.

FacebookTwitter

Wat zijn passieve filters?
Deze filters verdelen de totale frequentieband (20hz - 20000Hz) in stukken op.  Ze zijn opgebouwd uit passieve componenten zoals condensators, spoelen en weerstanden. Voor beveiliging van de speakers worden soms lampjes, zekeringen of PTC's gebruikt. Passieve filters kunnen niet versterken, maar alleen verzwakken. De filters moeten afgestemd worden op de gebruikte speakers en liefst ook op het autointerieur waar ze gebruikt worden. Zo kan je met de filters de luidsprekers onderling afstemmen op de gewenst volume en frequentiekarakteristiek. 

Hoe werkt een filter?
Filterwerking is gebaseerd op fase-verdraaiing d.m.v. spoelen en condensators van de spanning ten opzichte van de stroom door de spreekspoel van de luidspreker. 

Een luidspreker is gebouwd om een bepaald deel van de audio frequentieband optimaal weer te geven. Er bestaan ook wel luidsprekers die het gehele frequentiebereik goed kunnen weergeven, dit zijn fullrange speakers. Maar ook deze hebben hun beperkingen en hebben meestal een passief correctienetwerk nodig om optimaal weer te geven. De standaard autospeakers die af-fabriek geleverd worden zijn vaak fullrange.
Je kan de volgende verdeling naar functie maken en je ziet al enige overlap in frequentiebereik.

20Hz - 20000Hz Fullrange
20Hz -100Hz Subwoofer
60Hz - 300Hz Woofer
100Hz - 5000Hz Midwoofer
600Hz - 3000Hz Dome mid
1000Hz - 20000Hz Dome tweeter

Filterfrequentie
De filterfrequentie, kantelpunt of scheidingsfrequentie is het aantal Hertz waarop het filter een bepaalde verzwakking geeft, -3dB bijvoorbeeld.

Soorten filters
Er zijn:
hoogdoorlaat, highpass: filtert frequenties onder de filterfrequentie weg.
laagdoorlaat, lowpass: filtert frequenties boven de filterfrequentie weg
banddoorlaat, bandpass: filter met twee filterfrequenties, verzwakt boven en onder deze frequenties en laat een bepaalt frequentiegebied er tussen onverzwakt door. 

Hoe kies je het juiste filter?
Hoe bepaal je nu wat het juiste filterbereik van een speaker is? Je kan dat doen aan de hand van de frequentiekarakteristiek opgegeven door de fabrikant, of gemeten curves door derden die je kan vinden op internet. Of als je apparatuur hebt doorvoor, zelf meten. Je hebt daarnaast de resonatiefrequentie Fs van de speaker nodig.
De ondergrens van het filter (hoogdoorlaat, highpass) kan je als vuistregel 2x Fs (Hz) kiezen.
De bovengrens (laagdoorlaat, lowpass) van een woofer of mid is lastiger te bepalen, die hangt af de mate waarop de frequentiekarakteristiek gaat veranderen. Wordt ie erg onrustig (veel pieken en dalen) dan dien je ruim daarvoor al het filter in te zetten zodat de pieken goed onderdrukt worden. Verder zal een woofer een natuurlijke afval in het hoog hebben, dus hogere frequenties zachter weergegeven. Te hoog filteren heeft daarom ook geen zin. 
Ook kan je de steilheid van een filter variëren, zie verder op deze pagina.

Voorbeeld 
Hieronder zie je een grafiek van een 10cm midwoofer. De zwarte curve is de impedantiekarakeristiek. De piek bij ca. 120Hz is de resonantiefrequentie Fs. Dat geeft aan dat je een highpass filter vanaf ca. 200Hz kan toepassen om de speaker van het laag te ontlasten..
De grijze en oranje curve is de frequentiekarakteristiek. De grijze is gemeten onder een hoek van 30 graden horizontaal van de woofer, de oranje recht voor de woofer op 0 graden. Dit geeft enig inzicht in het afstraalgedrag  van de woofer, de frequentieafhankelijke bundeling van het geluid. Hoe hoger de frequentie hoe slechter het afstraalgedrag wordt. Je ziet ook aan de oranje curve dat boven 1500Hz de frequentiekarakteristiek wat piekerig begint te worden en boven de 8000Hz vrijwel onbruikbaar is vanwege de enorme bult. Op 30 graden (grijze curve) blijkt ie bult echter bijna verdwenen, maar is de weergave nog steeds erg rommelig. Dat wil je niet horen dus filter je lager. Juiste filterfrequentie die je kan kiezen voor het lowpass filter ca. 3000Hz.



Daarnaast zijn er verschillende vormen van filtertypes voor audio, genoemd naar de ontwerper. 
Hieronder een overzicht met de belangrijkste eigenschappen, de sommatie geldt alleen als de beide speakers dicht op elkaar staan.

Butterworth
  • Q = 0,707
  • Geeft op de filterfrequentie een verzwakking van 3dB per speaker, de sommatie van twee speakers wordt +3dB*
  • In de doorlaatband de meest rechte signaaloverdracht.
  • Impulsgedrag en group delay minder goed dan Bessel en Linkwitz.
  • In audio toepassingen het meest gebruikt filter. 
Bessel
  • Q= 0,577
  • Constante group delay en goed impulgedrag
  • Begint al redelijk vroeg af te vallen in doorlaatband
  • Geeft op de filterfrequentie een sommatie -3dB*.
Linkwitz-Riley
  • Q = 0,5
  • Beste impulsgedrag en group delay
  • Begint nog eerder  in doorlaatband af te vallen dan Bessel.
  • Geeft op de crossoverfrequentie een verzwakking van 6db per speaker, de sommatie wordt 0dB*
  • Alleen even filterordes LR2 (12dB/oct) of LR4 (24dB/oct) nog steiler is passief niet gebruikelijk.
  • Wordt steeds meer toegepast.

Hierboven zie je de sommatie van de verschillende filters met gelijke crossoverfrequente en steilheid (bron: Rane note 147).
 
*De sommatie geldt alleen als de beide speakers dicht naast elkaar staan.

Steilheid van een filter 
De steilheid van een filter bepaalt hoe sterk er net boven (lowpass) of onder (highpass) de filterfrequentie wordt gefilterd. Een steiler filter verzwakt meer. De steilheid wordt uitgebrukt in aantal dB per octaaf, waarbij een octaaf een verdubbeling in frequentie is. Bijvoorbeeld 12dB/octaaf filter met een kantelpunt van 100Hz geeft op 200Hz een verzwakking van 12dB. Er bestaan filters met een steilheid van 6,12,18 of 24dB/oct. Hoe stijler het filter, hoe meer componenten je nodig hebt. Steiler filteren dan 24dB/oct wordt in de passieve filtering niet gedaan, o.a. vanwege de enorme hoeveelheid aan componenten die daarvoor nodig zijn.

Hieronder staan een aantal plaatjes van filterkarakteristieken van 1000Hz lowpass Bessel 6dB/oct, 12dB/oct en 18dB/oct filters. Je ziet vooral verschillen in het fasegedrag (rode curve's) en uiteraard de verschillen in filtersteilheid. Een hogere orde filter heeft een minder faselineair gedrag en daarmee een minder goed group delay. 
Dit zijn curves waarbij het filter niet belast wordt met een luidspreker. Een luidspreker zal het filter belasten met zijn impedantiekarakteristiek, dus met een impedantie welke frequentieafhankelijk is. De filterwerking zal daardoor veranderen (verschuiving van de filterfrequentie en andere steilheid bijvoorbeeld). Daarom moet bij het ontwerpen van een filter altijd de impedantiekarakteristieken van alle gebruikte luidsprekers in hun behuizing (!) bekent zijn en meegenomen worden in een simulatie. En daarna zal pas een zinvolle frequentiemeting en luistertest gedaan kunnen worden.