تعد مرشحات الترددات المنخفضة أداة أساسية في العديد من المجالات التقنية، بدءًا من معالجة الإشارات الصوتية وحتى تصميم الدوائر الإلكترونية. وهي أجهزة تسمح بمرور الترددات المنخفضة مع تخفيف الترددات الأعلى، وهو أمر مفيد جداً للتحكم في الضوضاء ومعالجة الإشارات. في هذه المقالة، سوف نتعمق في ماهيتها، وكيفية عملها، والأنواع المختلفة الموجودة، وكيفية استخدامها في مجموعة واسعة من التطبيقات.
سواء كنت تعمل على تصميم الدوائر، أو ضبط عمليات المزج الصوتي، أو ببساطة تريد فهم كيفية تصفية الإشارات عالية التردد بشكل أفضل، فإن هذه المقالة ستزودك بكل المعلومات التي تحتاج إلى معرفتها حول مرشحات الترددات المنخفضة. إنه موضوع واسع، ولكن بمجرد فهم الأساسيات، سترى أن هذه الأدوات متعددة الاستخدامات ومفيدة حقًا.
ما هو مرشح التمرير المنخفض؟
مرشح الترددات المنخفضة هو نوع من المرشحات الإلكترونية التي تمرر بسهولة إشارات التردد المنخفض وتخفف الإشارات عالية التردد. بمعنى آخر، هو جهاز يسمح للترددات المنخفضة بالوصول إلى نهاية الدائرة، بينما يمنع أو يقلل من شدة الترددات الأعلى.
يعد هذا النوع من المرشحات أمرًا حيويًا في مجالات مختلفة، مثل الإلكترونيات ومعالجة الإشارات، لأنه يزيل الضوضاء عالية التردد أو ينعم الإشارات التي قد يكون لها تغيرات سريعة أو قمم غير مرغوب فيها. في الصوت، يتم استخدامه أيضًا لإعطاء وضوح أكبر للأصوات الجهيرية عن طريق إزالة الترددات العالية غير الضرورية.
تسمى النقطة الرئيسية التي يحدث فيها تمييز التردد هذا تردد القطع. تمر الترددات الموجودة أسفل هذه النقطة دون أن تتأثر، في حين يتم توهين تلك المذكورة أعلاه. يعتمد مقدار تعتيمها على منحدر التصفية، وهو مقياس يقيم مدى سرعة الانتقال بين الترددات.
الأنواع الشائعة لمرشحات التمرير المنخفض
هناك عدة أنواع من مرشحات الترددات المنخفضة، ولكل منها خصائصه وأشكال تطبيقه المحددة. وفيما يلي نستعرض الأنواع الأكثر شيوعًا وكيفية استخدامها:
- مرشح RC (مكثف المقاوم): يعد هذا أحد أبسط أنواع مرشحات الترددات المنخفضة. في هذا النوع من التكوين، يتم ترتيب المكثف والمقاومة بحيث يحد المقاوم من كمية التيار الذي يمر عبر الدائرة، ويقوم المكثف بحجب أو تخفيف الإشارات عالية التردد. والنتيجة هي مرشح يسمح للترددات المنخفضة بالمرور ويخفف الترددات العالية.
- مرشح RL (مغو المقاوم): يستخدم هذا النوع من المرشحات مغوًا بدلاً من المكثف. تتمتع المحاثات، على عكس المكثفات، بمفاعلة عالية عند الترددات العالية، مما يجعلها تحجب تلك الترددات بينما تسمح للترددات المنخفضة بالمرور. يعد هذا النوع من المرشحات أكثر شيوعًا في التطبيقات التي يتم فيها استخدام طاقة كهربائية أعلى.
- مرشح LC (مكثف مغو): عند الجمع بين ملف حث ومكثف، تحصل على مرشح LC الذي يتمتع بتوهين أكبر للترددات العالية مقارنة بمرشحات RC أو RL. وهي مفيدة بشكل خاص في تطبيقات الطاقة العالية والترددات الراديوية.
يمكن تنفيذ كل هذه الأنواع من المرشحات بشكل سلبي أو نشط، اعتمادًا على ما إذا كانت المكونات الإضافية مثل مكبرات الصوت التشغيلية تستخدم لتحسين أداء المرشح.
تصميم وتشغيل مرشح الترددات المنخفضة الصوتية
أحد الاستخدامات الأكثر شيوعًا لمرشحات الترددات المنخفضة هو إنتاج الصوت، سواء في الاستوديوهات الاحترافية أو التطبيقات المنزلية. الغرض الرئيسي من هذه المرشحات في الصوت هو إعطاء المزيد من الوضوح والعمق للمزيج عن طريق تقليل الترددات العالية غير المرغوب فيها. تساعد مرشحات الترددات المنخفضة على التخلص من ضوضاء الخلفية في نطاقات الترددات العالية، مثل هسهسة معدات التسجيل أو الطنين الكهربائي.
في مزيج موسيقي، مرشحات تمرير منخفضة إنها تتيح لك تركيز انتباهك على العناصر الأكثر أهمية، مثل الأصوات أو الآلات الموسيقية المنفردة. على سبيل المثال، يمكن أن يؤدي تطبيق مرشح الترددات المنخفضة على الغيتار الإيقاعي إلى توفير مساحة للصوت الرئيسي في المزيج، مما يساعد على منع تداخل الترددات العالية لكلا الأداتين.
تردد القطع والرنين في إنتاج الصوت
في الصوت، التحكم الأكثر أهمية لمرشح الترددات المنخفضة هو تردد القطع. هذه هي النقطة التي يبدأ فيها المرشح في تخفيف الترددات العالية. اعتمادًا على النتيجة التي تريد تحقيقها في المزيج الخاص بك، يمكنك ضبط تردد القطع هذا لإزالة بعض السطوع قليلاً أو لقطع الترددات العليا بقوة أكبر.
عنصر تحكم مهم آخر هو ذلك صدى، الذي يحدد الاستجابة في المنطقة القريبة من تردد القطع. يمكن لمستوى عال من الرنين أن ينتج ذروة قريبة من تردد القطع، مما يؤكد على نطاق معين من الترددات ويمكن أن يضيف الوضوح إلى عناصر معينة في المزيج.
تصفية الأتمتة في الموسيقى الإلكترونية
في أنواع مثل الموسيقى الإلكترونية، يتم استخدام مرشح الترددات المنخفضة تلقائيًا بشكل شائع لإنشاء تأثيرات خاصة أو انتقالات تدريجية. غالبًا ما يقوم المنتجون ببرمجة التغييرات في تردد القطع عبر المسار، مما يسمح للصوت بالتطور ويصبح أكثر خفوتًا أو قسوة مع تقدم الأغنية. يمكن لهذه التقنية إضافة الديناميكية والحركة إلى جزء ثابت.
التطبيقات التقنية في الدوائر الإلكترونية
تعد مرشحات الترددات المنخفضة أيضًا ضرورية في تصميم الدوائر الإلكترونية. على وجه الخصوص، يتم استخدامها للتخلص من الترددات العالية غير المرغوب فيها في أنواع الإشارات المختلفة، مما يساعد على تقليل الضوضاء وتحسين جودة الإشارة الناتجة. ويمكن العثور عليها في مجموعة متنوعة من التطبيقات، من مكبرات الصوت إلى أنظمة الاتصالات الراديوية.
في الدوائر الإلكترونية، يعتمد سلوك المرشح بشكل كبير على قيم المكونات المستخدمة في بناء المرشح، مثل المقاومات والمحاثات والمكثفات. على سبيل المثال، يحتوي مرشح الدرجة الأولى على مكون نشط واحد فقط ومنحدر ألطف؛ في المقابل، يحتوي مرشح الدرجة الثانية على مكونين نشطين ويوفر توهينًا أكبر للترددات غير المرغوب فيها.
علاوة على ذلك، مقاومة الحمل يمكن أن يكون للدائرة التي تم دمج المرشح فيها تأثير كبير على سلوكه، حيث يمكنها تغيير تردد القطع الفعلي للمرشح وميل استجابة التردد.
أنواع مختلفة من مرشحات التمرير المنخفض
هناك عدة أنواع من مرشحات الترددات المنخفضة التي تختلف في طريقة تعاملها مع الإشارات الصوتية والخصائص المحددة لاستجابتها الترددية:
- مرشح بتروورث: يتميز باستجابة ترددية مسطحة تمامًا في نطاق المرور.
- مرشح تشيبيشيف: يوفر توهينًا أكثر وضوحًا، مع وجود تموجات في نطاق التمرير أو نطاق التوقف.
- مرشح بيسل: يحافظ على استجابة الطور الخطي، مما يعني أنه لا يشوه الإشارات في المجال الزمني.
- مرشح لينكويتز-رايلي: يستخدم في أنظمة السماعات لتحقيق انتقال سلس بين برامج التشغيل المختلفة.
تسمح هذه الأنواع المختلفة من المرشحات للمصممين باختيار الخيار الأكثر ملاءمة لتطبيقاتهم، اعتمادًا على جودة الإشارة المحددة أو احتياجات التوهين.
باختصار، تُستخدم مرشحات الترددات المنخفضة على نطاق واسع في الإلكترونيات وإنتاج الصوت وغيرها من المجالات حيث يكون من المهم تعديل الإشارات ذات الترددات المختلفة. يعتمد اختيار النوع المناسب من الفلتر على عوامل مثل التطبيق المحدد، والطلب من حيث الطاقة أو جودة الإشارة، والميزانية المتاحة. ولكن ما هو واضح هو أن هذه الأجهزة توفر تنوعًا كبيرًا وتحكمًا دقيقًا في المخرجات النهائية لأي نظام يتم تطبيقها فيه.