Kaj je zvočni visokoprepustni filter? Kako se uporabljajo?

Kar zadeva dober zvok, so križni filtri neverjetno koristno. Toda kaj je zvočni crossover z visokofrekvenčnim filtrom in zakaj je tako pomemben?

Vse bom razložil tukaj!

Kaj je zvočni visokofrekvenčni filter?

Osnovni odgovor je, da je avdio visokofrekvenčni filter (HPF) vrsta avdio kretnice, ki duši in učinkovito blokira vse nizkofrekvenčne signale pod nastavljeno točko. To pomeni, da odstranijo nizkofrekvenčni zvok, medtem ko visokofrekvenčne signale prenašajo v ojačevalnike, zvočnike, signalne poti ali druge zvočne komponente.

Pogosto se uporabljajo v različnih zvočnih oblikah za blokiranje neželenega zvočnega frekvenčnega območja iz več razlogov:

• Preprečevanje popačenja
• Za zaščito gonilnikov visokotonskih zvočnikov pred poškodbami
• Za večjo glasnost in jasnost majhnih zvočnikov z blokiranjem nizkih tonov globokotonca
• Deluje kot del 2- ali 3-steznega sistema zvočnikov
• Preprečevanje težav z resonanco z omejevanjem spodnjega frekvenčnega območja, s čimer se prepreči doseganje resonančne frekvence zvočnika

Obstajajo tudi nekatere druge uporabne aplikacije visokofrekvenčnega filtra, o katerih morate vedeti. Kot boste videli, obstajajo 3 glavne vrste visokoprepustnih filtrov.

Opomba: Ime "kotna frekvenca" se včasih uporablja tudi za sklicevanje na mejno točko.

Razlike med visokoprepustnim in nizkoprepustnim filtrom

Medtem ko visokofrekvenčni filter omogoča prehajanje višjih frekvenc, nizkopasovni filter (LPF) deluje tako, da blokira visokofrekvenčne zvoke zgoraj mejna frekvenca.

Ti se pogosto uporabljajo za nizkotonce in nizkotonce, vendar se lahko uporabljajo tudi kot del zasnove 2-steznih zvočnikov. HPF filter bi uporabili za visokotonski del zasnove.

Kaj je pasovni filter?

Pasovni filter je sestavljen iz nizkopasovnega in visokofrekvenčnega filtra v seriji. To prepušča srednje območje (prepustni pas) zvočnih frekvenc.

Včasih se uporabljajo kot del 3-steznih sistemov zvočnikov za zagotavljanje razpona zvoka gonilnikom srednjetonskih zvočnikov.

Tri vrste visokofrekvenčnih kretnic

Obstajajo tri vrste zasnov visokoprepustnih filtrov. Vsak ima svojo posebno uporabo, prednosti in slabosti ter uporabo.

1. Pretvornice zvočnikov (pasivni filtri)

Križalnik zvočnikov (imenovan tudi pasivni filter) uporablja pasivne elektronske komponente namesto elektronike, ki zahteva vir napajanja. Pasivne komponente so kondenzatorji, induktorji in upori.

Visokoprepustna kretnica zvočnikov je zelo pogosta pri visokotonskih zvočnikih, kjer preprečuje, da bi dosegle srednje in nizke frekvence. Najenostavnejši tip je en sam elektrolitski kondenzator, nameščen na samem zvočniku.

Primer kondenzatorja, ki se uporablja kot vgrajeni visokoprepustni filter crossover

Drugi uporabljajo kondenzator in induktor za bolj strmo mejo, da učinkoviteje preprečijo neželenim zvokom, da bi dosegli zvočnik. Večina je ožičenih in imajo minimalne, če sploh, nastavljive nastavitve, saj je zasnova določena s fiksnimi vrednostmi delov.

2. Elektronske kretnice (aktivni filtri)

Elektronski visokofrekvenčni filter, imenovan tudi aktivni filter , je vrsta križanca, ki uporablja majhne elektronske komponente in zahteva vir energije. Za razliko od pasivnih filtrov so pogosto prilagodljivi in ​​lahko ponujajo dodatne nastavitve, kot so:

• Nastavljiva mejna frekvenca visokega prehoda
• Izbira naklona križanja
• Nadzor ojačanja (nastavljive vhodne in/ali izhodne ravni)
• Nadzor faze

Večina elektronskih visokoprepustnih filtrov je zasnovana okoli operacijskih ojačevalnikov (operacijskih ojačevalnikov), ki so majhni tranzistorski ojačevalniki, vgrajeni v integrirano vezje (IC). So zelo učinkoviti glede porabe energije, velikosti in funkcij.

Zasnove aktivnih filtrov boste našli v domačih stereo sistemih, avtomobilskih ojačevalnikih, predojačevalnikih, stereo mešalnih ploščah in številnih drugih zvočnih elektronskih izdelkih.

3. Digitalne (programske) kretnice

Digitalni visokofrekvenčni filter deluje na zvočnih signalih, pretvorjenih v digitalne vrednosti z uporabo matematičnih funkcij v programski opremi, preden jih pretvori nazaj v analogni signal.

Digitalni crossover lahko najdete na več platformah:

• Računalniška zvočna programska oprema (mešanje, urejanje in drugo)
• Čipi ali zvočni izdelki za digitalno obdelavo signalov (DSP)
• Zvočne aplikacije za pametni telefon

V vseh primerih se avdio križanec visokofrekvenčnega filtra izvede z uporabo matematičnih funkcij (z transformacije), ki so kodirane v programskih rutinah. Ko je uporabljen glasbeni signal, koda obdela digitalno predstavitev (binarna številska vrednost), kar ima za posledico izhodni signal, ki je močno znižan pod frekvenco križanja.

Tukaj je prikazan digitalni nizkoprepustni filter, vgrajen v domači stereo sprejemnik Denon. Digitalne kretnice delujejo z uporabo kode programske opreme, da matematično zagotovijo funkcijo visokega prehoda.

Digitalne kretnice se uporabljajo tudi skupaj z grafičnim ali parametričnim izenačevalnikom v glavnih enotah avtomobilskega zvoka, domačih stereo sprejemnikih ter programski opremi za obdelavo in snemanje zvoka.

Uporabne aplikacije za visokofrekvenčni filter

Uporaba mikrofona in snemalnega studia

Visokofreskovni filtri so v snemalnem studiu uporabni na več načinov:

• Odstranjevanje eksplozivov (pops) iz diha pevca ali pevca
• Preprečevanje snemanja zvokov ropotanja ali ropotanja zaradi dotikanja in nastavljanja opreme
• Izolacija zvočnih virov iz različnih instrumentov med snemanjem
• Oblikovanje tonalnosti obsegov zvoka med mešanjem
• Blokiranje hrupa v ozadju pri snemanju skladb

Prednosti visokofrekvenčnega filtra avtomobilskega zvoka

V avtomobilskih avdio sistemih je visokofrekvenčno filtriranje običajno prisotno v nekaj predmetih:vgrajenih v avtomobilske ojačevalnike, kretnic pasivnih zvočnikov, dodatkov za namestitev in vgrajenih v avtomobilske stereo naprave, izenačevalnike (EQ) ali signalne procesorje.

Običajno so zelo koristni pri zagotavljanju boljšega zvoka na številne načine:

• Preprečevanje popačenja ali morebitne poškodbe visokotoncev zaradi nizkih tonov
• Zagotavljanje čistejšega zvoka z večjo močjo tako z visokotonci kot z majhnimi zvočniki
• Kot del dvosteznega sistema zvočnikov (primer:komponentni zvočniki)
• Za blokiranje nizkotonskega zvoka iz glavnih zvočnikov, ki ga prepusti nizkotoncem za boljšo jasnost zvoka

Te dni imajo nekatere glavne enote vgrajene digitalne visokoprepustne filtre skupaj z izbirnimi nakloni. Številni avtomobilski ojačevalniki imajo izbirno visoko ali nizkofrekvenčno funkcijo križanja, pri čemer imajo nekateri nastavljivo mejno frekvenco. Drugi imajo fiksno mejno točko, ki je ni mogoče spremeniti.

Visokotonci in drugi majhni zvočniki preprosto ne prenesejo večjih zvočnih valov, ki jih ustvarjajo nizke frekvence nizkih tonov. Celo nizkocenovni sistem lahko zveni odlično, če ga napaja ojačevalnik spodobne kakovosti z visokofrekvenčno kretnico, ki preprečuje, da bi jih poslali v zvočnike.

Nato jih lahko združite z nizkotoncem in nizkoprepustnim filtrom, da dobite odličen zvok celotnega obsega, v katerem boste uživali.

Domači stereo visokofrekvenčni filtri

Domači stereo sistemi pogosto vključujejo možnosti visokofrekvenčnega filtra iz različnih razlogov:

• Uporaba nizkotonskega zvočnika:če ima sistem za domači kino ali stereo sprejemnik izhod za nizkotonec, blokiranje nizkih tonov v glavne zvočnike lahko pomaga preprečiti "blatnost" ali preveč nizkih tonov
• Nekateri stereo sistemi vključujejo zvočnike, ki so omejene kakovosti, kar pomeni, da nizki toni povzročajo popačenje in slab zvok. Uporaba visokoprepustne funkcije v teh primerih pomaga preprečiti to.
• Vgrajena obdelava avdio kanala prostorskega zvoka domačega kina.
• Za omejitev zvoka, poslanega v zvočnik osrednjega kanala za čiste vokale v filmih.

Podobno kot avtomobilski stereo sistemi tudi domači stereo visokofrekvenčni filtri pogosto niso privzeto vklopljeni – v mnogih primerih boste morali preveriti nastavitve menija in jih omogočiti.

Razloženi podzvočni filtri

A podzvočni filter je visokofrekvenčni filter z zelo nizko križno frekvenco (pogosto na primer okoli 30 ali 20 Hz), ki se uporablja za preprečevanje pošiljanja nizkofrekvenčnih signalov, ki jih ne moremo slišati, v nizkotonec in preprečuje porabo energije brez razloga.>

Podzvočni filter ni obvezen in ni pogosto potreben, vendar je lahko v nekaterih situacijah uporaben. Pogostejši so za starinske zvočne in gramofonske predvajalnike, čeprav jih včasih najdete v izenačevalnikih avtomobilskega zvoka ali nizkotonskih zvočnikih.

Frekvenčno območje človeškega sluha za večino ljudi je nekje do približno 30 Hz. 20Hz zvočne valove je mogoče čutiti, ne pa slišati, zato je nesmiselno porabiti veliko moči ojačevalnika za nekaj, česar sploh ne slišite. V primeru gramofonov je lahko prisotno nekaj ropota in podzvočni filter lahko prepreči njegovo ojačanje.

Večina glasbe je pomešana z najbolj prijetnimi nizkimi toni, ki so okoli 40 do 50 Hz ali tako za "tump". Približno enako velja tudi za ropotanje ali akcijski zvok v filmih, kar pomeni, da 20 do 30 Hz ni potrebno.

Razloženo slabljenje mejne frekvence (nakloni)

Naklon filtra je strmina njegove sposobnosti filtriranja. Z drugimi besedami, kako učinkovit je pri zmanjševanju zvočnih frekvenc nad mejno frekvenco križanja.

Nakloni so kategorizirani glede na decibele (dB) na oktavo. Negativni znak (-) se uporablja za predstavitev oslabitve ali redukcije vhodnega signala.

Zvočne frekvence med dvema točkama se pogosto merijo z oktavo . Oktava je podvojitev ali razpolovitev frekvenčnega števila. (100Hz, 200Hz, 400Hz itd.)

Ko govorimo o kretnici z mejno vrednostjo -6 dB na oktavo, mislimo, da bo še naprej zmanjševala izhod za dodatnih 6 dB za vsako podvojitev prejšnje frekvence.

Večja kot je strmina filtra, bolj zmanjša nižje frekvence nad mejno frekvenco, ker je filter višjega reda učinkovitejši.

Nakloni križnega filtra so običajno 6 dB na oktavo, 12 dB/oktavo, 18 dB/oktavo itd.

Kako uporabljati visokofrekvenčni filter

Na splošno jeuporaba visokofrekvenčnega filtra preprosta:nastavite ga na mejno frekvenco, ki najbolj ustreza zvočnikom, ki jih uporabljate. V primeru dvosteznih sistemov zvočnikov ga boste nastavili tudi tako, da se ujema z mejno frekvenco nizkega prehoda, da se izognete vrzeli v zvoku.

Frekvence filtra zvočnikov

Ko gre za zvočnike in sisteme zvočnikov, proizvajalci pogosto vključijo specifikacije, ki vam pomagajo vedeti, katero mejno frekvenco morate uporabiti.

Včasih je jasno navedena kot priporočena frekvenca visokofrekvenčnega filtra, drugič pa jo boste morali izhajati iz informacij o frekvenčnem odzivu zvočnika. Na zgornji sliki specifikacij zvočnika ima na primer uporabno frekvenčno območje 3,5 kiloherca (kHz) in več.

Če tega nimate na voljo, si oglejte spodnje tabele. Dobra novica je, da običajno obstaja nekaj informacijo, ki vam pove razpon frekvenčnega odziva zvočnika, da vam pomaga nastaviti mejno frekvenco visokega prehoda.

Katere so dobre nastavitve HPF?

Frekvenčna tabela visokoprepustnega prehoda domačega zvoka

Vrsta/sistem zvočnikov	Križna frekvenca
Sprednji zvočniki glavnega/stolpnega tipa (majhni)	60 do 80 Hz visokoprepustni. Najbolje deluje z nizkotoncem kot dopolnitvijo.
Sprednji zvočniki tipa glavni/stolp (veliki)	60–80Hz visokoprepustni.
Osrednji ali prostorski zvok (majhen)	Visokoprepustnost 100–120Hz. Te vrste zvočnikov so zelo slabe za nizke tone in jih je mogoče zlahka popačiti.
Osrednji ali prostorski zvok (srednje/veliko)	60-80Hz visokoprepustni. Večina sredinskih zvočnikov ni zasnovana za ustvarjanje nizkih tonov.
Stenski ali mini satelitski zvočniki	100-120Hz visokoprepustni. To pomaga preprečiti slabo popačenje, saj ne prenesejo globokih nizkih tonov.
Sistemi dvosmernih zvočnikov	3kHz do 3,5KHz. Zelo pogosta križna frekvenca
3-stezni sistemi zvočnikov	Visokoprepustnost 3,5 kHz (visokotonec) &250-500Hz visokofrekvenčni (srednji)

Frekvenčna tabela visokoprepustnega križanja avtomobilskega zvoka

Vrsta/sistem zvočnikov	Križna frekvenca
Sprednji ali zadnji koaksialni ali komponentni zvočniki polnega razpona	Visokoprepustnost od 56, 60 do 80 Hz . Blokira nizke tone, ki povzročajo popačenje.
Tweeters	Visokoprepustnost 3–3,5 kHz
Srednjetonski ali nizkotonski zvočniki	250-500Hz visokoprepustni
Sistemi dvosmernih zvočnikov	3kHz do 3,5KHz do visokotoncev. Enako za srednjetonce/nizkotonce
3-stezni sistemi zvočnikov	3,5 kHz (srednji/visoki) in 500 Hz (srednji/nizkotonski)

Več odličnih člankov

Upam, da ste se naučili veliko o zvočnih konceptih visokofrekvenčnega filtra. Želite izvedeti več? Oglejte si moje povezane članke:

• Na kaj naj nastavim svoj visokofrekvenčni filter?
• Ugotovite, na kaj želite nastaviti nizkopasovni filter.
• Tukaj so kondenzatorji in induktorji v kretnici zvočnikov.
• Izvedite več o tem, kaj počne crossover in kaj je frekvenca crossoverja.
• Oglejte si moj vodnik o tem, kako določiti frekvenco križanja zvočnikov.