シンセ・アンプラグド RSSフィード

2016-07-21

1/12 オクターブバンド・フィルタ (12)

DUT (Device Under Test: 被測定デバイス) をコンデンサだけに限らず、一般の 2 端子回路とすると、2 端子間の電位差と回路を流れる電流との関係を測定できれば、それらの商としてインピーダンス (およびアドミタンス) を求めることができます。

DUT 以外の回路素子を理想的なもの (電流計の内部抵抗ゼロ、電圧計の入力インピーダンス無限大、ストレー容量ゼロ) とすると、次のような回路で測定することができます。

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2016-06-30

1/12 オクターブバンド・フィルタ (11)

tan δ の値がマイナスになる問題は、データ処理の部分で「平均化」するサンプル・サイズを大きくしてもあまり改善されないので、「ランダム・ノイズ」によるものではなく、「系統的」な要因によるものと思われます。

ハードウェア部分を、あまり複雑にならない範囲でいろいろいじってみて、多少の改善は得られました。

その測定結果を下に示します。

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2016-06-09

1/12 オクターブバンド・フィルタ (10)

ポリプロピレン・フィルム・コンデンサは 103 (10nF) をひとつしか持っていなかったので、他の容量についてもいくつか買ってきました。

インピーダンス・アナライザや LCR メータは持っていないので、簡易的な測定回路/ソフトウェアを作成して、各種コンデンサの誘電正接 (tan δ) を測ってみました。 結果の表を下に示します。

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2016-05-19

1/12 オクターブバンド・フィルタ (9)

2016 年 3 月 30 日の記事 (→こちら) で検証したように、PSoC5LP の DFB (Digital Filter Block) のデータ RAM 容量 (128 ワード) の制限のため、一般的な IIR バイクアッド・フィルタを使用する場合には 1/12 オクターブバンド・フィルタ 8 バンド分 (IIR 2 次セクション 24 個分) が限界です。

この制限は、IIR 2 次セクションあたりフィルタ係数が 5 個必要であることに由来しています。2 次セクションあたりのフィルタ係数の数を減らすことができれば、実現可能なバンド数が増えることになります。

アナログのプロトタイプフィルタ特性をバタワースやチェビシェフなどの、(伝送零点を持たない) 全極型のタイプに選ぶと、それを双 1 次 s-z 変換して得られたディジタルフィルタ特性も (ゼロ周波数とナイキスト周波数以外には) 伝送零点を持たないタイプとなり、フィルタ係数の数を減らせます。

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2016-05-05

1/12 オクターブバンド・フィルタ (8)

DABP (Dual Amplifier BandPass) フィルタの実験をしていて、目的の Q の設計値約 35 に対して、実測すると Q が約 27 と 30 % 近くも低い値になってしまう現象に悩まされていました。

OP アンプを交換してみても、コンデンサを交換してみてもあまり改善せず、困っていましたが、これはコンデンサの「誘電正接」(tan δ) に起因するものと判明し、tan δ の特性の良いポリプロピレン・フィルム・コンデンサに代えてみると、ほぼ設計値通りの Q が得られました。

まず、DABP フィルタの回路定数の計算方法を示します。 DABP フィルタの素子定数の計算のために特に計算用のプログラムを用意する必要もなく、電卓片手に手計算で簡単に行なえます。

下に中心周波数 880 Hz の 1/12 オクターブバンド・フィルタを構成する 2 次 BPF セクションのひとつの f0 = 902.29 Hz、Q = 34.63 に対する実際の値を入れた回路図を示します。

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2016-04-21

1/12 オクターブバンド・フィルタ (7)

(連続時間) アナログ・フィルタでの実現の第一歩として、 SPICE シミュレーション上での検討を行いました。

次の 3 つの回路方式を対象とします。

  • MFB (Multiple FeedBack) 2 次 BPF
  • Sallen-Key 2 次 BPF
  • DABP (Dual Amplifier BandPass) 2 次 BPF

状態変数型 / biquad 回路については、スイッチト・キャパシタフィルタの MF10 で、すでに実現しているので省略しました。

MFB / Sallen-Key 型のフィルタの回路定数の決定には TI 製の設計アプリケーション「FilterPro」のデスクトップ版を利用しました。

まず、MFB (Multiple FeedBack) 型の回路構成を下に示します。

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2016-04-11

1/12 オクターブバンド・フィルタ (6)

ブレッドボード上に実際の MF10 の回路を組んで特性の測定を行いました。

フィルタ設計の結果得られた半端な値の抵抗は、次のように複数の抵抗を組み合わせて近似しました。

23.129 kΩ → (22 kΩ_F + 1.1 kΩ_J) = 23.1 kΩ

380.82 kΩ → (470 kΩ_F // (1 MΩ_F + 1 MΩ_F)) = 380.57 kΩ

781.18 kΩ → (470 kΩ_F + 220 kΩ_F + 91 kΩ_J) = 781 kΩ

ここで、「_F」とサフィックスを付けてあるのは F 級 (1 %) の金属皮膜抵抗、「_J」と付けてあるのは J 級 (5 %) の炭素皮膜抵抗を表しています。

測定は WaveGene でリニア周波数スイープするサイン波信号を発生させフィルタ入力に加えて、フィルタ出力を WaveSpectra のピーク・ホールド機能を使って記録する方式で行いました。

そのピーク・ホールドのオーバーレイ・データをファイルに保存し、PC 上のプログラムで平滑化して中心周波数や帯域幅を読み取っています。

結果のグラフを下に示します。

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