Hva er utfordningen i å lage et delefilter?

[timc]

Det er jo en viss interesse for DIY og passive delefilter her.

Hva med å gå sammen en gjeng å spleise på Crossovershop og tilhørende hardware fra LinearX.

Ifølge en del brukere på Audioheritage kan man med gode målinger lage ett godt filter i lunsjpausen.


-Tim

 

[slowmotion]

Eller man kan bruke et år på å lage et godt filter.
Det er vel mer realistisk...

 

[TLT]

kan prøve å hjelpe deg! har et program som heter CAAD. Gi meg delefrekvensene og filtrets orden
så skal jeg se.

 

[norcad]

Det er jo en viss interesse for DIY og passive delefilter her.

Hva med å gå sammen en gjeng å spleise på Crossovershop og tilhørende hardware fra LinearX.

Ifølge en del brukere på Audioheritage kan man med gode målinger lage ett godt filter i lunsjpausen.


-Tim

Eller man kan bruke Speaker Workshop som er gratis, eller LSPCad/Soundeasy som er billig.
Uansett er slowmotion nærmest svaret; et GODT delefilter tar nok for alle amatører og de fleste proffer nærmere et år enn en lunsjpause.
Et fungerende delefilter derimot er fort gjordt

 

[Defo]

Kunne noen forklart forskjellen på:

- Nominell impedance
- Re
- Induktans?

Og hvorfor må impedansekurven flates ut i et delefilter? Hva skjer f.eks hvis en bruker et 6db/oktav filter på en driver med stigende impedanse?

 

[grelv]

Re er svingspolens likestrømsmotstand, angitt i ohm.
Fordi svingspolen er, ja: en spole, har den også en induktans. Denne induktansen benevnes gjerne som Le, og angis som oftest i millihenry (mH).

En ren ohmsk motstand - uten hverken induktive eller kapasitive elementer - kalles en resistans. Den er lik uavhengig av frekvens.
En motstand som også inneholder induktive eller kapasitive elementer kalles en impedans. Den er frekvensavhengig.

En induktans koblet i serie i en elektrisk krets gjør at motstanden øker med økende frekvens. Det er dette som skjer i et vanlig dynamisk høyttalerelement.

Fig 1 angir impedanskurven for et tenkt (og perfekt) element med Re=12 ohm og ingen induktans (lite sannsynlig i det praktiske liv, men likevel).

Fig 2 angir impedanskurven for et annet tenkt element med Re=12 ohm og Le=1 mH

Fig 3 angir frekvensforløpet for et element (i dette tilfellet for en Eighteensound 6ND 430) sammen med et delefilter bestående av en vanlig 1,5 mH spole i serie (et såkalt "1-ordens filter"). Kurve 1 er for elementet dersom det hadde hatt en tenkt 12 ohms resistans, uten induktans. Kurve 2 er for det samme elementet, denne gang med en tenkt resistans på 12 ohm pluss induktans på 0,6 mH. Kurve 3 er igjen det samme, men denne gangen er induktansen 1 mH. For illustrasjonens skyld, viser kurve 4 elementets frekvensgang uten noe filter.

Fig 4 angir den reelle impedanskurven for elementet. Som du ser, har den en Re på i størrelsesorden 12 ohm, og en tydelig induktiv komponent som bevirker en stigende impedanskurve. I tillegg ser vi noen uregelmessigheter ved 1200 Hz og (særlig) 5,2 kHz som nok er forårsaket av kantrefleksjoner, resonanser og/eller membranoppbrytninger.

"Nominell impedans" er ikke noe teknisk begrep, men er en angivelse fra produsenten som er ment å si noe om hvilken impedans elementet vil kunne påregnes å få "i det virkelige liv", gjerne sammen med et praktisk delefilter. Denne angivelsen sier lite eller ingenting om hvilken impedans elementet (eller høyttaleren) har i virkeligheten eller vil komme til å få i en praktisk applikasjon.

Impedanskurven "må" ikke flates ut i et delefilter. Men å gjøre det, gjør det noe enklere å beregne enkle filtre. Det kan dessuten ha innvirkning på forsterkerens evne til å drive høyttaleren.

 

[Defo]

----

Takker for god forklaring! Det virker altså på meg som at impedanskurven påvirker den effektive avrullingen til delefilteret og gjør det mindre effektivt jo høyere induktans elementet har. F.eks hvor kurven med 1mH induktans lagt til gjør at filteret er ca. 5 db mindre effektivt rundt elementets naturlige avrulling enn kurven uten induktans lagt til.

Zaph skriver dette om impedansekurven og 1. ordens filtere til B&C DE10:

"The response curve is smoooth enough to be controllable with a gradual rise based on the horn loading. What makes it less controllable is the twin peaks in the impedance curve. Thanks to these twin peaks, a simple single cap filter is not usable. Your options for avoiding the impedance issues are to cross over very high, use multiple impedance notch circuits, or go fully active. To be honest, I don't like any of these options. "

Hvordan ville frekvenskurven med et 1. ordens høypass filter sett ut med impedansekurven nedenfor? Det ville bare ført til en økning på noen db ved toppene i impedansekurven eller?

 

[grelv]

Filtre for kompresjonsdrivere blir ofte spesielle fordi slike drivere i alminnelige CD-horn har en sterkt fallende frekvenskurve fra 3-6 kHz og oppover. I tillegg til den vanlige høypassfunksjonen må slike filtre derfor også ha funksjon for frekvenskorreksjon. Med passive filtre gjøres dette i praksis gjennom å dempe nivået fra 1kHz til 3-5 kHz ned til det nivået driver/horn har ved 15 eller 20 kHz. (Dette er mulig fordi kompresjonsdrivere/horn har svært høy effektivitet sammenliknet typiske direktestrålende bass- eller mellomtoneelementer).

En impedanskurve med to skarpe topper rundt resonansfrekvensen lik den du viser, er typisk for kompresjonsdrivere. Akkurat den driveren du viser, har også en relativt høy induktans (kurven stiger kraftig fra 6 kHz) - dette er mer unormalt.

Skal du på liv og død ha et enkelt filter, er fremgangsmåten omtrent slik: først må de to toppene flates ut. Det kan du gjøre med en parallellmotstand på omtrent 10 ohm. Deretter må seriekondensatoren velges så liten at den begynner å kutte allerede fra 15-20 kHz og nedover, slik at den både skaper både den frekvenskompensasjonen som er nødvendig og en passelig høypassfunksjon. Er du heldig, kan du få till en brukbar 2.ordens avrulling, med en (selvsagt avhengig av driver) delefrekvens på et sted mellom 1,5 og 2,5 kHz. Men særlig flatt blir det ikke. (1.ordens avrullling med en kompresjonstweeter tror jeg du bare kan glemme).

Jeg har simulert noen kurver for JBL 2425J (der jeg har gode målinger). Filterverdiene vil selvsagt variere for B&C DE10, men den teoretiske fremgangsmåten kan være ganske lik. Men: Denne driveren er langt kraftigere og mer robust enn B&C DE10, og har resonansfrekvensen helt nede ved 800 Hz. Med en slik driver er det (ut fra effekt-hensyn) mulig med et enkelt filter. Det ville jeg nok ikke anbefalt for DE10.

Fig 1: Impedanskurve for JBL 2425J på et JBL 2370 horn
Fig 2: Samme driver/horn, med en 10 ohm parallellmotstand
Fig 3: Frekvenskurve JBL 2425J/2370 med og uten filter. Filteret har en tilnærmet 2.ordens avrulling, og består av en seriekondensator på 1,5 uF og en parallellmotstand på 10 ohm.

 

[Defo]

Skal du på liv og død ha et enkelt filter, er fremgangsmåten omtrent slik: først må de to toppene flates ut. Det kan du gjøre med en parallellmotstand på omtrent 10 ohm. Deretter må seriekondensatoren velges så liten at den begynner å kutte allerede fra 15-20 kHz og nedover, slik at den både skaper både den frekvenskompensasjonen som er nødvendig og en passelig høypassfunksjon. Er du heldig, kan du få till en brukbar 2.ordens avrulling, med en (selvsagt avhengig av driver) delefrekvens på et sted mellom 1,5 og 2,5 kHz. Men særlig flatt blir det ikke. (1.ordens avrullling med en kompresjonstweeter tror jeg du bare kan glemme).

Hva skjer om du ikke flater ut toppene, og bare kjører på med 1,5 uF kondis? Men hvis alt som skal til for å flate dem ut er en paralellmotstand, så er jo det ganske enkelt... Mener Zaph snakker om at det er nødvendig med flere impedanse notch filtere for å gjøre det mulig med et 1. ordens filter med denne driveren?

Planen min med DE10, er lik den over. Altså begynne avrullungen et sted rundt 10khz og dermed frekvenskompensere samt skape et passelig høypassfilter. Deretter finne en mellomtone som passer DE10 sin naturlige avrulling rundt 1500hz. Eller muligens bare prøve å konstruere et 2. ordens filter til mellomtonen. Begge skal i hver sin waveguide som jeg bygger i mdf.

Hvordan er det med fasegang og slikt? Ser ikke så mye snakk om dette på nettet...

Takk for hjelpen.

 

[grelv]

HVis du bare bruker en 1,5 uF seriekondis uten parallellmotstand, vil du få tydelige frekvenstopper ved resonensfrekvensene. Parallellmotstanden bidrar til å dempe disse en del. Se fig.

Nå kjenner ikke jeg denne konkrete kompresjonsdriveren, men jeg er likevel ganske sikker på at uansett hvor mange notcher som legges inn, vil det ikke være mulig å oppnå en 1. ordens filterkarakteristikk for en kompresjonsdriver i waveguide. Til det faller frekvensresponsen for brått under resonans- og cut-off-frekvens. Selv en 2. ordens karakteristikk (som vist i eksemplet foran) blir ikke "riktig", bare tilnærmet.

Å få riktig fasegang betyr å matche filter/avrullingskarakteristikker for de elementene som skal virke sammen. Avrullingskarakteristikken for den ene elementet skal ideelt være et speilbilde av karakteristikken for det andre, slik at summen av dem blir konstant i overlappområdet. I tillegg kommer plassering på fronplate, som (fordi vi har to eller flere drivere) gir ulik løpetidsavstand til lytter (eller målemikrofon). Dette må også kompenseres for i delefilteret - i praksis gjennom å innføre en viss assymmetri i filterkarakteristikkene. Det siste lar seg neppe gjøre uten målinger av aktuelle drivere montert i aktuelt kabinett.

 

[Defo]

Takker igjen for god forklaring

Er det mulig å bruke et førsteordens høypass filter 2 forskjellige steder på et element? Tenker f.eks et filter høyt i frekvens for å temme hornlading av et element, og et annet et lenger nede i frekvens for å beskytte driveren bedre?

 

[grelv]

Ja, det er fullt mulig.

Men jeg forstår ikke helt hvorfor du er så opptatt av enkle filtertopologier. Et 1. ordens (elektrisk) filter vil aldri kunne gi en helt kontrollert avrulling. Husk at en kompresjonstweeter med horn faller svært brått under hornets cutoff selv uten noe filter i det hele tatt. Med en enkelt kondis i serie vil du i praksis i beste fall oppnå noe rundt 2.orden ved delefrekvensen, raskt stigende til 3., 4. (og ennå høyere orden) ved lavere frekvenser. Vanskelig å matche med en bass/mellomtone. Mye overlapp rundt delefrekvensen sammen med ulik løpetidsavstand (pga hornets lengde) vil gjøre det bortimot umulig å få til en god fasekarakteristikk med et så enkelt filter.

Mye bedre IMO å benytte hornets/driverens egen avrulling sammen med et filter for å få konstant avrulling fra delevrekvensen og hele veien ned med brattere flankesteilhet for mindre overlapp. I praksis vil du ende du på 4. eller 6. orden. Men en slik filtertopologi vil du kunne matche fasegang/avrulling hos en bass/mellomtone mye lettere.

En typisk filtertopologi vil kunne se omtrent slik ut (se nedenfor). Dette filteret (eller små variasjoner av det) vil, med sine relativt få komponenter, gjøre alt du trenger: kunne justeres fra 4. til 6. ordens avrulling, kompensere løpetidsavstand, korrigere impedans/frekvens (1 notch), korrigere fallende CD-respons, glatte impedans og justere nivå.

 

[Defo]

Vil ha et så enkelt filter som mulig da jeg alltid har foretrukket kontstruksjoner med enkle filtere, typ 2-veis høytalere vs. mer kompliserte 3-veis høytalere. Blir enklere for meg å konstruere noe vettugt også

Den naturlige bratte avrullingen til kompressjonsdrivere rundt fs vil jeg bruke til min fordel ved å kun bruke en kondis høyt oppe for å ta seg av CD horn avrulling, også bare lage et lavpass filter som matcher avrullingen til kompressjonsdriveren. Trengs det ytterligere beskyttelse av driveren så putter jeg bare et høypass filter i line level rundt avrulling. Matchende løpetid mellom elementene fikser jeg "fysisk"

Men hva skjer om en bruker en kondis i serie høyt oppe i frekvens for CD kompensjon, og deretter en til kondis i serie lavt i frekvens for å beskytte driveren bedre?

typ noe som dette:

---- 2,7 uF ---- 10 uF----- +

 

[grelv]

Vil ha et så enkelt filter som mulig da jeg alltid har foretrukket kontstruksjoner med enkle filtere....

Må være fordi du aldri har hørt et riktig konstruert filter....

Men hva skjer om en bruker en kondis i serie høyt oppe i frekvens for CD kompensjon, og deretter en til kondis i serie lavt i frekvens for å beskytte driveren bedre?

typ noe som dette:

---- 2,7 uF ---- 10 uF----- +

Det går ikke. De to kondisene får en felles kapasitans 2,13 uF (1/C = 1/10uf + 1/2,7 uF). Du må gjøre det slik du antyder (høypass line filter), eller på annen måte elektrisk skille de to kondisene fra hverandre.