WinISD教程之滤波器/EQ曲线模拟仿真

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WinISD pro支持各种滤波器类型的曲线模拟仿真,例如:

  • Butterworth巴特沃斯低通和高通,1到10阶;
  • Linkwitz-Riley低通和高通(仅限四阶);
  • 二阶高通或低通部分,自定义Q和fc;
  • Bessel低通和高通,1到10阶;
  • Allpass全通滤波器;
  • Linkwitz变换;
  • 参量EQ;
  • SOS二阶块,自定义峰值增益和峰值频率;
  • 静态增益。

曲线模拟意味着,WinISD将滤波器模拟为“黑盒子”,它不考虑黑盒子内部包含的内容。滤波器可以是无源的,也可以是有源的,它做的只是模拟曲线走势。

WinISD教程之滤波器/EQ曲线模拟仿真

可以模拟级联滤波器的任何组合。滤波器在逻辑上是串联的。通过选中/取消列表框中的复选框,可以打开和关闭单个滤波器。曲线图会立即更新,因此可以对效果进行对比。

滤波系统在逻辑上属于电气部分。滤波器线路上的0 dB增益意味着扬声器端子上的电压等于“信号”选项卡上指定的电压。如果滤波器/EQ线路上增益在特定频率下为6dB,则该频率下的电压是指定频率的两倍,依此类推。


Lowpass filters 低通滤波器

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可以模拟以下低通滤波器子类型:

  • Butterworth巴特沃斯(1至10阶)
  • Linkwitz-Riley(仅限四阶)
  • Bessel贝塞尔
  • 二阶块(SOS),自定义fc和Q。

过滤器子类型的说明:

Butterworth巴特沃斯

巴特沃斯可能是最常见的滤波器类型。它被称为“最大平坦”滤波器。这意味着幅值响应实际上保持不变,直到达到fc频率,即下降-3 dB。然后响应会根据滤波阶数迅速下降。

Linkwitz-Riley林克威茨·莱利

Linkwitz-Riley是滤波器类型,其中两个二阶巴特沃斯滤波器级联为一个四阶滤波器。这意味着频率响应幅度在fc处下降-6 dB。它不同于四阶巴特沃斯,后者的幅值响应下降了-3dB。瞬态响应比巴特沃斯好,但仍然比贝塞尔差。

Bessel贝塞尔

贝塞尔滤波器与上述两种滤波器有根本不同。巴特沃斯是建立在幅值响应近似上的,贝塞尔滤波器是群延迟近似最大平坦的滤波器。fc是频率,其中相位是最大相移的一半(滤波器阶数的90度相移)。该滤波器具有模拟滤波器的最佳瞬态特性,但滚降开始较慢。

Second order section (SOS)二阶块

此滤波器类型适用于高级用户。二阶块可以被认为是“无类型”的二阶低通。参数为fc和Q。fc确定频率,其中滤波器增益为Q或20*lg(Q)dB。这可以用来组成新的“全极点”滤波器,通过级联添加几个块。

Highpass filters a.k.a. Subsonic 高通滤波器,又称亚音速滤波器

高通类型包含与低通滤波器相同的子类型。请参阅上面的解释。唯一的区别是截止值低于fc,而不是高于fc,这是合乎逻辑的。

Lowpass/highpass filter parameters 低通/高通滤波器参数

阶数决定了在截止点之后幅值响应下降的速度。阶数越大,滚降越陡。然而,这是有代价的。你让它滚得越快,群体延迟曲线就越糟糕。一阶滤波器具有每倍频程6dB的滚降,二阶滤波器每倍频程12dB的滚降等等。由于公差要求,高阶滤波器的实现非常困难。一般来说,任何超过4阶的滤波器都应该仔细考虑。

fc截止频率或临界频率。对于巴特沃斯类滤波器,是-3dB点。

Q仅用于二阶块类型。这使得用户可以对具有尖峰的响应曲线的滤波器进行实验(然而,低通滤波器很少这样做)。Q是滤波器的质量因子。它确定了fc频率附近的频率响应形状。Q的一个物理意义是频率fc处的增益是Q(以线性标度,而不是dB)。


Peaking second order highpass 拐点二阶高通

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这种类型的滤波器通常用作超低音扬声器的均衡器。它非常适合开口或无源辐射器类型的音箱。由于音箱的调谐频率非常接近滚降点,因此可以在截止点前将响应提高几dB,从而延长频率响应。达到峰值后,响应开始迅速减弱。这很方便,因为它还可以作为高通滤波器。然而,所有这些都有一个坏处:它引入了相当高的延迟失真量,这取决于峰值的量。

参数:

Peak freq峰值频率是最大均衡的频率。

Peak mag峰值量是你希望在峰值频率下应用的均衡量,单位为dB。


Allpass 全通滤波器

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这就是所谓的相位校正滤波器。它只改变相位,增益在所有频率下都是统一的。仅实现一阶和二阶全通滤波器。

全通滤波器参数:

Order阶数决定了在截止点之后延迟减少的速度。当然,实际的应用方式也大不相同。

Q值,这仅与二阶全通相关。Q越高,群延迟中的峰值越高。

Delay time延迟时间是所需的信号延迟时间。当频率接近零时,延迟渐近地接近这个值。此值设置得越高,它越早衰减。


Parametric EQ 参量均衡

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这种类型的滤波器是在通常可用的均衡器中实现的。它们是可自由调节的,其中心频率、增益和Q值都是可调节的(它们被称为参量均衡器),或者是部分可调节的,一个参数是固定的(半参量均衡器)或者只有增益量是可调的(它们称为图示均衡器)。

你可以增加或削减曲线上的某个频段。

参量均衡器的参数

Center freq中心频率是最大提升或下降的频率。

Q值控制提升/下降的带宽。Q值越高,均衡越窄。

Gain增益调整提升/削减的量。使用负值进行衰减,使用正值进行提升。


Linkwitz 变换

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这是一种均衡密闭式低音炮的好方法。好处是它不会引入过量的相移,例如,如果使用参数均衡器,这将不可避免地引入相移。在实践中,Linkwitz变换使密闭箱看起来有“完美”的参数。所谓的超级平坦响应是展示Linkwitz变换如何工作的好方法,但如果没有工程背景,这是一个很难理解的概念。

Linkwitz变换的参数

f0是原始密闭箱系统的fsc。如果添加到密闭箱中,WinISD会自动填充此字段。

Q0为原密闭箱系统的Qtc。这也是自动填充的,就像f0一样。

fp是变换后的系统的fsc。这可以自定义,当然也应该考虑物理限制。

Qp是变换后的系统的Qtc。这也取决于用户。一般建议是将其保持在0.707以下,否则将出现峰值。


Static gain 静态增益

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这个“滤波器”只是将增益量添加到eq/滤波器响应曲线中。它可以用于根据用户自定义。例如,对于linkwitz变换应该在高频还是低频下进行归一化一直存在争议。有了这个,它可能是任何一种。


与滤波器模拟器相关的曲线图

WinISD中有三个纯粹与EQ/Filter相关的图形:

  • EQ/滤波器传递函数曲线
  • EQ/滤波器传递函数相位
  • EQ/滤波器群延迟

这些曲线与系统曲线相同,但仅针对滤波器部分进行计算。


This page written by Janne Ahonen (janne@linearteam.org).

  • 本文由 发表于 2023年4月25日
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