我們身處的時代崇尚“越大越好”,但這一至理名言也許并不適用于FIR濾波器長度。
DSP支持的濾波器長度通常為1024點(diǎn)(tabs),有些高達(dá)4096點(diǎn)。為什么人們不想要或不需要長度更長的FIR濾波器?如果生廠商在DSP中引入8192點(diǎn)的FIR濾波器,人們會舍棄競爭產(chǎn)品而選擇它嗎?
頻率越低,時間越長
首先,我們需要一份用于練習(xí)和實(shí)驗(yàn)的文件??墒褂脫P(yáng)聲器的測量數(shù)據(jù),但稍微簡單的文件更易于幫助我們發(fā)現(xiàn)重要的點(diǎn)。
請查看圖1作為參考。我在FIRCapture軟件中創(chuàng)建該系列提升濾波器(分離的以一個倍頻程為帶寬的對稱均衡器)并保存為WAV文件??赏ㄟ^任何9段參量均衡器輕松創(chuàng)建此響應(yīng)。
我選擇Q=6以最大化減少濾波器之間的重疊。這一組濾波器又構(gòu)成了一個濾波器,它與揚(yáng)聲器的響應(yīng)并無二致,更別提在最高頻和最低頻處必不可少的高通和低通響應(yīng)了。如果這就是一個揚(yáng)聲器的響應(yīng)(讓我們假設(shè)如此),我們將希望對凸起部分進(jìn)行均衡處理,以獲得整體較為平坦的響應(yīng)。通過該文件,我們可以很好地考察FIR濾波器的頻率解析度。
頻域視圖顯示頻率響應(yīng)的振幅、相位和群延時。請注意,相位和群延時是兩種不同的方式,顯示信號通過時,濾波器如何改變其時間行為。由于相位是相對的,因此每個凸起的相位行為都相同。
在之前的文章中我演示過,一個帶通濾波器的最小相位響應(yīng)首先呈正向,然后在濾波器的中心頻率回到原點(diǎn),最后為負(fù)向。這個相位偏移將使得通過濾波器的信號產(chǎn)生與頻率相關(guān)的振鈴現(xiàn)象(Ringing)。振鈴現(xiàn)象持續(xù)的時間由群延時圖顯示。
圖2是該濾波器的頻域/時域綜合圖。圖3顯示了每個分離倍頻程的中心頻率的波長。二者有何相關(guān)?由于聲速約為1英尺/毫秒(ft/ms),每個倍頻程的中心頻率波長大約等同于一周期所需時間。波長的概念以十分形象的方式顯示聲波與時間和空間有關(guān),而濾波器的響應(yīng)也是如此。
群延時(GD)與濾波器的頻率波長成正比關(guān)系,頻率越低,群延時越長。單從名稱來看,似乎指的是信號通過濾波器所造成的延時,這有點(diǎn)誤導(dǎo)人。濾波器的儲存屬性造成了振鈴現(xiàn)象,即信號中增加了多余周期。
群延時顯示了提升濾波器占據(jù)的時長。低頻凸起具有很長的振鈴,這不足為奇。群延時與濾波器頻率成反比(與波長成正比),相位偏移相等時,頻率越低,群延時越長。
為方便演示,我們以圖4所示的信號處理鏈路為例。我們輸入一個測試信號,看看將發(fā)生什么。圖5為2通道示波器顯示的結(jié)果。藍(lán)色軌跡為1000Hz 6.5周期的小波。這是Don Keele測試信號中的一個。紅色軌跡為此信號通過一個1000 Hz提升濾波器之后的結(jié)果。請注意,原信號和通過濾波處理的信號相位一致,但是經(jīng)過濾波器的信號周期增加了。這是在時域觀察的振鈴現(xiàn)象。一個削減濾波器的振鈴現(xiàn)象將占據(jù)同等時長。