是否可以制作一个低于 20 dB/十年滚降的弱模拟低通滤波器?

电器工程 模拟 筛选
2022-01-30 07:29:35

Respawned Fluff 对最近关于耳机的这个问题的部分回答让我想到了低通滤波器:

似乎他们实际上通过软件反转了假人头/耳朵的传递函数,因为他们在那之前说“理论上,这个图应该是一条 0dB 的平线。”......但我不完全确定他们做了什么...因为在那之后,他们说“在 40Hz 和 500Hz 之间,一个“自然发声”的耳机的低音应该略高(大约 3 或 4 dB)。” 和“耳机也需要在高音时滚降,以补偿驱动器离耳朵如此之近;从 1kHz 到 20kHz 下降约 8-10dB 的平缓平坦线是正确的。” 对于他们之前关于反转/删除 HRTF 的声明,这对我来说并不完全编译。

这是在谈论耳机,而不是电路,但这让我想知道是否有可能用模拟电路创建这样的传递函数。一阶滤波器的斜率为 -20 dB/decade。有没有更弱的?我想传递函数是这样的:

H(s)=11+s/ωc

3个回答

是的,但它更复杂,因为您必须使用由多个电阻器和电容器阵列形成的断点:

在此处输入图像描述

以上是一个零散的每倍频程 3dB(每十倍频程 10dB)滤波器。它旨在将白噪声转换为粉红噪声。请参阅此链接

这是另一个使用带有更多断点的运算放大器的白噪声滤波器:

在此处输入图像描述

您可以将其转换为每倍频程 2 dB 或每倍频程 4 dB,但准确度来自断点的数量,因此也来自 RCR 阶段的数量。

请注意,粉红噪声以每倍频程 3 dB 的速度下降,这是最终的“电路”和图表:

在此处输入图像描述

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...这让我想知道是否有可能用模拟电路创建这样的传递函数。一阶滤波器的斜率为 -20 dB/decade。有没有更弱的?

答案是肯定的。关键字是分数阶过滤器,有一些关于这个主题的文献,虽然不多。这些滤波器基于分数阶元件,通常与传统的集总元件电路近似。优化技术或 Padé 近似可以提供足够接近的实现。维基百科有一篇关于分数阶系统的文章,这可能是了解这些的起点。

我会使用一系列五个以倍频程间隔均匀分布的高架滤波器,每个滤波器都会产生 -2dB 的衰减。第一个在 1kHz 处有一个拐角,下一个在 2kHz,下一个在 4kHz,下一个在 8kHz,最后一个在 16kHz。这将非常符合您的规格,从 1-2kHz 降低 -2dB,从 2-4kHz 降低 -4dB,从 4-8kHz 降低 -6dB,从 8-16kHz 降低 -8dB,以及 -10dB切到 16kHz 以上。

(如果你真的需要比这更渐进的衰减,你甚至可以使用 10 个高架,以半倍频程的间距,每个都贡献 -1dB 的削减,但我真的认为这将是严重的矫枉过正。 )