Элементы применяемые в фильтрах акустических систем (колонок) и о принципах их работы.

Эта статья об электрических элементах применяемых в фильтрах акустики. Статья является базовой для проектирования, изготовления и использовании многополосной акустики не только для автомобиля, но и в домашних условиях. Здесь не будут приведены расчеты, а будут приведены основные принципы, которые должны быть реализованы в акустике с несколькими динамиками. 

При конструировании звуковоспроизводящего комплекса (головное устройство - усилитель - акустика) для воспроизведения мы неизбежно сталкиваемся с согласующими связями между компонентами системы. Часто данные связующие элементы требуют не только элементарного подключения, но и выполнения определенных условий связанных с характеристиками работы оборудования. 
Фильтры акустических систем это не бесполезные блок - схемы без которых можно обойтись, это прежде всего грамотное использование имеющегося оборудования для достижения оптимальных условий работы, звуковоспроизведения. 
Любой динамик на сколько он не был бы совершенен не в состоянии воспроизвести с равномерной характеристикой (воспроизведения – уровень сигнала) весь диапазон частот воспринимаемый ухом человека. Как правило, ко всем динамикам прилагается амплитудно - частотная характеристика (Рисунок 1) именно она отражает насколько динамик равномерно (можно сказать правильно) воспроизводит свои рабочие частоты. Идеальной характеристикой является равномерный уровень звукового давления на всем диапазоне рабочих воспроизводимых частот динамика (красная линия).

Рисунок 1.

Для того чтобы воспроизвести качественно весь диапазон частот, воспринимаемый ухом человека (16-20 000 Гц) применяют многополосные системы (несколько динамиков). В этом случае каждый динамик отвечает за свою частоту. (Рисунок 2)


Рисунок 2.

Именно в ограниченных возможностях воспроизведения частот динамиками и проявляется негативное влияние отсутствия фильтров. В случае когда на динамики поступает весь диапазон частот это приводит к тому, что у акустической системы не появляются дополнительные прибавки по частотам воспроизведения, а фактически приводит к зашумлению - воспроизведению неравномерной АЧХ (амплитудно-частотной характеристики). Кроме того при воспроизведении не рабочего диапазона динамик зачастую воспроизводит и собственную резонансную частоту, которую производители при проектировании и изготовлении конструкции динамика стараются максимально отнести от диапазона рабочих частот воспроизведения.
Теперь после описания целей и назначения применения фильтров для акустических систем (динамиков, колонок) необходимо более подробно рассказать и о том, как же ограничивают определенные частоты для каждого конкретного динамика.

Индуктивность (катушка) или влияние индуктивности на диапазон пропускания частот при изготовлении многополосных АС

 Для начала описания принципов работы катушки индуктивности необходимо еще раз освежить наши знания по физики о процессах связанных с магнитным полем. Что за физическая субстанция магнитное поле до настоящего времени является неразрешимым определением, но что вызывает магнитное поле и что оно вызывает собой, поддается объяснению и логическому анализу.
Магнитное поле образуется вокруг проводника, по которому течет ток. Также верно и обратное утверждение, когда ток образуется в проводнике движущемся в магнитном поле, например постоянного магнита. При этом магнитное поле в зависимости от характера возбуждения постоянный ток или переменный ток также является постоянным или переменным. При этом наблюдается интересная зависимость, когда сила магнитного поля зависит от времени изменения тока в проводнике. То есть при мгновенном изменении тока (например, замыкание контура через выключатель) магнитное поле стремится к бесконечности, тем самым наводя обратно на проводник гораздо более сильный ток, относительно первоначального. Такой ток называется индукционным. Магнитное поле и ток неотделимы друг от друга, изменение одного из этих параметров влечет за собой пропорциональное изменение другого. 
 На основании аксиом предыдущего абзаца можно понять и принцип пропускания частот катушкой индуктивности. В частности получается следующая ситуация. Катушка является проводником и при прохождении тока (переменного тока от усилителя) вокруг проводника наводится магнитное поле, при этом это же магнитное поле влияет и на ток в проводнике. Чем более быстро будет меняться ток в проводнике, тем более существенное влияние на него окажет магнитное поле, так как оно фактически является «памятью» предыдущего уровня тока. В этой ситуации получается минимальное сопротивление для тока с незначительным изменением уровня относительно промежутка времени, то есть фактически с низкой частотой. 
Катушка индуктивности пропускает низкие частоты и соответственно является сопротивлением для высоких частот, именно это свойство и используется в фильтрах акустических систем для ограничения полосы пропускаемости. Естественно данной полосой пропускаемости можно управлять, устанавливая определенные параметры для катушки индуктивности (плотность намотки витков, количество витков, сердечник и т.д.)

Конденсатор (емкость) или влияние конденсатора на диапазон пропускания частот при изготовлении многополосных АС

 Свойства конденсатора заключаются в возможности накапливать электрический потенциал. Во время пока конденсатора заряжается, в его проводниках течет ток. Ток не проходит через конденсатор, он течет на пластины конденсатора, когда пластины не в состоянии будут принимать больший заряд, ток соответственно пропадет. 
Более подробно о строении конденсатора можно посмотреть в статье « Подключение конденсатора (емкости) к автомагнитоле, сабвуферу, усилителю в автомобиле.»
 В результате данного свойства можно логически построить следующую картину происходящего. При высокой частоте переменного тока (ВЧ от усилителя) конденсатор не успевает зарядиться полностью и условно говоря проводит ток. При этом низкие частоты имеют более длинный полупериод волны, тем самым успевая заряжать конденсатор и в конечном итоге приводя к тому, что ток прекращает течь в проводниках конденсатора.
Соответственно можно сделать вывод о том, что конденсатор является сопротивлением для низких частот. Как и в предыдущем выводе с катушкой индуктивности данной полосой пропускаемости можно управлять, устанавливая определенные параметры для конденсатора индуктивности (площадь пластин, расстояние между ними и т.д.)

Теперь зная данные основы Вы конечно не сможете точно рассчитать какой именно состав элементов будет необходим для пропускания определенной звуковой частоты, но при последующем рассмотрении принципиальной электрической схемы будете представлять, что и главное зачем установлено в фильтрах для акустических систем.