DEALERS
SEARCH
MENU
FIR-ФИЛЬТРЫ В ПРОЦЕССОРЕ BIT ONE HD
October 24, 2017
Posted by: admin
In Blog

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Фазовые искажения в кроссовере с IIR-фильтрами

Цифровые фильтры с бесконечной импульсной характеристикой (infiniteimpulseresponse, IIR) повторяют аналоговые фильтры (активные или пассивные) как по своим амплитудно-частотным, так и по фазо-частотным характеристикам. Как и их аналоговые эквиваленты, они неизбежно приводят к изменению фаз на частоте среза, которое может быть разным в зависимости от крутизны и типа фильтра (Баттерворт, Линквиц, Бессель).

Например, при использовании фильтра нижних частот IIR четвертого порядка (24 дБ/октава) с частотой среза 200 Гц и такого же фильтра верхних частот приводит к плавному смещению фазы в звуковом диапазоне от 0 до 360. Это неизбежно влияет на восприятие звуковых образов, делает звучание неестественным, нарушает согласование отдельных частотных поддиапазонов.

 

crossover fir filters

 

А теперь представьте себе трехполосную систему, в которой 18-сантиметровый вуфер, установленный в дверях, на частоте 400 Гц стыкуется со среднечастотником, установленным на передней стойке, который, в свою очередь, стыкуется с твитером на 5000 Гц. Непостоянство фазы во всём звуковом диапазоне, как минимум, ухудшает фокусировку образов на звуковой сцене.

По этой причине многие энтузиасты предпочитают использовать двухполосные системы, стыкуя НЧ/СЧ динамики и твитеры с использованием пассивных фильтров первого порядка или активных с крутизной 6 дБ/октава, чтобы минимизировать фазовые искажения. Это решение, однако, имеет существенные недостатки. Во-первых, недостаточное ослабление сигнала в нерабочей области частот заметно увеличивает нагрузку на твитеры, что само по себе негативно сказывается на звучании. Во-вторых, при малой крутизне фильтров музыкальный сигнал в широкой частотной области будет воспроизводиться одновременно и твитерами, и НЧ/СЧ динамиками. Поскольку они имеют разные электроакустические параметры и разный импульсный отклик, сумма двух излучений не даст правильной звуковой картины, и импульсный отклик всей системы в целом будет далёк от идеала.

Фазовые искажения в IIR-эквалайзерах

Подобно фильтрам в кроссоверах, графические и параметрические эквалайзеры на основе IIR-фильтров меняют поведение фазы сигнала и тем самым негативно влияют на качество звука. Сильно скорректированный сигнал приводит к потере четкости стереопанорамы и сильно ухудшает импульсный отклик системы. Это можно описать как появление “завесы”, размытие музыкальных образов и лишение звучания необходимых эмоций.

FIR equalization

 

Повышение качества звука с кроссоверами на FIR-фильтрах и FIR-эквалайзерами

FIR

Самый главный результат, который даёт использование фильтров с конечной импульсной характеристикой (finite impulse response, FIR) – это абсолютная линейность фазы во всём спектре звукового сигнала. Это делает возможным использование фильтров с очень высокой крутизной (до 48 дБ/октава) без ухудшения импульсного отклика системы. Их применение позволяет, например, опускать частоту настройки ФВЧ для твитеров или СЧ динамиков, установленных в стойках, без снижения запаса неискажённой громкости. К тому же фильтры, имеющие высокую крутизну, уменьшают частотные области совместной работы излучателей на стыке полос. При прослушивании все эти преимущества выражаются в более ясной и естественной передаче атаки инструментов. Стереофонический образ становится более глубоким и определенным, инструменты на звуковой сцене лучше сфокусированы и кажется, что между ними больше пространства. Даже эквализация, если она проведена FIR-эквалайзером, не ухудшает импульсный отклик системы, а значит, не вносит какой-либо деградации в звуковой сигнал и позволяет полностью сохранить качество звучания.

Переход от чипов Sigma и вычислений с фиксированной запятой к чипам SHARC и вычислениям с плавающей запятой – это больше, чем просто эволюция

Безусловно, FIR-фильтры обеспечивают более высокое качество звука. Так почему же они используются только в bit One HD? Дело в том, что реализация FIR-фильтра требует огромного количества сложных вычислений, которые ложатся тяжёлым бременем на чип процессора, и этот объём вычислений гораздо больше, чем при реализации IIR-фильтров. Чипы начального уровня семейства Sigma, на которых построены другие аудиопроцессоры, не позволяют реализовать FIR-фильтры, поскольку не имеют необходимых для этого вычислительных мощностей. Кроме того, программное обеспечение для управления такими процессорами разрабатывается с использованием интерфейса Sigma Studio. Он представляет собой набор предварительно заданных алгоритмов вычислений, и ни один из них не предусматривает FIR-фильтрации.

FIR-sigma-studio

 

Превосходство bitOne HD с чипом SHARC ADSP-21489 и вычислениями с плавающей запятой

Bit One HD является единственным цифровым аудиопроцессором в автомобильной промышленности, оснащенным процессорным чипом серии SHARC ADSP-21489. Он выполняет 32-разрядные вычисления с плавающей запятой и имеет гораздо более высокую производительность, чем процессоры Sigma, выполняющие вычисления с фиксированной запятой.

Однако более высокая вычислительная мощность процессоров серии SHARC требует и особого подхода к проектированию алгоритмов его работы. Здесь уже недостаточно, как в случае с процессорами Sigma, использовать уже готовые алгоритмы. Необходимо глубокое понимание процессов при цифровой обработке сигналов.

Опыт программирования процессоров, накопленный командой разработчиков Audison с 2006 года, когда начались работы над первым bit One, позволил реализовать весь потенциал чипов SHARC и воплотить его в новом bit One HD. Пользователю предоставляется возможность использовать всю мощь этого процессора, применяя FIR-фильтры в 9-канальной конфигурации. Этого количества выходов достаточно, чтобы создавать аудиосистемы даже с 4-полосной акустикой и сабвуфером. При этом качество обработки звукового сигнала разительно отличается от любого другого процессора. Как результат, вы получаете качество звучания, которого до недавнего времени достичь было просто невозможно.

SHARC DSP

 

Share this page: