FIR技术的先行者

FIR技术的先行者

1995年,KS Audio在音频领域推出世界上第一款FIR控制器技术应用,至今已经过去24年。

FIR(Finite Impulse Response)滤波器:有限脉冲响应滤波器,又称为非递归型滤波器,是数字信号处理系统中最基本的元件,它可以在保证任意幅频特性的同时具有严格的线性相频特性,同时其单位抽样响应是有限长的,因而滤波器是稳定的系统。

KS Audio基于多年来对FIR技术在音频方面的研究,也推出了获得技术专利的FIR技术,简称FIRTEC,即有限脉冲响应技术(Finite Impulse Reponse Technology)。

下面我们来分析一下FIR滤波器和IIR滤波器对音频信号的影响。

首先输入一个平坦没有经过处理的音频信号,通过Smaart测出的相位和频率响应曲线下图所示:

1、我们给这个原始信号加载一个IIR巴特沃斯高通滤波器,并且通过Smaart测得相位和频率响应曲线如图一所示。由图一可以看出加载了IIR滤波器后,通带和过渡带的相位响应产生了扭曲,而且越接近分频点,相位响应扭曲的幅度越大。

图一

2、同样,我们给这个原始信号加载一个FIR滤波器,并且通过Smaart测得的相位和频率响应曲线如图二所示。由图二可以看出加载了FIR滤波器后,通带和过渡带的相位响应完全没有改变,而且频率响应在过渡带的位置,斜率十分接近90°。

图二

正如我们上面分析的一样,FIR滤波器可以在改变频率响应的情况下,不会影响到相位响应。而IIR滤波器则会在改变频率响应的情况下,必定改变相位响应,并且滤波器的斜率越大,改变的幅度越大,也就意味着不同频带的延时变化越大,而且增加IIR滤波的使用,也会导致相位响应的变化叠加。使用了IIR分频、EQ的滤波器就不可避免对相位造成扭曲。而使用FIR滤波器,不仅可以获得线性的相位响应,并且滤波器具有大于90 dB /倍频程的斜率,让分频更加干净。

另外KS Audio的FIRTEC技术可以单独针对最终扬声器回放结果的相位进行修正;可以修正LC电路等电子元器件对频率响应产生的谐振,同时也会修正处理音源过程中导致的相位响应偏移,确保线性的平坦的频率响应和相位响应(如图三、图四所示)。这也正是体现了KS不断研发新技术的初衷-还原声音的本质。

除了这些,KS Audio的FIRTEC技术能做的事情还有很多。FIRTEC滤波器系数也会应用于完整的扬声器系统校正上,包括扬声器系统各级元器件对扬声器辐射的声波造成的相位扭曲。

已校准的FIRTEC预设程序都存储在功放的控制器模块中,可根据扬声器系统情况进行调用。有源系统的FIRTEC滤波器工厂默认设置是基于每个单个扬声器单元测量决定的。通过这种方式,所有的制造公差都可以通过校准补偿。

使用了FIR滤波器,会导致DSP的运算量十分庞大;这就要求DSP需要很高的精度,并且要求在大运算量下,DSP也能运行稳定。因此很多厂家,暂未把FIR技术应用于他们的产品。为此,2013年KS升级推出了世界上最高精度的数字功放处理控制器-F MOD,F MOD可以让FIRTEC技术运算在更宽的频率范围,并且DSP处理延时更低。

KS作为最早提出线阵列理论的厂家之一,在过去的二十几年,也将他们对线阵列的研究和FIRTEC技术相结合,推出了针对于线阵列扬声器系统运算在FIRTEC下的高级数量&角度校准补偿算法。比如在线阵列扬声器数量增减、长度变化,或是线阵列箱体之间角度变化时,FIRTEC DSP会自动对这组的线阵列进行高、低频做相应的EQ调整以修复实际应用中的线阵列理论,并且完全不造成任何的相位扭曲。

线阵列长度变化高频EQ调整

线阵列长度变化低频EQ调整

文案:朱焯芳

编写:何海怡

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