ОФИЦИАЛЬНЫЙ САЙТ КОМПАНИИ «ИМЛАЙТ»
Вход  [Регистрация]
Вход  [Регистрация]

Эволюция технологий разработки и производства акустических систем имеет причудливые формы. Главный компонент системы, электродинамический громкоговоритель, являющийся священным Граалем, стал камнем преткновения на пути развития отрасли. Конструкция динамика, каким мы привыкли его видеть, была разработана почти 100 лет назад и претерпела лишь незначительные изменения (в отличие от звуковой отрасли, световики оказались более продвинутыми инженерами и давно не используют «керосинку» в качестве источника света).

Тем не менее, многие Мастера индустрии профессионального звукоусиления имеют чёткое понимание того, как можно получить требуемое качество звукопередачи от допотопной конструкции динамика. Речь идёт о тонкой подготовке параметров звукового сигнала, подводимого к усилителю мощности звуковой системы.

Одним из сложных и очень неоднозначных моментов при настройке акустических систем является выбор типа фильтров и их параметров. А с появлением высокотехнологичных современных управляющих процессоров с широкими возможностями, ситуация стала ещё более запутанной. Новые технологии расчётов и алгоритмов преобразования сигнала предоставили Мастерам ресурсы для их работы по созданию невиданных ранее решений и готовых приборов.

Прежде чем анонсировать новую серию управляющих процессоров MARANI серии MIR, необходимо разобраться в терминах и понятиях.

MIR-фильтры

Автор: Микеле Марани

 

MIR-фильтр (MARANI IMPULSE RESPONSE) — это запатентованный алгоритм фильтрации для кроссоверов, позволяющий получить классическую линейно-фазовую IIR-фильтрацию с минимальной задержкой.

MIR-фильтры характеризуются оптимизированной комбинацией свойств FIR и IIR-фильтров и могут заменить ВСЕ классические фильтры IIR как по порядку, так и по типу.

 

 

На рисунках выше показаны случаи доступных характеристик крутизны среза в MIR-фильтрах, воспроизводящих фильтры Линквица и суммирование фильтров низких/верхних частот (слева), и характеристики фильтра Баттерворта (справа).

 

MIR-фильтры могут обеспечивать линейную фазовую характеристику и постоянную групповую задержку, которая сравнима или, в большинстве случаев, меньше, чем у FIR-фильтров.

 

 

Благодаря воспроизведению классических IIR-фильтров и уменьшенной задержке MIR-фильтры являются лучшим решением для замены классических IIR-фильтров с линейной фазовой характеристикой для кроссоверов, при этом они сохраняют характеристики амплитуды и формы среза заменяемых фильтров.

Это свойство дополняет преимущество линейной фазовой характеристики. Системы, основанные на такой фильтрации, «звучат» так же, как системы с использованием классических IIR-фильтров, и не страдают от недостатка, присущего FIR-фильтрам, имеющим «неестественную» крутизну среза.

 

 

На рисунке выше можно увидеть стандартную разницу в характеристике спада между классическим IIR и FIR-фильтром нижних частот. Различная форма в области среза и, следовательно, различное распределение сигнала (амплитуды) приводит к ощутимой разнице при восприятии на слух. MIR-фильтры позволяют устранить эту разницу, сохраняя при этом свойства IIR-фильтров, но обладая линейной фазовой характеристикой, которая присуща FIR-фильтрам.

 

Таким образом, с MIR-фильтрами мы получаем преимущества линейной фазовой характеристики IIR-фильтров, которые привыкли слышать.

Информация по срезу фильтров кроссоверов

Почему лучше сохранить возможность использования всех IIR-фильтров Линквица и Баттерворта с доступными порядками?

Порядок ВЧ/НЧ-фильтра определяет крутизну его среза, что означает, с точки зрения слуховых ощущений, насколько резким (высокий порядок, крутой срез) или плавным (низкий порядок, плавный срез) является переход от исходного звука к отфильтрованной области, начиная с ослабления сигнала на −3 дБ по отношению к пропущенному диапазону.

 

 

На примере выше фильтр нижних частот пропускает низкие частоты (значение среза 1 кГц) и обрезает высокие частоты.

 

Срез представляет собой переходную область от пропущенной до задерживаемой полос. На приведённом выше рисунке отчётливо видно, как мощность сигнала ведёт себя по-разному в зависимости от крутизны среза фильтра при затухании в полосе пропускания, близкой к срезу. Переходная область пропускания и кривая мощности до и после среза очень важны для качества звука, воспроизводимого громкоговорителем, на который подаются субдиапазоны сигнала, поступающие из полной фильтруемой полосы.

Поскольку громкоговорители не являются ИДЕАЛЬНЫМИ преобразователями, чтобы свести к минимуму «прерывистость звука», когда он переходит от одного из громкоговорителей (например, низкочастотного динамика) к другому (например, среднечастотному динамику), необходимо в большинстве случаев определить лучший переходный диапазон и с учётом конкретных используемых громкоговорителей сделать его резким или плавным.

 

Соответственно, возникает вопрос: какие срезы фильтров лучше всего использовать?

Срез 6 дБ на октаву полезен для плавной обработки звука — чуть менее яркой, менее резкой, в зависимости от фильтра верхних или нижних частот. Срез 12 дБ на октаву более полезен в творческом музыкальном контексте. Срез 18 дБ на октаву даже больше, так как вы можете вырезать большие области частот и не слышать почти ничего из того, что вы хотите удалить из сигнала.

 

 

Срез 24 дБ на октаву для большинства областей применения немного резковат. Это похоже на край утёса, а не на крутой холм, и вы можете услышать «переходную границу», где отклик внезапно начинает затухать.

 

 

В кроссоверах значения крутизны среза 12 дБ на октаву и 18 дБ на октаву обычно используются для разделения полос частот между низкочастотным, среднечастотным и высокочастотным громкоговорителями. Крутизна среза 24 дБ на октаву обычно находит применение только в системах, где активный кроссовер (для которого легче реализовать фильтр 24 дБ на октаву) разделяет полосы частот перед тем, как сигналы проходят через усилители мощности.

Также существует мнение, что пользователям необходимо больше вариантов для воплощения «идеи» звучания с учётом громкоговорителей, используемых в их системах.

 

Но и это ещё не всё.

«Идея» звучания, которая кажется просто субъективным параметром, на самом деле исходит из практических сеансов прослушивания теми, кто выбирает фильтры кроссовера для настройки звука системы.

Простое правило при выборе крутизны среза фильтров кроссовера состоит в следующем: когда вы слушаете музыку, вы НЕ должны «слышать динамики». Звук должен как бы появляться в зоне прослушивания, исходить из правильного направления и звучать «правильно». Цель любого динамика или комплекта динамиков — «быть неосязаемым».

В частности, когда вы добавляете сабвуфер, вы НЕ должны слышать сабвуфер вообще. Должно появиться больше баса, но вы не должны слышать сам сабвуфер, и вы не должны слышать границу перехода звука с основных динамиков на низкочастотный громкоговоритель.

Следовательно, чтобы добиться этого, не существует какого-либо закона, определяющего правильный срез для фильтра кроссовера. Просто для отдельно взятой системы используемый фильтр и крутизна его среза являются оптимальными, когда сама система «исчезает», уступая место только воспроизводимому звуку, и когда не слышно перехода между звуком, воспроизводимым основными громкоговорителями, и звуком, воспроизводимым сабвуфером.

 

Что же получается? Является ли оптимальным резкий (фильтры высокого порядка) или плавный (фильтры низкого порядка) срез для низкочастотного громкоговорителя?

Как и во многих аспектах жизни, здесь требуется компромисс. Чем больше перекрывается область, где работают как сабвуфер, так и основные громкоговорители (более низкая величина крутизны среза кроссовера, дБ/октаву), тем, возможно, плавнее переход между ними.

 

 

Очень плавный переход фильтра высоких частот, который обеспечивает фильтр Баттерворта 12 дБ на октаву, может «занимать» в 2 раза больше октав, чем фильтр 24 дБ на октаву, для ослабления сигнала, чтобы не влиять на «внутриполосный» сигнал фильтра нижних частот.

Однако, чем шире перекрываемая область, тем больше вероятность того, что вы получите помехи между громкоговорителями в конкретном озвучиваемом помещении (из-за межфазового различия сигналов).

Более резкий срез с более быстрым переходом с меньшей вероятностью вызовет помехи между сабвуфером и основными громкоговорителями, но повысит вероятность того, что вы услышите «границу перехода» между ними.

Когда вы выбираете более резкий срез, более вероятно, что сам фильтр кроссовера вызовет больше проблем (например, фазовый сдвиг). Это объясняется природой фильтров — чем «острее» они становятся, тем больше они портят звук. Поэтому необходимо выбрать тот, который лучше всего работает в конкретной ситуации. Таким образом, MIR-фильтры могут помочь при необходимости различных величин среза и избежать проблем, связанных с «перекрытием» различных сигналов и их фазовой характеристикой.

Оптимальный выбор также обуславливается характером самих громкоговорителей.

 

Как насчёт фазы при настройке кроссовера?

Всё вышесказанное придаёт большее значение выбору крутизны среза при настройке системы и, следовательно, поведению амплитуды сигнала, чем фазе перекрывающихся участков отфильтрованного звука.

На самом деле человеческое ухо очень хорошо воспринимает амплитуду звука, поэтому величины крутизны среза в кроссоверах принципиально определяют способ перекрытия амплитуд, посылаемых в полосы пропускания от кроссовера.

Тем не менее, всё, что было сказано о крутизне среза и, следовательно, об амплитуде, верно, если мы не рассматриваем проблему, возникающую при наложении двух сигналов с разной амплитудой и с разной фазой на одних и тех же частотах.

 

 

Величина результирующей волны двух волн в зависимости от относительной ФАЗЫ суммируемых волн.

 

Когда фаза не одинакова, эффект наложения двух частот с заданными амплитудами будет иметь в результате сумму, которая отличается от суммы абсолютных амплитуд исходных частот и зависит от разности фаз суммированных сигналов: относительная фаза двух сигналов на одной частоте влияет на результирующую амплитуду суммы этих сигналов.

Это означает, что после того, как вы выбрали крутизну среза, необходимо найти способ достижения одинаковой фазы для частот, идущих на разные полосы пропускания, исходящих из кроссовера.

Вот почему вместе с гибкостью среза, чтобы получить наилучший результат при обработке кроссовером, необходимо гарантировать одинаковую фазу для всех перекрывающихся частот вокруг точки перехода.

Поэтому здесь необходимо скорректировать фазу, если фильтры, используемые для кроссовера, не являются линейно-фазовыми, или использовать для устранения проблемы в источнике MIR-фильтры с линейной фазовой характеристикой.

MIR-фильтры или FIR-фильтры?

Как мы убедились ранее, по сути ключевым моментом для настройки правильного фильтра кроссовера является гибкость в порядках и типах фильтров, чтобы пользователь мог проводить свои собственные эксперименты с достаточной свободой, учитывая конкретный комплект громкоговорителей. Тем более, зачастую необходимая крутизна среза, в частности на низких частотах, является плавной, а не резкой. Гибкость обеспечивается большим количеством типов и порядков классических IIR-фильтров. Гибкость классических IIR-фильтров известна «на слух» с тех пор, как на рынке появились системы воспроизведения звука, и кроссоверы стали необходимым элементом для работы с различными громкоговорителями в разных диапазонах частот. FIR-фильтры также могут обеспечить относительно гибкую регулировку среза, но форма среза FIR-фильтров сильно отличается от формы среза IIR-фильтров, и после кроссовера срез в любом случае быстро становится крутым.

Таким образом, крутизна среза FIR-фильтра менее «естественна» для человеческого уха в отличие от IIR-фильтров.

 

Второй важной проблемой при использовании кроссоверов является линейная фазовая характеристика в точке перехода и сопряжённых с ней областях.

Здесь FIR-фильтры являются более выигрышным решением по сравнению с использованием IIR-фильтров. Для классических IIR-фильтров необходимо использовать «обходные пути» для исправления фазы в точке перехода, используя, например, задержки или универсальные фильтры, что в любом случае повышает сложность настройки системы.

Выводы

В конечном итоге можно сказать, что для оптимального использования кроссоверов необходимы фильтры, обладающие следующими характеристиками:

  1. Гибкость с точки зрения типа (форма среза) и порядка (крутизна среза) и простота использования.
  2. Линейная фазовая характеристика, чтобы гарантировать идеальный результат в виде суммы амплитуд перекрывающихся частот.

 

Классический IIR-фильтр может соответствовать требованию пункта 1, но не соответствует пункту 2. FIR-фильтр, напротив, соответствует требованиям пункта 2, но не соответствует пункту 1.

При этом, MIR-фильтры обладают преимуществами IIR и FIR-фильтров, что позволяет соответствовать требованиям обоих пунктов.

 

Контроллеры MARANI серии MIR позволяют использовать MIR-фильтры для всех областей применения кроссовера, а также гибко использовать FIR-фильтрацию там, где она является наиболее выигрышной для конкретных целей, как, например, для фазовой коррекции всей системы, реализации таких процессов, как эквализация помещения, или применения параметрических эквалайзеров с линейной фазовой характеристикой.

 

 

Комментарии
1: 2:

чтобы комментировать

?
Войдите чтобы комментировать