Большинство современных акустических систем способны эффективно воспроизводить частоты начиная с 50 Гц, при том нижняя частота звука большинстве музыкальных инструментов лежит ниже 30 Гц. Современные записи сделанные на компакт дисках содержат много составляющих в диапазоне 20-40 Гц. Обычно для улучшения воспроизведения низких частот используют сабвуфер, но можно пойти более экономичным путем и ввести в тракт фильтр который поднимает усиление на этих частотах сохраняя линейность в остальном диапазоне.
Громкоговорители с динамическими головками компрессионного типа имеют в области АЧХ по звуковому давлению, аналогичную АЧХ фильтра верхних частот (рисунок 1 график 1) второго порядка с крутизной спада ниже частоты среза 12 дб на октаву. Добротность низкочастотного динамика для достижения максимально плоской АЧХ выбирают в разных громкоговорителях от 0,7 до 1,1.
С учетом вышесказанного можно расширить полосу эффективно воспроизводимых частот вниз на октаву, воспользовавшись фильтром, АЧХ которого характеризуется постоянной добротностью (рисунок 1 график 2), не зависящей от параметров динамика, и только частота квазирезонанса потребует подстройки под определенный громкоговоритель.
При правильной настройке результирующая АЧХ (рисунок 1 график 3) становится в общем диапазоне максимально плоской, и её нижняя граница смещается примерно на октаву в об лесть нижних частот. Наклон АЧХ на частотах ниже граничной получается - 24 дб на октаву, такой же как у ФВЧ четвертого порядка.
В результате, благодаря этому, кроме улучшенного воспроизведения частот диапазона 30-50 Гц фильтр эффективно подавляет инфразвуковые колебания, вызванные, например короблением винилового диска.
Принципиальная схема одного канала такого фильтра показана на рисунке 2. На ОУ А1 выполнен повторитель, служащий для исключения влияния предшествующих цепей (выхода предусилителя) на работу фильтра. Делитель R2R1 обеспечивает требуемое входное сопротивление и коэффициент передачи всего устройства, равный единице.
На ОУ А2 выполнен сам фильтр Саллена-Ки второго порядка, его частота квазирезонанса устанавливается сдвоенным резистором R5 в пределах 20-50 Гц. Эквивалентная добротность фильтра задана отношением R6 и R7, а значит коэффициентом усиления ОУ.
Налаживание сводится к установке частоты квазирезонанса (максимума АЧХ) на уровне на октаву ниже резонансной частоты громкоговорителя.
Для измерения резонансной частоты громкоговорителя , нужно подключить его к выходу УМЗЧ через постоянный резистор сопротивлением около 1000 ом с номинальной мощностью рассеяния 2 Вт, подключить параллельно громкоговорителю милливольтметр , и подать нв вход усилителя сигнал частотой 120-150 Гц.
Затем эту частоту уменьшайте и следите за показаниями вольтметра. Частота, на которой наибольшие показания и будет резонансной. У большинстве низкочастотных динамиков с диаметром диффузора около 200 мм частота резонанса - 60 Гц. Поэтому, при отсутствии генератора сигналов настроить фильтр с достаточной точностью можно и при помощи омметра.
В этом случае задача сводится к расчету и последующей установки суммарного сопротивления R3+R5.1 (R4+R5.2 такое же), необходимого для настройки фильтра на 30 гц, которое определяется формулой (R3+R5.1 )=0,16/FC, где F-нужная частота настройки фильтра, а С - емкость конденсаторов С1, С2. При F=30 Гц указанное сопротивление примерно равно 114 ком.
Динамики с большим диаметром диффузора или более совершенные с описанным фильтром могут воспроизводить линейно частоты начиная уже с 17 Гц.
Фильтр можно включить между предварительным усилителем и усилителем мощности. При его повторении можно использовать практически любые операционные усилители общего применения, например К544УД2, К574УД2, К140УД8 со своими цепями коррекции и питания.
