Što je audio visokopropusni filtar? Kako se koriste?

Kada je riječ o dobivanju dobrog zvuka, crossover filteri su nevjerojatno koristan. Ali što je audio skretnica visokopropusnog filtra i zašto je toliko važna?

Ovdje ću sve objasniti!

Što je audio high pass filter?

Osnovni odgovor je da je filtar visoke frekvencije zvuka (HPF) vrsta audio skretnice koja prigušuje i učinkovito blokira sve niskofrekventne signale ispod zadane vrijednosti. Odnosno, eliminiraju niskofrekventni zvuk dok visokofrekventne signale propuštaju do pojačala, zvučnika, puteva signala ili drugih audio komponenti.

Naširoko se koriste u raznim audio dizajnima za blokiranje neželjenog frekvencijskog raspona zvuka iz nekoliko razloga:

• Sprečavanje izobličenja
• Za zaštitu drajvera visokotonaca od oštećenja
• Da biste dobili više glasnoće i jasnoće iz malih zvučnika blokiranjem basa subwoofera
• Radi kao dio 2-staznog ili 3-staznog sustava zvučnika
• Sprječavanje problema s rezonancijom ograničavanjem nižeg frekvencijskog raspona, čime se sprječava postizanje rezonantne frekvencije zvučnika

Postoje i neke druge korisne aplikacije visokopropusnih filtara koje također trebate znati. Kao što ćete vidjeti, postoje 3 glavne vrste visokopropusnih filtara.

Napomena: Naziv "kutna frekvencija" također se ponekad koristi za označavanje granične točke.

Razlike između visokopropusnog i niskopropusnog filtra

Dok visokopropusni filtar omogućuje prolaz viših frekvencija, niskopropusni filtar (LPF) skretnica radi na blokiranju visokofrekventnih zvukova iznad granična frekvencija.

Često se koriste za woofere i subwoofere, ali se također mogu koristiti kao dio dizajna 2-staznih zvučnika. HPF filter bi se koristio za visokotonski dio dizajna.

Što je pojasni filtar?

Pojasni filtar sastoji se od niskopropusnog i visokopropusnog filtra u nizu. Ovo prolazi srednji raspon (propusni pojas) zvučnih frekvencija.

Ponekad se koriste kao dio 3-staznih sustava zvučnika za opskrbu raspona zvuka pogonskim jedinicama srednjetonskih zvučnika.

Tri vrste visokopropusnih skretnica

Postoje tri vrste dizajna visokopropusnih filtera. Svaki ima svoju posebnu namjenu, prednosti i nedostatke te primjenu.

1. Skretnice zvučnika (pasivni filtri)

Skretnica zvučnika (također se naziva pasivni filtar) koristi pasivne elektroničke komponente umjesto elektronike koja zahtijeva izvor napajanja. Pasivne komponente su kondenzatori, induktori i otpornici.

Skretnica visokopropusnog zvučnika vrlo je česta na visokotonskim zvučnicima gdje blokira srednje i niske frekvencije da dopru do njih. Najjednostavniji tip je jedan elektrolitski kondenzator montiran na samom zvučniku.

Primjer kondenzatora koji se koristi kao skretnica ugrađenog visokopropusnog filtra

Drugi koriste kondenzator i induktor za strmiji rez kako bi učinkovitije blokirali neželjene zvukove da dopru do zvučnika. Većina je ožičena i ima minimalne, ako ih ima, podesive postavke budući da je dizajn postavljen fiksnim vrijednostima dijelova.

2. Elektroničke skretnice (aktivni filtri)

Elektronički visokopropusni filtar, koji se naziva i aktivni filtar , vrsta je skretnice koja koristi male elektroničke komponente i zahtijeva izvor napajanja. Za razliku od pasivnih filtara, oni su često fleksibilni i mogu nuditi dodatne postavke kao što su:

• Podesiva granična frekvencija visokog prolaza
• Odabir nagiba križanja
• Kontrola pojačanja (prilagodljive ulazne i/ili izlazne razine)
• Kontrola faze

Većina elektroničkih visokopropusnih filtara dizajnirana je oko operacijskih pojačala (operacijskih pojačala) koja su sićušna tranzistorska pojačala ugrađena u integrirani krug (IC). Vrlo su učinkoviti u smislu potrošnje energije, veličine i značajki.

Dizajne aktivnih filtara pronaći ćete u kućnim stereo uređajima, pojačalima za automobile, jedinicama pretpojačala, pločama stereo miksera i mnogim drugim audio elektroničkim proizvodima.

3. Digitalne (softverske) skretnice

Digitalni visokopropusni filtar radi na audio signalima pretvorenim u digitalne vrijednosti pomoću matematičkih funkcija u softveru prije nego što ih pretvori natrag u analogni signal.

Digitalni crossover može se pronaći na nekoliko platformi:

• Računalni audio softver (miksanje, uređivanje i ostalo)
• Čipovi ili audio proizvodi za digitalnu obradu signala (DSP)
• Audio aplikacije za pametne telefone

U svim slučajevima, audio skretnica visokopropusnog filtra implementirana je pomoću matematičkih funkcija (z transformacije) koje su kodirane u softverskim rutinama. Kada se primijeni glazbeni signal, kod obrađuje digitalni prikaz (binarna numerička vrijednost), što rezultira izlaznim signalom koji je znatno smanjen ispod frekvencije skretnice.

Ovdje je prikazan digitalni niskopropusni filtar ugrađen u kućni stereo prijemnik Denon. Digitalne skretnice rade pomoću softverskog programskog koda kako bi matematički osigurale visokopropusnu funkciju.

Digitalne skretnice također se koriste zajedno s grafičkim ili parametarskim EQ-om u glavnim audio jedinicama automobila, kućnim stereo prijemnicima i softveru za obradu i snimanje zvuka.

Korisne aplikacije visokopropusnih filtera

Korištenje mikrofona i studija za snimanje

Visokopropusni filtri korisni su u studiju za snimanje na nekoliko načina:

• Uklanjanje eksploziva (pucanja) iz daha pjevača ili pjevača
• Sprečavanje snimanja zvukova rukovanja ili tutnjave zbog dodirivanja i podešavanja opreme
• Izoliranje audio izvora iz različitih instrumenata tijekom snimanja
• Oblikovanje tonaliteta raspona zvuka tijekom miksanja
• Blokiranje pozadinske buke iz zapisa zapisa

Prednosti visokopropusnog filtra zvuka automobila

U audiosustavima automobila visokopropusno filtriranje obično se nalazi u nekoliko stavki:ugrađeno u pojačala automobila, skretnice pasivnih zvučnika, dodaci za instalaciju i ugrađeno u stereo uređaje automobila, ekvilajzere (EQ) ili procesore signala.

Obično su od velike pomoći u pružanju boljeg zvuka na više načina:

• Spriječavanje izobličenja ili potencijalnog oštećenja visokotonaca zbog basa
• Pružanje čišćeg zvuka s više snage i s visokotoncima i malim zvučnicima
• Kao dio 2-staznog sustava zvučnika (primjer:komponentni zvučnici)
• Za blokiranje niskotonskog bas zvuka iz glavnih zvučnika, ostavljajući ga subwooferima za bolju jasnoću zvuka

Ovih dana neke glavne jedinice imaju ugrađene digitalne visokopropusne filtre zajedno s nagibima koji se mogu birati. Mnoga pojačala za automobile imaju mogućnost odabira visoke ili niskopropusne skretnice, a neka imaju podesivu graničnu frekvenciju. Drugi imaju fiksnu graničnu točku koja se ne može promijeniti.

Visokotonci i drugi mali zvučnici jednostavno ne mogu podnijeti veće zvučne valove koje stvaraju niske bas frekvencije. Čak i proračunski sustav može zvučati sjajno ako ga napaja pojačalo pristojne kvalitete s visokopropusnom skretnicom koja sprječava njihovo slanje u zvučnike.

Zatim ih možete upariti sa subwooferom i niskopropusnim filtrom kako biste dobili odličan zvuk punog raspona u kojem ćete uživati.

Kućni stereo visokopropusni filtri

Kućni stereo uređaji često uključuju opcije visokopropusnog filtra iz raznih razloga:

• Korištenje subwoofera:kada sustav kućnog kina ili stereo prijamnik ima izlaz za subwoofer, blokiranje basa na glavnim zvučnicima može spriječiti "zamućenost" ili proizvodnju previše basa
• Neki stereo sustavi uključuju zvučnike koji su ograničene kvalitete, što znači da basovi uzrokuju izobličenje i loš zvuk. Korištenje funkcije visokog prolaza u ovim slučajevima to pomaže spriječiti.
• Ugrađena obrada audio kanala kućnog kina surround zvuka.
• Za ograničavanje zvuka koji se šalje na zvučnik središnjeg kanala za čiste vokale u filmovima.

Slično kao i automobilski stereo sustavi, kućni stereo visokopropusni filtri često nisu uključeni prema zadanim postavkama - morat ćete provjeriti postavke izbornika i omogućiti ih u mnogim slučajevima.

Objašnjenje podzvučnih filtara

A podzvučni filter je visokopropusni filtar s vrlo niskom frekvencijom skretnice (često na primjer oko 30 ili 20 Hz) koji se koristi za sprječavanje slanja niskofrekventnih signala koje ne možemo čuti u subwoofer kako bi se spriječilo trošenje energije bez razloga.>

Podzvučni filtar nije obavezan i nije često potreban, ali može biti koristan u nekim situacijama. Češći su za starinske audio i gramofone, iako ih ponekad možete pronaći u ekvilajzerima zvuka u automobilu ili bas elementima subwoofera.

Frekvencijski raspon ljudskog sluha za većinu ljudi je oko 30 Hz. Zvučni valovi od 20 Hz mogu se osjetiti, ali ne i čuti, tako da je besmisleno trošiti puno snage pojačala za nešto što ne možete ni čuti. U slučaju gramofona može biti prisutna tutnjava, a podzvučni filter može spriječiti njeno pojačavanje.

Većina glazbe je miješana s najugodnijim basom koji je oko 40 do 50 Hz ili tako nešto za "tupanje". Otprilike isto vrijedi i za tutnjavu ili akcijski zvuk u filmovima, što znači da 20 do 30 Hz nije potrebno.

Objašnjeno prigušenje granične frekvencije (nagibi)

Nagib filtra je strmina njegove sposobnosti filtriranja. Drugim riječima, radi se o tome koliko je učinkovit u smanjenju zvučnih frekvencija iznad granične frekvencije skretnice.

Nagibi su kategorizirani prema decibelima (dB) po oktavi. Negativan predznak (-) koristi se za predstavljanje prigušenja ili smanjenja ulaznog signala.

Zvučne frekvencije između dvije točke često se mjere oktavom . Oktava je udvostručenje ili prepolovljenje frekvencijskog broja. (100Hz, 200Hz, 400Hz, itd.)

Kada govorimo o skretnici koja ima granicu od -6dB po oktavi, mislimo da će nastaviti smanjivati ​​izlaz za dodatnih 6dB za svako udvostručenje prethodne frekvencije.

Što je veći nagib filtra, to više smanjuje niže frekvencije iznad granične frekvencije jer je filtar višeg reda učinkovitiji.

Nagibi skretničkog filtra obično su 6 dB po oktavi, 12 dB po oktavi, 18 dB po oktavi i tako dalje.

Kako koristiti visokopropusni filtar

Općenito govoreći, upotreba visokopropusnog filtra je jednostavna:postavite ga na graničnu frekvenciju koja najbolje odgovara zvučnicima koje koristite. U slučaju 2-staznih sustava zvučnika također ćete ga postaviti tako da odgovara niskopropusnoj graničnoj frekvenciji kako biste izbjegli prazninu u zvuku.

Frekvencije filtera zvučnika

Kada je riječ o zvučnicima i sustavima zvučnika, proizvođači često uključuju specifikacije koje vam pomažu da saznate graničnu frekvenciju za korištenje.

Ponekad je jasno navedeno kao preporučena frekvencija visokopropusnog filtra, dok ćete je ponekad morati temeljiti na informacijama o frekvencijskom odzivu zvučnika. Na primjer, na gornjoj slici sa specifikacijama zvučnika zvučnik ima iskoristivi frekvencijski raspon od 3,5 kiloherca (kHz) i više.

Ako nemate ništa od toga dostupno, pogledajte tablice koje sam naveo u nastavku. Dobra je vijest da obično postoji nešto informacije koje vam govore o rasponu frekvencijskog odziva zvučnika kako bi vam pomogle postaviti graničnu frekvenciju visokog prolaza.

Koje su dobre HPF postavke?

Tablica frekvencije skretnice visokog prolaza kućnog zvuka

Vrsta/sustav zvučnika	Frekvencija križanja
Glavni/toranjski prednji zvučnici (mali)	Visoki prolaz od 60 do 80 Hz. Najbolje radi sa subwooferom koji ih nadopunjuje.
Glavni/toranjski prednji zvučnici (veliki)	60-80Hz visokopropusni.
Središnji ili surround zvuk (mali)	Visoki prolaz 100-120Hz. Ove vrste zvučnika vrlo su slabe za bas i lako se mogu izobličiti.
Središnji ili surround zvuk (srednji/veliki)	Visoki prolaz 60-80Hz. Većina središnjih zvučnika nije dizajnirana za proizvodnju basa.
Zidni ili mini satelitski zvučnici	Visoki prolaz 100-120Hz. To pomaže u izbjegavanju lošeg izobličenja jer ne mogu podnijeti duboki bas.
Sustavi 2-staznih zvučnika	3kHz do 3,5KHz. Vrlo česta skretnica
3-stazni sustavi zvučnika	High pass od 3,5 kHz (visokotonac) &250-500Hz visoki prolaz (srednjetonski)

Tablica frekvencije skretnice visokog prolaza zvuka automobila

Vrsta/sustav zvučnika	Frekvencija križanja
Prednji ili stražnji koaksijalni ili komponentni zvučnici punog raspona	Visoki prolaz od 56, 60 do 80 Hz . Blokira niske tonove koji uzrokuju izobličenje.
Tweeters	3-3,5kHz visokopropusni
Srednjetonski ili niskotonski zvučnici	250-500Hz visokopropusni
Sustavi 2-staznih zvučnika	3kHz do 3,5KHz za visokotonce. Isto za srednjetonce/niskotonce
3-stazni sustavi zvučnika	3,5kHz (srednji/visoki) i 500Hz (srednji/niskotonac)

Još sjajnih članaka

Nadam se da ste naučili mnogo o audio konceptima visokopropusnog filtra. Želite saznati više? Pogledajte moje povezane članke:

• Na što bih trebao postaviti svoj visokopropusni filtar?
• Saznajte na što postaviti svoj niskopropusni filtar.
• Evo čemu kondenzatori i induktori služe u skretnici zvučnika.
• Saznajte više o tome što radi crossover i što je frekvencija crossovera.
• Pogledajte moj vodič o tome kako odrediti frekvenciju skretnice zvučnika.