468-4 频谱简介
　　图 1 显示了 ITU 文档“声音广播中音频噪声电压电平的测量”中指定的频率响应。

　　468-4 加权噪声滤波器的频率响应

　　图1。468-4 加权噪声滤波器的频率响应
　　曲线的上升部分的梯度为6dB/倍频程，因此它是一阶高通部分。下降部分的梯度为-30 dB/倍频程，使其成为五阶低通部分。
　　原创无源滤波器解决方案
　　ITU文件还包括图2所示的无源滤波器电路。该电路可以实现期望的响应。该文件还指出，电感器在 10 kHz 时的 Q 值必须至少为 200，并且可能需要对 C3 的值进行一些调整，以满足曲线的指定容差限制。（我们稍后将讨论公差。）

　　用于 600 Ω 电路的 468-4 滤波器的无源网络实现

　　图2 . 用于 600 Ω 电路的 468-4 滤波器的无源网络实现
　　图 2 的滤波器电路初开发于 20 世纪 60 年代末，基于 1950 年代初的更早工作，当时广播音频互连技术仍然主要基于 600 Ω 迭代匹配。图 2 的无源网络具有显着的插入损耗，因此需要额外的放大器才能在 6.3 kHz 下实现 468-4 滤波器指定的 12.2 dB 增益。
　　现代音频系统要求
　　如今，600 Ω 匹配已不再使用。相反，音频信号源设计为具有 100 Ω 或更小的源电阻，输入设计为具有 10 kΩ 或更大的阻抗。
　　有两种主要方法可以制作满足这些阻抗目标并提供 468-4 频率响应的有源滤波器：
　　合并 6.3 kHz 左右的传统低通和高通有源滤波器。
　　使用巧妙的数学技术从无源电路导出有源电路。
　　本文的其余部分将介绍种方法。不幸的是，这个过程并不容易，至少部分问题在于原始频率响应规范和指定的容差。
　　分析 468-4 噪声过滤频谱
　　频率响应规格可能是通过测量实际网络获得的，该网络会受到随频率非线性变化的电感器损耗的影响。这不能通过在有源滤波器技术中添加串联和并联电阻器或等效物来建模。
　　即使线性模型也很复杂。其频率响应的一个公式表明，涉及六阶和五阶低通响应之和，尽管五阶响应在约 16 kHz 以上占主导地位，如 30 dB/十倍频程的梯度所示。无需六阶滤波器也可以满足规格，但在滤波器效果的地方容差较小。
　　一阶高通和五阶低通滤波器的电路是众所周知的；的问题是确定滤波器部分的临界频率以及五阶滤波器是否可以平坦。临界频率f是响应为-3dB时的频率。
　　这绝不是一件简单的事情：高通部分的临界频率所需值取决于低通滤波器响应的形状，并且简单的试验设计表明，该滤波器的两个部分都不是平坦的或平坦的。类似于任何其他“标准”响应（切比雪夫、贝塞尔等）。
　　简单的“尝试”调整要在可接受的时间内产生良好的结果，变量太多，因此有必要使用优化应用程序。
　　作者注：我感谢 LTspice 用户组 (LTspice@groups.io) 的成员 Tony Casey 在使用Microsoft Excel 的 Solver 插件来 帮助求解这些方程方面提供帮助。

　　用于 468-4 噪声过滤的有源滤波器设计

　　图 3 提供了两个原理图：（顶部）添加了通用运算放大器以补偿插入损耗的原始无源滤波器，以及（底部）优化的有源滤波器。

　　无源滤波器和优化后的有源滤波器仿真示意图

　　图3 . （上）无源滤波器的仿真原理图和（下）优化的有源滤波器
　　阻力值是由优化器计算的值。为了达到所需的电阻，我组合了两个容差为 1%的 E12 值电阻。为了支持微调，遵循以下三个步骤：
　　选择一个接近目标值的电阻。
　　如果电阻值低于目标值，请串联添加一个小值电阻。
　　如果电阻值高于目标值，请并联一个大值电阻。
　　对于有源滤波器部分，个放大器输出端的C 2和R 2形成一阶高通滤波器。R 3和C 3形成五阶Sallen 和Key 滤波器的一阶低通部分。缓冲器U 1和U 3将滤波器部分与周围的源和负载阻抗隔离，因为响应必须非常准确。
　　U 4周围的电路是两个二阶部分之一，U 5周围的电路是另一个二阶部分。R 11的值至关重要。必须将其调整为R 10测量值的1.413倍。
　　468-4 加权噪声滤波器设计的仿真
　　我使用 LTspice 模拟了图 3 的设计。图 4 显示了有源滤波器部分的分离频率响应。整体 5 阶低通滤波器响应略有峰值，但第三部分（即二阶部分）本身就相当峰值，这就是为什么R 11的值至关重要的原因。

　　各个有源滤波器部分的频率响应

　　图4 . 各个有源滤波器部分的频率响应

　　图 5 将图 3 有源滤波器响应与规格容差进行了比较。请注意，6.3 kHz 处的容差为零，因为这是设置滤波器增益的参考频率。

　　模拟滤波器响应偏差和指定的公差
　　图 5.模拟滤波器响应偏差和指定容差

　　构建并测试 468-4 加权噪声滤波器

　　图 6 显示了所构建的滤波器的示意图。
　　构造的过滤器示意图
　　图6 . 构造的滤波器示意图（点击放大）
　　电阻器R 2、R 3、R 4、R 5、R 8和R 10设置滤波器部分的临界频率，以及 1 nF 电容器的实际值，在任何情况下，这些值都应尽可能接近你能承受的宽容。
　　如果您可以测量以皮法为单位的电容器值，则可以使用以下公式调整每个电阻器值，以考虑与其连接的电容器的实际值 C：

　　R = R s c h × ( 1000 C）　　

   其中Rsch是原理图中的电阻值。此调整对电路进行补偿，以实现所需的 -3 dB 频率，该频率由下式给出：

　　f 3 d B = 1 2 π R C
　　U3B运算放大器周围的电路需要一些解释。U3A运放输出的增益变化 不太可能超过±1 dB，但为了安全起见，我们将使用电位器R V1进行±2 dB的调节范围。然而，是非反相的，因此它的增益不能小于 1。
　　为了克服这个问题，R 12和R 13形成3 dB衰减器，而R 14和R 15与R V1给出1 dB至5 dB的增益调节范围。当R V1设置为 4.4 kΩ 时，增益为 3 dB ，相当接近中间值。

　　图 7 显示了所构造滤波器的响应误差曲线与指定容差的比较。

　　构造的滤波器响应偏差和规定的公差
　　图 7 . 构造的滤波器响应偏差和规定的公差
　　将滤波器连接到我的宽带电压表
　　在我之前的噪声滤波器项目中，我将滤波器设置为 1 kHz。对于此，需要通过调整R V1进行调整，以在 6.3 kHz 处实现 12.2 dB 增益。图 8 显示了连接到我的宽带电压表时测得的滤波器频率响应。

　　F连接了 468-4 滤波器的宽带电压表的频率响应

　　图 8 . 连接 468-4 滤波器的宽带电压表的频率响应
　　正如我们在本系列中所看到的，选择滤波器来测量噪声可能是主观的，就像我们个人的听力反应一样。在这种情况下，468-4 滤波器的设计旨在近似噪声对音频广播信号的影响。其成形带通响应并不能告诉我们信号中有多少噪声，但在特定应用中可能更有用。