這些“預(yù)延時”與事實時間之間存在因果關(guān)系,但是與主要的信息到達(dá)時間沒有因果關(guān)系。這允許濾波器通過相反的“負(fù)時間”響應(yīng)對反射能量進(jìn)行補(bǔ)償。
所以,如果點位長度為1024個點,線性相位FIR濾波器將把主到達(dá)時間置于T/2處,讓一半濾波器長度提供預(yù)到達(dá)時間,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,以補(bǔ)償分頻器的全通響應(yīng)。
因為將一半的濾波器長度用于“負(fù)時間”校正,濾波器的頻率解析度將減半。例如,1024點的最小相位FIR濾波器頻率解析度為47.6 Hz。而同樣長度的線性相位FIR濾波器頻率解析度為95.2 Hz,因為預(yù)留了一半長度用于相位均衡。
點位數(shù)越多越好?
對于最小相位FIR濾波器而言,似乎如此。問題在于非最小相位濾波器需要預(yù)留一半長度用于相位均衡。這會表現(xiàn)為處理延時(常錯誤地被稱為延遲)。與最小相位FIR濾波器不同,隨著線性相位FIR濾波器的長度增加以提高其頻率解析度,它的延時也會增長。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,群延時視圖(藍(lán)線)顯示濾波器振鈴現(xiàn)象的時間長度。請注意,它現(xiàn)在呈負(fù)向,但這僅意味著這個濾波器產(chǎn)生的相位偏移在整個帶寬不斷擴(kuò)大。并不表示出現(xiàn)了“時間提前”或者濾波器的響應(yīng)是非因果關(guān)系的。
無法回避的是,頻率越低,濾波器發(fā)揮影響需要的時間越長,在最低倍頻程的中心頻率(31.5 Hz)這個時間將變得非常長(~40 ms)。對于現(xiàn)場演出和許多固定安裝應(yīng)用來說,這么長時間的處理延時是不可接受的。一個1024點的FIR濾波器(48 kHz采樣率)時長為21毫秒,意味著處理延時大約為10.5毫秒。
將采樣率提升至96 kHz并不會降低處理延時,因為必須處理的采樣數(shù)量也加倍了。無法改變的事實是,21毫秒的長度最低僅可以影響48Hz,而事實上的頻率解析度是48Hz的3倍,或者說是150 Hz。
問題變得更糟糕
線性相位FIR濾波器還有另一個缺點。由于“相對時間零”位于濾波器時長的中間,其頻率解析度是最小相位FIR濾波器的一半。
因此,如果一個1024點的最小相位FIR濾波器最低可以影響150Hz,那么一個1024點的線性相位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2048點的濾波器,意味著處理延時也要從10.7毫秒翻倍到21毫秒。
而針對我的示范文件,將需要一個8196點的FIR濾波器才能使整個通帶的響應(yīng)變得平滑。所需的處理延時約為85毫秒。
表面來看,F(xiàn)IR濾波器的長度越長,好處似乎是可以提高頻率解析度,從而:1)影響更低頻率。2)在整個帶寬包含更多細(xì)節(jié)。
我已經(jīng)向大家展示,至少對于線性相位FIR濾波器而言,要影響更低頻率(更多點位數(shù))將提高處理延時。這不是因為處理能力不足而造成,而源于時間和頻率的相關(guān)性。低頻持續(xù)較長時間,而且占據(jù)大量空間。數(shù)字處理無法改變此現(xiàn)狀。
部分好處
在可聽頻譜內(nèi)一共有10個倍頻程,所以每個倍頻程占據(jù)整體的十分之一(對數(shù)標(biāo)尺)。濾波器長度加倍,將使得處理延時加倍,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,有時到了一個臨界點,得到的回報很少,根本就不值得。在功放的例子中代價是金錢,而對線性相位FIR濾波器而言,代價是延時??梢哉f,數(shù)字處理的貨幣就是時間。你可以得到很好的效果,前提是可以等待足夠長時間。
在大多數(shù)房間中,最低的兩個倍頻程(次低頻)位于施洛德頻率曲線(Schroder Frequency)下方,這時房間模式(room modes)對每個座位的頻率響應(yīng)有深刻影響。即便我們通過線性相位FIR濾波器,將房間中某一點的響應(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?