Teoрия семплироваания

Appearance

Глава 8. Цифровые фильтры ​

«Любой эквалайзер — это фильтр. Но далеко не каждый фильтр является эквалайзером.»

🎯 После этой главы вы сможете ​

  • понять, что такое цифровой фильтр;
  • разобраться, как фильтры изменяют сигнал;
  • узнать основные типы фильтров;
  • понять принцип работы большинства аудиоплагинов;
  • подготовиться к изучению FIR, IIR и эквалайзеров.

Что такое фильтр? ​

Представьте сито.

Если просеять через него песок,

крупные камни останутся сверху,

а мелкие частицы пройдут дальше.

Фильтр работает похожим образом.

Только вместо песка

он работает с частотами.

Звук состоит из множества частот ​

После предыдущих глав мы уже знаем,

что любой звук можно представить как набор различных частот.

Например:

text
40 Hz
80 Hz
150 Hz
400 Hz
1 kHz
4 kHz
10 kHz
16 kHz

Фильтр способен изменить уровень каждой из них.

Что делает фильтр? ​

Он может:

  • пропустить частоту;
  • ослабить её;
  • полностью удалить;
  • усилить определённый диапазон.

То есть фильтр управляет тем,

какие частоты останутся в сигнале.

Представим белый шум ​

Белый шум содержит практически все слышимые частоты.

text
20 Hz ─────────────────────► 20 kHz
████████████████████████████

Если применить фильтр,

форма спектра изменится.

Low Pass Filter (LPF) ​

Пропускает низкие частоты

и ослабляет высокие.

text
███████████▇▆▅▄▃▂▁

Используется для:

  • удаления лишнего верха;
  • имитации удалённого источника;
  • создания плавных переходов;
  • аналогового звучания.

High Pass Filter (HPF) ​

Пропускает высокие частоты,

ослабляя низкие.

text
▁▂▃▄▅▆▇███████████

Используется для:

  • удаления инфраниза;
  • борьбы с гулом;
  • очистки вокала;
  • подготовки микса.

Band Pass Filter (BPF) ​

Оставляет только определённый диапазон.

text
▁▂▃█████▃▂▁

Применяется в:

  • телефонии;
  • радио;
  • спецэффектах;
  • синтезаторах.

Notch Filter ​

Удаляет очень узкий диапазон.

text
██████▁██████

Используется для:

  • удаления сетевого гула;
  • подавления резонансов;
  • борьбы с обратной связью.

Shelf-фильтры ​

В отличие от обычных фильтров,

они не отрезают диапазон полностью.

Они плавно изменяют его уровень.

Low Shelf ​

text
██████████
████████
██████

Поднимает или опускает весь низ.

High Shelf ​

text
██████
████████
██████████

Работает аналогично,

но с высокими частотами.

Что происходит внутри? ​

Любой цифровой фильтр получает поток семплов.

text
Входной сигнал

↓

DSP-алгоритм

↓

Выходной сигнал

Каждый новый семпл вычисляется по определённым математическим правилам.

Именно эта последовательность вычислений определяет поведение фильтра.

Фильтр изменяет не только громкость ​

Это важный момент.

Многие фильтры изменяют:

  • амплитуду;
  • фазу;
  • временные характеристики сигнала.

Именно поэтому разные фильтры могут звучать по-разному,

даже если их амплитудная характеристика выглядит одинаково.

Где используются фильтры? ​

Практически везде.

Например:

  • эквалайзеры;
  • кроссоверы;
  • компрессоры;
  • де-эссеры;
  • синтезаторы;
  • ревербераторы;
  • дилеи;
  • анализаторы;
  • шумоподавление.

Практически любой современный аудиоплагин содержит один или несколько фильтров.

Почему фильтры так важны? ​

Фильтр —

это один из базовых строительных блоков DSP.

Так же как гармоники формируют тембр,

фильтры позволяют этот тембр изменять.

Без фильтров невозможно представить современную обработку звука.

Что должен понять продюсер ​

Когда вы двигаете ручку Low Cut или High Shelf,

вы управляете работой цифрового фильтра.

Эквалайзер не является отдельной технологией.

Он представляет собой набор различных фильтров,

объединённых в одном устройстве.

Итоги главы ​

✅ Фильтр управляет уровнем различных частот.

✅ Существуют Low Pass, High Pass, Band Pass, Notch и Shelf-фильтры.

✅ Фильтры могут изменять не только амплитуду, но и фазу.

✅ Эквалайзер состоит из нескольких цифровых фильтров.

✅ Фильтры лежат в основе большинства DSP-алгоритмов.

Что дальше? ​

Теперь возникает естественный вопрос.

Если все фильтры делают похожую работу,

почему одни звучат иначе, чем другие?

Ответ заключается в способе их построения.

В следующей главе мы познакомимся с двумя основными семействами цифровых фильтров:

  • FIR (Finite Impulse Response);
  • IIR (Infinite Impulse Response).

Именно различия между ними определяют поведение большинства современных эквалайзеров и DSP-процессоров.