Cambio de fase y su importancia en los amplificadores de audio

Lo tienes 800 grados fuera de fase incluso a 100Hz, donde tu amplitud está en 0 db. Esto causará una distorsión relativa entre las diferentes frecuencias de la música que toca, ya que las frecuencias más altas pasarán a través de un filtro diferente, probablemente habrá menos cambio de fase. La distorsión puede ser menos notable porque está en el espectro bajo. Sólo debería distorsionar moderadamente tu música. Si fueras un audiófilo tratando de hacer un sistema de sonido realmente bueno, entonces este no sería el camino a seguir, de lo contrario, probablemente funcionará bien.

Si desea eliminar la gran cantidad de cambio de fase, querrá encontrar diferentes topologías de filtros que no requieren que encadene 6 en serie, lo que aumenta su retardo de fase total de manera aditiva. Puede consultar la topología del filtro biquad: enlace

El diseño del filtro tiene que ver con compensaciones entre la amplitud, el desplazamiento, el cambio de fase y la complejidad del diseño.

EDITAR: A partir de más investigaciones sobre resultados experimentales y aunque no bajan a 100 hz aquí, dudo que pueda manejar la cantidad de demora que está agregando. Investigaciones experimentales

Tienes 20ms de retraso (800/360 * 1/100 = 22ms) y eso es significativamente más alto que los umbrales mencionados en el documento. Además, si tienes música a 180bpm, eso es 3 beats por segundo, y terminarás con tu retraso siendo 1/15 del tiempo entre beats. Eso es un retraso significativo que sería muy audible, creo. Yo renovaría el diseño si fuera usted si realmente fuera a construir y usar esto.

Brian recomienda una gran idea si utiliza un filtro de fase lineal, simplemente agregará un retardo general a su señal en lugar de retrasar algunas frecuencias más o menos que otras.

Una buena manera de hacer esto sería agregar el filtro de paso alto como un filtro de fase lineal, y luego usar un paso bajo de esta señal para los bajos, así como usar la misma señal para la banda media y superior -pasar los filtros. De esta manera, si su filtro de paso alto original es una fase lineal, todos tendrán el mismo retraso de grupo y solo se agregarán los retrasos marginales de los otros filtros.

Esta es una representación de diagrama de bloques de eso:

^{simular este circuito : esquema creado usando CircuitLab}
El primer filtro de paso alto debe ser de fase lineal y es el que protege a sus woofers de demasiada amplitud en el extremo inferior. El resto de los filtros están diseñados únicamente para la etapa de salida individual. Esto reduce aproximadamente a la mitad el posible retardo de fase entre sus señales y al mismo tiempo logra los resultados deseados.

El problema principal con los cambios de fase es cuando la misma señal llega al oyente a través de dos rutas de señal, y en cada uno hay un cambio de fase diferente. En ese caso, si hay un desplazamiento de fase de 180 grados entre las dos señales, (y tienen la misma amplitud) se cancelan, y la señal (a esa frecuencia) desaparece.

Eso ciertamente puede ser audible, y puede valer la pena retrasar la señal anterior con un cambiador de fase para mantenerlos en fase.

A menudo es más útil calcular los cambios de fase en términos de retrasos grupales: por ejemplo, un cambio de fase de 360 grados en una señal de 200Hz es de 5 ms (1 ciclo completo) y un cambio de fase de 1080 grados sería de 15ms. Ahora considere la velocidad del sonido: aproximadamente 1000 pies por segundo, por lo que una forma de retrasar la otra señal es mover el altavoz hacia atrás ... ¡15 pies! Probablemente no sea práctico, pero a menudo se hace para unidades de alta frecuencia donde se requiere un retraso de grupo de (digamos) 0.1ms (3 cm).

Otro aspecto de ver el cambio de fase como retraso de grupo es que es independiente de la frecuencia: considere que 100 grados a 20Hz y 1000 grados a 200Hz es un retraso de grupo idéntico.

También note la advertencia sobre la misma amplitud anterior: si dos señales de 200Hz llegan con una diferencia de 180 grados, pero una es 10 dB más baja en la cancelación de la amplitud (lleva el 10% de la potencia), pero la suma tiene el 90% de la potencia total causando así un cambio de 1dB en la amplitud: pocos oyentes lo notarán. Así que más allá de la atenuación de 10dB, se vuelve menos importante preocuparse por el cambio de fase.

EDITAR: El hecho es que tiene retrasos masivos en su banda de paso, no solo más allá de su punto de -10dB, lo que equivale a aproximadamente 2 ciclos completos a 60Hz, y como comenta Horta, esto podría ser claramente audible en algunos entornos. Me gustaría ver que graficado como grupo de retraso vs frecuencia. Si es relativamente constante, consideraría retrasar el canal principal en la misma cantidad. (fácil si la fuente de la señal es digital, no tan fácil si es una radio AM o FM de automóvil analógica).

Como alternativa, empezaría a mirar los filtros de fase lineal: se ha trabajado mucho en la fase de concordancia entre los filtros LPF y HPF (como Linkwitz-Riley para crossovers de altavoces) que parecen ser aplicables en su caso. Si puede usar esto para decir atenuación de -15dB o -20dB, puede agregar de forma segura un filtro que haga lo que quiera (Cauer, etc.) por encima de ese punto.

EDIT2: dividir los filtros parece una buena idea. Si aplica el filtro HPF de 20Hz a toda la banda de audio, y su retraso de grupo es constante a 15 ms en todo el espectro, eso equivale a presionar "Reproducir" 15 ms después ... inaudible, y una situación muy diferente a la de retrasar parte del audio. espectro.

Recomiendo construirlo con la flexibilidad para probar ambas configuraciones y probar para ver si puede escuchar la diferencia. Puede hacerlo con amplificación normal si el amplificador de Clase D aún no está listo.