Объясните про фильтры, фазу и время

[ZugDuk]

Ничего не понимаю

Возьмем бас и мид. Считаем их идеальными динамиками, не поворачивающими ни фазу, ни АЧХ никуда.

Например частота раздела 100 Гц. На оба динамика навешаны фильтры LR 4 (Линквица Райли 4-го порядка). На бас LowPass, на мид HighPass.

Каждый из этих фильтров перекрутит фазу на 180 гр, только в разные стороны.
В результате получим общий переворот фазы на 360 гр. Что означает фазокогерентность (совпадение фазы на частоте раздела) и никуда никакой динамик переполюсовывать или сдвигать не нужно.

Но вопрос такой, что будет с частотами, допустим 10 и 1000 Гц? Звуки этих частот прилетят из динамиков к слушателю одновременно, или сначала прилетит 1000 Гц, а спустя некоторое врямя 10 Гц ?

[mixxxxxer]

Советую прекратить пользоваться умными словами типа "когерентность".

Phoenix, ето пять.. А строем нам не начать ходить?

[Nota Bene]

А строем нам не начать ходить?

Александр, давай посоветуем лучше Phoenixу ответить на вопрос от devisangela

А что за модули такие?

а то, похоже, что он как-то затерялся/замылился

[Nagema]

Nota Bene, ты не пропустил ли мой богатырский вопрос-то? :) Фазокогерентен мой раздел на ~150 герцах, или не фазокогерентен? :) Ведь с учетом фильтрОв уже картинка-то, сам понимаешь, микрофонная.

[AS79]

Договоритесь сначала о том ЧТО КОНКРЕТНО вы имеете в виду в более простых и понятных терминах.

Для нашего случая 2-х излучателей.
Когерентность - разность фаз постоянна.
Фазолинейность- производная от суммарной ФЧХ = const.
Фазокогерентность - не знаю что это

Примеры.
а) ФНЧ1 + ФВЧ1 когерентная фазолинейная система, импульсный отклик идеален. Сюда же входит обсуждаемый фильтр.
б) ФНЧ2 + ФВЧ2 когерентная не фазолинейная система, импульсный отклик искажен.
в) ФНЧ2 + ФВЧ3 (используется в АС) не когерентная не фазолинейная система, отклик сильно искажен.
Моя ИМХА, система должна быть фазолинейной ( когерентность сама получится)

[Nota Bene]

Фазокогерентность - не знаю что это

С Хобота:

Максим Диденко (MaxMan): ...вы объединяете такие абсолютно не взаимосвязанные характеристики, как линейность ФЧХ (линейную фазу) и фазокогерентность (согласование звучания ВЧ и СЧ динамика по времени)...
Максим Лядов: "Фазокогерентность" - такого термина в науке нет. Его придумали малограмотные аудиофилы c конференции hi-fi.ru. Просьба обсуждать его именно там.

С хихи.ру:

Евгений Мельников:

Фазокогерентность, это утопически-красивый термин, придуманный Реактивным (как понос) Снарядом (Санчесом).
Фазлолинейность, куда ни шло.

Фазолинейность и фазокогерентность есть разные понятия это вы все знаете, и самое главное их нельзя путать! Потому что только фазолиненая система не будет корежить сигнал. Сделайте элементарный экспеимент - поставте на входе УМ фазовращатель, ваша ситема (допустим ваша сиатема изначально есть фазо линейная ) станет точно фазо нелинейной, но останется фазо когерентной! и попробуйте все это послушать, Как говорят в Одессе - будет две большие разницы.

ООО "Техномайстер":

Фазокогерентный фильтр – не совсем корректное название фильтров, имеющих нулевую либо постоянную, либо линейно нарастающую ФЧХ. Опять-таки, в АС фазокогерентные свойства начинают проявляться только после акустического сложения полосных сигналов. Каждый же полосный сигнал (сабвуфера, мидбаса и т.д.), пройдя через фильтр, получает нелинейный фазовый сдвиг.
Только всепропускающий фазокогерентный фильтр не изменяет форму несинусоидального сигнала. Человеческое ухо чувствительно к форме музыкального сигнала даже в отсутствие нелинейных искажений.

Наконец, Phase coherent crossover networks by Nelson Pass

мой богатырский вопрос-то? Фазокогерентен мой раздел на ~150 герцах, или не фазокогерентен? Ведь с учетом фильтрОв уже картинка-то, сам понимаешь, микрофонная.

На этих частотах, ИМХО, "до лампочки"

[Phoenix]

Александр, давай посоветуем лучше Phoenixу ответить на вопрос от devisangela а то, похоже, что он как-то затерялся/замылился

Нет, я просто обдумывал свое сообщение, а то они у меня получаются многословными и, видимо, трудноусваяемыми Попробую ответить многословно, но попонятней...
1. Я ни черта не понимаю в электронике по сравнению с большинством участников обсуждения. И ей не занимаюсь. Поэтому найденные когда-то на просторах инета программные фильтры у меня не сохранились. Но в посте 72 данного обсуждения уважаемый mixxxxxer приводит пример работы с фазой в адобе, может, это поможет.
2. Тема разбилась на 2 неравные части: начали с активных фильтров продолжили акустикой. Причем, пока речь шла о фильтрах все со всеми во всем соглашались. Перешли к акустике, запутались в "фазах", "когерентности" и поплыли. Я позволил себе вмешаться именно потому, что увидел недостаточную договоренность в терминах и некорректную аналогию между электрическим сигналом, проходящим через фильтр и акустическим, регистрируемым нашим ухом.
2.1 Термины. Про фазу я уже написал, добавлю лишь, что при аналитическом решении задач распространения звука за ноль начальной фазы принимают начальную фазу колебания источника, в нашем случае - динамика.
Когерентность - постоянство разности ПОЛНЫХ фаз.
Поскольку полная фаза имеет несколько составляющих различают пространственную и временную когерентность.
Источник обладает ПРОСТРАНСТВЕННОЙ когерентностью, если для 2 любых точек пространства разность полных фаз постоянна во времени.
Источник обладает ВРЕМЕННоЙ когерентностью, если для любой точки пространства разность полных фаз колебаний, взятых с фиксированной разницей во времени постоянна и зависит только от разницы времен регистрации.
2.2 Электрическая аналогия.
Электрический сигнал - это одномерная функция, зависящая только от времени. Чаще всего такой функцией является ток. Прохождение сигнала через фильтр описывается одномерным уравнением, решение так же зависит только от времени. Фурье-анализ - всего лишь математический аппарат, применяемый для решения этого уравнения. Введенные в нем функции АЧХ и ФЧХ относятся к УСТАНОВИВШЕМУСЯ РЕЖИМУ колебаний и описывают преобразования строго периодических на бесконечном промежутке времени сигналов. Для вычисления преобразования непериодического сигнала преобразование фурье необходимо делать "в лоб", получить при этом аналоги АЧХ и ФЧХ нельзя.
К чему я это все клоню? Да к тому, что звуковой сигнал еще сложнее по своей структуре. Звук характеризуется 2 полями параметров: полем давлений и полем скоростей. Оба они 3-х мерны, второе еще и векторное. Но, что самое противное, ни одно из них не является интересным. Интересна ГРОМКОСТЬ сигнала, зависящая от обоих полей.
Поэтому, строго решать задачу о звуковом поле 2 излучающих динамиков надо, решая "в лоб" волновое уравнение для давления с источниками и граничными условиями, находя колебательную скорость из уравнения движения среды
, а затем вычисляя интенсивность звука. Складывать АЧХ и ФЧХ динамиков НЕЛЬЗЯ!
Ужас, правда? Просто крах всех теорий...
Основное допущение, которое используется при решении акустических задач - сигнал считается квазипериодическим. Т.е. время звучания определенной ноты много больше ее периода и для нее процессы будут установившимися. Нетрудно понять, что даже для классической музыки, богатой чистыми тонами, такое квазистационарное приближение не имеет место. А исполнительская манера? А вибрато? Все те мелочи, которые делают музыку живой?
Во-вторых, навороты с громкостью через вычисление полей. Динамики к ушам никто не прикладывает, и слава Богу. Значит все слушают вдалеке, а там все почти сферично и известно, остается только учесть начальную фазу колебаний. А ее, хрен с ним, возьмем из квазипериодического приближения, все равно никто ничего не заметит. Однако, замечают. И начинают думать о фазолинейности, когерентности, смотреть на меандры... Это в теории электрических цепей показано, что для неискаженной передачи ПЕРИОДИЧЕСКОГО сигнала показано, что АЧХ должна быть константой, а ФЧХ в общем случае линейно зависеть от частоты. В акустике это не имеет место даже по физике, а на музыкальных сигналах и подавно.

Вот, что я имею вам сказать, уважаемые коллеги.
Курица сварилась, пока я все это писал, пойду поем.

Offтопик:
Да, я бы вас всех с удовольствием построил! И пели бы вы у меня когерентно! )))

[Nota Bene]

Курица сварилась, пока я все это писал, пойду поем.

Чувствуется фундаментальное университетское образование

Это в теории электрических цепей показано, что для неискаженной передачи ПЕРИОДИЧЕСКОГО сигнала показано, что АЧХ должна быть константой, а ФЧХ в общем случае линейно зависеть от частоты. В акустике это не имеет место даже по физике, а на музыкальных сигналах и подавно.

Что Вам известно об акустических измерениях MLS-методами и использования шумоподобных сигналов в качестве тестовых сигналов?
Их свертка и вычисление на их основе АЧХ и ФЧХ (не без участия численных Фурье-преобразований), совпадающее с измерениями на стационарных гармонических сигналах?

[Phoenix]

Что Вам известно об акустических измерениях MLS-методами и использования шумоподобных сигналов в качестве тестовых сигналов?
Их свертка и вычисление на их основе АЧХ и ФЧХ (не без участия численных Фурье-преобразований), совпадающее с измерениями на стационарных гармонических сигналах?

То, что это та же методология, только использующая аппарат обобщенных функций и призваная уменьшить влияние шумов на регистрируемый сигнал. Кстати, ее применение так же некорректно с точки зрения математики, используемые соотношения верны, опять же, только для сигналов бесконечной длительности и тестовых сигналов, имеющих белый шум во всей возможной области частот, а не до 22 кГц.

[Nota Bene]

Кстати, ее применение так же некорректно с точки зрения математики

Намекаете на эффект Гиббса?

Или на ограничения в применении теоремы Котельникова?

используемые соотношения верны, опять же, только для сигналов бесконечной длительности

И что? Мы же не от постоянки меряем

[anatol0]

Кстати, ее применение так же некорректно с точки зрения математики

Не вдаваясь в теоретический спор, тем не менее, эти способы измерения имеют хорошие практические подтверждения, например - в сравнении с безэховой камерой.

Offтопик:
Да, что-то далеко совсем от темы

[mixxxxxer]

Наиль, жалко вашего времени..

Phoenix, теорию обработки сигналов некоторые люди тут знают.. Если что подзабыли - всегда можно освежить (у меня учебник вообще на столе лежит во всякое время)..

Математика - наука об идеальном, инженерия - об искусстве реализации реального..

Утверждать всерьез, что современные теории обработки сигналов "не работают", имхо, глупо - бессчетные примеры вокруг нас, и без использования плодов этих теорий наша жизнь уже просто немыслима.

То, что "теория" описывает окр мир только приближенно - самоочевидно. Но на то (для все более лучшего приближения) у нас и есть много "вложенных" друг в друга теорий..

Впрочем, все это известно и без моих сентенций..

Вопрос - вы что сказать (предложить, утвердить и т.п.) хотели?

ЗЫ. Если суть проблемы "замылилась", напомню - мы тут вроде рассматривали проблему и различные аспекты акуст сложения излучения от двух (или более) динамиков, разнесенных в пространстве (напр, по вертикали лиц панели АС), установленных в некоторое акуст оформление, "питающихся" сигналами, прошедшими через соотвествующие полосные фильтры, и излучающими в типичную комнату для прослушивания (КДП) размерами эдак в 20-25 кв.м (и объемом под 50-60 кубов), более-менее нормально оформленную для целей прослушивания аудио (т.е. с "норм" для данных габаритов реверберацией, отсутствием сильных стояков, отражений и т.п.)..

В таком вот аспекте есть тема для обсуждения?

[Phoenix]

Выжимкой из моих слов будет: "фурье-анализ изжил себя, как методический подход к решению проблемы построения качественного громкоговорителя, не дав при этом четкого алгоритма построения АС с заранее предсказуемым ЗВУЧАНИЕМ".

Я позволил себе вмешаться именно потому, что увидел недостаточную договоренность в терминах и некорректную аналогию между электрическим сигналом, проходящим через фильтр и акустическим, регистрируемым нашим ухом.

1. Phoenix, теорию обработки сигналов некоторые люди тут знают..

2. Математика - наука об идеальном, инженерия - об искусстве реализации реального..

3. Утверждать всерьез, что современные теории обработки сигналов "не работают", имхо, глупо - бессчетные примеры вокруг нас, и без использования плодов этих теорий наша жизнь уже просто немыслима.

4.То, что "теория" описывает окр мир только приближенно - самоочевидно. Но на то (для все более лучшего приближения) у нас и есть много "вложенных" друг в друга теорий..

1. Не сомневаюсь и рассчитываю на это.
2. Между ними лежит физика. Однако, очень часто бывает так, что прикладные (инженерные) задачи решаются без этого связующего. В результате, это действительно превращается в искусство, со своими мастерами и шаманами.
3. Так что же мы с вами делаем на этом форуме? И почему до сих пор ищем "правильные фильтры", "правильную АЧХ" и прочее? Вместо того, чтобы взять и сказать конкретно, что в данных условиях с этими динамиками надо делать ТАК. И будет счастье. Я не претендую на знакомство со всеми существующими на данный момент моделями и схемами расчетов, но общеизвестные слишком костны и продолжают топтаться вокруг "фонаря" фурье-преобразования, где светло, вместо того, чтоб искать там, где потеряли.
4. Инженерный подход к решению проблемы. "Давайте возьмем следующий порядок приближения, и все будет еще лучше." Если Вам известна теория, предлагающая качественно иной подход, пожалуйста поделитесь. С поиском книг и статей по акустике, в частности, проблем нет.

[devisangela]

Наиль, а если я вижу микрофоном на частоте раздела вот такую картину? То есть сдвиг на приблизительно 90 градусов, но кривые не идеально эквидистантны друг от друга

Это достаточная фазокогерентность? или её надо сводить до некоего умопомрачительного эпсилон, стремящегося к нулю?

Я во многом согласен с Phoenix, особенно в плане термина фазокогерентность - не надо нам его.

Тебе, Nagema, по-моему просто надо сдвинуть динамики по глубине (кстати, какой программой мерял?).

[sia_2]

То есть вопрос-1: вменяемым количеством ОУ -- можно ли сделать так, чтоб, допустим, трёхполосная АС звучала фазово-корректно?..

Учитывая распространенность счетверенных ОУ, при "сквозном" проектировании АС - вполне возможно, но линейность фазы будет только выше примерно 200-300 Гц. Но полос потребуется больше 3, иначе сшивки приходится делать в областях больших фазовых аномалий самих динамиков. Линейность же ФЧХ в области низких частот в АС недостижима принципиально, ввиду того, что любая АС на НЧ является ФВЧ, а полиномиальный ФВЧ имеет принципиально нелинейную ФЧХ.
Теоретически можно сделать фазовый корректор, так, чтобы в значительной степени исправить эту кривизну, но в аналоге он получается чудовищного порядка (большие десятки).

[devisangela]

1. Не сомневаюсь и рассчитываю на это.
2. Между ними лежит физика. Однако, очень часто бывает так, что прикладные (инженерные) задачи решаются без этого связующего. В результате, это действительно превращается в искусство, со своими мастерами и шаманами.
3. Так что же мы с вами делаем на этом форуме? И почему до сих пор ищем "правильные фильтры", "правильную АЧХ" и прочее? Вместо того, чтобы взять и сказать конкретно, что в данных условиях с этими динамиками надо делать ТАК. И будет счастье. Я не претендую на знакомство со всеми существующими на данный момент моделями и схемами расчетов, но общеизвестные слишком костны и продолжают топтаться вокруг "фонаря" фурье-преобразования, где светло, вместо того, чтоб искать там, где потеряли.
4. Инженерный подход к решению проблемы. "Давайте возьмем следующий порядок приближения, и все будет еще лучше." Если Вам известна теория, предлагающая качественно иной подход, пожалуйста поделитесь. С поиском книг и статей по акустике, в частности, проблем нет.

В физике есть еще накопление эмпирического опыта, который потом можно обобщить и проанализировать, построить модель описывающую результаты экспериментов и позволяющую прогнозировать.
Послушал я колонки с фильтрами А, Б, В, Г... А- звучат очень плохо, Б-лучше, Г-еще лучше. В чем разница, спросил я себя? Заметил, что метод измерений с использованием "некорректного" Фурье-анализа показывает, что Г имеет наиболее линейную фазу. Построил я тогда фильтр Д с еще лучшей фазой ("Давайте возьмем следующий порядок приближения, и все будет еще лучше."). И так оказалось, что, несмотря на полное отсутствие психо- акустической модели, он заиграл еще лучше.
Вопрос: могу ли я советовать другим построить фильтр Д?

Добавлено через 7 минут

Учитывая распространенность счетверенных ОУ, при "сквозном" проектировании АС - вполне возможно, но линейность фазы будет только выше примерно 200-300 Гц. Но полос потребуется больше 3, иначе сшивки приходится делать в областях больших фазовых аномалий самих динамиков. Линейность же ФЧХ в области низких частот в АС недостижима принципиально, ввиду того, что любая АС на НЧ является ФВЧ, а полиномиальный ФВЧ имеет принципиально нелинейную ФЧХ.
Теоретически можно сделать фазовый корректор, так, чтобы в значительной степени исправить эту кривизну, но в аналоге он получается чудовищного порядка.

Я думаю, что на НЧ проблема разрешима с ЭМОС/ЭБОС.
Неясна, однако, слышимость фазовых искажений в разных диапазонах частот. Мне кажется, что на НЧ они гораздо менее заметны хотя бы потому, что меньше влияют на фронт импульса.

[sia_2]

Вопрос: могу ли я советовать другим построить фильтр Д?

вполне

Я думаю, что на НЧ проблема разрешима с ЭМОС/ЭБОС.

Нет. Дело не в реализации, дело в принципиальном виде хода ФЧХ любого полиномиального ФВЧ: выше частоты среза фазовый сдвиг (и ГВЗ) уходят в 0, а сильно ниже частоты среза идет полка 90*N градусов, т.е. ФЧХ не проходит через 0 градусов на 0 Гц. В области частоты среза крутизна ФЧХ проходит через максимум, и там же всплеск ГВЗ. Чтобы его править, нужно всю полосу выше задерживать на единицы-десятки миллисекунд, даже при ограничении полосой НЧ динамика в аналоге это очень тоскливо.

Неясна, однако, слышимость фазовых искажений в разных диапазонах частот. Мне кажется, что на НЧ они гораздо менее заметны хотя бы потому, что меньше влияют на фронт импульса.

Да, на НЧ менее заметны, чем на СЧ, но все равно у реальных АС без коррекции ФЧХ они неизбежно выше психоакустических порогов заметности.

[devisangela]

Да, на НЧ менее заметны, чем на СЧ, но все равно у реальных АС без коррекции ФЧХ они неизбежно выше психоакустических порогов заметности.

А нельзя ли подробнее рассказать как их можно послушать? Ведь коррекция ФЧХ ведет к изменению АЧХ. Как различить вклад от фазовых и частотных характеристик, особенно на НЧ?

[sia_2]

А нельзя ли подробнее рассказать как их можно послушать? Ведь коррекция ФЧХ ведет к изменению АЧХ. Как различить вклад от фазовых и частотных характеристик, особенно на НЧ?

1. Коррекция ФЧХ не влияет на АЧХ, за исключением ситуаций, связанных с совместной работой нескольких излучателей в общей полосе частот, и то только при наличии до коррекции большой расфазировки между ними (более 20...30 градусов).
2. АЧХ и ФЧХ у передаточной функции, описываемой минимальнофазовыми полиномами однозначно связаны. Фазовая же коррекция выполняется дополнительными неминимальнофазовыми цепями, как правило, не влияющими на АЧХ.
3. Критерий - импульсный отклик. Он определяется И АЧХ, И ФЧХ.
для примера можно посмотреть (и даже послушать), во что превращается гауссовский или косинусквадратичный импульс малой длительности.

Offтопик:
Кстати, при реставрационных работах один из лучших источников импульсов, по которым восстанавливается импульсная характеристика тракта для его последующей коррекции - аплодисменты, если они есть в записи

[devisangela]

1. Коррекция ФЧХ не влияет на АЧХ, за исключением ситуаций, связанных с совместной работой нескольких излучателей в общей полосе частот, и то только при наличии до коррекции большой расфазировки между ними (более 20...30 градусов).
2. АЧХ и ФЧХ у передаточной функции, описываемой минимальнофазовыми полиномами однозначно связаны. Фазовая же коррекция выполняется дополнительными неминимальнофазовыми цепями, как правило, не влияющими на АЧХ.
3. Критерий - импульсный отклик. Он определяется И АЧХ, И ФЧХ.
для примера можно посмотреть (и даже послушать), во что превращается гауссовский или косинусквадратичный импульс малой длительности.

Offтопик:
Кстати, при реставрационных работах один из лучших источников импульсов, по которым восстанавливается импульсная характеристика тракта для его последующей коррекции - аплодисменты, если они есть в записи

Спасибо, почти все ясно. Кроме: "импульс малой длительности" - ведь там же НЧ составляющих нет (и в аплодисментах)?

[Phoenix]

Спасибо, почти все ясно. Кроме: "импульс малой длительности" - ведь там же НЧ составляющих нет (и в аплодисментах)?

Дельта-импульс,например, теоретически, имеет спектр белого шума, там есть все частоты. У реальных коротких сигналов спектр не белый, но тоже богат.