音频均衡器是否包含完美重构滤波器组?

信息处理 声音的 均衡器
2022-02-03 16:06:12

在完美重构理论中,我发现滤波器组中所有滤波器的组合给你原始信号并不明显。因此,我想知道音频均衡器(模拟或数字)是否会扭曲信号的频谱,即使均衡器在每个频段都有 0 dB 增益。这曾经被认为是一个问题吗?

3个回答

过滤器组系统通常由以下部分组成:

  • 一个分析滤波器组,将输入信号分解成带有滤波器的分量,并可能降低它们的速率
  • 合成滤波器组(FB),它获取组件,潜在地提高它们的速率,并将它们馈送到滤波器元件中

这样新的输出就可以组合成一个信号。当对于每个输入,输出都是输入的潜在延迟或缩放版本时,这是完美的重建 (PR)。滤波器可以是非线性的,每个组件的速率降低可以不同。最小-最大或形态小波是上述的例子。甚至还有混合滤波器组,其中分析 (A) 或合成 (S) FB 要么是模拟的,要么是数字的。正如@Marcus Müller 所解释的,他们的设计非常复杂,因此 A 和 S 通常是线性的,具有上采样和下采样运算符,以及通过求和获得的输出。但是,滤波器可能具有不同的带宽,并且每个滤波器的二次采样可能不同。

许多信号处理系统,例如(大多数)均衡器,由分析 FB、处理单元(通常是非线性的)和合成 FB(可能只是求和)组成。对于 PR FB,由于中间过滤组件而出现不完美。

假设均衡器具有线性 A 和 S 滤波器,非 PR 方面可能来自两个方面。首先,过滤器是什么?在我看来,传统的过滤器(一阶或二阶)不允许简单的 PR。然而,如果有足够的频率重叠,它们一起可以形成一个近 PR 滤波器组,误差低于听力阈值。第二个方面是处理。如果您怀疑饱和或非线性相位变化,则通常无法实现 PR。

在某些教科书中,相位失真有时被认为对音频无害。然而,挑剔的音响工程师对可听见的相位失真持谨慎态度。插入 EQ文章围绕 FIR 或 IIR 滤波器讨论了这些问题。第一个可以具有线性相位,但频率转换不那么尖锐,并且需要少量计算。第二种通常没有线性相位。它还提供了几种情商的比较评估。

所以,作为马库斯,我一般会说不,如果低于听力灵敏度,我会说不(在某些情况下)。

音频均衡器是否包含完美重构滤波器组?

简短的回答:不。你在这里问的有点不清晰,因为重建滤波器组通常是将多个独立的信号组合回一个信号的东西,但让我们假设这在这里是有意义的,并且你的音频源神奇地产生了一个每个均衡器滤波器的信号流(它没有)。

通常应用于过滤器组的完美重建标准如下 [1, p. 288]:

(10.47)1Ni=0N1Gi(ZN)Hi(ZN)=ZK(10.48)i=0N1Gi(ZH)Hi(ZN)ej2πNim=0;1mN1withGithe reconstruction filterbankHithe decomposition filterbank

如您所见,这个等式有两个方面:

  1. 首先,规定了将信号通过分解滤波器组(在这种情况下:您的音频通道具有任何频率选择行为)然后通过重构滤波器组(您的均衡器)的结果。通常,音频滤波器不太关心相位重建——因此,这是无法实现的。但是,如果你有一个专门设计的均衡器,它就可以实现,所以让我们认为它已经实现。(10.47)
  2. 单个过滤器的结果之间没有混叠。现在仔细看看项:它正是行的系数;换句话说:如果滤波器组滤波器具有相同(但偏移)的频谱形状,则滤波器组滤波器需要在频率上等距。然而,在音频均衡器中,通常在频率的对数间隔上发现相同的形状,但已按比例缩放。那是行不通的,因为您必须违反某些emth(10.48)m

这曾经被认为是一个问题吗?

我没有足够的音频应用专家来告诉我,但我想,是的,一旦你的要求(例如,相位连续性)变得足够苛刻,一切都会成为问题——我可以想象的音频环境很容易发生大延迟传播。


[1] Maurice Bellanger,信号的数字处理第二版,约翰威利父子,1988 年

为平坦增益设置的音频均衡器组(尤其是模拟组)的结果可能等同于全通滤波器,由于潜在的非线性相移,这不是一个完美的重建过程。