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滤波器越长越好?


时间:2018-05-04 编辑:白亭
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这些“预延时”与事实时间之间存在因果关系,但是与主要的信息到达时间没有因果关系。这允许滤波器通过相反的“负时间”响应对反射能量进行补偿。

所以,如果点位长度为1024个点,线性相位FIR滤波器将把主到达时间置于T/2处,让一半滤波器长度提供预到达时间,以共轭扬声器或房间产生的后到达能量。它还允许引入所需的负向群延时,以补偿分频器的全通响应。

因为将一半的滤波器长度用于“负时间”校正,滤波器的频率解析度将减半。例如,1024点的最小相位FIR滤波器频率解析度为47.6 Hz。而同样长度的线性相位FIR滤波器频率解析度为95.2 Hz,因为预留了一半长度用于相位均衡。

点位数越多越好?

对于最小相位FIR滤波器而言,似乎如此。问题在于非最小相位滤波器需要预留一半长度用于相位均衡。这会表现为处理延时(常错误地被称为延迟)。与最小相位FIR滤波器不同,随着线性相位FIR滤波器的长度增加以提高其频率解析度,它的延时也会增长。这不是由DSP的速度造成,而源于TF = 1。

现在再调出我的参考文件,只不过这次是一系列的削减滤波器,削减的频率与原有提升滤波器(图10)一致。从之前的讨论中得知,群延时视图(蓝线)显示滤波器振铃现象的时间长度。请注意,它现在呈负向,但这仅意味着这个滤波器产生的相位偏移在整个带宽不断扩大。并不表示出现了“时间提前”或者滤波器的响应是非因果关系的。




无法回避的是,频率越低,滤波器发挥影响需要的时间越长,在最低倍频程的中心频率(31.5 Hz)这个时间将变得非常长(~40 ms)。对于现场演出和许多固定安装应用来说,这么长时间的处理延时是不可接受的。一个1024点的FIR滤波器(48 kHz采样率)时长为21毫秒,意味着处理延时大约为10.5毫秒。

将采样率提升至96 kHz并不会降低处理延时,因为必须处理的采样数量也加倍了。无法改变的事实是,21毫秒的长度最低仅可以影响48Hz,而事实上的频率解析度是48Hz的3倍,或者说是150 Hz。

问题变得更糟糕

线性相位FIR滤波器还有另一个缺点。由于“相对时间零”位于滤波器时长的中间,其频率解析度是最小相位FIR滤波器的一半。

因此,如果一个1024点的最小相位FIR滤波器最低可以影响150Hz,那么一个1024点的线性相位FIR滤波器最低只可以影响300Hz。

影响的频率要下潜至150Hz将需要一个2048点的滤波器,意味着处理延时也要从10.7毫秒翻倍到21毫秒。

而针对我的示范文件,将需要一个8196点的FIR滤波器才能使整个通带的响应变得平滑。所需的处理延时约为85毫秒。

表面来看,FIR滤波器的长度越长,好处似乎是可以提高频率解析度,从而:1)影响更低频率。2)在整个带宽包含更多细节。

我已经向大家展示,至少对于线性相位FIR滤波器而言,要影响更低频率(更多点位数)将提高处理延时。这不是因为处理能力不足而造成,而源于时间和频率的相关性。低频持续较长时间,而且占据大量空间。数字处理无法改变此现状。

部分好处

在可听频谱内一共有10个倍频程,所以每个倍频程占据整体的十分之一(对数标尺)。滤波器长度加倍,将使得处理延时加倍,而这仅仅使得你均衡处理的频谱多了十分之一。

就好比让功放的功率加倍只为了得到3dB提升一样,有时到了一个临界点,得到的回报很少,根本就不值得。在功放的例子中代价是金钱,而对线性相位FIR滤波器而言,代价是延时。可以说,数字处理的货币就是时间。你可以得到很好的效果,前提是可以等待足够长时间。

在大多数房间中,最低的两个倍频程(次低频)位于施洛德频率曲线(Schroder Frequency)下方,这时房间模式(room modes)对每个座位的频率响应有深刻影响。即便我们通过线性相位FIR滤波器,将房间中某一点的响应处理得非常“完美”,在其它座位响应也是不一样的,这样做的意义何在?

关键词:滤波器 滤波器长度 测试测量    浏览量:3908

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