Творческое задание, страница 45 - гдз по физике 11 класс учебник Закирова, Аширов

Творческое задание

1. Рассмотрите схемы фильтров для динамиков (рис. 52). Выясните основное назначение фильтров. Какие детали используют в фильтрах ВЧ — высокой частоты? Почему?

Рис. 52. Фильтры для динамиков

Основное назначение фильтров в акустических системах — это разделение полного диапазона частот звукового сигнала, поступающего от усилителя, на несколько более узких полос. Каждая полоса частот затем направляется на свой, специально для неё предназначенный динамик. На схеме показана трехполосная система:

- НЧ динамик (вуфер) воспроизводит низкие частоты (басы).

- СЧ динамик (среднечастотник) воспроизводит средние частоты (голос, большинство музыкальных инструментов).

- ВЧ динамик (твитер) воспроизводит высокие частоты (тарелки, высокие ноты).

Такое разделение необходимо, так как один динамик не может качественно и с одинаковой эффективностью воспроизвести весь слышимый диапазон частот. Использование специализированных динамиков для каждой полосы позволяет достичь более чистого, детального и мощного звучания. Эти фильтры также называют разделительными фильтрами или кроссоверами.

В фильтре для ВЧ динамика (высокой частоты) используются следующие радиодетали: конденсатор, катушка индуктивности и резисторы. На схеме видно, что конденсатор включен последовательно с динамиком, а катушка индуктивности — параллельно. Резисторы, как правило, служат для согласования уровней громкости (аттенюации) и коррекции импеданса.

Использование именно этих деталей обусловлено их частотно-зависимыми свойствами.

- Конденсатор, включенный последовательно с ВЧ динамиком, образует фильтр высоких частот (ФВЧ). Его реактивное сопротивление $X_C$ обратно пропорционально частоте сигнала $\text{f}$: $X_C = \frac{1}{2\pi f C}$, где $\text{C}$ — ёмкость конденсатора. Для высоких частот сопротивление конденсатора очень мало, и он свободно пропускает их на динамик. Для низких же частот его сопротивление велико, и он эффективно их блокирует.

- Катушка индуктивности, включенная параллельно ВЧ динамику, также помогает отфильтровывать нежелательные частоты. Её реактивное сопротивление $X_L$ прямо пропорционально частоте сигнала $\text{f}$: $X_L = 2\pi f L$, где $\text{L}$ — индуктивность катушки. Для низких частот её сопротивление мало, и она замыкает (шунтирует) остатки низкочастотного сигнала, не давая им попасть на динамик. Для высоких частот её сопротивление велико, поэтому они не проходят через катушку, а идут на динамик.

Таким образом, комбинация последовательно включенного конденсатора и параллельно включенной катушки индуктивности создает эффективный фильтр, который пропускает на ВЧ-динамик только высокие частоты, для воспроизведения которых он и предназначен.

Ответ: Основное назначение фильтров — разделение полного звукового сигнала на отдельные частотные диапазоны (полосы) для их подачи на специализированные динамики (низкочастотный, среднечастотный и высокочастотный). В фильтрах ВЧ (высокой частоты) используются конденсаторы, катушки индуктивности и резисторы. Конденсатор используется потому, что его сопротивление переменному току падает с ростом частоты ($X_C \sim 1/f$), благодаря чему он пропускает на ВЧ-динамик высокие частоты и блокирует низкие. Катушка индуктивности, наоборот, имеет высокое сопротивление для высоких частот ($X_L \sim f$) и низкое для низких, что позволяет ей дополнительно отфильтровывать низкочастотные составляющие сигнала, будучи подключенной параллельно динамику.