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Eine Frage zu einem einstellbarem Frequenzfilter.

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Eine Frage zu einem einstellbarem Frequenzfilter.

Von Trabant am 02.08.2013 00:42

Hallo.

Um mich in analoge Schaltungstechnik einzuarbeiten (hab bis jetzt mehr mit uCs gemacht) hab ich mir ein paar einfache Schaltungen vorgenommen. Eine davon war eine 3 kanalige LED-Lichterorgel. Das Eingangssignal wird durch einen Hoch-, einen Band- und einen Tiefpassfilter geschleift und bringt dann die jeweilige LED zum Leuchten, jenachdem wie empfindlich der dazugehörige Poti eingestellt ist.

Das hat auch alles wunderbar funktioniert und dadurch bin ich auf eine Idee gekommen. Und zwar hab ich mich gefragt, ob es möglich ist, diese Schaltung so zu erweitern, daß man eine LED auf eine bestimmte einstellbare Frequenz reagieren lassen kann.

Also ein Eingangssignal (Audio), eine LED und dazwischen eine Schaltung mit der man den Frequenzbereich, der durchgelassen werden soll, einstellen kann. Optimal wären zwei Potis. Einer für die Frequenz und einer für die Flankensteilheit, also wie eng oder weit der durchzulassende Frequenzbereich ist.

Ich hatte die Überlegung die drei Filter in Reihe zu schalten, aber das wären ja dann zwei Tiefpass- und zwei Hochpassfilter in Reihe. Das geht doch bestimmt auch einfacher, oder !?

Nun hab ich schon gesucht, aber leider nicht das Passende gefunden. Ich weiß aber auch nicht wonach ich suchen muss und die Begriffe "Frenquenzfilter" oder " Frequenzweiche" haben mich leider nicht weitergebracht.

Hat jemand von Euch eine Idee zur Umsetzung von sowas ?

Von derguteweka am 03.08.2013 20:45

Moin,

Das Ding, was du suchst heisst Bandpass. Kann man aber durchaus auch aus Hoch- und Tiefpass in Reihe nachbilden. Das kann Vorteile bei der Einstellbarkeit der Eckfrequenzen und der Stabilitaet haben.
Bandpaesse lassen sich genau auch wie Hoch- und Tiefpaesse zb. rein passiv aus L,C,R zusammenbauen oder aktiv (d.h. mit irgendwelchen Verstaerkern, also z.b. OpAmp,Transistoren, Roehren). Oder auch (zB. per DSP) programmieren...

Gruss
WK

Von Trabant am 03.08.2013 23:51

Also eigentlich wäre ein einstellbarer Bandpass am Besten und so in etwa war es ja auch gedacht. Aber ich weiß nicht wirklich wie man das umsetzen könnte.

Wenn man einen Hoch- und einen Tiefpass in Reihe schaltet (und somit einen Bandpass hat) dann kann man ja die ober und untere Grenze einstellen. Aber damit kann man ja nicht das ganze Frequenzspektrum (20-20000Hz) abdecken, oder !?

Am Besten wäre eine Art Notchfilter, nur eben anders herum, denke ich.

Von derguteweka am 04.08.2013 11:22

Moin,

Die ersten paar Googletreffer sind z.b. die hier:
http://www.electronics-tutorials.ws/filter/filter_7.html
http://www.electronics-tutorials.com/filters/active-bandpass-filters.htm
Da sind auch jeweils Formeln angegeben fuer Guete und Mittenfrequenz. Filter in einem Bereich 1:1000 (also z.B. 20Hz-20kHz) abstimmbar zu machen ist dann noch eine eigene recht grosse Baustelle. Kannst versuchen, mit Potis zu arbeiten, oder mit Analogschaltern, die ueber ein PWM-Signal angesteuert werden oder ueber Dioden als einstellbare Widerstaende (Google nach Moog VCF) oder mit stromgesteuerten OpAmps, wie z.B. dem LM13700 oder CA3080 . Hat alles aber auch so seine Probleme...

Gruss
WK

Von Trabant am 04.08.2013 14:40

Vielen Dank für die Infos.

Aber so kompliziert wollte ich es eigentlich nicht machen. Soll ja nur eine kleine Übung werden. Smile
Ich dachte das sowas vielleicht schon mal jemand gemacht hat und es einfach umzusetzen wäre. Leider habe ich aber eben nichts dazu gefunden.

Wenn ich das richtig sehe, könnte ich die Widerstände ja durch Potis austauschen, aber die sind ja nicht allein dafür zuständig was durchgelassen wird und was nicht. An den Kondensatoren könnte ich ja nur feste Werte ändern.

Könnte man das denn ähnlich einem Kanal eines Mischpults aufbauen ? Da kann man ja auch Höhen, Mitten und Tiefen einstellen. Allerdings verstärkt man da ja verschiedene Frequenzen oder schwächt sie ab.

Ich habe zum Grundverständnis mal einen (Pseudo-)Schaltplan erstellt (siehe Anhang). Mit dieser Schaltung müsste die LED (...ein Relay oder sonst irgendwas) doch auf jedes eingehende NF-Signal anspringen, oder ? Nicht böse sein, falls es falsch sein sollte...Ich bin noch Anfänger. Wink

Von derguteweka am 04.08.2013 21:05

Moin,

Trabant hat folgendes geschrieben:
Ich dachte das sowas vielleicht schon mal jemand gemacht hat und es einfach umzusetzen wäre. Leider habe ich aber eben nichts dazu gefunden.

ICh fuercht', das koennte damit zusammenhaengen, dass das nicht so einfach umsetzbar ist. Insbesondere, wenn du hoehere Filterordnungen haben willst, um Frequenzen besser trennen zu koennen.

Trabant hat folgendes geschrieben:
Wenn ich das richtig sehe, könnte ich die Widerstände ja durch Potis austauschen, aber die sind ja nicht allein dafür zuständig was durchgelassen wird und was nicht. An den Kondensatoren könnte ich ja nur feste Werte ändern.
Mit Analogschaltern kann man auch schnell zwischen 2 verschiedenen Kapazitaeten umschalten; per PWM hat man dann sowas aehnliches wie einen Kondensator mit spannungsgesteuerter Kapazitaet (und leider zusaetzlichen Dreckeffekten).

Trabant hat folgendes geschrieben:
Könnte man das denn ähnlich einem Kanal eines Mischpults aufbauen ? Da kann man ja auch Höhen, Mitten und Tiefen einstellen. Allerdings verstärkt man da ja verschiedene Frequenzen oder schwächt sie ab.

Die Klangregelstufen, die du wahrscheinlich meinst, sind auch recht simpel aufgebaut, aber haben halt keine hohe Flankensteilheit.

Trabant hat folgendes geschrieben:
Ich habe zum Grundverständnis mal einen (Pseudo-)Schaltplan erstellt (siehe Anhang). Mit dieser Schaltung müsste die LED (...ein Relay oder sonst irgendwas) doch auf jedes eingehende NF-Signal anspringen, oder ? Nicht böse sein, falls es falsch sein sollte...Ich bin noch Anfänger. Wink


NAja, das sieht eher so aus, dass die LED dann ausgeht, wenn geeignete Spannungen am Eingang anstehen.
Google mal nach Kainka Taschenlichtorgel, die hat entsprechende, simple Kanalfilter und Transistoransteueruung fuer die LEDs.

Gruss
WK

Von Trabant am 04.08.2013 21:53

Ich hatte gehofft, daß das einfach zu realisieren ist, aber wenn dem nicht so ist, dann ist es auch keine Anfängeraufgabe mehr und dann lass ich das lieber. War ja auch nur so eine Idee. Smile

derguteweka hat folgendes geschrieben:
Die Klangregelstufen, die du wahrscheinlich meinst, sind auch recht simpel aufgebaut, aber haben halt keine hohe Flankensteilheit.

Auch das war nur so eine Idee. Dachte mir aber schon, daß das auch kein Lösungsweg ist.

derguteweka hat folgendes geschrieben:
NAja, das sieht eher so aus, dass die LED dann ausgeht, wenn geeignete Spannungen am Eingang anstehen.
Google mal nach Kainka Taschenlichtorgel, die hat entsprechende, simple Kanalfilter und Transistoransteueruung fuer die LEDs.

Die hatte ich mir auch schon angeschaut, aber ich fand sie für eine erste Übung ein bissl zu umständlich, weswegen ich mich dann für eine andere entschieden habe.

Aber wieso sollte die Lampe bei meiner Schaltung dann ausgehen ? Wenn ich das richtig verstanden habe ist doch der erste Transistor dafür da um das Signal durchzuschalten oder zu sperren und der zweite um das Signal zu negieren. Oder seh ich das falsch ?

Von derguteweka am 05.08.2013 08:42

Moin,

Bei Filterschaltungen ist es halt immer so ein Kompromiss aus technischen Daten, Kosten und Komplexitaet. Sprich: Einfach aufgebaute Filter sind entweder nicht so dolle oder sauteuer (wenn man sie mit irgendwelchen Spezial-Chips aufbaut).
Musst halt gucken, wo dein Kompromiss liegt...

Die Kainka-Taschenlichtorgel kannst du gut in 2 voneinander getrennte Teile zerlegen. Dann wird's simpler. Der linke Teil (alles links vom 1µ Elko, an dessen rechter Seite die 3x 10K Widerstaende haengen) ist "bloss" ein Mikrophonverstaerker mit einer automatischen Verstaerkungsregelung.
Der rechte Teil sind dann die eigentlichen Filter und die LED Ansteuerung. Dieser Teil funktioniert auch fuer sich alleine. Es muss halt nur ein NF-Signal an dem 1µF Elko eingespeist werden. Der rechte Teil besteht ja selbst auch wieder aus 3 Teilen, naemlich den 3 unterschiedlichen Filtern und den 3 gleichen LED-Treibern. Diese 3 Teile koennen auch einzeln aufgebaut werden.
Damit ist der ganze Apparat dann gleich viel einfacher Smile

Bei deiner LED-Ansteuerschaltung ist es so, dass wenn kein NF-Signal anliegt, der T2 leitet und damit die LED leuchtet. Es fliesst ein Basisstrom ueber R1 durch die Basis-Emitterstrecke von T2.
Erst wenn T1 durch einen Strom durch seine Basis sehr weit aufgesteuert wird, dann fliesst der Strom durch R1 nicht mehr durch die B-E Strecke von T2, sondern durch die C-E Strecke von T1: Dann geht die LED aus...

Gruss
WK

Von Trabant am 05.08.2013 14:16

Irgendwelche teuren Spezialchips wollte ich nicht einsetzen. Es ging mir ja nur um die Übung und ums Verständnis. Und dafür finde ich solch eine kleine Schaltung sehr gut.

Im Prinzip ist meine Schaltung auch nicht viel anders als die von Kainka. Ich hatte zuerst die drei Filter aufgebaut und mit einem NF-Signal versorgt. Danach habe ich mir dann einen Mikrofonvorverstärker gebastelt und das ganze darüber laufen lassen. Und als nächsten Schritt wollte ich nur einen Kanal nehmen und ihn Frequenzflexibler machen. Wäre toll wenn das so einfach gehen würde, aber leider ja nun doch nicht.

Aber gibt es denn irgendwelche ICs bei denen man mit dem vollen Signal reingehen und mit einem einstellbaren Frequenzbereich wieder rausgehen kann ? Oder sind das dann diese teuren Spezialchips ? An einen Mikrocontroller habe ich auch schon gedacht, weil ich da ja schon mehr Erfahrung habe, aber da ist mir auch keine Lösung eingefallen.

Ich hatte aber noch eine andere, etwas umständliche, Idee:
Man könnte ja eine Schaltung aufbauen die auf der einen Seite das NF-Signal entgegennimmt und je nach eingestellter Signalstärke durchlässt oder sperrt (also das mit den Transistoren), auf der anderen Seite den Verbraucher (also die LED, eine Glühlampe, ein Relay etc.) und dazwischen nicht einen, sondern beliebig viele Bandpässe.

Also erst den Eingang (NF oder Mikro), dann beispielsweise 5 Tiefpässe (parallel), danach 5 Hochpässe (auch paralell) mit jeweils verschiedenen Werten und dahinter dann den Verbraucher. Und dann könnte man es ja, um es einstellbar zu machen, mit Jumpern (oder Schieberegistern) routen. Also so, daß das Signal durch jeweils einen Tiefpass und einen Hochpass geroutet wird, jenachdem welchen Frequenzbereich man abdecken will. Und je mehr Hoch- und Tiefpässe man parallel aufbaut, desto genauer kann man die Frequenz einstellen. Wenn man nur drei davon nimmt, könnte man dann trotzdem noch selbst entscheiden ob man tiefe, mittlere oder hohe Frquenzen durchlassen will.

Bei sehr vielen dieser Bandpässe würde das zwar sehr umständlich werden, aber das müsste doch eine, wenn auch nicht perfekte, Lösung sein, oder ?

Von derguteweka am 05.08.2013 15:31

Moin,

Trabant hat folgendes geschrieben:
Im Prinzip ist meine Schaltung auch nicht viel anders als die von Kainka. Ich hatte zuerst die drei Filter aufgebaut und mit einem NF-Signal versorgt. Danach habe ich mir dann einen Mikrofonvorverstärker gebastelt und das ganze darüber laufen lassen. Und als nächsten Schritt wollte ich nur einen Kanal nehmen und ihn Frequenzflexibler machen. Wäre toll wenn das so einfach gehen würde, aber leider ja nun doch nicht.

Ja, das ist halt bei Filtern eben das Problem. Wenn dir ein simples Wien-Filter als Bandfilter reicht, dann kannst du die Resonanzfrequenz ja noch ganz gut mit einem Stereopoti einstellen.

Trabant hat folgendes geschrieben:
Aber gibt es denn irgendwelche ICs bei denen man mit dem vollen Signal reingehen und mit einem einstellbaren Frequenzbereich wieder rausgehen kann ? Oder sind das dann diese teuren Spezialchips ?

Ja, schon. z.B die MAX291-296 Reihe von Maxim; das sind Tiefpaesse 8. Ordnung mit wenig Beschaltung aussenrum. Bei mehr Beschaltung aussenrum kanns z.b. wieder in Richtung LM13700 laufen.
Trabant hat folgendes geschrieben:
An einen Mikrocontroller habe ich auch schon gedacht, weil ich da ja schon mehr Erfahrung habe, aber da ist mir auch keine Lösung eingefallen.

Das kann aber schon eine recht nette Spielwiese sein. Wenn du µController mit eingebautem ADC hast, und die in C oder Assembler programmierst, dann solltest du von der Prozessorgeschwindigkeit her schon in der Lage sein, da ein paar Filter aufzubauen, die mit Audiosignalen in Echtzeit zurechtkommen. Auch so Sachen, wie Logarithmierer, wenn du eine Anzeige in dB haben willst oder ganze Filterbaenke lassen sich da realisieren. Du hast da nicht die Probleme mit Bauteiltoleranzen, wie bei analogen Filtern, oder mit gleichlaufenden Potis oder oder z.b. 8 Potis auf einer Achse...
Trabant hat folgendes geschrieben:
Ich hatte aber noch eine andere, etwas umständliche, Idee:
...
Bei sehr vielen dieser Bandpässe würde das zwar sehr umständlich werden, aber das müsste doch eine, wenn auch nicht perfekte, Lösung sein, oder ?

Jepp, gibts/gabs frueher auch schon. Nennt sich Filterbank. In analogen Vocodern waren solche Ansammlungen von Bandpaessen drinnen, um die Eingangssignale grob in ein Frequenzspektrum zu unterteilen. Da muss man nur wieder arg aufpassen, wenn du die Ausgangssignale von mehreren Filtern zusammenfassen willst, weil die Phasengaenge der verschiedenen Filter an ihren Flanken arge Faxen machen koennen.

Gruss
WK

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