Pasīvie filtri. #2 Par filtriem vispār un par AS filtriem.

Lineāra tādā ziņā, ka, padodot tai sinusiodālu signālu, tā forma netiek kropļota. Skaidrs, ka zemo frekvenču filtri (ZFF) labāk laiž cauri zemās frekvences, bet augsto frekvenču filtri (AFF) – augstākās frekvences. Joslu filtri laiž cauri signālus, kuru frekvence ir augstāka par noteiktu zemāko frekvenci un zemāka par noteiktu augstāko frekvenci. Tie ir pamati. Filtru raksturo AFR un FFR. Vienkāršākiem filtriem tās ir saistītas ar Gilberta pārveidojumiem (neatceros, vai tas bija pareizs matemātiskais termins), vienkārši sakot, zinot AFR, var aprēķināt FFR un otrādi.
Filtros notiekošo viegli var aprakstīt ar lineāriem vienādojumiem vai to sistēmām, un zinātniski tieši vienādojuma pakāpe tiek pieņemta arī par filtra pakāpi. Praksē, kad matemātiskie pamati nav svarīgi, filtra pakāpi nosaka kondensatoru un spoļu kopējais skaits.
Ārpus caurlaides joslas filtrs rada vājinājumu, un tālu no dalījuma frekvences šis vājinājums ir 6xN decibeli uz oktāvu, kur N – filtra pakāpe.
Dalījuma frekvences tuvumā AFR raksturs atkarīgs ne tikai no filtra kārtas, bet arī no tā tipa. Filtra tips ir daudz sarežģītāks jēdziens, kā kārta. Tāpat kā filtrs, tā arī atbilstošais diferenciālvienādojums raksturojas ar polinomu, tā saucamo – raksturīgo. . Tā koeficienti ir atkarīgi no filtra elektriskajām komponentēm. Ir dažādi polinomi – Besseļa, Batervorta, Čebiševa, Zolotareva-Kauera u.c., atbilstoši zinātnieku vārdiem, kuri tos radījuši jau ilgi pirms pašu filtru radīšanas, un vēl jo vairāk pirms auto audio rašanās.
Besseļa filtri raksturojas ar nelielu stāvumu tuvu dalījuma frekvencei, t.i. liekās frekvences nofiltrējas diezgan kūtri. Toties FFR šiem filtriem ir visgludākā, un laika kavējuma raksturlīkne (LKR) pēc frekvences ir ar mazāko pārkritumu, kas liecina par minimālu nesinusiodālo signālu formas kropļojumiem.
Batervorta filtrs labāk filtrē, bet tam ir sliktākas FFR un LKR. Un tā tālāk: jo labāk filtrējam, jo sliktāk skanam. Tikai viena nelaime – bez filtrēšanas neiztikt.
Tagad par filtriem akustikā. Galvenā to atšķirība no parastas filtrēšanas ir tāda, ka nav vienkārši jāfiltrē frekvences, bet jāveic frekvenču sadalījums. Citiem vārdiem, klausītāja ausis ir jāsasniedz visām frekvencēm – visas frekvences zem Fdal ir jāatskaņo zemo frekvenču skaļrunim, virs – augsto frekvenču skaļrunim (divjoslu AS gadījumā). Šādas AS AFR ir jābūt taisnai, tai skaitā arī pie dalījuma frekvences. Tādēļ šādus filtri ir nosaukti par platjoslas (visu frekvenču caurlaidošiem) filtriem.
Izrādās, ka izveidot platjoslas filtru no AFF un ZFF pat tos pilnībā nodalot (summēšana ir akustiska nevis elektriska), ir sarežģīta. Piemēram, izmantojot pāra kārtas Batervorta filtrus, AFR pie dalījuma frekvences būs 3dB izsitiens, kas ar ausi būs labi pamanāms (skat. grafikus). Tāpēc pielieto Linkvica-Railī filtrus (līdzīgi Batervorta, bet ar nedaudz atšķirīgiem nomināliem), vai atsakās no pāra kārtas filtrus un pielieto 3. kārtas filtru.
Vēl viena iespēja, kā iegūt taisnu AFR, ir izvēlēties atšķirīgas AFF un ZFF nogriešanas frekvences. Piemēram, ZFF frekvenci izvēlamies 900Hz, bet AFF – 1111Hz. Tomēr jāsaka, ka taisna AFR ir līdzeklis, nevis mērķis.
Jebkura filtra, arī sadalošā, ideāla FFR būs “nullveida” (bez laika kavējuma) vai lienāri augošu vai krītošu (vienāds kavējums visām frekvencēm). Starp visiem filtriem, kurus var izmantot par sadalošajiem, tikai 1. pakāpes filtram ir ideāla FFR. Rezultātā, signāla, kurš izgājis caur AS ar 1. pakāpes sadalošo filtru, formai ir vislielākās iespējas palikt nekropļotai, kā piemēram pielietojot 3. kārtas filtru. Lai gan skaidrs, ka galvenā uzdevuma risināšana – filtrēšana un frekvenču dalīšana, ar tik mazas pakāpes filtru varētu būt apgrūtināta.



LKR - frekvenču raksturlīkne, kas ir FFR atvasinājums pēc frekvences. Īpašas LKR svārstības liecina par iespējamiem dažādiem reālā signāla sastāvdaļu kavējumiem, kā rezultātā signāls būs izkropļots, un skanējums vairs nebūs tāds, t.i. instrumenti neskanēs kā tiem jāskan.

Turpinājums sekos ...