Цифровые фильтры - это просто. Часть 1.
Невозможно представить никакой музыкальный редактор без эквалайзеров, и без фильтров низких частот, без фильтров высоких. Любая фонограмма практически всегда корректируется с помощью фильтров для согласования инструментов друг с другом или придания эмоциональной окраски музыкальному произведению.
С другой стороны аудиофилы (фанатичные любители чистого звука) страсть как не любят применять эквалайзеры при прослушивании музыки. Вот и попробуем разобраться почему это так. В чем слабые и сильные места различных видов цифровых фильтров.
В этой статье мы поговорим о применении цифровых фильтров в аудиотехнике. Поэтому сейчас мы дадим определение цифровых фильтров, о которых будем говорить в нашей статье.
Цифровые фильтры - это устройства (как аппаратные, так и виртуальные [программные]), предназначенные для выделения части частотного спектра цифрового аудио сигнала.
Фильтры по выполняемой задаче делятся на:
1) Фильтры низких частот (LP, Low Pass) - пропускают низкие частоты, т.е. те которые ниже заданной частоты.
2) Фильтры высоких частот (HP, High Pass) - пропускают высокие частоты, т.е. те которые выше заданной частоты.
3) Фильтры средних частот или полосовые фильтры (BP, Band Pass) - пропускают высокие частоты, т.е. те которые выше заданной частоты.
4) Заградительные фильтры (Reject Filter) - пропускают частоты выше и ниже заданной полосы частот.
У любого фильтра есть 2 области частот - та в которой он пропускает звук (полоса пропускания), и та, в которой он глушит его, не пропускает (область затухания). В идеале между этими двумя областями нет переходов (сигнал при переходе частоты в область затухания сразу исчезает на выходе). Но в реальных фильтрах уровень сигнала при переходе от полосы пропускания к полосе затухания постепенно спадает.
Возникает вопрос: а каковы размеры этой переходной области и на что они влияют?
Основой для расчета цифрового фильтра служит частота дискретизации. Граница полос фильтра может перемещаться от 0 Гц до половинного значения частоты дискретизации. Чем круче (резче) переход между границами областей пропускания и затухания, а также, чем уже полоса пропускания по сравнению с частотой дискретизации, тем больше вычислительных ресурсов пожирает фильтр.
Но это не единственный недостаток "сверхдобротных" фильтров. Добротность - степень крутизны перехода между границами вышеназванных областей, чем добротней фильтр - тем резче переход. При пульсирующих сигналах (тарелки, ударные), лежащих в полосе затухания, у таких фильтров на выходе возникает так называемый паразитный "звон".
Если входной сигнал имеет постоянную волновую форму и одинаковый уровень, то на выходе такого фильтра сигнала нет. А при резком изменении амплитуды (атака, спад) - на выходе фильтра возникает щелчок. И чем сильнее уровень сигнала в полосе затухания, тем громче щелчок (его и называют "звоном").
В зависимости от качества фильтра уровень щелчка тише, чем входной сигнал на 10-20 дБ (при размере переходной области 1-2 кГц и частоте дискретизации 88 кГц и выше).
Кроме частотной характеристики, фильтр имеет еще и фазовую.
Дополнительная информация для разработчиков и всех интересующихся:
Выходной каскад по ультралинейной схеме.