¿Cuál es la diferencia entre los filtros con la misma frecuencia de corte, pero los diferentes valores de los componentes?

La pregunta original omite dos puntos importantes que afectan la elección. Un filtro R-C pasivo usualmente se encuentra entre dos circuitos activos: un controlador y un receptor. Un conductor prácticamente tiene cierta impedancia de salida, y la etapa de recepción también tiene una impedancia de entrada finita. Estos dos factores faltan en la pregunta y el resultado depende del valor de estas impedancias.

Si tiene un controlador ideal con impedancia de salida cero y un receptor ideal con entrada infinita , entonces la elección no importa, cualquier par de RC se comportará de manera idéntica, y el "sonido" sonará exactamente igual suponiendo que R y C no tienen una dependencia significativa de voltaje. La única diferencia es que el primer circuito consumirá un poco más de potencia que el segundo.

Sin embargo, si su controlador y receptor tienen una impedancia finita como lo hacen los circuitos reales, estas impedancias cambian efectivamente la frecuencia de corte, lo que tiene un efecto en cómo sonará todo este circuito.

Por ejemplo, si tiene un controlador con una impedancia de salida de 50 ohmios y elige el circuito n. ° 1, esto disminuirá la frecuencia de corte de este filtro en un factor de 4, porque El filtro RC tendrá efectivamente la R como 50 + 15 Ohms. Lo que podría tener un efecto serio en el sonido.

Si su etapa de entrada tiene, digamos, una impedancia de 20 kOhms, y selecciona el circuito # 2, la ganancia de baja frecuencia será 1/3 de la inicial, que nuevamente sonará diferente.

En resumen, los valores de un filtro pasivo (sus "impedancias características") deben seleccionarse de acuerdo con las impedancias de las etapas en las que está conectado. En general, la impedancia del filtro de entrada debe ser mucho mayor que la impedancia del conductor, y la impedancia de entrada de la etapa del receptor debe ser mucho mayor que la impedancia de salida del filtro, todas las impedancias deben estimarse en la frecuencia de corte.

Alternativamente, puede ejecutar simulaciones SPICE simples del filtro, incluidos los modelos correctos de salidas y entradas, y ajustar valores RC pasivos para obtener el mejor resultado deseado.

Tienes razón en que hay un número infinito de combinaciones que lograrán la misma frecuencia y respuesta de corte.

La declaración "cambia el sonido" es un problema. No debería, a menos que haya alguna otra característica de los componentes que entran en juego. Esto suele ser una cierta inductancia o resistencia en ciertos tipos de condensadores que podrían causar algunos cambios sutiles en la respuesta.

La elección de los componentes generalmente será un compromiso e incluirá consideraciones tales como:

• Capacidad de conducción de la etapa anterior. Su resistencia de 15, por ejemplo, puede sobrecargar la etapa anterior, mientras que elegir 1.5 MΩ puede hacerla susceptible al ruido.
• Impedancia de entrada de la siguiente etapa. Si es baja, puede obligar al diseñador a usar valores más bajos para el filtro.
• Tamaño del capacitor. La elección de los capacitores de alto valor puede aumentar el costo y la huella o la altura de la placa, mientras que todas las resistencias son probablemente del mismo precio.
• Tipo de condensador. Ciertos tipos se adaptan mejor al audio. (Estoy fuera de contacto con las tendencias actuales en esta área).
• Valor del condensador. Los condensadores tienen un número más limitado de valores discretos que los resistores. El diseñador probablemente elegirá un condensador estándar y luego calculará la resistencia adecuada.

Como es habitual, el diseño será un compromiso con un rendimiento óptimo en algún lugar entre y lejos de los extremos.

  

Si alguien puede explicarlo, especialmente en términos de qué valor tendría para el sonido de algo ...

Este texto puede ayudar.

  

En general, hay 3 tipos de condensadores que estarán disponibles en los valores que son apropiados como acoplamiento de CA en la mayoría de las rutas de señal: electrolítica, tántalo y cerámica. Cada uno tiene fortalezas y debilidades.

     

Los condensadores electrolíticos generalmente tienen el mejor rendimiento para este propósito. Son muy lineales cuando están desviados por los voltajes del modo común presentes en la mayoría de las rutas de audio SigmaDSP y su baja resistencia de serie (ESR, por sus siglas en inglés) las hace atractivas como un componente "invisible" al diseñar un circuito. Son un costo bastante bajo también. Sin embargo, los condensadores electrolíticos tienen una huella bastante grande y sufrirán una degradación del valor y el rendimiento con el tiempo, especialmente en un entorno de alta temperatura. Literalmente, se 'secan' y se convierten en un filtro de paso alto en la ruta de la señal. Las versiones de alta temperatura están disponibles y se mantendrán bien durante un largo período de tiempo.

     

Los condensadores de tantalio son una alternativa razonable, sin embargo, son más caros que los electrolíticos y no están disponibles en tantos valores. Como condensadores polarizados, también deben estar polarizados, sin embargo, no he encontrado que sean tan lineales en una ruta de audio como los condensadores electrolíticos. Algunas personas dicen que "no suenan tan bien", sin embargo, las pruebas estáticas de distorsión de un solo tono pueden no revelar diferencias. En el lado positivo, los tántalos no se secan y, por lo tanto, son apropiados para un ambiente de alta temperatura a largo plazo. Generalmente son más pequeños que los electrolíticos por el mismo valor.

     

Ambos tipos no cerámicos mantendrán su valor capacitivo en condiciones de uso, a diferencia de la cerámica ....

     

Los condensadores de cerámica generalmente no se recomiendan para uso como acoplamiento de CA en el audio. Son atractivos por el tamaño, costo y baja ESR. Sin embargo, cuando la mayoría de los capacitores cerámicos están polarizados, la capacidad capacitiva puede disminuir hasta en un 50%. Los tipos de mayor grado (X7R) sufren menos de esto, pero debes tener en cuenta que un 1 uF podría estar actuando como un 0.68uF en el circuito. También hemos encontrado que los condensadores cerámicos sufren efectos microfónicos: el audio que pasa a través de la parte realmente resonará físicamente y causará distorsión. Solo usaría condensadores de cerámica en la ruta de audio donde el rendimiento no es un problema, pero el tamaño y el costo son su mayor prioridad. NP0 y C0G son las mejores cerámicas, sin embargo, no creo que encuentre estos tipos disponibles en los valores adecuados.

Fuente: Engineer Zone - Analog.com .

  

¿Cuál es la diferencia entre los filtros con la misma frecuencia de corte,   pero diferentes valores de los componentes?

Para un filtro R-C simple con una señal de activación de baja impedancia y un circuito de recepción de alta impedancia, no hay diferencia teórica a través de una amplia franja de combinaciones de R y C.

Sin embargo, su título podría interpretarse como un circuito un poco más complejo formado por una resistencia, un condensador y un inductor. Para esto, la frecuencia de corte se define por: -

\ $ f = \ dfrac {1} {2 \ pi \ sqrt {LC}} \ $

Y, también existe un número infinito de combinaciones de L-C que se ajustan a la factura para una frecuencia de corte determinada. Sin embargo, para una combinación L-C dada, R puede jugar un papel importante en la configuración de la respuesta del filtro. Hablamos del factor Q y cuanto más alto es el factor Q, mayor es la respuesta, lo que marcaría una gran diferencia en el sonido de una señal de audio.

Para un filtro de paso bajo R-L-C simple con R en serie con L, el factor Q se define así matemáticamente: -

Asíqueahora,deberíapoderverqueelfactorQseveafectadoporlaresistenciaenserieYlarelacióndeLaC.Enotraspalabras,paraunafrecuenciadecortedadaYunfactorQdeseado,hayunagrancantidaddenúmeromásrestringidodevaloresquecabríaprácticamenteenlafactura.

Porlotanto,esposiblequesepreguntequéhaceelfactorQy,consuerte,estaimagenledaráunarespuesta:-

Con un valor bajo de Q, se obtiene una atenuación lenta de atenuación de las frecuencias más altas. A medida que Q aumenta alrededor de la unidad, se obtiene una respuesta más plana a bajas frecuencias y un cambio más repentino después de alcanzar la frecuencia de corte. A medida que Q aumenta más, obtienes un desarrollo de un pico en la respuesta y esto será bastante notable en las aplicaciones de audio y se usa con bastante frecuencia en filtros de voltaje controlado en sintetizadores para dar un rico efecto de barrido con el tiempo.