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類型分類:
科普知識(shí)
數(shù)據(jù)分類:
工業(yè)濾波器

全通濾波器概述

發(fā)布日期:2022-10-09 點(diǎn)擊率:123


狹義上的全通網(wǎng)絡(luò)能夠傳輸全部的入射功率,因此在任意頻點(diǎn)上其反射系數(shù)為零,傳輸系數(shù)為1。廣義的全通網(wǎng)絡(luò)的幅頻響應(yīng)(傳輸系數(shù)的模)為某一固定值,而相頻響應(yīng)是非線性的。非線性的相頻響應(yīng)是全通網(wǎng)絡(luò)的重要性質(zhì),也是與傳輸線最大的區(qū)別。一段匹配好的理想傳輸線顯然同樣具有“全通”的幅頻響應(yīng),但傳輸線的相頻曲線是線性的,群時(shí)延是常數(shù),并不能對(duì)信號(hào)的相位產(chǎn)生均衡。在電路工程中,最典型的集總元件全通濾波器單元由對(duì)稱的柵格網(wǎng)絡(luò)組成。


頻率響應(yīng)比如,低通濾波器會(huì)衰減高頻信號(hào)。低通濾波器有一個(gè)截止頻率,這個(gè)頻率是濾波器允許通過(guò)的信號(hào)的分界線,低于截止頻率的信號(hào)成分可以基本不受影響的通過(guò),而高于截止頻率的信號(hào)被衰減而不能順利通過(guò)。正因?yàn)檫@種濾波器能過(guò)通過(guò)低頻信號(hào),所以被稱為低通濾波器。和低通濾波器類似:高通濾波器允許通過(guò)頻率超過(guò)截止頻率的信號(hào),而低于截止頻率的信號(hào)被衰減;帶通濾波器有兩個(gè)截止頻率,兩個(gè)截止頻率之間的信號(hào)被允許通過(guò),兩個(gè)截止頻率之外的信號(hào)被衰減;帶阻濾波器也有兩個(gè)截止頻率,和帶通濾波器相反,被衰減的是兩個(gè)截止頻率之間的信號(hào),兩個(gè)截止頻率之外的信號(hào)可以通過(guò)。與前面所說(shuō)的幾種濾波器不同,全通濾波器具有平坦的頻率響應(yīng),也就是說(shuō)全通濾波器并不衰減任何頻率的信號(hào)。由此可見(jiàn),全通濾波器雖然也叫做濾波器,但它并不具有通常所說(shuō)的濾波作用,大概正是因?yàn)檫@個(gè)緣故,有些教科書上寧愿用全通網(wǎng)絡(luò)這個(gè)詞,而不叫它全通濾波器

相位全通濾波器(APF)雖然并不改變輸入信號(hào)的頻率特性,但它會(huì)改變輸入信號(hào)的相位。利用這個(gè)特性,全通濾波器可以用做延時(shí)器、延遲均衡等。實(shí)際上,常規(guī)的濾波器(包括低通濾波器等)也能改變輸入信號(hào)的相位,但幅頻特性和相頻特性很難兼顧,使兩者同時(shí)滿足要求。全通濾波器和其他濾波器組合起來(lái)使用,能夠很方便的解決這個(gè)問(wèn)題。

延遲在通訊系統(tǒng)中,尤其是數(shù)字通訊領(lǐng)域,延遲均衡是非常重要的。不夸張的說(shuō),沒(méi)有延遲均衡器,就沒(méi)有廣泛使用的寬帶數(shù)字網(wǎng)絡(luò)。延時(shí)均衡是全通濾波器最主要的用途,全世界所有生產(chǎn)出來(lái)的全通濾波器,估計(jì)有超過(guò)90%的全通濾波器被用于相位校正,因此全通濾波器也被(不準(zhǔn)確的)被稱為延遲均衡器。

相位補(bǔ)償相位補(bǔ)償包括兩個(gè)方面:(1)補(bǔ)償?shù)氖悄膬蓚€(gè)聲音源傳過(guò)來(lái)的聲波之間的相位差一般來(lái)說(shuō),兩只揚(yáng)聲器產(chǎn)生的聲音之間的相位差與聽(tīng)音位置到這兩只揚(yáng)聲器的距離有關(guān)。如果聽(tīng)音位置到兩只揚(yáng)聲器的距離完全相等,則理論上應(yīng)該同時(shí)聽(tīng)到兩只揚(yáng)聲器所發(fā)出的同一聲音。從相位角度考慮,則是同相位的聲音。如果聽(tīng)音位置與兩只揚(yáng)聲器的距離不等,那么在聽(tīng)音位置就會(huì)先聽(tīng)到距離近的揚(yáng)聲器所產(chǎn)生的聲音,后聽(tīng)到距離遠(yuǎn)的揚(yáng)聲器所產(chǎn)生的聲音,這種現(xiàn)象是普遍存在的。兩只揚(yáng)聲器的聲波在聽(tīng)音位置由于存在時(shí)間差而先后到達(dá),出現(xiàn)各個(gè)頻率上不一致的相移(這是必然的,因?yàn)轭l率不同,波長(zhǎng)就不同,相位差也不同),引起聲波的干涉現(xiàn)象,造成梳狀濾波器效應(yīng)而改變音色。

不同聽(tīng)音位置上兩個(gè)聲音中由于聲波傳輸距離的不同,各頻率產(chǎn)生了很多不同聲波的相位差,所以,要絕對(duì)地、完全地補(bǔ)償這種相位差是不可能的。同一全頻帶揚(yáng)聲器中高頻揚(yáng)聲器單元和低頻揚(yáng)聲器單元由于安裝位置造成振膜不在同一平面上,由前后位置的不同而引起的相位差問(wèn)題,也許值得考慮,但是既然一只單元產(chǎn)生高頻聲波,另一只單元產(chǎn)生低頻聲波,那么牽涉到相位差問(wèn)題的只是在分頻點(diǎn)附近。隨著頻率偏離分頻點(diǎn),揚(yáng)聲器的兩只高低音單元所產(chǎn)生的聲壓大小不同,相互干涉的影響程度減小,偏離分頻點(diǎn)越遠(yuǎn),兩個(gè)單元產(chǎn)生的聲壓相差就越大,那么干涉造成的影響就越小。另外,低音揚(yáng)聲器單元的振動(dòng)系統(tǒng)質(zhì)量比較大,慣性也比較大,或者說(shuō)瞬態(tài)特性比較差,也會(huì)引起分頻點(diǎn)附近高音單元和低音單元產(chǎn)生的聲波出現(xiàn)相位差問(wèn)題。當(dāng)然,如果彌補(bǔ)到高音單元和低音單元的聲波同時(shí)到達(dá)揚(yáng)聲器表面位置,情況會(huì)更好,所以不妨引入延遲來(lái)補(bǔ)償,這里補(bǔ)償?shù)氖菚r(shí)間差,而不是相位差(因?yàn)轭l率不同相位差也是不同的)。(2)補(bǔ)償哪個(gè)頻率出現(xiàn)的相位差全通濾波器并不能對(duì)某個(gè)頻率的相移單獨(dú)進(jìn)行改變,例如僅僅對(duì)某個(gè)頻率的相移增大多少度或減少多少度是無(wú)法實(shí)現(xiàn)的。全通濾波器產(chǎn)生“群延遲”,可以作為延遲器來(lái)使用,會(huì)產(chǎn)生所謂的“線性相移”(實(shí)際上全通濾波器的相位移并不能完全呈現(xiàn)線性變化的),即隨著頻率的升高,相位移也線性地增大。


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