Filtre og deg FIR-filter

Velkommen tilbake! Siste gang vi tok en titt på de forskjellige typer IIR-filtre, hva gjør dem forskjellige, og hvordan du bruker hver type. I denne opplæringen skal vi flytte fokus fra IIR til FIR. Vet ikke forskjellen? Fret ikke! Vi skal se på hva et FIR-filter er, hvordan de skiller seg fra IIR, og hvordan de skal brukes. Klar? Les videre!

FIR-filter?

Hvis du leser den forrige artikkelen, har du sannsynligvis en anstendig gjetning om hva FIR selv står for. Selv om du er ny i serien, ta en koll på det! Klar?

Endelig impulsrespons. OK, så kanskje det ikke er veldig spennende, men de er veldig interessante filtre.

Selv om Infinite Impulse Response (IIR) filtre er basert på ideen om et uendelig (analog) filter, har FIR faktisk en slutt. Hvorfor gjør dette noe? Fordi de ikke kan eksistere i det analoge domenet! (I hvert fall ikke lett.) Dette gjør FIR-filtre for det meste helt digitale.

Egenskapene til en FIR er som følger:

• Impulsresponsen har en endelig varighet.
• Impulsresponsen vil slå seg til null.
• De krever ikke tilbakemelding.
• De er alltid stabile (ikke handle merkelig ved ekstreme kuttfrekvenser).
• De blir lett omgjort til lineær fase.

Vent, hva var den siste delen? Lineær fase?

Lineær fase

Den største fordelen med en FIR til en lydingeniør er ideen om lineær fase. Jo mer vi skyver et IIR-filter, jo mer av en faseforskyvning vi introduserer. Selv om små mengder ikke er merkbare, kan store mengder smøre transienter og redusere klarheten i et opptak.

Et lineært fasefilter vil imidlertid ikke smette transientene. I stedet oppretter et lineærfasfilter ganske enkelt like forsinkelse over alle frekvenser i stedet for en faseskift. Nesten hvert enkelt lineærfasfilter du har hver brukt er et FIR-filter.

ulempene?

Som med alt annet i livet, er det ulemper med å bruke et FIR-filter. Her er de viktigste problemene:

• Vesentlig forsinkelse når den brukes i lineær fase operasjoner
• Kan være vanskelig å oppnå en bestemt frekvensrespons og dermed ...
• Har potensial til å koste mer minne / CPU bruk

Så å velge en FIR over en IIR (eller omvendt) bør avgjøres fra tilfelle til sak. Videre, akkurat som vi hadde forskjellige IIR-filtre, kan vi også ha variasjoner på FIR-filtre også.

Windows

Nei, ikke operativsystemet! Windows i FIR-filterdesign er måten vi bestemmer hvor nøyaktig det endelige punktet i en FIR er. Eller skal vi si hvor vi vil ha det endelige punktet å være.

Hva sa du?

Husk opp der vi sa at FIR-filtre ikke er veldig gode til å oppnå spesifikk frekvensrespons? Vel, IIR-filtre er gode på denne jobben, men vi vil at de skal være endelige. Siden de aldri setter seg til null, må vi gjøre dem ved å avkorte impulsen. Voila null! Denne virkningen av avkorting kalles windowing.

The Ideal Filter (Sinc) Impul Response (Wikipedia)

FIR-filtre er vanligvis basert på det ideelle filteret (se forrige artikkel), og blir deretter avkortet for å få en endelig impulsrespons. Det er imidlertid mer enn en måte å vindue en impuls.

Nå som vi vet hva vinduet er, la oss ta en titt på de forskjellige vinduene som er tilgjengelige for å se hvordan de påvirker det ideelle filteret.

rektangulære

Det rektangulære vinduet (noen ganger kalt en boxcar) er langt den mest grunnleggende windowing tilnærmingen tilgjengelig. Hvorfor? Fordi det jevnt veier alle verdiene i rektangelet (vinduet) og kutter ut alt utenfor det.

Høres bra ut? Vel, dessverre er dempingen ikke veldig bra. Legg i overshoot og ring og det kan høres bare styggt.

Så hvorfor bruke det? Fordi de har det skarpeste overgangsbåndet og svært selektive av bestemte frekvenser.

• Dårlig demping (vanligvis bare 20 dB / oktav)
• Forårsaker ringing og overskygging på transienter
• Har den bratteste overgangen mellom passbåndet og stoppbåndet
• Kan enkelt velge bestemte frekvenser
• Best brukt når du trenger lineær fase fjerning av svært spesifikke frekvenser
• Utmerket for å oppdage transienter

Rektangelvindu (Wikipedia)

Hanning og Hamming

Disse vinduene brukes når du trenger en rettferdig bit av selektivitet. Forskjellen mellom de to er at Hanning når null mens Hamming ikke er helt. Hammingen er litt mer selektiv enn motstykket, mens lekkasjen er lavere på Hanning. Den eneste store ulempen er at begge vinduene har en tendens til å smøre transienter.

• Moderat demping og selektivitet gjør det vanlig i telekommunikasjon.
• Fungerer som generell lineær fase tone shaper.
• Utfører bedre på jevnere kilder som ikke inkluderer skarpe transienter, for eksempel bass.

Hanning Window (Wikpedia)

Blackman-Harris

Hvis det var et generelt formål, ville det trolig være Blackman-Harris. Det gir god demping og god selektivitet. Visst, det er ikke så kirurgisk som et rektangel, eller til og med en Hanning, men det kan fortsatt fokusere godt nok til lydformål.

• Felles som en lineær fase EQ tone kontroll
• Gode ​​dempningsegenskaper
• Ikke høyt kirurgisk, men ikke for bredt heller
• Kan håndtere et bredt spekter av kilder godt (jevn til svært forbigående)

Blackman-Harris Window (Wikipedia)

Notater om Lobes

Hvis du har lagt merke til, har en FIR-filterfrekvensrespons disse veldig merkelige og veldig stygge lobes som oppstår. Dette er bare gjenstander av FIR-filteret og kan ikke unngås. Ulike vinduer produserer forskjellige størrelser og intensiteter av lobes, men de vil fortsatt vedvare.

Når vi bestemmer hvor mye demping vinduet kan oppnå, måler vi fra toppen av løpene. De fleste EQer tegner denne linjen og ikke lobene selv, derfor hvorfor du ikke ser dem i pluginet ditt!

dB vs Frekvens av ulike vinduer (Wikipedia)

Konklusjon

Som du kan se, blir FIR-filtre, mens de brukes til samme formål som IIR, laget på en helt annen måte. Mens vi dekket hovedvinduets funksjoner her, er det en rekke tilgjengelige alternativer for å forme impulssvaret, hver med sine egne fordeler og ulemper. Det er enda forskjellige metoder enn vinduene å lage en FIR, men for lyd er de litt for esoteriske å bli sett.

Det store tegnet for oss som lydingeniører er at nesten alle FIR vi bruker er laget for å være lineær fase. Dette kommer selvfølgelig med ulempen ved forsinkelse. Men med mindre du blander live, bør du enkelt kunne leve med forsinkelse.

Bare vær sikker på at du velger et vindu som passer dine behov. Trenger du forbigående nøyaktighet over alt annet? Kanskje for en tilpasset de-esser? Gå rektangel. Trenger du noe hakkfilter? Hanning og Hamming er gode spill. Bare generell tonekontroll? Roll med en Blackman-Harris.

Så gå ut deres og velg FIR som passer for deg! Takk for at du leste.