Filtrai

[Belas]

Netikėtai bičiulis Dmitrijus S. Elektronika.lt forume paminėjo skaitmeninių FIR tipo filtrų ypatumą –
FIR yra problema su užlaikymu ir pre-ringing (nes lygtis to reikalauja).

Apie šį reiškinį esu skaitęs, žinau Suomijos technologijų universitete atliktų tyrinėjimų rezultatus, esu klausęs GAS su skaitmeniniais filtrais ir diskutavęs su filtrų projektuotojais. Žemiau mano komentaras.

Paminėtas labai svarbus dalykas.
Pre-ringing problema ateina kartu su simetrine FIR filtrų impulsine charakteristika. FIR filtrai yra “kompiuteris”, kuriam reikia laiko suskaičiuoti fazę bei išlyginti FR. Kartu su signalo užlaikymu, krosoveris sugeneruoja signalą, kurio įėjime net nebuvo ir tai yra pre-ringing. Jei su bendruoju signalo užlaikymu galima susitaikyti, tai pre-ringing išvengti nepavyks; sumažinti parazitinę įtaką galima mažinant filtro selektyvumą, arba naudoti FIR tik žemesniuose dažniuose. GAS su FIR galima suderinti vienam klausymosi taškui, tačiau išėjus iš to taško per nedidelį atstumą, sistema su FIR išsiderina labiau už IIR (tyrimuose buvo nustatytas girdimas parazitinis efektas esant 0,02 ms ar didesniam ausų paslinkimui nuo suderinto taško).

Pernai lankiausi pas Toru Okadą Japonijoje. Mano vertinimu, tai viena sudėtingiausių ir brangiausių pasaulyje GAS. Ši 5-juostė su Goto draiveriais ir su 8 metrų ilgio ŽD ruporu, prasidedančiu už namo akmens kalno šlaite, kur žemuosius generuoja 3 Goto žemadažniai. Toru inžinierius-darbštuolis. Pavydėtino užsispyrimo, bet kartu atviras diskusijoms. Savo sistemai pasirinko IIR filtrus ir tik ŽD modulyje dirba įrenginys su FIR. Pas Toru mačiau profesionalų Sony projektorių kino filmams, o tada reikalingi infra-žemieji – štai kodėl sistemoje atsirado didieji Diaton infra-ŽD garsiakalbiai ir D-klasės stiprintuvas su FIR iki 40 Hz. Sistemą maitina autonominė 40 kVA “elektrinė”, o CD grotuvas su rubininiu taktiniu generatoriumi džiteriui sumažinti.
Klausėme įvairią muziką. Taip pat labai brangų stiklinį CD diskelį su aukso amalgama, kuriame kažkur Prancūzijoje buvo įrašyti vargonai – tokio CD nebuvau matęs. Taip pat paminėsiu, kad laisvalaikiu Toru O. pats groja pučiamųjų orkestre.
Apie IIR ir FIR taip pat diskutavome su Accuphase vedančiuoju konstruktoriumi M.M. Suzuki, kai lankiausi pas juos gamykloje. Šnektelėjome ir apie jų gaminamus skaitmeninius IIR filtrus. Nors FIR sukonstruoti paprasčiau, Accuphase tokių filtrų gaminti neketina.

Jei Vilmantas Dūda sako, kad jam pavyko nugalėti teoriją, reikštų vieną – jis parinko optimalius FIR parametrus ir priartėjo prie teorinių FIR galimybių. Bus įdomu paklausyti bičiulio Vil sistemą, patirti naujų audiofilinių džiaugsmų su Goto ir su FIR krosoveriais, bet pirma turiu sulaukti pakvietimo.

T. Okados audio sistemos struktūrinė paveikslėlyje, tik šiuo metu sistemoje naujausi Accuphase DF-58 krosoveriai su IIR filtrais:

Apie Toru Okados GAS skaitykite: http://okada.music.coocan.jp/

• This topic was modified 2 years, 7 months ago by Belas.

[Belas]

Noriu aptarti tokį konstruktoriaus Vilmanto Dūdos teiginį:

Viskas turi savo paskirti . Sakykim prie placiajuoscio norint prijungti tweeteriuka geresnio sprendimo kaip mazas keliu uF kondas nesugalvosi. Koks nors FIR krosoveris cia bus perdetine jega. Bet turint komplikuota 4 ar 5 juostu sistema lanksti DSP filtracija yra puikus irankis. 3 versija mano naudojamo filtro leidzia tureti ne tik 96dB bet jau ir maximaliausiai statu brickwall tipo filtra.

Kuo selektyvesnis FIR, tuo ryškesni tokio filtro trūkumai. Kalbu apie tai, kad selektyvus FIR gerai dirbs siaurame klausymosi taške, bet bus prastesnis už IIR filtrą. Komentarą grindžiu teoriniu FIR/IIR suvokimu, o taip pat eksperimentine medžiaga, kai Suomijos universitete buvo tyrinėjamas įvairaus selektyvumo FIR crosoverių garsas ir buvo lyginama su IIR ir analoginiais L-R (Linkwitz-Riley) filtrais.
Pagrindinė problema yra FIR filtrų pre-ringing, kai susigeneruoja papildomas signalas, kurio įraše nėra. Kadangi parazitinis signalas atsiranda dar prieš muzikinį signalą, sugeneruotas garsas lieka neužmaskuotas. Ryškiausiai FIR ringing fenomenas buvo girdimas klausant kastanetų įrašus. Analoginių L-R, o taip pat skaitmeninių IIR filtrų impulsinė ch-ka asimetrinė, todėl krosoverių faziniai iškraipymai maskuojami signalo ir stebima mažesnė garso kokybės degradacija net su didelio selektyvumo filtrais.
Buvo tyrinėta FIR ringing problema visame dažnių ruože ir nustatyta, kad mūsų klausa mažiau jautri FIR filtrams, dirbantiems ŽD ruože. Ši išvada dera su žinomais psicho-akustiniais žmogaus klausos ypatumais.
Ištrauka iš tyrinėjimų aprašymo:Kartais Vilmanto D. komentarus galima suprasti, kad FIR yra siekiamybė. Galiu pakartoti ką esame aptarę – kolonėlių projektas turi prasidėti nuo akustikos, o filtrams bei elektronikai palikti kuo mažiau neišspręstų problemų.

Daugiajuostės turi kitų problemų.
V. D. paminėjo super-selektyvius 96 dB/oct filtrus, bet joks FIR negalės plačiai išdėliotų daugiajuostės AS modulių priversti skambėti iš vieno taško. Daugiajuostė, o ypatingai su plačiai išdėstytais dideliais ruporais, yra lyg atskiros kolonėlės, kai to paties instrumento garsas ir garso harmonikos bus spinduliuojamos iš skirtingų vietų. Daugiajuostėje AS violončelė ar fagotas akustiškai bus “išsipūtę” ir garso lokalizacija bus prasta. AS modulių persidengimą galima sumažinti selektyviais IIR arba FIR skaitmeniniais filtrais, tačiau daugiajuosteje GAS išliks spinduliavimo iš daug taškų problema ir muzikinės scenos atkūrimas bus prastas.
Dar jis pasakė –
per kelias minutes FIR fitra galime pakeisti keliu tipu IIR filtrais ir palyginti. Pluginas leidzia ta padaryti. Kas kaip nori ir megsta taip gali ir tureti.

Matyt kalbama apie užvėlinimą (latency), bet aš nežinau būdų, kaip kompiuterinį (programinį) FIR filtrą būtų galima paversti aparatūriniu IIR.
Kastanetų garsas.

• This reply was modified 2 years, 7 months ago by Belas.

[Belas]

Rinkoje vis daugiau aktyvinių kolonėlių, todėl verta pažvelgti giliau.

Daugiajuostėms kolonėlėms filtrai būtini, tačiau filtrai kenkia kitiems parametrams. Šia prasme, aktyvinės AS yra geriausias sprendimas. Aktyvinėms reikia daugiau galios stiprintuvų, tačiau čia tinka mažesnės galios pigesni stiprintuvai. Priskaičiuotumėme per 10 “active vs passive” privalumų, bet iš svarbiausių paminėčiau kelis kartus didesnį maksimalų garsumą su tos pačios galios stiprintuvais ir aukščiausią galimą garsiakalbių elektrinį slopinimą. Labai jautrius bičiulius galėtų raminti sumažėjęs geidulys pirkti egzotinius AS laidus – aktyvinėse su stiprintuvais viduje sprindis laido gali būti iš Cu, Ag, Au arba iš Al.

Aktyviniai filtrai leidžia eliminuoti daug svarbių pasyvinių GAS trūkumų. Esu tikrinęs, žinau kad teorija neklysta, bet rekomenduoti rinktis kažkurią aktyvinę nuo prekystalio būtų neatsakinga. Neseniai demonstravau Altec-19 aktyviniame jungime, klausė 7 svečiai, bet negalėjau pademonstruoti kaip mano Altec-19 skambėtų su gamykliniais pasyviniais filtrais…

Aktyvinės įsitvirtino įrašų studijose, bet matome daug buitinių aktyvinių kolonėlių. Pagrinde tai dvijuostės lentyninės AS, kurias gretimoje erdvėje paminėjo bičiulis ir teiravosi nuomonių apie aktyvines. Klausimą užbaigė pateikdamas KEF LSX mažiausių aktyvinių nuotrauka – matyt tokias norėtų įsigyti.

Sustokime prie aktyvinių buitinių.
KEF mažylės yra geros AS. Tyrinėdamas pasyvines LS50 (1200 €) buvau pajungęs prie Blue Sound Node strymerio su D klasės 60 W stiprintuvais. Pajungus prie galingo Threshold Stasis 2 galios stiprintuvo garsas buvo akivaizdžiai geresnis. “Geras stiprintuvas” kainuoja 5000, todėl atsiranda buhalterinė disproporcija. LS50 garsą būtų galima pagerinti dar labiau pajungus aktyviniame režime, bet geras krosoveris dar 5000, reikėtų dar vieno stiprintuvo. Galėtume patikrinti kaip veikia teorija, bet tai neracionalus kelias.
LS50 turi aktyvinį brolį LS50 Wireless II (2800 €). Dvigubai sumokėjęs vartotojas gauna galios stiprintuvus ir krūvą DSP teikiamų savybių. Aktyvinis krosoveris ir stiprintuvai nebus aukštos klasės, bet masiniam vartotojui pirmiausia reikia patogumo už nebrangiai. Gamintojas (KEF) siekia parduoti, o ne įrodyti aktyvinės ar pasyvinės yra geresnės.

Ar išbandžius LS50 ir LS50 Wireless II galima suprasti kurias reikia pirkti?
Nepavyks. Arba tai bus tik kažkieno asmeninis pasirinkimas. Būtų galima tikrinti kaip skambėtų kažkokie Genelec monitoriai su pasyviniais filtrais, bet niekas nesiims savo Dženelekams konstruoti pasyvinius filtrus teorijai patikrinti. Lyginti skirtingų modelių aktyvines kolonėles yra dar grubesnis reikalas.
Ieškantys aukščiausios garso kokybės žmonės paprastai keliauja į didelio jautrio kolonėlių zoną. Neblogas variantas patikrinti būtų nusipirkti pramonines pasyvines AS, kurioms gamintojas turi ir aktyvinius filtrus.

Westlake Audio gamina puikias AS. Toms iš aukščiausios lentynos jie siūlo nusipirkti aktyvinius krosoverius ir bandyti pagerinti garsą. Esu klausęs labai geras 2-juostes Tower-12, kurioms gamintojas parduoda MRX-2 aktyvinius krosoverius. 2010 m. kainyne nurodyta 49.888 $ pasyvinių Tower-12 kaina, o papildomai aktyvinis krosoveris kainavo 23.700. Pastačius šalia pasyvinę ir aktyvinę GAS su Westlake Tower-12 atsakymą rastumėte, bet tokios prabangos reikėtų ieškoti JAV gamintojo perklausų kambaryje. Arba patikėti ką esu parašęs.

                                                                       ^{Westlake Audio Tower-12 kolonėlės būna pasyvinės arba aktyvinės.}

• This reply was modified 1 year, 4 months ago by Belas.

[Belas]

Aktyvines ir pasyvines GAS plačiai apžvelgė Philip Newell ir Keith Holland Loudspeakers For Music Recording and Reproduction knygos Active versus passive crossovers skyriuje.
Kviečiu perskaityti ką parašė britų Akustikos instituto bendradarbis, Audio Inžinierių Organizacijos narys, daugelio knygų autorius kartu P. N ir jo kolega – Garso ir Vibracijų tyrinėjimų instituto lektorius, profesorius K. H. Bus tiksliau, jei įkelsiu knygos kalboje.

The list of advantages in favour of active crossovers and multi-amplification is impressive:
1) Loudspeaker drive units of different sensitivities may be used in one system without the need for lossy resistive networks or transformers. This can be advantageous because drive units of sonic compatibility may be electronically incompatible in passive systems.
2) Distortions due to overload in any one band are captive within that band, and cannot affect any of the other drivers.
3) Occasional low frequency overloads do not pass distortion products into the high-frequency drivers, and instead of being objectionable may, if slight, be inaudible.
4) Amplifier power and distortion characteristics can be optimally matched to the drive unit sensitivities and frequency ranges.
5) Driver protection, if required, can be precisely tailored to the needs of each driver.
6) Complex frequency response curves can easily be realised in the electronics to deliver flat (or as required) acoustic responses in front of the loudspeakers. Driver irregularities can, except if too sharp, be easily regularised.
7) There are no complex load impedances as found in passive crossovers, making amplifier performance (and the whole system performance) more dynamically predictable.
8) System intermodulation distortion can be significantly reduced.
9) Cable problems can be dramatically reduced.
10) If mild low frequency clipping or limiting can be tolerated, much higher SPLs can be generated from the same drive units (vis-α-vis their use in passive systems) without subjective quality impairment. (See 2) and 3) above.)
11) Modelling of thermal time constants can be incorporated into the drive amplifiers, helping to compensate for thermal compression in the drive units, although they cannot totally eliminate its effects.
12) Low source impedances at the amplifier outputs can damp out-of band resonances in drive units, which otherwise may be uncontrolled due to the passive crossover effectively buffering them away from the amplifier.
13) Drive units are essentially voltage-controlled, which means that when coupled directly to a power amplifier, (most of which act like voltage sources) they can be more optimally driven than when impedances are placed between the source and load, such as by passive crossover components. When ‘seen’ from the point of view of a voice coil, the crossover components represent an irregularity in the amplifier output impedance.
14) Direct connection of the amplifier and loudspeaker is a useful distortion reducing system. It can eliminate the strange currents which can often flow in complex passive crossovers.
15) Higher order filter slopes can easily be achieved without loss of system efficiency.
16) Low frequency cabinet/driver alignments can be made possible which, by passive means, would be more or less out of the question.
17) Drive unit production tolerances can easily be trimmed out.
18) Driver ageing drift can easily be trimmed out.
19) Subjectively, clarity and dynamic range are generally considered to be better on an active system compared to the passive equivalent (i.e. same box, same drive units).
20) Out of band filters can easily be accommodated, if required.
21) Amplifier design may be able to be simplified, sometimes to sonic benefit.
22) In passive loudspeakers used at high levels, voice-coil heating will change the impedance of the drive units, which in turn will affect the crossover termination. Crossover frequencies, as well as levels, may dynamically shift. Actively crossed-over loudspeakers are immune to such crossover frequency changes.
23) Problems of inductor siting (to minimise interaction with drive unit voice coils at high current levels) do not occur.
24) Active systems have the potential for the relatively simple application of motional feedback, which may come more into vogue as time passes.

Paminėti ir pasyvinių sistemų privalumai, bet jie su išlygomis.
Conversely, the list of benefits for the use of passive, high level crossovers for studio monitors would typically consist of:
1) Reduced cost? Not necessarily, because several limited bandwidth amplifiers may be cheaper to produce than one large amplifier capable of driving complex loads. What is more, the passive crossovers for the 1000 watt Kinoshita studio monitors cost over 3000 euros each.
2) Passive crossovers are less prone to being misadjusted by misinformed users, who think that crossovers are some sort of ‘adjust to taste’ tone controls. On the other hand, passive systems have a tendency to misadjust themselves with age.
3) Simplicity? Not really, because very high quality, passive, high level crossovers can be hellishly complicated to implement, not to mention the amplifiers which are needed to drive them.
4) Ruggedness? No, because the electrolytic capacitors (necessary for the large values) are notorious for ageing, and gradually changing their values.

• This reply was modified 1 year, 4 months ago by Belas.

[Author]

Posts