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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Bandpassfilter dimensionieren


Autor: Matthias (Gast)
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Ich möchte einige aktive Bandpassfilter dimensionieren. Diese benötige 
ich, um ein Audi-Signal in 13 Bänder zu unterteilen, die dann jeweils 
von einem LM3916 visualisiert werden.

Erstmal nichts wildes, doch ist das Internet noch nicht willens, mir 
seriöse Informationen zu liefern.

Leider hab ich kaum Bauteile hier um es einfach zu testen. Um eine 
Zweitbestellung unnötig zu machen frage ich lieber mal nach.

http://sound.westhost.com/p63-f1.gif

Ich habe mich für diesen Multiple Feedback Bandpass Filter entschieden, 
da er wenig Bauteile benötigt. Ich bin mir noch nicht sicher, ob er die 
Bänder scharf genug trennt. (Sehe ich es richtig, dass ich in einem 
solchen Fall einfach mehrere identische BPF hintereinander schalten 
kann, um die Trennschärfe zu erhöhen)

Nun zur eigentlich Frage:
Ich suche mir für C1 = C2 einen Wert aus (zb 330nF) und nutze dann 
folgende Formeln für die 3 Widerstände?
R1 = Q/(2*Pi*f*C) (wobei f=Mittenfrequenz des Bandes)
R2 = R1/(2*Q²+A) (wobei A =1)
R3 = Q/(Pi*f*C) = 2*R1

Als Q würde ich 4 wählen, da ich glaube, dass das genügt. Hat da jemand 
Erfahrungsberichte, Tips, Verbesserungen?

Wenn die Bänder alle schön getrennt vorliegen wollte ich sie möglichst 
simpel verstärken, gleichrichten und glätten. ZB Verstärker mit OPAmp + 
Diode + C. Ist diese Vorgehensweise ausreichend?

Autor: HildeK (Gast)
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Als ganz gutes Hilfsmittel zur Bestimmung von Filtern hat sich FilterPro 
von Texas Instruments bewährt. Das zeigt dir dann auch den Filterverlauf 
an.
Kannst du auf deren Webseite frei holen.

Autor: Matthias (Gast)
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Muss zu meiner Schande gestehen, dass ich da mit einigen Sachen nicht 
klar komme. Womöglich kannst du mir weiter helfen:

Ich nutze den Wizard und wähle Bandpass
Gain bleibt bei 1, Center Frequency ist auch klar, doch wie sollte der 
Ripple gewählt werden? Welcher Ordnung sollte der BPF sein? 4ter?

Wenn ich 4ter Ordnung wähle und den multiple Feeback Typ wähle, kommen 
keine 2 identisch dimensionierten Filter raus. Wieso?

Autor: Zwölf Mal Acht (hacky)
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>Ist diese Vorgehensweise ausreichend?

Was spricht gegen digitalisieren, eine Fouriertrafo und gut ist ? Das 
sind im Wesentlich nur ein paar Multiplikationen und Additionen. Plus 
eine Sinus Tabelle. Ein AVR hat nicht den noetigen Dampf dafuer in 
Echtzeit.

Autor: Kai Klaas (Gast)
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>Ich möchte einige aktive Bandpassfilter dimensionieren. Diese benötige
>ich, um ein Audi-Signal in 13 Bänder zu unterteilen, die dann jeweils
>von einem LM3916 visualisiert werden.

Ein brauchbares Filter für einen Oktavband Audio Spektrum Analyser 
findest du im Anhang. Du siehst, daß dort zwei geringfügig gegeneinander 
verstimmte Bandpässe in Serie geschaltet sind.

Die Schaltung zeigt ein 1kHz Filter. Für die Nachbarbänder vergrößerst 
bzw. verkleinerst du die Zeitkonstanten einfach um den Faktor 2.

Ähem, die Bauteilewerte solltest du schon ziemlich genau treffen. 1%-ige 
Bauteile aus der E24-Reihe sind schon das Minimum!

Kai Klaas

Autor: Kai Klaas (Gast)
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Sehe gerade, daß ich an zwei Stellen übereifrig gerundet habe. Es sollte 
besser heißen:

R11=1,35k
R12=2,03k

Kai Klaas

Autor: Matthias (Gast)
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Dachte nicht, dass man so genau arbeiten muss.

Wie verdoppele / halbiere ich die Zeitkonstante?
Genauer: Wie hast du die Widerstände berechnet? Mir wären die Formeln 
lieber, da ich dann variabeler in der Bänderanzahl bin.

@Heia Jetzt-aber

Zu der digitalen Variante:
Würde das natürlich sehr gerne mit wenig Bauteilen und einem µC 
realisieren. Ich nutze jedoch ausschließlich PIC und bin mir kaum im 
klaren darüber, wie das funktionieren würde. Vielleicht hast du ja eine 
gute Quelle, die das erklärt.

Autor: Zwölf Mal Acht (hacky)
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Ein DSPic haette eine Chance. Eine FFT dazu koennte man sicher beim 
Hersteller herunterladen. Wenn aber die Theorie dazu fehlt, macht es 
wenig Sinn.

Autor: HildeK (Gast)
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Du willst doch nur visualisieren und keine Spektren messen. Da sollte 
eine einstufige Lösung mit Q= 2..4 ausreichend sein.
Ich hätte da 13 Bandpassfilter 1. Ordnung genommen, beginnend mit 50Hz 
und deren Mittenfrequenz um den Faktor 1.6 jeweils vergrößert - bis die 
oberste bei ca. 15kHz liegt. Ggf. kann man das untere Filter durch einen 
TP und das obere durch einen HP ersetzen. Jede einzelne Stufe dann mit 
FilterPro berechnen lassen (einfacher Bandpass) und diese parallel an 
die Quelle angeschlossen. Je ein OPA pro Band.
Natürlich kann man, wie Kai Klaas es vorgeschlagen hat, die Bänder 
jeweils breiter und steiler machen, aber für den Zweck scheint es mir 
übertrieben. Denn es spielt doch keine Rolle, wenn die Summe über die 
einzelnen Teile einige dB Ripple hat. Das wirst du zwar beim Duchstimmen 
mit einem Sinus sehen, aber kaum bei einem normalen Audio-Musiksignal.

Die Formeln für so eine Stufe sind bestimmt in der einschlägigen 
Literatur zu finden (vermute mal, im Tietze-Schenk ist das drin) - zur 
Not muss man sich hinsetzen und etwas komplexe Rechnung üben.

Autor: Kai Klaas (Gast)
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>Wie verdoppele / halbiere ich die Zeitkonstante?

In dem du alle Widerstände verdoppelst bzw. halbierst. Du kannst 
stattdessen auch alle Kondensatorwerte verdoppeln bzw. halbieren.

>Genauer: Wie hast du die Widerstände berechnet?

Ich habe mir eine fertige Schaltung aus einer Bauanleitung zur Brust 
genommen und mit TINA auf geringsten Ripple hin optimiert.

>Mir wären die Formeln lieber, da ich dann variabeler in der Bänderanzahl >bin.

Bin mir nicht mal sicher ob es dafür überhaupt Formeln gibt. Es gibt 
sicherlich Formeln für Terz-Analyser oder Oktav-Analyser. Aber für 
Analyser mit variabler Bänderzahl habe ich noch keine gesehen.

Ich habe dir im Anhang mal ein einfacheres Bandpaßfilter dem 
aufwendigeren gegenüber gestellt. Das Problem bei dem einfacheren Filter 
ist nicht so sehr der Ripple, sondern vielmehr, daß die Nachbarkanäle zu 
stark einstreuen. Für eine annehmbare Nachbarkanaltrennung brauchst du 
schon steile Flanken. Steile Flanken gehen aber einher mit schmaler 
Bandbreite, sodaß du mit einem einzelnen Filter niemals steile Flanken 
und ausreichende Bandbreite zugleich haben kannst.

Deshalb verwendet man bei Oktavband-Analysern üblicherweise zwei 
steilflanke Bandpässe, die geringfügig gegeneinander verstimmt werden, 
um auf die ausreichende Bandbreite zu kommen. Terzband-Analyser 
verwenden sogar drei gegeneinander verstimmte Bandpässe pro Kanal.

Vielleicht erzählst du ja einfach mal genauer, was du überhaupt vor 
hast?

Kai Klaas

Autor: Matthias (Gast)
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Vielen Dank erstmal für die ganzen Informationen. Ich glaube, damit 
komme ich schon sehr weit.

Also besser als im Anfangsposting kann ich mein Vorhaben kaum 
beschreiben.
Es sollen halt 13 (womöglich auch nur 10) Balken aus je 10 LED's genutzt 
werden um ein Audio-Signal zu visualisieren. Dies soll wie bei einem 
Audio-Spectrum-Analyser geschehen. Also Frequenzen Aufteilen und dann 
jeweils einem Balken zuweisen.

Audiosignal aus mp3 Player gewinnen
Signal verstärken
alle Bandpässe parallel anschließen
alle Ausgangsspannungen gleichrichten
jeweils ein LM3916 zum treiben der 10 LED's

Wenn ich nen schaltplan fertig habe werde ich mich nochmal melden.
Wahrscheinlich stoße ich bis dahin noch auf das ein oder andere Problem, 
bei dem ich Hilfe brauche.

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