны детали и цели вашей цепи.

« Последняя редакция: 02.02.2020 :: 22:59:08 от Torbjörn »  
Наверх
 
IP записан
 
patron
Гуру
*****
На Форуме



Сообщений: 1534
Зарегистрирован: 06.01.2007
Re: Полосовой заграждающий фильтр
Ответ #23 - 03.02.2020 :: 05:14:45
Post Tools
Насколько мне известно, этот капсюль делал какой-то мастер-одиночка в мизерных количествах. Корпус сделан так, что "микрофон" имеет х-ку восьмёрка. Вот меня и попросили как-то улучшить его весьма хреновую АЧХ, чтоб применить в паре с хорошим основным микрофоном для получения стерео.
Сам капсюль - шайба, диаметром 18 мм и толщиной порядка 6 мм. Чего там внутри - трудно сказать - я не спец по ним. Видна только какая-то очень мелкая металлическая сеточка и в центре торчит какой-то штифт, к которому припаян проводничок - выход сигнала. Выход нагружаю на обычный истоковый повторитель, фантом беру пока с внешнего источника. Сейчас задача хоть как-то выровнять АЧХ, остальное - потом.
  
Наверх
 
IP записан
 
 
  « Главная ‹ Раздел Наверх этой страницы