Domande sui filtri Crossover.. Chiedete e vi sarà detto...
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POSTATE TUTTE LE DOMANDE CHE VI VENGONO IN MENTE SU FILTRI E CROSSOVER
parto subito con una piccola definizione di filtro:
Un filtro è un circuito che ha la capacità di prendere un segnale in ingresso che può essere composto da un vasto range di frequenze e mandare in uscita solo una determinata gamma di frequenze tra quelle prese in ingresso che possono essere basse (filtro passa-basso), alte (filtro passa-alto), o intermedie (filtro passa-banda... che per intendersi può essere la somma degli effetti degli altri due tipi a frequenze di taglio opportune.. Poi ci sono anche i filtri a reiezione di banda, che normalmente non vengono usati in audio se non in applicazioni molto specifiche).
Si definisce RISPOSTA IN FREQUENZA di un filtro la funzione H(J2Pif)=Vout(f)/Vin(f) che ovviamente è un numero complesso
f= frequenza
Pi= PiGreco
J= unità immaginaria (in molti testi chiamata i), che per chi non lo sapesse è un numero tale che J elevato al quadrato = -1
Un numero nel campo degli immaginari è composto da una parte reale + una immaginaria, tipo a+J*b.
NB: (a+J*b)+(c+J*d)= (a+c)+J*(b+d), MA (a+J*b)*(c+J*d) NON DA (a*c)+J(b*d) BENSI' (a*c)-(b*d)+J(b*c+d*a) a causa delle proprietà di J.
un numero immaginario ha un modulo e una fase, che definiranno le proprietà del filtro
In soldoni il Modulo sarà l' AMPLIFICAZIONE che il filtro applicherà alle frequenze che rimanderà in uscita (un filtro PASSIVO sarà un filtro che ha modulo di 1 e quindi può introdurre sia ATTENUAZIONI che AMPLIFICAZIONI, a seconda delle necessità di progetto). La Fase sarà una quantità che non influisce direttamente sull'udibile, ma che influenza pesantemente il filtro.
Basti pensare che se si manda V1 in un filtro che ha modulo 1 e fase Pi per tutte le frequenze si otterrà in uscita -V1.
L'ordine di un filtro è il numero di poli che ha la sua risposta in frequenza (è chiaro no?
lol)...beh per ora vi basti sapere che l'ordine è anche indice della SELETTIVITA' del filtro... un filtro di ordine più alto attenuerà molto di più le frequenze indesiderate, a discapito di una maggiore complessità del circuito e di una necessità di un maggior numero di componenti che purtroppoin audio hanno il vizio di costare molto.. soprattutto gli induttori...sigh
UN CROSSOVER E' UN INSIEME DI FILTRI CHE HANNO UN INGRESSO SOLO E PIù USCITE DIFFERENZIATE IN FREQUENZA E CIOè CAPACE DI PRENDERE UN SEGNALE V1 COMPOSTO AD ESEMPIO DALLE FREQUENZE FINO A 20KHz IN INGRESSO E MANDARE SU TRE USCITE ( sempre ad esempio ) Vo1, Vo2 E Vo3 SOLO DETERMINATE FREQUENZE DI V1, IN MANIERA COMPLEMENTARE IN MODO DA POTER DIVIDERE AD ESEMPIO V1 IN FREQUENZE BASSE (CHE ANDRà AL WOOFER), MEDIE (AL MIDDLE), E ALTE ( AL TWEETER).. LASCIO A VOI IMMAGINARE L'UTILITA' FONDAMENTALE DI QUESTI CIRCUITI
NB: La risposta in frequenza viene graficata su due sistemi di assi cartesiani (uno per i moduli e uno per le fasi che hanno entrambi sulle ascisse le frequenze che vanno da 1 all'incrocio con gli assi, a infinito andando verso dx e a ZERO andando verso sx... non ha infatti senso parlare di frequenze negative). Si usa una scala LOGARITMICA il che mi porta a spiegare cosa sono i deciBel (abbreviato dB) e le decadi..
il modulo in dB è il valore corrispondente al modulo di H calcolato con la formula
Valore in dB= 20 * log(in base dieci) del modulo di H
Una decade è una potenza di dieci, infatti sull'asse delle ascisse non ci saranno i consueti 1,2,3,4, ecc.. ma ci saranno 1, 10, 100, 1000, ecc equispaziati. Quindi se tra 10 e 100 ci sarà un cm, anche tra 100 e 1000 ci sarà un cm ecc... quella è una decade... spero di essere stato chiaro.
PER FAVORE EVITATE DI CHIEDERE COSE CHE SONO GIA' STATE SPIEGATE QUI..
SE QUALCOSA NON E' CHIARO CHIEDETE PURE, MA A DOMANDE TIPO COS'E' UN FILTRO VI MANDO PRINCIPINO A CASA CON LA MAZZA 
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ottima guida fede! complimenti! ti meriti un applauso!
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grazie marco.. :mellow:
naturalmente considero la tua volontaria disponibilità a prendere a mazzate chi non legge l'inizio di un thread..
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Naturalmente spero che ci sia pure la pratica!! me lo voglio costruire un bel filtrazzo, per fare delle casse surround, cmq penso che poi si dovra' anche parlare dei simulatori, prima di passare alla costruzione meglio far fare i test al simulatore
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Una domanda non ho capito bene la FASE!
qui' tu parli di fase elettrica acustica?? spiegati un po', meglio!
non ho capito bene anche l'ordine! da come si vede di preciso?
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io parlo della fase del numero immaginario che, a una data frequenza, rappresenta la risposta del filtro..la fase elettrica e la fase acustica sono due aspetti della stessa cosa che sarebbe la fase del segnale, che prima della cassa è rappresentato da una forma d'onda elettrica, mentre dopo la cassa è rappresentato dal suono..
per spiegarmi meglio ci vuole ancoraun po' di teoria:
il numero di cui si parlava prima a+jb è anche uguale a
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ok... scusa, ma non so come di fa a mettere la foto direttamente nel testo...cmq come puoi vedere un numero immaginario è rappresentato anche dal suo modulo e dalla sua fase che sono la lunghezza della freccia nel piano di gauss (re sta per parte reale e im sta per parte immaginaria) e dal suo angolo con l'asse dei reali (positivo)... un numero puramente reale sarà un numero che ha la freccia che giace sull'asse dei reali... e quindi fase 0 o pigreco (se negativo).. mantre i numeri immaginari hanno la possibiità di stare su tutti i punti del piano di gauss... cerca di seguirmi e scusa se non sono chiaro al max...
la fase non è qualcosa di tangibile come il modulo (che rappresenta l'amplificazione che stai applicando al segnale e quindi si concretizza con l'intensità del segnale) ma modifica cmq il segnale... l'orecchio umano non è in grado di distinguere tra due segnali che hanno fasi diverse per cui un filtro del primo ordine (che 'sfasa' il segnale di 90 gradi o pigrecomezzi che dir si voglia) non introdurrà modifiche udibili...
per quanto riguarda l'ordine di un filtro devo fare altri disegni... considerando un filtro passivo del primo ordine (niente altro che una squadra rc) passa basso
apporato una modifichina...così almeno c'è l'immagine...
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allora:
l'immagine rappresenta un filtro passa basso, con frequenza di taglio f0... i due diagrammi si chiamano diagrammi di Bode (qui sono quelli asintotici, per semplicità ... ma su qualsiasi libro o rivista puoi tgrovare facilmente quelli reali). Rappresentano il comportamento del modulo e della fasedel filtro al variare della frequenza in ingresso.. analizziamoli:
- Diagramma del MODULO (quello più in alto):
come si vede il filtro da guadagno 0 dB ( 0 in scala logaritmica è 1 in scala non logaritmica) fino a frequnza f0, il che significa che tutto quello che entra a frequenze inferiori a f0 viene trovarto invariato (per quanto riguarda il modulo) in uscita. Quando la frequenza in ingresso arriva a f0 il filtro comincia ad attenuare cme si vede dal diagramma (mi scuso per il disegno che è fatto a mano libera.. non sono a casa a carrara, e quindi ho solo il portatile, sennò scannerizzavo qualche libro.. ) che comincia a scendere con una pendenza di 20dB/decade. questo succede perchè all'aumentare della frequenza il termine f/f0 nella formula in alto diventa maggiore di uno. Il termine (1+j(f/f0)) si chiama 'POLO DEL SISTEMA'. se questo termine fosse comparso al numeratore si sarebbe chiamato 'ZERO DEL SISTEMA' genericamente sia poli che zeri si chiamano 'SINGOLARITA'' del sistema.
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NB: ilcomportamento di un polo è sempre quello in figura, quindi quando trovi una H(f) che ne ha più di uno anche a frequenze diverse( i prodotti in scala logaritmica diventano somme) basta sommare i diagrammi e le varie pendenze...
Il numero di poli per un filtro rappresenta l'ORDINE di tale filtro.
se il polo fosse stato con molteplicità 2 (cioè al denominatore avessi avuto (1+j(f/f0))^2, la pendenza appena superata la frequenza f0
sarebbe stata di 40dB/decade il che in soldoni significa che sarebbero state di meno le frequenze oltre f0 ad avere un guadagno
apprezzabile... questo sarebbe stato un Filtro di ORDINE 2
quindi un ordine 3 avrebbe pendenza di 60db/dec euno del 4o avrebbe 80dB/dec... inutile dire che più questo valore è alto e più il filtro è selettivo (buono). Va anche detto per contro che in realtà i filtri alla freq f0 non hanno guadagno 0dB ma hanno un'attenuazione di 3*n dB dove n è l'ordine del filtro... quindi bisogna tenerne conto quando si progetta e scegliere delle frequenze in cui questa attenuazione non comporta problemi.. non fa malesovradimensionare un po' la frequenza di taglio (per il passabasso).
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- Diagramma di FASE
allora.. questo diagramma è un tantino diverso dall'altro:
sull'asse delle ascisse ci sono sempre le frequenze in scala logaritmica, ma sulle ordinate ci sono gli sfasamenti tra uscita e ingresso in multipli di PiGreco.
Il comportamento del filtro come si vede è esattamente neutro fino alla freq f0/10 in cui la fase comincia a cambiare. A freq f0 il filtro introduce già uno sfasamento di -PiGreco/4, e da 10f0 in poi l'uscita è sfasata rispetto all'ingresso di -PiGreco/2... ogni filtro del primo ordine per freqenze molto più grandi della frequenza f0 fornisce uno sfasamento di -Pigreco/2... se la molteplicità del polo fosse stata 2 avremmo avuto per f0 uno sfasamento di -Pi/2 eper 10f0 di -Pi (cioè il segnale in uscita ha il segno opposto a quello in ingresso)... ogni filtro aggiunge uno sfasamento di -n*Pi/2 per freq oltre 10f0, e di -n*Pi/4 alla frequenza f0... con n l'ordine del filtro... quindi i filtri più comodi da usare saranno il 2o e 4o ordine (tutti quelli pari), perchè introdurranno uno sfasamento, a 10f0, di -pi e di -2pi che equivalgono a 1 cambiamento di segno per il primo (facilmente risolvibile invertendo i morsetti della cassa) e a 2 cambiamenti di segno rispettivamente(meno per meno fa più... nessun problema all'attivo)... nel passabasso preoccuparsi di ciò è inutile, ma per un passa alto...
spero d aver diradato un po' di dubbi... presto posterò un bel manuale sui diagrammmi di bode.. anche se per scriverlo dovrò sputare sangue..
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ok! La cosa adesso si capisce!
certo che e' un lavoraccio farlo
hai una bella pazienza
sto rileggendo con grande attenzione e interesse, spero che lo facciano anche gli altri
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usa imageshack.us per mettere le foto nel testo
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Mi ricordo dei diagrammi che guardavo per le mie casse dove si vedeva l'impendenza assieme la fase acustica quindi ohm e deg
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il problema non è sapere cosa rispondere, ma scriverlo in modo che si capisca... cmq ora provo con imageshack.us
ora che ci penso... sei andato a rispondere al mio sondaggio in piazzetta???? -
ora vado!
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come si dimensionano i filtri passivi passa tutto o comunemente chiamati celle di ritardo??
aiutatemi !
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richiamo il mio amico che ha fatto questo thread così ti faccio aiutare da lui ok?
ciao
Marco
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limite ha scritto:
come si dimensionano i filtri passivi passa tutto o comunemente chiamati celle di ritardo??aiutatemi !
mhmm scusa cosa intendi con 'come si dimensionano' ?cosa devi fare? Se so lo scopo posso darti una dritta o una strada alternativa..
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Ho pensato alla domanda di 'LIMITE' e al riguardo riporto un articolo trovato in rete che può aiutare a capire il problema delle celle di ritardo e perchè non è sempre sensato usarle (specie in auto se analogiche). L'articolo completo, con le immagini che non sono stato a riportare
lo trovate qui..Celle di ritardo - limiti ed uso
Limiti e possibili usi delle reti di ritardo
By Roberto
Uno dei tanti problemi che affliggono la corretta riproduzione della musica in auto è dovuto alla notevole differenza di distanza dei sistemi di altoparlanti sinistro e destro rispetto alla posizione occupata all'ascoltatore che, con la sola eccezione del passeggero che occupa il posto centrale del divanetto posteriore, assume sempre una posizione asimmetrica rispetto ai sistemi di altoparlanti installati.
Tale asimmetria provoca effetti deleteri sulla corretta ricostruzione della scena sonora, in quanto l'emissione degli altoparlanti dei sistemi sinistro e destro raggiungono le orecchie dell'ascoltatore in istanti differenti. L'ascoltatore la avverte, quindi, come una minore precisione nel collocamento degli strumenti nel soundstage.
Ricorrendo a particolari artifici è comunque possibile riuscire a compensare la diversa distanza dei due sistemi di altoparlanti rispetto all'ascoltatore. Ritardando il segnale destinato ad essere riprodotto dal sistema di altoparlanti più vicino all'ascoltatore (canale sinistro per il lato guida, canale destro per il lato passeggero) e allontanando così virtualmente il sistema di altoparlanti.
Il problema della compensazione temporale dei sistemi di altoparlanti sinistro e destro è soltanto l'aspetto più evidente del problema generale dell'allineamento temporale che sovente coinvolge anche i singoli trasduttori di uno stesso sistema di altoparlanti (tweeter, midrange, woofer), i quali, per molteplici motivi soprattutto legati a ragioni di installazione, non si trovano sullo stesso piano e alla stessa distanza dal punto di ascolto.
La soluzione ai problemi sopra evidenziati viene dall'elettronica che ci consente di optare tra soluzioni di tipo digitale e di tipo analogico.
Inizieremo subito dicendo che le reti di ritardo analogiche manifestano dei limiti ben precisi che, in alcuni casi, non lasciano alternativa all'utilizzo di processori digitali.
Lo scopo di questo articolo sarà proprio cercare di
analizzare le possibilità e i limiti delle celle di ritardo.
Per comprendere meglio il motivo per cui in alcuni casi i processori digitali rappresentino l'unica soluzione per ottenere una corretta ricostruzione del soundstage in abitacolo, vediamo più in dettaglio il funzionamento di questi ultimi, lasciando poi spazio alla descrizione delle reti di ritardo analogiche.
I processori di ritardo digitali
In un processore di ritardo digitale, il ritardo viene ottenuto memorizzando il segnale audio da processare in una memoria tampone di tipo RAM per essere poi prelevato dopo il tempo corrispondente al ritardo voluto. Poiché la memoria tampone lavora con dati digitali, esso dovrà disporre di convertitore A/D e D/A per poter convertire rispettivamente il segnale analogico in ingresso in forma digitale (utilizzabile dalla RAM) ed il segnale digitale ritardato nuovamente in forma analogica: è evidente come la doppia conversione possa contribuire all'aumento della distorsione del segnale; questo è, in effetti, il punto debole dei processori digitali, assieme al costo solitamente correlato alla qualità del processore.
In effetti l'alternativa esiste, ed è quella di inserire il processore in un percorso totalmente digitale, cosa che complica però ulteriormente l'impianto e ne aumenta i costi (occorre prevedere un convertitore D/A separato da installare a valle del processore).
Nonostante l'elevato costo, soprattutto in quest'ultimo frangente, la soluzione digitale è tuttavia l'unica che permette di ottenere un'ampia escursione di ritardi temporali, in alcuni casi inarrivabili dalle più semplici reti di ritardo analogiche.
Le Celle di ritardo analogiche
Le reti di ritardo operano il ritardo in maniera totalmente diversa dai processori digitali. Il ritardo viene infatti ottenuto come conseguenza della rotazione di fase del segnale applicato in ingresso.
Altro non sono che filtri passa tutto (all pass), definiti appunto come quadripoli che lasciano passare senza alcuna attenuazione tutte le frequenze del segnale audio, apportando cambiamenti soltanto alla fase.
Dalla lettura delle prime righe di questo paragrafo si sarà facilmente compreso che esiste una precisa relazione tra ritardo di fase e ritardo temporale: come vedremo più avanti, essa riveste una importanza notevole e sta alla base di tutte le considerazioni che faremo sulle possibilità di impiego delle celle di ritardo analogiche. Quanto segue servirà per comprendere meglio i concetti sopra esposti.
Consideriamo un segnale sinusoidale (le considerazioni cui vogliamo giungere sono comunque valide con qualsiasi forma d'onda alternativa). Il periodo completo (definito dal tempo intercorso da due punti del segnale che assumono valore) corrisponde ad un angolo di 360 gradi, in quanto la funzione sinusoidale y = sen(alfa) assume gli stessi valori, con lo stesso andamento, ogni 360 gradi. Il segnale sinusoidale descritto e le grandezze che lo interessano sono rappresentate in figura 1.
un click per ingrandire schema
Apportando alla sinusoide di figura 1 uno sfasamento di 90 gradi, otterremo quanto mostrato in figura 2, dove la sinusoide A rappresenta il segnale originale, mentre la sinusoide B rappresenta il segnale ritardato. E' possibile notare che la sinusoide B raggiunge gli stessi valori della sinusoide A dopo un tempo Ta-Tb, valutabile nella scala dei tempi una volta nota la frequenza (e dunque il periodo) del segnale: la differenza Ta-Tb assume il significato del ritardo temporale ottenuto.
un click per ingrandire schema
L'analisi della figura 2 fornisce diversi elementi che ci consentono di fare importanti valutazioni: innanzitutto dovrebbe risultare chiaro che il massimo ritardo ottenibile da una rete è confrontabile come ordine di grandezza col periodo del segnale, pari all'inverso della frequenza. Questa caratteristica limita notevolmente le possibilità l'impiego nei confronti di segnali a frequenza elevata, caratterizzati da lunghezze d'onda ridotte e alle quali i ritardi di fase ottenuti dalle reti (anche se di ordine elevato) si traducono in ritardi temporali modesti, non sempre sufficienti per compensare le diverse distanze degli altoparlanti installati in un comune impianto audio, soprattutto se installato in auto.
Questa considerazione è molto importante in quanto sta alla base dell'affermazione fatta sopra, circa l'impossibilità pratica di ritardare significativamente ed in maniera coerente l'emissione di un intero sistema di altoparlanti. Definendo il periodo come:
T = 1/f
possiamo infatti vedere come un ritardo di 180 gradi (mezzo periodo) produca un tempo di ritardo notevole a frequenze basse, ma del tutto inservibile per le nostre esigenze a frequenza ben più alte, ad esempio nella gamma di competenza del tweeter.
* Ad esempio a 100 Hz:
* T = 1/f = 1/100 Hz = 0,01 s; da cui T/2 = 0,005 s = 5 ms
che corrisponde ad un allontanamento virtuale di:
* L = 340 m/s * T/2 = 340 m/s * 0,005 s = 1,7 metri
* mentre a 10 kHz:
* T = 1/f = 1/10000 Hz = 0,0001 s; da cui T/2 = 0,00005 s = 0,05 ms
che corrisponde ad un allontanamento virtuale di:
* L = 340 m/s * T/2 = 340 m/s * 0,00005 s = 0,017 m = 17 mm
ritardo quest'ultimo già difficilmente sufficiente a compensare la diversa distanza tra tweeter e midwoofer in un sistema di altoparlanti, figuriamoci tra sistemi di altoparlanti sinistro e destro.
E' possibile aumentare il numero di celle in cascata per ottenere ritardi maggiori, ma a questo punto è già chiaro che si complica eccessivamente la realizzazione, che dovrà necessariamente prevedere componentistica dalla tolleranza ridotta, senza tuttavia arrivare ancora ai vantaggi sperati.
CONCLUSIONI
Diffidiamo dai ciarlatani che affermano di riuscire a fare miracoli con le celle di ritardo che, secondo loro, dovrebbero riposizionare la scena sonora al centro dell'abitacolo (dove per convenzione per centro dell'abitacolo si intende il nostro centro di ascolto, cioè di fronte a noi. Di fatto la scena sonora è già al centro, siamo noi a stare nel posto sbagliato). Come dimostrato, i ritardi ottenibili sono tali da non poter compiere quello che, a questo punto, sembra essere un prodigio divino. In ogni caso, anche ammettendo per assurdo di volere realizzare un sistema di celle multiple (nel qual caso fate spazio nel baule) il riallineamento temporale potrebbe essere operato in maniera univoca: in altre parole si dovrebbe scegliere quale lato privilegiare visto che si dovrebbe ritardare uno dei due canali destro o sinistro per riposizionare il soundstage. Beh, non ci sembra che l'ipotesi sia da prendere in considerazione, sarebbe un assurdo tecnico per ottenere un impianto peggiore di prima.
Applicazione sensata delle celle di ritardo
In un sistema di diffusione acustica tradizionale a due vie composto da woofer e tweeter, sorge un problema derivante dalla diversa collocazione dei centri di emissione, il ben noto offset. In questo caso la cella di ritardo può effettivamente aiutare a riallineare in modo temporale le due emissioni, ma vediamo di cosa si tratta.
schema
Osservando la figura si nota che i centri di emissione (corrispondono con la bobina mobile) dei due driver non sono sullo stesso piano ma sfalsati. Questo si verifica quando il pannello frontale è piatto; molti costruttori adottano forme o inclinazioni tali da compensare la distanza esistente tra i centri di emissione, detta offset.
Succede che in corrispondenza della fc (frequenza di crossover) le emissioni dei due altoparlanti giungono all'ascoltatore in istanti diversi: prima quella del tw e poi quella del wf. Questo crea una sorta di confusione nella riproduzione di quelle frequenze che interessano la zona di sovrapposizione tra wf e tw. Si noti bene: il fenomeno interessa solo la zona di sovrapposizione.
Ora, per compensare la distanza (come ben si capisce non potrà che essere di pochi centimetri) minima che esiste fra i centri di emissione è possibile usare una o due celle di ritardo. Tuttavia, anche in questi casi, si ricorre ai ritardi solo se veramente indispensabile: nella pratica, molti produttori preferiscono adottare inclinazioni o forme del pannello frontale tali da riposizionare i centri di emissione.
In auto volendo andare a spaccare il capello in quattro è possibile "rifasare" gli altoparlanti di un canale in modo tale da ottenere un riallineamento temporale del woofer rispetto al tweeter. Per le ragioni esposte sopra, tuttavia, si capisce bene che la distanza fra i centri di emissione e tale da non permettere un effettivo riallineamento ma solo una blanda compensazione.
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grazie DragontearS per la disponibilità, questo articolo l'avvevo già visionato, è interesssante, ma alcuni aspetti non li condivido.
il grosso mio problema sta nel dare un valore all'inditanza e al condesatore partendo dalla lunghezza in m di ritardo.
sembra che questa tecnica di taratura degli impianti hi-fi si riservata a pochi poche non riewsca a trovare libri che ne parlino
ciao a tutti
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