這些“預(yù)延時(shí)”與事實(shí)時(shí)間之間存在因果關(guān)系,但是與主要的信息到達(dá)時(shí)間沒(méi)有因果關(guān)系。這允許濾波器通過(guò)相反的“負(fù)時(shí)間”響應(yīng)對(duì)反射能量進(jìn)行補(bǔ)償。
所以,如果點(diǎn)位長(zhǎng)度為1024個(gè)點(diǎn),線性相位FIR濾波器將把主到達(dá)時(shí)間置于T/2處,讓一半濾波器長(zhǎng)度提供預(yù)到達(dá)時(shí)間,以共軛揚(yáng)聲器或房間產(chǎn)生的后到達(dá)能量。它還允許引入所需的負(fù)向群延時(shí),以補(bǔ)償分頻器的全通響應(yīng)。
因?yàn)閷⒁话氲臑V波器長(zhǎng)度用于“負(fù)時(shí)間”校正,濾波器的頻率解析度將減半。例如,1024點(diǎn)的最小相位FIR濾波器頻率解析度為47.6 Hz。而同樣長(zhǎng)度的線性相位FIR濾波器頻率解析度為95.2 Hz,因?yàn)轭A(yù)留了一半長(zhǎng)度用于相位均衡。
點(diǎn)位數(shù)越多越好?
對(duì)于最小相位FIR濾波器而言,似乎如此。問(wèn)題在于非最小相位濾波器需要預(yù)留一半長(zhǎng)度用于相位均衡。這會(huì)表現(xiàn)為處理延時(shí)(常錯(cuò)誤地被稱為延遲)。與最小相位FIR濾波器不同,隨著線性相位FIR濾波器的長(zhǎng)度增加以提高其頻率解析度,它的延時(shí)也會(huì)增長(zhǎng)。這不是由DSP的速度造成,而源于TF = 1。
現(xiàn)在再調(diào)出我的參考文件,只不過(guò)這次是一系列的削減濾波器,削減的頻率與原有提升濾波器(圖10)一致。從之前的討論中得知,群延時(shí)視圖(藍(lán)線)顯示濾波器振鈴現(xiàn)象的時(shí)間長(zhǎng)度。請(qǐng)注意,它現(xiàn)在呈負(fù)向,但這僅意味著這個(gè)濾波器產(chǎn)生的相位偏移在整個(gè)帶寬不斷擴(kuò)大。并不表示出現(xiàn)了“時(shí)間提前”或者濾波器的響應(yīng)是非因果關(guān)系的。
無(wú)法回避的是,頻率越低,濾波器發(fā)揮影響需要的時(shí)間越長(zhǎng),在最低倍頻程的中心頻率(31.5 Hz)這個(gè)時(shí)間將變得非常長(zhǎng)(~40 ms)。對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)演出和許多固定安裝應(yīng)用來(lái)說(shuō),這么長(zhǎng)時(shí)間的處理延時(shí)是不可接受的。一個(gè)1024點(diǎn)的FIR濾波器(48 kHz采樣率)時(shí)長(zhǎng)為21毫秒,意味著處理延時(shí)大約為10.5毫秒。
將采樣率提升至96 kHz并不會(huì)降低處理延時(shí),因?yàn)楸仨毺幚淼牟蓸訑?shù)量也加倍了。無(wú)法改變的事實(shí)是,21毫秒的長(zhǎng)度最低僅可以影響48Hz,而事實(shí)上的頻率解析度是48Hz的3倍,或者說(shuō)是150 Hz。
問(wèn)題變得更糟糕
線性相位FIR濾波器還有另一個(gè)缺點(diǎn)。由于“相對(duì)時(shí)間零”位于濾波器時(shí)長(zhǎng)的中間,其頻率解析度是最小相位FIR濾波器的一半。
因此,如果一個(gè)1024點(diǎn)的最小相位FIR濾波器最低可以影響150Hz,那么一個(gè)1024點(diǎn)的線性相位FIR濾波器最低只可以影響300Hz。
影響的頻率要下潛至150Hz將需要一個(gè)2048點(diǎn)的濾波器,意味著處理延時(shí)也要從10.7毫秒翻倍到21毫秒。
而針對(duì)我的示范文件,將需要一個(gè)8196點(diǎn)的FIR濾波器才能使整個(gè)通帶的響應(yīng)變得平滑。所需的處理延時(shí)約為85毫秒。
表面來(lái)看,F(xiàn)IR濾波器的長(zhǎng)度越長(zhǎng),好處似乎是可以提高頻率解析度,從而:1)影響更低頻率。2)在整個(gè)帶寬包含更多細(xì)節(jié)。
我已經(jīng)向大家展示,至少對(duì)于線性相位FIR濾波器而言,要影響更低頻率(更多點(diǎn)位數(shù))將提高處理延時(shí)。這不是因?yàn)樘幚砟芰Σ蛔愣斐?,而源于時(shí)間和頻率的相關(guān)性。低頻持續(xù)較長(zhǎng)時(shí)間,而且占據(jù)大量空間。數(shù)字處理無(wú)法改變此現(xiàn)狀。
部分好處
在可聽頻譜內(nèi)一共有10個(gè)倍頻程,所以每個(gè)倍頻程占據(jù)整體的十分之一(對(duì)數(shù)標(biāo)尺)。濾波器長(zhǎng)度加倍,將使得處理延時(shí)加倍,而這僅僅使得你均衡處理的頻譜多了十分之一。
就好比讓功放的功率加倍只為了得到3dB提升一樣,有時(shí)到了一個(gè)臨界點(diǎn),得到的回報(bào)很少,根本就不值得。在功放的例子中代價(jià)是金錢,而對(duì)線性相位FIR濾波器而言,代價(jià)是延時(shí)??梢哉f(shuō),數(shù)字處理的貨幣就是時(shí)間。你可以得到很好的效果,前提是可以等待足夠長(zhǎng)時(shí)間。
在大多數(shù)房間中,最低的兩個(gè)倍頻程(次低頻)位于施洛德頻率曲線(Schroder Frequency)下方,這時(shí)房間模式(room modes)對(duì)每個(gè)座位的頻率響應(yīng)有深刻影響。即便我們通過(guò)線性相位FIR濾波器,將房間中某一點(diǎn)的響應(yīng)處理得非?!巴昝馈?,在其它座位響應(yīng)也是不一樣的,這樣做的意義何在?