ГВЗ при разностной фильтрации?

[VladimirV]

Просьба к корифеям схемотехники и математики дать пояснение:
Допустим у нас активный двухполосный кроссовер на частоту 300 Гц. НЧ канал образуется ФНЧ Баттерворта второго (как вариант - четвертого) порядка. А СЧ-ВЧ полоса - вычитанием из входного сигнала того, что нафильтрует выше упомянутый фильтр. Известно, что ФНЧ дает сдвиг фаз, сопоставимый с внесением группового времени задержки на такой частоте до нескольких миллисекунд (на четвертом порядке вдвое больше). А вот дальше у меня все спуталось. Если канал СЧ-ВЧ образуется на сумматоре-вычитателе, то сумма каналов СЧ-ВЧ и НЧ при пропорциональном суммировании даст исходный входной сигнал в любой момент времени. Просто по определению обратимости операции суммирования. И задержка, формируемая в ФНЧ, какой бы она ни была, никак на результат не повлияет. (Хотя она повлияет на величину подавления НЧ-компонент в канале СЧ-ВЧ за счет того, что вычитаемое (канал НЧ) сдвинуто по времени относительно уменьшаемого (входной сигнал), поэтому в разности (канале СЧ-ВЧ) будет содержаться какая то часть НЧ компонент).
Вопрос первый: тогда относительно чего это ГВЗ отсчитывается?
Вопрос второй: если линейные каналы полосного усиления и их динамики не добавляют никаких новых фазовых сдвигов и динамики коаксиальны - мы на звуке получим исходный сигнал, как если бы у нас была бы одна полоса с идеальным ШП-динамиком? Если не получим - то почему?
Вопрос третий: фильтры высоких порядков дают на АЧХ разного рода всплески и спады разной формы. Но если вторая, дополняющая полоса формируется вычитанием этой не вполне гладкой АЧХ из входного сигнала, то после суммирования полос мы по любому получим идеальную АЧХ, не зависимо от кривизны АЧХ ФНЧ у границы раздела? Если нет - то почему?
И самое интересное: кто-нибудь моделировал на симуляторах такой фильтр? Очень бы хотелось взглянуть на получаемые АЧХ и ГВЗ в полосных каналах и в сумме на выходе.

[SilentS]

sia_2, это тот случай, когда решение проблемы будет страшнее самой проблемы ;)

[_Сам_]

решение проблемы будет страшнее самой проблемы ;)

С другой стороны построение фазолинейного кроссовера методом вычитания на мой взгляд вообще бессмысленная затея. Да, электрическая фазолинейность получится. Сложив электрические сигналы на выходе кроссовера мы получим такой же меандр как на входе. А смысл? После кроссовера сигнал пойдет на динамики с разными АЧХ/ФЧХ и суммарный акустический сигнал потеряет всю фазолинейность.

[sia_2]

Offтопик:
и я примерно о том же, см. замечание в конце второй ссылки.

[VladimirV]

А смысл? После кроссовера сигнал пойдет на динамики с разными АЧХ/ФЧХ и суммарный акустический сигнал потеряет всю фазолинейность.

Не факт. А если динамики хорошие с ровной АЧХ внутри своей полосы?

Собственно, о чем сыр-бор, я хотел бы пояснить, что говорят и пишут корифеи о низких порядках полосовых фильтров для НЧ-динамика:
На 109-м конгрессе AES выступил с большой лекцией известнейший в аудиомире специалист Флойд Туле (корпорация Harman, США). Лекция называлась "Акустика и психоакустика громкоговорителей и помещения: стереопрошлое и многоканальное будущее".
В изложении содержимого лекции устами И.Алдошиной, там обсуждался аспект заметности неравномерности АЧХ и резонансов в чувствительном для психоакустики диапазоне единиц килогерц. И приведен такой пассаж:
"Слышимость резонансных пиков на АЧХ в зависимости от их амплитуды, частоты и добротности (ширины) многократно исследовалась на разных видах музыкальных программ (особенно четко слух выявляет наличие пиков на АЧХ на розовом шуме), что позволило установить пороги слышимости для этих видов искажений. Эксперимент был организован таким образом, что на определенном программном материале, например, звучании симфонического оркестра, в акустические системы подмешивались резонансные пики разной высоты и ширины в различных частотных областях. При этом менялись их параметры и определялись слуховые пороги их заметности. Результаты показаны на рисунке 7, за нулевой принят средний уровень программного материала. Оказалось, что слух наиболее чувствителен к широким пикам (с малой добротностью Q = 1)в области 2...3 кГц. Даже, когда амплитуда этих пиков на 20 дБ ниже среднего уровня, они уже замечаются слухом как тембральное окрашивание. Наименее чувствителен слух к узким пикам (Q = 50), они могут быть даже на 2...3 дБ выше среднего уровня – отсюда допустимая неравномерность для систем категории Hi-Fi составляет 2дБ. В многополосных системах иногда возникает ситуация, когда за счет фильтрации уровень АЧХ, например,низкочастотного громкоговорителя, понижается после частоты среза на 12 дБ/окт, но, если низкочастотный громкоговоритель имел резонансные пики на АЧХ, они могут быть ослаблены до величины меньше, чем 20 дБ, и будут восприниматься как окрашивание (чаще всего это замечается на голосе). При этом суммарная АЧХ акустической системы будет гладкой. " конец цитаты.

Так что американцем изложена типовая проблема - даже второй порядок отреза полосы НЧ-динамика оставляет на нем режим зонной работы диффузора, генерирующего частные резонансы как раз в полосе СЧ - но с весьма малым уровнем. На АЧХ мы этих резонансов не видим - они закрыты основными тонами СЧ-полосы музыки, но уши наши в силу психофизических особенностей эти резонансы слышат! Причем то, что чаще всего эти резонансы слышны на голосе - как раз и может определять причину проигрыша многополосных АС широкополосникам на вокале. Вот я и думаю, как бы этих резонансов избежать.

[sia_2]

Будете смеяться, у большинства промышленных АС вменяемого ценового диапазона паразитные резонансы не только динамиков, но и корпусов существенно превосходят пороги заметности, и их там много. На слух при доводке просто подбирают их относительную величину между собой, чтобы уж очень не выпирали. И у классических широкополосников, кстати, паразитные резонансы тоже есть, просто сосредоточены выше 500-800 Гц, они хорошо видны приборно при снятии АЧХ без сглаживания на открытом воздухе.
Уборка этих всех вещей с одной стороны, резко повышает истинное разрешение, но уменьшает субъективную громкость и яркость звучания. Колонка становится "скучной" на малой громкости для большинства фонограмм, как фотопортрет, на котором видны все поры и волоски.

[_Сам_]

А если динамики хорошие с ровной АЧХ внутри своей полосы?.

динамики, которые не крутят фазу и обладают идеальной АЧХ, это из области фантастики. Так же как Санта-Клаус.

даже второй порядок отреза полосы .

потому и пишут, что если вдруг удалось свести первым порядком, вам дико, невероятно, сказочно повезло с динамиками. На практике даже 2-го мало чтобы отрезать "каку". Чаще всего требуется 3-й и выше порядок фильтрации

Я только не понял, каким боком тут возникли вопросы к ГВЗ. ГВЗ это про другое. Даже если вдруг удалось АЧХ сделать плоской как стол, то кривое ГВЗ всё равно будет вызывать дисперсию частот по времени. Многотональный сигнал будет искажаться при передаче.

[sia_2]

Именно так. Плюс, как правило, пара-тройка режекторов на самые противные резонансы.

[Dzymytch]

Не факт. А если динамики хорошие с ровной АЧХ внутри своей полосы?

Собственно, о чем сыр-бор, я хотел бы пояснить, что говорят и пишут корифеи о низких порядках полосовых фильтров для НЧ-динамика:
На 109-м конгрессе AES выступил с большой лекцией известнейший в аудиомире специалист Флойд Туле (корпорация Harman, США). Лекция называлась "Акустика и психоакустика громкоговорителей и помещения: стереопрошлое и многоканальное будущее".
В изложении содержимого лекции устами И.Алдошиной, там обсуждался аспект заметности неравномерности АЧХ и резонансов в чувствительном для психоакустики диапазоне единиц килогерц. И приведен такой пассаж:
"Слышимость резонансных пиков на АЧХ в зависимости от их амплитуды, частоты и добротности (ширины) многократно исследовалась на разных видах музыкальных программ (особенно четко слух выявляет наличие пиков на АЧХ на розовом шуме), что позволило установить пороги слышимости для этих видов искажений. Эксперимент был организован таким образом, что на определенном программном материале, например, звучании симфонического оркестра, в акустические системы подмешивались резонансные пики разной высоты и ширины в различных частотных областях. При этом менялись их параметры и определялись слуховые пороги их заметности. Результаты показаны на рисунке 7, за нулевой принят средний уровень программного материала. Оказалось, что слух наиболее чувствителен к широким пикам (с малой добротностью Q = 1)в области 2...3 кГц. Даже, когда амплитуда этих пиков на 20 дБ ниже среднего уровня, они уже замечаются слухом как тембральное окрашивание. Наименее чувствителен слух к узким пикам (Q = 50), они могут быть даже на 2...3 дБ выше среднего уровня – отсюда допустимая неравномерность для систем категории Hi-Fi составляет 2дБ. В многополосных системах иногда возникает ситуация, когда за счет фильтрации уровень АЧХ, например,низкочастотного громкоговорителя, понижается после частоты среза на 12 дБ/окт, но, если низкочастотный громкоговоритель имел резонансные пики на АЧХ, они могут быть ослаблены до величины меньше, чем 20 дБ, и будут восприниматься как окрашивание (чаще всего это замечается на голосе). При этом суммарная АЧХ акустической системы будет гладкой. " конец цитаты.

Так что американцем изложена типовая проблема - даже второй порядок отреза полосы НЧ-динамика оставляет на нем режим зонной работы диффузора, генерирующего частные резонансы как раз в полосе СЧ - но с весьма малым уровнем. На АЧХ мы этих резонансов не видим - они закрыты основными тонами СЧ-полосы музыки, но уши наши в силу психофизических особенностей эти резонансы слышат! Причем то, что чаще всего эти резонансы слышны на голосе - как раз и может определять причину проигрыша многополосных АС широкополосникам на вокале. Вот я и думаю, как бы этих резонансов избежать.

Небольшое дополнение. Проблема наличия сильных резонансов в частотном диапазоне зонального излучения несколько сложнее, чем может показаться на первый взгляд. Задавить резонансы головок не составляет особого труда, подобрав подходящий вискоэластичный материал подвеса с высокими внутренними потерями. Для ПРО головок такой подход вполне годен, так как головки работают на повышенных уровнях мощности и на качество воспроизведения это вряд ли как-то скажется. Но для домашней системы, работающей на относительно низких уровнях, применение головок с вискоэластичными подвесами может привести к росту искажений из-за нелинейного поведения подвесов (для простейшего описания поведения вискоэластичны материалов можно применить простейшую RC цепь (модель Максвелла, Кельвина-Фойгта и т.д.), в или общем случае применяют производные дробных порядков). Поэтому выбирая головку для домашней системы, стоит хорошенько подумать, что будет сильнее влиять на качество звучания - выпирающий резонанс, который, в принципе, можно подавить обсуждаемыми здесь электронными средствам, или вискоэластичный подвес с непонятным поведением материала, влияние которого устранить невозможно.

[sia_2]

Совершенно верно по смыслу, только на практике, как назло, "вязкими" чаще делают как раз "домашние" головки в погоне за "красивыми кривыми" в даташитах

[Игорь Гапонов]

Ещё раз обращаю внимание публики, что условие ГВЗ (групповое время задержки)=const не является в общем случае условием отсутствия фазовых/временных линейных искажений.
Линейные искажения времени (частотная дисперсия задержки/опережения) для тайм-инвариантных систем отсутствуют, если ФЧХ прямая выходящая из точек npi (n=целые и ноль) при w=0 под любым углом к оси частот. Угол характеризует задержку/опережение, а n- инвертирование/неинвертирование сигнала во времени.

таким образом далеко не все фазолинейные ЧХ обеспечивают отсутствие линейных искажений времени.

Небольшое дополнение..

Обрати внимание, что оценка "слышимости пиков" из той лекции касается только тембральных аспектов звукопередачи. Будто на этом все слуховые ощущения, зависящие от ЧХ системы, кончаются

---------- Сообщение добавлено 16:34 ---------- Предыдущее сообщение было 16:15 ----------

... вискоэластичный подвес с непонятным поведением материала, влияние которого устранить невозможно.

Невозможно линейной коррекцией. будем точны. Вообще, влияние линейной коррекции на НИ (т.к. излучатели-то так или иначе объективно и заметно нелинейны), по всей видимости, удовлетворительно не изучено.

[Dzymytch]

Это да, выбор "невязких" головок для "домашнего" применения не так велик. Мне сначала было сложно в поверить, что вязкие подвесы на практике могут иметь столь критичное влияние, пока не встретил в работе Джона Вандеркооя и Мартиал Роуссеау экспериментальные графики зависимости смещения от времени.

[VladimirV]

динамики, которые не крутят фазу и обладают идеальной АЧХ, это из области фантастики.

Ну почему же? В узкой рабочей полосе вполне себе гладкие АЧХ. Проблемы начинаются за пределами рабочей полосы - потому и резать хочется покруче.

Я только не понял, каким боком тут возникли вопросы к ГВЗ.

А дело в том, что у той же Алдошиной в учебнике по музыкальной акустике написано, что фазовая чувствительность слуха в силу психоакустических особенностей заключена в основном к линейному росту фазы с частотой, т.е., грубо говоря к ГВЗ, а не к фазе в чистом виде. Поэтому кручение фазы на крутых спадах фильтра не столь пагубно для субъективного восприятия, как разность ГВЗ в полосах. Вот таким боком вопрос и возник. Хочется и рыбку съесть, т.е. и отрезать внеполосный сигнал, подаваемый на динамик, и вместе с тем не дать большой разбежки с ГВЗ по полосам.

[_Сам_]

и отрезать внеполосный сигнал, подаваемый на динамик, и вместе с тем не дать большой разбежки с ГВЗ по полосам.

дык есть же LR2, LR4, LR6... крутизна среза на любой вкус и никакой разбежки между полосами. ГВЗ у ВЧ и НЧ идентичны.

[Игорь Гапонов]

А дело в том, что у той же Алдошиной в учебнике по музыкальной акустике написано, что фазовая чувствительность слуха в силу психоакустических особенностей заключена в основном к линейному росту фазы с частотой, т.е., грубо говоря к ГВЗ, а не к фазе в чистом виде. .

даже в отсутствии оригинального контекста - очень спорное утверждение (в отличие от Вашей цитаты из лекции, что выше - там контекст совершенно понятен - тембральный аспект)

[ViktKors]

не встретил .. экспериментальные графики зависимости смещения от времени.

Это что.. Это просто жесткость подвеса, вклад которой для частот выше резонанса так или иначе падает.
Но конечно, реологические свойства - та еще зараза.
Для меня "моментом истины" стало наблюдение как отдача пищалки падала на 15-20 дБ при снижении подводимого уровня на 10 дБ.

---------- Сообщение добавлено 16:02 ---------- Предыдущее сообщение было 16:00 ----------

выбирая ..
выпирающий резонанс, который, в принципе, можно подавить обсуждаемыми здесь электронными средствам,
или вискоэластичный подвес с непонятным поведением материала, влияние которого устранить невозможно.

.. или динамик с чугуниевым диффузором и чувствительностью 70 дБ на ватте на метре

[Dzymytch]

Обрати внимание, что оценка "слышимости пиков" из той лекции касается только тембральных аспектов звукопередачи. Будто на этом все слуховые ощущения, зависящие от ЧХ системы, кончаются

Я к этому и клоню, что восприятие определяется суммой эффектов. К примеру, небезызвестный Джон Дэнлави считал, что АС, в первую очередь, должна иметь аккуратный импульсный отклик АС, и исходя из этого строил все свои системы (использовал фильтры первых порядком, а в начале 2000-ы перешел на проектирование ФИР фильтров, но завершить проект не успел ...). На деле же, оказывается, необходимо соблюсти некий тонкий баланс различных параметров системы, причем некоторые параметры не так очевидны (та же вискоэластичность).

Невозможно линейной коррекцией. будем точны. Вообще, влияние линейной коррекции на НИ (т.к. излучатели-то так или иначе объективно и заметно нелинейны), по всей видимости, удовлетворительно не изучено.

Возможно, оно так и есть. Специально этим вопросом не интересовался. Но одним глазом читал статьи, в которых были попытки осуществить цифровую коррекцию нелинейностей динамических головок, и даже были какие-то успехи (наверное там для коррекции что-то нелинейное использовалось).

[Игорь Гапонов]

1.Я к этому и клоню, что восприятие определяется суммой эффектов. На деле же, оказывается, необходимо соблюсти некий тонкий баланс различных параметров системы, причем некоторые параметры не так очевидны (та же вискоэластичность).


2. Возможно, оно так и есть. Специально этим вопросом не интересовался. Но одним глазом читал статьи, в которых были попытки осуществить цифровую коррекцию нелинейностей динамических головок, и даже были какие-то успехи (наверное там для коррекции что-то нелинейное использовалось).

1. Вот именно. В мягких мембранах (ленточки-изодины-хейлы-статы) НИ на высоких частотах необъяснимы без нелинейного характера распространения поперечных волн в мембранах. Собственно, и для "катушечников" тоже самое. Следует вспомнить, что Алдошина тоже писала (очевидно, ссылаясь как обычно не на свои исследования) о т.н. "структурном призвуке" ГГ (опять двадцать пять - тембральный аспект наше фсё ).

2. Принципиально, конечно, можно, т.к. это детерминированная нелинейность. . Более менее глубоко аспект затронут на НЧ - эмос и т.д.Но вот реализация для СЧ-ВЧ - таки да, инфы почти нет

[VladimirV]

даже в отсутствии оригинального контекста - очень спорное утверждение (в отличие от Вашей цитаты из лекции, что выше - там контекст совершенно понятен - тембральный аспект)

Раздел Восприятие звука. Основы психоакустики. Стр.119. Ссылка на исследования Блауерта по фазовой чувствительности слуха. Рядом рис. 3.2.11 - пороги слуховой чувствительности для ГВЗ. Очень рекомендую посмотреть - это интересно и важно. Текст не приведу - читаю в дежавю учебник.
Если есть желание поспорить - то это к авторам учебника Алдошиной и Питтсу. Он, кстати, рекомендован для ВУЗов при подготовке звукорежиссеров.

---------- Сообщение добавлено 18:21 ---------- Предыдущее сообщение было 18:15 ----------

ГВЗ у ВЧ и НЧ идентичны.

Взглянуть бы на фильтры, где ГВЗ у ВЧ и НЧ полос идентичны. Пока везде НЧ полоса очень сильно отстает от СЧ. Других фильтров не видал. Графики ГВЗ покажете, или написали так, от балды?

[Игорь Гапонов]

Раздел Восприятие звука. Основы психоакустики. Стр.119. Ссылка на исследования Блауерта по фазовой чувствительности слуха. Рядом рис. 3.2.11 - пороги слуховой чувствительности для ГВЗ. Очень рекомендую посмотреть - это интересно и важно. Текст не приведу - читаю в дежавю учебник.
Если есть желание поспорить - то это к авторам учебника Алдошиной и Питтсу. Он, кстати, рекомендован для ВУЗов при подготовке звукорежиссеров.

Спасибо за уточнение. Обе книги имею. Блауэрта - настольная иммено из-за обстоятельных ссылок на опыты и непредвзятой позиции при обсуждении своих и чужих эксп.данных. Есть более современные исследования Кунчура (http://boson.physics.sc.edu/~kunchur...ics-papers.htm), Причём, по его экспериментальной установке следует, что вводилось таки ФВЗ, а не ГВЗ в ВЧ звено - геом. смещение ВЧ ГГ. Оценка - тембральная, а пороги эти заметно меньше "общепринятых" - 5мкс. Получается, что в интерпретации групповой задержки для "бесконечно малой" полосы (по определению ГВЗ) в области 3кГц допустимая девиация ФЧХ порядка 5гр, т.е. +/- 2,5 гр. У Блауэрта гораздо интереснее примеры по порогам пространственной локализации источников в зависимости от бинауральной разности ФВЗ.

[Dzymytch]

Спасибо за уточнение. Обе книги имею. Блауэрта - настольная иммено из обстоятельных ссылок на опыты и непредвзятой позиции. Есть более современные исследования Кунчура

Последнее, что видел из современных работ по ГВЗ - статья 2018 года, согласно которой порог чувствительности по ГВЗ в частотном диапазоне 300-1000Гц - 1 мс, плюс повышенная чувствительность к изменениям ГВЗ при наличии НЧ компоненты.