• Filtr subsoniczny

    Na początek, dla ułatwienia, wyjaśnię co oznacza termin FILTR SUBSONICZNY

    SUB - oznacza "POD"

    SONIC - to "DŹWIĘK"

    W dosłowym tłumaczeniu jest to filtr poddźwiękowy i z taką nazwą możemy się również spotkać.

    Filtr subsoniczny to nic innego jak FILTR GÓRNOPRZEPUSTOWY z bardzo niską dolną częstotliwością odcięcia. Zadaniem takiego filtru jest odciążenie głośnika od bardzo niskich, nie słyszalnych już częstotliwości.

    Czym niższa częstotliwość, tym większe zapotrzebowanie na ilość przepompowanego powietrza. Ponieważ Sd głośnika (powierzchnia wytwarzająca dźwięk) się nie zmieni, musi zmienić się jego amplituda (wychylenie objętościowe to iloczyn powierzchni membrany i amplitudy).

    Dlaczego odcinać skoro i tak nie słyszymy tak niskich częstotliwości?

    Najważniejszym powodem jest bardzo duża amplituda głośnika, która ściśle powiązana jest z wytrzymałością mocową. W erze obudów typu bass-reflex sytuacja jest wręcz krytyczna. Poniżej Fb (częstotliwości rezonansowej obudowy) wytrzymałość mocowa spada z bardzo dużym nachyleniem, kilkanaście Hz poniżej głośnik pracuje tak, jak by był w ogóle bez obudowy. Powietrze przez otwór jest tylko przepompowywane. Sytuacja jest tym gorsza, im mniejszy mamy głośnik. Mniejszy głośnik z reguły wyżej stroimy, a tym samym ryzyko jego uszkodzenia jest bardzo duże. Zobaczmy symulację 20cm głośnika w optymalnej obudowie bass-reflex. Symulacja przedstawia wychylenie cewki (a tym samym membrany) w funkcji częstotliwości:


    Liniowa amplituda symulowane głośnika to +-6mm. Amplituda maksymalna to +-12mm. Xdam, czyli wychylenie niszczące głośnik to 16mm.

    Przy około 45Hz widać nagłe zmniejszenie amplitudy. Jest to Fb, czyli rezonans obudowy. W czasie rezonansu rolę głośnika przejmuje częściowo otwór, a tym samym go odciąża. Potem, amplituda bardzo szybko się zwiększa. Przy 30Hz osiągamy +-12mm czyli amplitudę maksymalną. O ile nie będziemy sterować głośnika z generatora sinusa nic mu się nie stanie. Głośnik skonstruowany jest tak, że sygnały muzyczne osiągające maksymalną amplitudę nie spowodują jego uszkodzenia.

    Przy 25Hz osiągamy już Xdam (16mm) czego skutkiem może być uszkodzenie głośnika. Możemy słyszeć charakterystyczne trzaski - to cewka uderzą o dno magnesu (w nabiegunnik). Jeżeli chcemy uniknąć takiej sytuacji musimy zastosować filtr subsoniczny. Filtr należy dostroić tak, aby głośnik nie przekroczył maksymalnej amplitudy.

    Do jakiej częstotliwości go dostroić? To już zależy od samego filtra, jego budowy i typu. To bardzo ważna sprawa.

    Filtr subsoniczny MUSI mieć dużą dobroć, czyli musi posiadać charakterystykę Chebychew'a lub Butterworth'a. Najczęście spotykane są filtry Butterwortha. Filtr Chebychew'a ma bardzo dużą dobroć, co może wpływać na kontrolę basu (bas może być troszkę "rozdmuchany"). Oprócz tego jest bardzo wrażliwy na tolerancję lementów. Chodzi o to, aby filtrowanie nie następowało zbyt łagodnie. Jeśli zrobimy filtr subsoniczny Bessela i dostroimy go do 30Hz, to przy 50Hz możemy mieć już kilku dB spadek. Nam chodzi tylko o nagłe odcięcie tych najniższych częstotliwości.

    Kolejna sprawa to nachylenie charakterystyki filtra. Taki filtr powinien być co najmniej 4 rzędu (24dB/okt). Osobiście polecam 6 lub 8 rząd (36 lub 48dB/okt).

    Tyle teorii. Czas na praktykę. Poniżej ten sam wykres ale z zastosowaniem filtra subsonicznego:


    Linią przerywaną pokazana jest amplituda głośnika po zastosowaniu filtra subsonicznego. Wykres jest oczywiście troszkę wyidealizowany, ale doskonale obrazuje skutek działania takiego filtra.

    A tak wygląda pochodzący ze strony http://www.sound.westhost.com filtr subsoniczny Butterworth'a 6 rzędu:


    Można przyjąc ogólną zasadę dobierania w/p subsonica w następujący sposób:

    • głośnik 20cm: 28Hz
    • głośnik 25cm: 25Hz
    • głośnik 30cm: 20Hz


    Lub kilka/kilkanaście Hz poniżej Fb.

    Sam filtr pownien być stosowany PRZED filtrem dolnoprzepustowym. Oprócz tego, że filtr odciąża głośnik od dużych amplitud, odciąża również wzmacniacz i zasilacz. Przy częstotliwościach poniżej 30Hz wzmacniacze oddają do otoczenia duże ilości ciepła, a kondensatory w zasilaczach bardzo szybko się rozładowują.

    Jarosław Sobólski
    js(at)data(dot)pl