Audio EQ: Was ist ein Bandpassfilter & wie funktionieren BPFs?
Beim Studium und Üben von Musikproduktion oder Tontechnik werden Sie sicherlich auf Bandpassfilter stoßen. Bandpassfilter sind leistungsstarke Werkzeuge, die in der Entzerrung und im allgemeinen Audiodesign verwendet werden.
Was ist ein Bandpassfilter im Audiobereich? Ein Bandpassfilter „passiert“ ein Frequenzband (ein definierter Bereich oberhalb eines niedrigen Grenzwerts und unterhalb eines hohen Grenzwerts), während er Frequenzen unterhalb des niedrigen Grenzwerts und oberhalb des hohen Grenzwerts progressiv dämpft.
In diesem Artikel werfen wir einen detaillierten Blick auf Bandpassfilter und diskutieren, wie sie funktionieren, wie sie entworfen sind und wie sie verwendet werden. Wir werden dann untersuchen, wie sie im EQ verwendet werden, und mischen sie zusammen mit anderen BPF-Anwendungen im Audiobereich.
Das Studium der elektronischen Filter ist ziemlich dicht. In diesem Artikel werden wir uns mit einer Theorie befassen, die uns hilft, Bandpassfilter zu verstehen. Dies ist jedoch keineswegs als vollständige Studie über Bandpassfilter gedacht. Vielmehr ist es ein Leitfaden zum Verständnis und zur Verwendung von BPFs im Zusammenhang mit Audiomischung und -produktion. Es ist ein ziemlich langer Artikel, also verwenden Sie bitte das Inhaltsverzeichnis, um herumzuspringen.
Inhaltsverzeichnis
- Was ist ein Bandpassfilter?
- Analoge vs. digitale Bandpassfilter
- Aktive vs. passive Bandpassfilter
- Mischen mit Bandpassfiltern
- Andere Anwendungen von Bandpassfiltern in Audio
- Verwandte Fragen
Was ist ein Bandpassfilter?
In den einleitenden Absätzen habe ich ganz kurz erklärt, was ein Bandpassfilter ist. Natürlich gibt es noch viel mehr über diese Filter zu wissen und wie sie in der Welt auf Audio verwendet werden.
Wir wissen, dass ein Bandpassfilter effektiv ein bestimmtes Frequenzband durchlässt und Frequenzen unterhalb und oberhalb dieses definierten Bandes herausfiltert. Auf diese Weise können Bandpassfilter als eine Kombination aus einem Hochpassfilter (der hohe Frequenzen durchlässt und niedrige Frequenzen dämpft) und einem Tiefpassfilter (der niedrige Frequenzen durchlässt und hohe Frequenzen dämpft) betrachtet werden.
Solange die Tiefpass-Grenzfrequenz höher ist als die Hochpass-Grenzfrequenz, ist das Ergebnis effektiv ein Bandpassfilter. Dies ist wichtig zu beachten, wenn wir diesen Artikel durchgehen.
Der ideale Bandpassfilter
Naturwissenschaften und Mathematik lieben es, sich mit der „idealen Welt“ auseinanderzusetzen. In dieser idealen Welt würde ein Bandpassfilter alle Frequenzen unterhalb seines niedrigen Grenzwerts und oberhalb seines hohen Grenzwerts vollständig entfernen und alle Frequenzen innerhalb seines Durchlassbandes (zwischen dem niedrigen und dem hohen Grenzwert) passieren.
Diese „Brickwall“-Art von BPF ist eine theoretische Idealisierung und kann nur in der Praxis angegangen werden. Beachten Sie, dass wir mit digitaler Signalverarbeitung und der Leistung von Computern sehr nahe kommen können.
Ein idealer Bandpassfilter würde in etwa so aussehen:
In der obigen Grafik haben wir Frequenz (in Hertz) auf der x-Achse und relative Amplitude (in Dezibel) auf der y-Achse.
Die Frequenz wird in Hertz (Hz) gemessen, was sich auf Zyklen pro Sekunde bezieht. Audiosignale sind Wechselstromsignale und haben daher Frequenzanteile. Wenn Audiosignale in Schallwellen umgewandelt werden, können wir die Informationen des Audiosignals hören. Da der menschliche Hörbereich allgemein mit 20 Hz – 20.000 Hz akzeptiert wird, enthalten die meisten Audiosignale Informationen innerhalb dieses Bereichs (um eine Fülle von nicht wahrnehmbaren Informationen zu vermeiden).
Die relative Amplitude wird in Dezibel (dB) gemessen, die das Verhältnis einer Größe zur anderen auf einer logarithmischen Skala ausdrücken. Wenn es um die Amplitude des Audiosignals geht, ist ein Unterschied von 3 dB eine Verdoppelung/Halbierung der Leistungsgrößen (Leistung und letztendlich Schallintensität), während ein Unterschied von 6 dB eine Verdoppelung/Halbierung der Wurzelleistungsmengen (Voltag) ist.e/Strom und letztlich Schalldruckpegel).
Die Grafik des idealen Bandpassfilters oben zeigt eine scharfe niedrige Grenzfrequenz (fL) bei 100 Hz und einer scharfen hohen Grenzfrequenz (fH) bei 2.000 Hz. Keine Frequenzen darunter fL oder höher fH wird in der Ausgabe einer solchen idealen BPF vorhanden sein, während Frequenzen zwischen fL und fH perfekt vertreten sein.
Beachten Sie, dass dieser Filter auch eine Mittenfrequenz (fC), die unter Verwendung der beiden Grenzfrequenzen mit der folgenden Gleichung berechnet werden kann:
Obwohl dies mit analogen Mitteln nicht möglich ist, gibt es Möglichkeiten, diese Art von Bandpassfilter anzunähern.
In analogen BPFs bringt uns die Erhöhung der Filterreihenfolge näher an die Steilheit eines idealen Filters um die Grenzfrequenzen. In digitalen BPFs können wir Plugins so codieren, dass sie so ziemlich den gleichen Effekt wie ein idealer Bandpassfilter haben.
Mehr zu analogen und digitalen Bandpassfiltern später.
Bandpassfilter aus der Praxis
So können wir einem idealen Bandpassfilter mit moderner Technologie ziemlich nahe kommen. Im Allgemeinen (und immer bei analogen BPFs) haben wir jedoch eine Art Dämpfungs-Roll-off unterhalb des niedrigen Cutoffs und oberhalb des hohen Cutoffs. Dies unterscheidet sich von den scharfen Cutoffs, die im idealen BPF vorhanden sind.
Ein typischer Bandpassfilter kann daher leicht in der folgenden EQ-Grafik visualisiert werden:
Wir können das Abrollen in diesem Bild sehen. Jenseits des Durchlassbandes beginnt der Filter, die Frequenzen ziemlich stetig zu dämpfen. Der Low-End-Roll-off dämpft den Ausgang, wenn die Frequenzen sinken, und der High-End-Roll-off dämpft den Ausgang, wenn die Frequenzen steigen.
Beachten Sie, dass beide Grenzfrequenzen am -3 dB-Punkt ihrer jeweiligen Roll-offs liegen. Wie wir kurz besprochen haben, ist dies die Frequenz, bei der der Filter die Leistung des Signals halbiert. Diese Definition der Grenzfrequenz wird in Tiefpass-, Hochpass-, Bandpass- und anderen Filtern verwendet.
BPF Passband, Stoppband & Übergangsband
Bandpassfilter ermöglichen die Durchlassung eines bestimmten Frequenzbereichs/-bandes zum Ausgang. Dieses Band wird einfach als Durchlassband des Filters bezeichnet.
Technisch gesehen ist das Durchlassband eines BPF das Band zwischen der niedrigen Grenzfrequenz (fL) und die hohe Grenzfrequenz (fH). Dann werden einige Frequenzen (Amplitude und Phase) innerhalb des Durchlassbandes in der Nähe der -3 dB-Grenzwerte beeinflusst. Diese Frequenzen sind jedoch größtenteils relativ unberührt und bilden das Durchlassband. Beachten Sie, dass das Passband auch als Bandbreite des Filters bezeichnet wird.
Ein Bandpassfilter hat zwei Stoppbänder. In einem idealen Filter werden diese Stoppbänder von der niedrigen Grenzfrequenz (fL) bis 0 Hz und von der hohen Grenzfrequenz (fH) bis ∞ Hz.
In realen Bandpassfiltern liegen die Stoppbänder jedoch irgendwann hinter dem Durchlassband, sobald die Dämpfung einen ausreichenden Punkt erreicht hat (z. B. -50 dB).
Die Übergangsbänder eines BPF sind die Bereiche zwischen dem Durchlassband und dem Stoppband, in denen der Filter von der Amplitude des Filterausgangs abrollt. Die Bandbreite des Übergangsbandes hängt von der Steigung des Abrollens ab, die durch die Filterreihenfolge und den Filtertyp zusammen mit der Schwellendämpfung des als Stoppband betrachteten Bandes bestimmt wird (z. B. die oben genannten -50 dB).
Bandpassfilterreihenfolge
Bandpassfilter werden oft als „Filter zweiter Ordnung“ bezeichnet. Dies liegt daran, dass sie mindestens zwei reaktive Komponenten (typischerweise Kondensatoren) in ihrem Design haben müssen. Dies ist mindestens eine reaktive Komponente für den Hochpassfilterabschnitt des Bandpassfilters und mindestens eine reaktive Komponente für den Tiefpassfilterabschnitt des Bandpassfilters.
Wir werden in Kürze die HPF- und LPF-Anteile der typischen BPF-Schaltung besprechen.
Technisch gesehen ist die Reihenfolge eines Filters das, was wir gerade beschrieben haben: die minimale Anzahl von reaktiven Elementen, die in einer Schaltung verwendet werden. Da Bandpassfilter mindestens zwei reaktive Komponenten benötigen, werden sie häufig als Filter zweiter Ordnung bezeichnet. Diese reaktiven Komponenten sind fast immer Kondensatoren, obwohl Induktivitäten in bestimmten passiven BPF-Designs verwendet werden können.
Bandpassfilter können jedoch mehr als zwei reaktive Komponenten in ihrem Design haben, die dadurchÄndern Sie die Reihenfolge ihres Designs.
In den meisten Bandpassfilterdesigns gibt es eine gleiche Anzahl von reaktiven Komponenten in den Hochpass- und Tiefpassabschnitten der Schaltung. Dies würde bedeuten, dass Bandpassfilter im Allgemeinen eine gerade Zahlenreihenfolge haben. Natürlich können sie auf andere Weise gestaltet werden, aber diese Designs sind weniger verbreitet.
Die Reihenfolge eines typischen HPF oder LPF bestimmt die Abrollrate oder Steilheit des Abrollens (und die Breite des Übergangsbandes). Eine Erhöhung des Auftrags wird den Roll-off steiler machen.
Bei Standard-Butterworth-Tiefpassfiltern erhöht jede Ganzzahlerhöhung den Roll-off um zusätzliche 6 dB pro Oktave oder 20 dB pro Jahrzehnt.
Beachten Sie, dass eine Oktave als eine Verdoppelung (oder Halbierung) der Frequenz definiert ist und ein Jahrzehnt als eine zehnfache Zunahme (oder Abnahme) der Frequenz definiert ist.
Beachten Sie auch, dass der Standard-Butterworth-Filter die obige Beziehung zwischen Bestellung und Roll-off-Rate wahr hält. Andere Filtertypen bieten andere Beziehungen. Dazu später mehr.
Ein BPF zweiter Ordnung hätte also einen Roll-off von 6 dB pro Oktave am unteren und oberen Ende. Ein BPF vierter Ordnung hätte 12 dB pro Oktave Roll-offs. Ein BPF sechster Ordnung hätte 18 dB/Oktave Roll-offs. Und so weiter und so fort.
Werfen wir einen Blick auf einen Butterworth-Hochpass- und Tiefpassfilter in den folgenden Bildern. Jedes Bild repräsentiert die Ordnungen 1 bis 5. Stellen Sie sich beide Filter vor, aus denen die BPF besteht, und denken Sie daran, dass die Reihenfolge der BPF doppelt so groß ist wie die der übereinstimmenden Reihenfolge von HPF und LPF:
Beachten Sie, wie die Grenzfrequenz (die für jeden Graphen bei 1 kHz liegt) unabhängig von der Filterreihenfolge am Dämpfungspunkt von -3 dB erfolgt.
Wir können auch aus den obigen Diagrammen sehen, dass sich der Amplitudengraph des Filters dem eines idealen Filters annähert, wenn die Reihenfolge des Filters erhöht wird.
Q-Faktor des Bandpassfilters
Einige Bandpassfilter verfügen über eine Q-Faktor-Steuerung. Q-Faktor-Parameter sind in EQ-Plugins und digitalen EQ-Einheiten üblich, bei denen der Filter nicht als bestimmter Typ (Butterworth, Bessel, Chebyshev, Elliptic usw.) ausgelegt ist.
Ein Bandpassfilter kann durch seinen Q-Faktor definiert werden, der als Kehrwert der Bandbreite/des Durchlassbands des Filters definiert ist. Q ist eine dimensionslose Einheit.
Im Allgemeinen hat ein Bandpassfilter mit hohem Q (10 oder höher) ein schmaleres Durchlassband und wird als Schmalbandfilter bezeichnet. Umgekehrt hat ein Bandpassfilter mit niedrigem Q (unter 10) ein breites Durchlassband und wird als Breitbandfilter bezeichnet.
Obwohl Q eine Definition hat (sie ist bei der Mittenfrequenz dividiert durch die Bandbreite / das Passband definiert), wird diese Definition nicht immer zugetroffen.
Was ich über den Q-Faktor sagen kann, ist, unabhängig davon, wie ein Hersteller „Q“ definiert, die Erhöhung dieses Parameters in einem Bandpassfilter reduziert das Passband, während das Verringern dieses Parameters das Passband erhöht.
Die EQs, die eine Q-Faktor-Steuerung für den Bandpassfilter bieten, verfügen normalerweise über eine Grafik, die Ihnen zeigt, wie sich der Filter auf das Signal auswirkt.
Bandpassfilter & Phasenverschiebung
Es ist wichtig zu beachten, dass ein Bandpassfilter nicht nur die Amplitude des Signals beeinflusst, sondern auch die Phase. Da die BPF die Ausgabe bestimmter Frequenzen um unterschiedliche Beträge dämpft, verschiebt sie auch die Phase der Frequenzen um unterschiedliche Beträge.
In der Regel führt jede reaktive Komponente in einem analogen Filter zu einer Gesamtphasenverschiebung von 90º im Signal. Analoge Bandpassfilter (und die digitalen Filter, die darauf abzielen, sie digital nachzubilden) haben eine Phasenverschiebung von mindestens 180º, da sie mindestens Filter zweiter Ordnung sind (denken Sie daran, dass sie aus einem Hochpass- und Tiefpassfilter bestehen.
Bei Standard-Butterworth-Tiefpass- und Hochpassfiltern erfolgt die Hälfte der gesamten Phasenverschiebung durch die Grenzfrequenz. Der Hochpassfilter würde dazu führen, dass die Ausgangssignalphase die des Eingangs anführt, während der Tiefpassfilter dazu führen würde, dass die Ausgangssignalphase hinter der des Eingangs zurückbleibt.
Wenn also ein BPF ein Butterworth-HPF erster Ordnung und ein Butterworth-LPF erster Ordnung verwenden würde, hätten wir einen Amplitudenfrequenz- und Phasenfrequenzgraphen, der dem folgenden ähnelt:
Wir können in den obigen Grafiken sehen, dass das untere Übergangsband des BPF einen Ausgang mit einer positiven Phasenverschiebung hat (die Ausgangsphase führt zu der des Eingangs). Bei einem HPF erster Ordnung maximiert die Verschiebung bei 90º und fällt bei der Grenzfrequenz (fL), bevor 0º bei der BPF-Mittenfrequenz (fC).
Nach der Mittenfrequenz wird die Phasenverschiebung negativ (die Ausgangsphase hinkt der des Eingangs hinterher) und erreicht -45º bei der LPF-Grenzfrequenz (fH), wenn es sich einem Maximum von -90º nähert.
Beachten Sie, dass, wenn wir die Ordnung des BPF erhöhen würden, wir nicht nur die Amplituden-Roll-Offs steiler machen würden, sondern auch mehr Phasenverschiebung verursachen würden.
Im Abschnitt über digitale Bandpassfilter werden lineare Phasen-EQ/Filter diskutiert, die darauf ausgelegt sind, die Phasenverschiebung zu eliminieren und gleichzeitig die Amplitudenfilterung eines typischen BPF beizubehalten.
Die Hochpassfilterkomponente
Bisher haben wir den „Hochpass“-Teil eines Bandpassfilters ausführlich besprochen. Betrachten wir nun die Hochpassfilter selbst, um die HPF-Komponente einer BPF zu verstehen.
Beginnen wir unsere Diskussion mit einer Reihe von Diagrammen, die die Amplituden-Frequenz- und Phasenfrequenzbeziehungen eines Hochpassfilters erster Ordnung darstellen:
Alles wird im Vergleich zu unseren vorherigen Erklärungen zu Bandpassfiltern überprüft:
- Die Grenzfrequenz liegt bei -3 dB Dämpfungspunkt.
- Die Phasenverschiebung ist bis zu 90º positiv (für eine HPF erster Ordnung).
- Die Phasenverschiebung bei der Grenzfrequenz (+45º) ist halb so groß wie die maximale Phasenverschiebung.
- Das Abrollen eines Filters erster Ordnung beträgt 6 dB/Oktave. Die Grenzfrequenz in der obigen Grafik liegt bei 1.000 Hz und die Dämpfung erreichte -24 dB vier Oktaven unter 1.000 Hz bei 62,5 Hz.
Es überrascht nicht, dass der einfachste Weg, um zu erklären, wie ein Hochpassfilter funktioniert, darin besteht, die einfachste Art von Hochpassfilter zu untersuchen. Das ist der passive RC-Hochpassfilter erster Ordnung. Es sieht so aus:
Diese RC-HPF-Schaltung hat einen Widerstand (R) und eine reaktive Komponente: den Kondensator (C). Es handelt sich also um einen Filter erster Ordnung.
Lassen Sie uns dies schnell mit einer einfachen DC-Spannungsteilerschaltung vergleichen:
Im obigen Schema haben wir die folgende Gleichung:
Als R1 erhöht, Vaus nimmt ab (unter der Annahme von R2 bleibt konstant).
Obwohl ein Spannungsteiler auf Gleichspannung wirkt, kann die Idee in unserem einfachen RC-Hochpassfilter in Wechselspannung übersetzt werden. Bei Wechselstromsignalen müssen wir die Impedanz (Z) und nicht nur den Widerstand berücksichtigen.
Die Impedanz besteht aus zwei Komponenten: Widerstand und Reaktanz. Er wird in Ohm (Ω) genau wie der Widerstand gemessen und kann effektiv als „Wechselstromwiderstand“ betrachtet werden.
Wenn wir also, sagen wir, ein Audiosignal bei V haben.in mit Frequenzinhalten zwischen 20 Hz und 20.000 Hz (dem menschlichen Hörbereich), dann haben wir ein Wechselstromsignal. Wechselstromsignale unterliegen der Impedanz, die sowohl Phase als auch Größe hat und sich aus dem Widerstand und der Reaktanz einer Schaltung zusammensetzt.
In einer idealen Welt (denken Sie daran, wie sehr wir Idealisierungen mögen) wird ein Widerstand nur Widerstand und keine Reaktanz haben. Umgekehrt hat ein Kondensator nur Reaktanz und keinen Widerstand.
Mit einem Spannungsteiler haben wir eine Situation, in der als R2 erhöht, Vaus Steigerungen (unter der Annahme von R1 bleibt konstant). Denken Sie daran, da es sich auf die einfache RC-Hochpassfilterschaltung übertragen lässt.
Wenn wir einfach die Widerstände des DC-Spannungsteilers mit den Komponenten der RC-HPF-Schaltung austauschen würden, dann würde R1 würde zum Kondensator und R werden2 würde zum Widerstand werden.
Schauen wir uns noch einmal unseren einfachen passiven analogen RC-Hochpassfilter-Schaltplan an:
Wenn wir nun einen neuen Blick auf die RC-Hochpassfilterschaltung werfen, können wir die folgende Gleichung finden:
Wo:
• Z ist die Gesamtimpedanz der Schaltung
• R ist der Widerstand des Widerstands
Denken Sie daran, dass die Impedanz aus den Widerstands- und Reaktanzkomponenten der Schaltung besteht. Die typische Impedanzformel lautet:
wobei XL ist die induktive Kapazität. Da es keine Induktivität in der RC-Schaltung gibt, XL gleich Null ist.
Lassen Sie uns unsere RC-Ausgangsspannung mit diesen neuen Informationen schnell neu schreiben:
Jetzt geben wir folgendes an: als XC erhöht, Vaus nimmt ab (unter der Annahme, dass R konstant bleibt).
Hier bringen wir Frequenz in tEr gleicht und beginnt, das Hochpassfilterdesign zu verstehen.
Die Blindkapazität (XC) eines Kondensators nimmt zu, wenn die Frequenz der Eingangsspannung/des Eingangssignals gemäß dieser Formel abnimmt:
Wo:
• f ist die Frequenz des Signals
• C ist die Kapazität des Kondensators (konstant)
Wenn wir zusammenfassen, was wir gelernt haben, können wir jetzt verstehen, wie ein Hochpassfilter funktioniert:
- Wenn die Eingangssignalfrequenz abnimmt, steigt die kapazitive Reaktanz
- Wenn die kapazitive Reaktanz zunimmt, nimmt der Ausgangssignalpegel relativ zum Eingangssignalpegel ab (vorausgesetzt, der Widerstand der Schaltung bleibt gleich).
Daher dämpft die Schaltung niedrigere Frequenzen stärker als höhere Frequenzen. Mit anderen Worten, die Schaltung ist ein Hochpassfilter!
Natürlich haben wir nicht über das Durchlassband gesprochen, in dem die Schaltung die Amplitude der Frequenzen nicht beeinflusst. Um diese Diskussion zu beginnen, schauen wir uns an, wie wir die Grenzfrequenz mit der folgenden Gleichung ermitteln:
Wo:
• R ist der Widerstand des Widerstands
• C ist die Kapazität des Kondensators
Alles darüber fL wird Teil des Passbands des Hochpassfilters sein
Als zusätzliche Gleichung können wir die oben erwähnte Phasenverschiebung eines RC-Hochpassfilters mit folgender Gleichung berechnen:
Die Tiefpassfilterkomponente
Neben einer Hochpasskomponente verfügt eine BPF auch über eine Tiefpassfilterkomponente. In diesem Abschnitt konzentrieren wir uns auf die Funktionsweise von Tiefpassfiltern, um Bandpassfilter als Ganzes zu verstehen.
Beginnen wir, wie wir es mit dem Hochpassfilterabschnitt getan hatten, mit einer Reihe von Diagrammen, die die Amplitudenfrequenz- und Phasenfrequenzbeziehungen eines Tiefpassfilters erster Ordnung darstellen:
Lassen Sie uns diese Diagramme erneut überprüfen, um sicherzustellen, dass sie den Regeln entsprechen, die zuvor in unserer Erklärung zu Bandpassfiltern besprochen wurden:
- Die Grenzfrequenz liegt bei -3 dB Dämpfungspunkt.
- Die Phasenverschiebung ist bis zu 90º negativ (für ein LPF erster Ordnung).
- Die Phasenverschiebung bei der Grenzfrequenz (-45º) ist halb so groß wie die maximale Phasenverschiebung.
- Das Abrollen eines Filters erster Ordnung beträgt 6 dB/Oktave. Die Grenzfrequenz in der obigen Grafik liegt bei 1.000 Hz und die Dämpfung erreichte -24 dB vier Oktaven über 1.000 Hz bei 16.000 Hz.
Wenn wir wissen, was wir aus dem vorherigen Abschnitt über Hochpassfilter wissen, werfen wir einen Blick auf das einfachste Tiefpassfilterdesign: das passive RC-LPF erster Ordnung:
Wenn wir diese Schaltung mit dem Spannungsteiler vergleichen, erhalten wir die folgende Gleichung:
Im Falle des Tiefpassfilters haben wir eine Situation, in der XC nimmt ab, Vaus nimmt ab (unter der Annahme, dass R konstant bleibt). Dies ist das Gegenteil des oben genannten Hochpassfilters.
Denken Sie daran, dass die Blindkapazität des Kondensators zunimmt, wenn die Frequenz der Eingangsspannung / des Eingangssignals abnimmt.
So können wir die folgenden Punkte zu dieser Tiefpass-RC-Schaltung sagen:
- Mit zunehmender Eingangssignalfrequenz nimmt die kapazitive Reaktanz ab
- Wenn die kapazitive Reaktanz abnimmt, sinkt der Ausgangssignalpegel relativ zum Eingangssignalpegel (vorausgesetzt, der Widerstand der Schaltung bleibt gleich).
Daher dämpft die Schaltung höhere Frequenzen stärker als niedrigere Frequenzen. Mit anderen Worten, die Schaltung ist ein Tiefpassfilter!
Die Grenzfrequenz einer solchen Tiefpassschaltung wird mit der gleichen Formel wie die oben genannte Hochpassschaltung berechnet:
Wo:
• R ist der Widerstand des Widerstands
• C ist die Kapazität des Kondensators
Alles darunter fH wird Teil des Passbands des Tiefpassfilters sein
Was die Phase betrifft, so kann sie mit der folgenden Gleichung berechnet werden:
Hinweis zu Bandpassfiltern in Audio-Equalizern
Da Bandpassfilter durch einfache Kombination eines Hochpass- und Tiefpassfilters hergestellt werden können, werden einige Hersteller genau das tun.
In einigen EQ-Einheiten schaltet die Bandpassfilteroption einfach die Hochpass- und Tiefpassfilter zusammen ein und steuert sie über zusätzliche Parameter.
Davon abgesehen, wDer Rest dieses Artikels konzentriert sich auf tatsächliche Bandpassfilterschaltungen und -designs.
Analoge vs. digitale Bandpassfilter
Nachdem wir nun die Grundlagen von Bandpassfiltern und die Bausteine (Hochpass- und Tiefpassfilter) verstanden haben, die in ihre Herstellung einfließen, betrachten wir den Unterschied zwischen analogen und digitalen BPFs.
Der offensichtliche Unterschied zwischen analogen und digitalen Filtern besteht darin, dass analoge Filter aus analogen Komponenten (Widerstände, Kondensatoren, Operationsverstärker usw.) bestehen und analoge Audiosignale filtern, während digitale Filter entweder in Software codiert oder in digitale Schaltungen eingebettet sind und auf digitale Audiosignale wirken.
Analoge BPFs sind leichter zu verstehen und daher liegt der Schwerpunkt auf analogen Filtern. Beachten Sie, dass viele digitale BPF- und Equalizer so konzipiert sind, dass sie ihre analogen Gegenstücke emulieren.
Lassen Sie uns in den folgenden Abschnitten ausführlicher auf sie eingehen.
Analoge Bandpassfilter
Wir haben uns in diesem Artikel bereits mit analogen Hochpass- und Tiefpassfiltern befasst. Das Verständnis analoger Bandpassfilter wird einfach, da wir diese beiden Filtertypen einfach zu einem kombinieren.
Beginnend mit dem grundlegendsten passiven Bandpassfilter zweiter Ordnung hätten wir eine Schaltung, die der folgenden ähneln würde:
Dieser BPF ist einfach ein RC-Hochpassfilter erster Ordnung, der in einen Tiefpass-RC-Filter erster Ordnung kaskadiert wird. Wir wissen bereits, wie diese Filter funktionieren.
Die Grenzfrequenz des Hochpassfilters (fL) wird mit folgender Formel berechnet:
Die Grenzfrequenz des Tiefpassfilters (fH) wird mit folgender Formel berechnet:
Und jeder Roll-off wird mit einer Rate von 6 dB / Oktave erfolgen.
Analoge Bandpassfilter höherer Ordnung und aktive werden im Abschnitt über Aktive Bandpassfilter.
Digitale Bandpassfilter
Die digitale Signalverarbeitung (DSP) und Verbesserungen der Rechenleistung haben es ermöglicht, unglaublich präzise und vielseitige digitale Filter zu entwickeln. Dies gilt auch für Bandpassfilter in Audiogeräten, insbesondere in digitalen Equalizern.
Digitale Filter profitieren von verbesserter Genauigkeit und Flexibilität; Verbesserte Temperatur- und Feuchtigkeitsbeständigkeit und niedrigere Herstellungskosten.
Beachten Sie, dass einige digitale Bandpassfilter so konzipiert sind, dass sie die Leistung analoger BPFs emulieren.
Anstatt analoge Komponenten (Kondensatoren, Widerstände, Operationsverstärker usw.) zu verwenden, werden digitale Schaltungen in digitale Chips eingebettet (mit Addierern, Subtraktoren, Verzögerungen usw.) oder alternativ in Audio-Plugins programmiert.
Ein digitaler Bandpassfilter passt in eines von zwei Lagern:
- Unendliche Impulsantwort (IIR)
- Finite Impulsantwort (FIR)
Was ist ein unendlicher Impulsantwortfilter in Audio? Ein IIR-Filter ist ein linearer zeitinvarienter analoger Filtertyp (der ebenfalls digitalisiert wurde), der mit einer Impulsantwort arbeitet, die unbegrenzt anhält und nie genau Null wird. Butterworth-, Chebyshev-, Bessel- und elliptische Filter sind Beispiele für IIR-Filter.
Was ist ein endlicher Impulsantwortfilter in Audio? Ein FIR-Filter ist ein Filter (analog oder digital, wenn auch fast immer digital), der mit einer Impulsantwort von endlicher Dauer arbeitet und sich innerhalb einer gewissen Zeit auf Null einpendelt. Es eignet sich gut für den linearen Phasen-EQ.
Apropos linearer Phasen-EQ, diese spezialisierten Equalizer sind auch hier erwähnenswert.
Ein linearer Phasen-EQ (der mit ziemlicher Sicherheit immer Bandpassfilteroptionen haben wird) eliminiert effektiv jede Phasenverschiebung innerhalb des Audioprozessors.
Rückruf im Abschnitt Bandpassfilter & Phasenverschiebung wie wir die unvermeidliche Phasenverschiebung analoger BPFs diskutierten (90º Phasenverschiebung für jede reaktive Komponente in der Schaltung).
Ein linearer Phasen-EQ (und Bandpassfilter) verwendet digitale Signalverarbeitung (DSP), um den Frequenzinhalt eines Signals zu analysieren und die Verstärkung über FIR-Filter (Finite Impulse Response) auf die entsprechenden Frequenzen anzuwenden, um auftretende Phasenverschiebungen zu eliminieren.
Das Blue Cat’s Liny EQ (Link zum Preis bei Plugin Boutique) ist ein großartiges Beispiel für ein lineares Phasen-EQ-Plugin:
Zusammenfassung analoger und digitaler Bandpassfilter
Hier ist eine kurze Tabelle, um zusammenzufassen, was wir in diesem Abschnitt besprochen haben.
| Analoge Audio-BPF | Digitales Audio BPF |
|---|---|
| Filtert analoge (zeitkontinuierliche) Audiosignale | Filtert digitale (zeitdiskrete) AudiosignaturenLs |
| Hergestellt aus analogen Komponenten | Eingebettet in digitale Chips (mit Addierern, Subtraktoren, Verzögerungen usw.), oder; In Software codiert |
| Eingeschränkte Funktionalität und Anpassungsfähigkeit | Vielseitiger in der Programmierung |
| Empfindlicher gegenüber Umweltveränderungen | Weniger empfindlich gegenüber Umweltveränderungen |
| Analoge Bauelemente führen zu thermischem Rauschen | Quantisierung führt zu digitalem Rauschen |
| Höhere Herstellungskosten | Geringere Herstellungskosten |
Aktive vs. passive Bandpassfilter
Aktive und passive Filter unterscheiden sich in einem wesentlichen Punkt: Aktive Filter haben aktive Komponenten, die Strom benötigen, um zu funktionieren, und passive Filter nicht.
Bei analogen Bandpassfiltern handelt es sich bei diesen aktiven Komponenten typischerweise um Betriebsverstärker. Die passiven Komponenten sind die Widerstände, Kondensatoren und in einigen Fällen Induktivitäten.
Operationsverstärker benötigen Strom, um zu funktionieren, bieten aber eine Vielzahl von Vorteilen für eine Bandpassschaltung, darunter:
- Signalverstärkung
- Ermöglicht die Konstruktion von Filtern höherer Ordnung ohne eine Verschlechterung des Signal-Rausch-Verhältnisses aufgrund zusätzlicher Komponenten
- Verbesserte Ausgangsimpedanz für Antriebslasten
- Verbesserte Impedanz zwischen Verstärkungsstufen in Bandpassfiltern höherer Ordnung (Pufferung)
Beachten Sie, dass die Bezeichnungen „aktiv“ und „passiv“ im Allgemeinen nur für analoge Filter gelten. Digitale Filter sind aufgrund ihres Designs aktiv (dies gilt für Hardware, die mit Transistoren und Software gebaut ist, was eine Berechnung erfordert).
Lassen Sie uns mit dieser Einführung die aktiven und passiven Bandpassfilter genauer besprechen, beginnend mit dem einfacheren der beiden: dem passiven BPF.
Passive Bandpassfilter
Wir haben bereits ausführlich über passive RC-Bandpassfilter gesprochen, daher werde ich mich kurz fassen.
Sehen wir uns kurz den grundlegenden Schaltplan eines passiven Bandpassfilters zweiter Ordnung an:
Wir können der obigen Schaltung Widerstands-Kondensator-Paare hinzufügen, um die Abrollrate des Filters zu erhöhen. Wir würden dies jedoch auf Kosten der Ausgangsamplitude und des Signal-Rausch-Verhältnisses tun, da jede Komponente etwas Strom verbraucht und etwas Rauschen hinzufügt.
Passive Filter wie diese haben auch den Nachteil, dass sie sich auf die passiven Komponenten verlassen, um eine Ausgangsimpedanz aufrechtzuerhalten. Ein Operationsverstärker kann die Ausgangsimpedanz effektiv senken, um die Signalübertragung zwischen dem Filter und der Last (dem nächsten Audiogerät) zu verbessern. Passive Schaltungen haben diesen Luxus nicht.
Passive BPFs können jedoch immer noch gut funktionieren, da sie nur damit beauftragt sind, Frequenzen zu reduzieren, anstatt sie zu verstärken.
Aktive Bandpassfilter
Die meisten Bandpassfilter sind aktiv.
Bei analogen Bandpassfiltern verfügt eine aktive Schaltung über mindestens einen Operationsverstärker (Operationsverstärker). Diese Operationsverstärker können verwendet werden, um das Signal zu verstärken, die Einheitsverstärkung aufrechtzuerhalten, die Ausgangsimpedanz zu verbessern, das Signal innerhalb der Schaltung zu puffern, einen geeigneten Dämpfungsfaktor aufrechtzuerhalten und vieles mehr. Allein anhand dieser Liste können wir sehen, wie vorteilhaft Operationsverstärker im BPF-Design sind.
Es gibt viele Schaltungstopologien, die verwendet werden können, um einen aktiven Bandpassfilter zu erreichen. Wenn wir uns an unsere Diskussion über BPF Q-Faktorenwerden wir uns daran erinnern, dass Bandpassfilter oft entweder als breitbandig (mit einem Q abzüglich der 10) oder schmalbandig (mit einem Q-Faktor von 10 oder größer) betrachtet werden.
Ein Breitbandpassfilter kann gebildet werden, indem einfach ein Hochpass- und ein Tiefpassfilter zusammen kaskadiert werden. Das könnte in etwa so aussehen:
In dieser Schaltung ist das Signal hochgeleitet; verstärkt (typischerweise bis zur Einheit im Durchlassband); niedrig passiert; und dann am Ausgang verstärkt.
Hier ist ein Blick auf einen aktiven Hochpassfilter und einen aktiven Tiefpassfilter zum Vergleich. Wir beginnen mit dem aktiven RC-Hochpassfilter erster Ordnung:
In diesem aktiven RC-HPF erster Ordnung wird die Verstärkung des Operationsverstärkers wie folgt berechnet:
Und der Gewinn der Schaltung gibt uns die folgenden Bedingungen:
- Bei niedrigen Frequenzen (f < fC): A = Vaus/Vin < AV
- Bei der Grenzfrequenz (f = fC): A = Vaus/Vin = AV/√2 = 0,707 AV
- Bei hohen Frequenzen (f > fC): A = Vaus/Vin ≈ AV
Kommen wir nun zum aktiven RC-Tiefpassfilter erster Ordnung:
In diesem aktiven RC-LPF erster Ordnung wird die Verstärkung des Operationsverstärkers wie folgt berechnet:
Und der Gewinn der Schaltung gibt uns die folgenden Bedingungen:
- Bei niedrigen Frequenzen (f < fC): A = Vaus/Vin = AV/{kleine Anzahl} ≈ AV
- Bei der Grenzfrequenz (f = fC): A = Vaus/Vin = AV/√2 = 0,707 AV
- Bei hohen Frequenzen (f > fC): A = Vaus/Vin = AV/{große Zahl} « AV
Um diese Art von BPF in einen Filter vierter Ordnung umzuwandeln, wäre ein Hochpass zweiter Ordnung und ein Tiefpass zweiter Ordnung erforderlich. Es würde ungefähr so aussehen (unter Verwendung der Sallen-Key-Filtertopologie):
Auch hier kommt die Hochpassstufe an erster Stelle und die Tiefpassstufe an zweiter Stelle. Jede Stufe verfügt über einen eigenen Operationsverstärker zur Verstärkung, Dämpfung und Impedanzüberbrückung.
Um unser Verständnis zu vertiefen, werden wir schnell einen Hochpassfilter zweiter Ordnung und einen Tiefpassfilter zweiter Ordnung (Sallen-Key-Topologie) durchlaufen. Beginnen wir mit dem Hochpassfilter:
Die Verstärkung dieser Schaltung ist definiert als:
Wenn wir es mit Filtern zweiter Ordnung (und höher) zu tun haben, haben wir auch einen Dämpfungsfaktor in der Schaltung. Der Dämpfungsfaktor dieser einfachen Sallen-Key-Filtertopologie beträgt:
So ist das RF und RIch Werte sind an der Bestimmung der Verstärkung und des Dämpfungsfaktors der Schaltung beteiligt. Das RF und RIch Bestimmen Sie auch, ob wir einen Butterworth-, Bessel- oder Chebyshev-Filter haben. Beachten Sie, dass Folgendes nur für einen Filter zweiter Ordnung gilt:
- Butterworth:
- RF / RIch = 0,586
- DF = 1,414
- EinV = 4 dB
- Bessel:
- RF / RIch < 0,586
- DF > 1.414
- EinV < 4 dB
- Tschebyschew:
- RF / RIch > 0,586
- DF < 1.414
- EinV > 4 dB
Was ist ein Butterworth-Filter in Audio? Ein Butterworth-Filter (Maximally Flat Magnitude Filter) ist ein linearer analoger Filter, der einen möglichst flachen Frequenzgang im Durchlassband aufweist. Butterworth-Filter bieten kein übermäßig steiles Abrollen und werden häufig in Tief-/Hochpass- und Low/High-Shelf-Filtern eingesetzt.
Was ist ein Bessel-Filter in Audio? Ein Besselfilter ist ein lineares analoges Filter mit einer maximal flachen Gruppe oder Phasenantwort, um die Wellenformen von Signalen innerhalb des Durchlassbands zu erhalten. Besselfilter sorgen für einen sanften Frequenzabroll über die Grenzfrequenz hinaus und sind hauptsächlich für einen linearen Phasengang mit geringem Überschwingen ausgelegt.
Was ist ein Chebyshev-Filter in Audio? Ein Chebyshev-Filter ist ein lineares Analogon Filter, der für ein sehr steiles Abrollen auf Kosten der Durchlassbandwelligkeit (Typ I) oder der Stoppbandwelligkeit (Typ II/Invers) ausgelegt ist.
Beachten Sie, dass bei HPF höherer Ordnung das Verhältnis zwischen RF / RIch wird unterschiedlich sein, um jeden dieser Filtertypen zu erhalten.
Wenn wir nun zum Sellen-Key-Tiefpassfilter zweiter Ordnung übergehen, haben wir Folgendes:
Die Verstärkung und der Dämpfungsfaktor sowie die Filtertypkategorisierung werden in dieser LPF-Schaltung auf die gleiche Weise berechnet wie in der vorherigen HPF-Schaltung.
Schmalband-Bandpassfilter sind im Allgemeinen mit einer Mehrfachrückkopplungsschaltung ausgelegt. Diese Schaltungen haben zwei (oder mehr) Rückkopplungspfade für den Operationsverstärker (daher der Name) und verwenden einen invertierten Verstärker. Hier ist ein Beispiel für einen schmalbandigen RC-Bandpassfilter zweiter Ordnung:
Diese Arten von BPFs sind im Allgemeinen für eine bestimmte Mittenfrequenz ausgelegt (fC) und Q/Bandbreitenwerte.
Und natürlich ist die Bandbreite der Unterschied zwischen fC1 und fC2 während dieses Q das Rezi istProcal-Bandbreite.
Beliebt ist auch der IGMF-Bandpassfilter (Infinite Gain Multiple Feedback), der eine verbesserte Passbandantwort über die oben genannte schmalbandige BPF-Schaltung ermöglicht. Dieser IGMF-Bandpassfilter (in zweiter Reihenfolge) sieht in etwa so aus:
Dieser Filtertyp bietet eine hohe Verstärkung und eine hohe Selektivität der Q/Bandbreite. Es wird durch die folgenden Formeln geregelt:
Die Mittenfrequenz (fC)ist abhängig von jedem Widerstand und Kondensator in der folgenden Gleichung:
Die Q (Umkehrung der Bandbreite) ist abhängig vom Widerstand der Widerstände:
Ebenso wie die maximale Verstärkung (AV) der Rennstrecke:
Die Erhöhung der Reihenfolge solcher Filter erhöht die Komplexität erheblich, ist aber möglich. Wir haben abgeschlossen, was wir in diesem Artikel in Bezug auf die Filterdesigntheorie diskutieren werden. Wenn Sie daran interessiert sind, mehr zu erfahren, gibt es viele hervorragende Ressourcen im Internet.
Zusammenfassung zu aktiven und passiven Bandpassfiltern
Hier ist eine kurze Tabelle, um zusammenzufassen, was wir in diesem Abschnitt besprochen haben.
| Aktives Audio BPF | Passives Audio BPF |
|---|---|
| Benötigt Strom | Benötigt keinen Strom |
| Enthält aktive und passive Komponenten (einschließlich Operationsverstärker) | Enthält nur passive Bauelemente (Widerstände, Kondensatoren usw.) |
| Bietet Verstärkung über Einheitsgewinn (Boosts zusätzlich zu Schnitten) | Kann keine Verstärkung über den Einheitsgewinn hinaus bieten (nur Schnitte) |
| Niedrige Ausgangsimpedanz (lastunabhängige Leistung) | Höhere Ausgangsimpedanz (lastabhängige Leistung) |
| Höhere Herstellungskosten | Geringere Herstellungskosten |
Zusätzliche Punkte könnten gemacht werden, die für Audio-BPFs nicht so anwendbar sind (wie für sehr hochfrequente Signale), aber trotzdem erwähnenswert sind:
- Passive BPFs können Induktivitäten enthalten.
- Aktive BPFs können aufgrund des Operationsverstärkers nicht so hohe Signalamplituden verarbeiten wie passive Filter.
- Aktive BPFs haben aufgrund des Operationsverstärkers eine begrenzte Bandbreite.
Mischen mit Bandpassfiltern
Nun, da wir verstehen, wie Bandpassfilter funktionieren, wenden wir uns ihrer Rolle beim Audiomischen zu.
Bandpassfilter werden zum Mischen auf folgende Weise verwendet:
- Anpassen der wahrgenommenen Tiefe
- Schneiden von Problemfrequenzen
- Charakteristische Frequenzen mit Resonanzen akzentuieren
- Automatisieren!
Anpassen der wahrgenommenen Tiefe
Bandpassfilter können dazu beitragen, die wichtige Dimension der wahrgenommenen Tiefe in einem Mix zu verbessern. Dies ist insbesondere auf den High-End-Roll-off-Teil (Tiefpassfilter) des Bandpassfilters zurückzuführen.
In der realen Welt der Akustik führt die Vergrößerung des Abstands zwischen einer Schallquelle und dem Zuhörer dazu, dass einige Dinge passieren. Ich füge die Audioeffekte hinzu, die helfen, diese psychoakustisch wahrgenommene Tiefe in Klammern nachzuahmen:
- Der Ton wird leiser (Lautstärke/Verstärkung).
- Der Ton kommt später an den Ohren des Zuhörers an (Verzögerung).
- Der Klang wird wahrscheinlich von anderen Oberflächen im akustischen Raum reflektiert und erreicht die Ohren des Zuhörers zu unterschiedlichen Zeiten (Verzögerung und Hall).
- Der Klang wird weniger fokussiert sein (Modulation wie Chorus).
- Der Klang wird weniger High-End haben, da die höherfrequenten Schallwellen aufgrund der Reibung des Mediums / der Luft (BPF / LPF) zuerst Energie verlieren.
Indem wir das High-End eines Signals mit einem Bandpassfilter herausfiltern, können wir eine Spur effektiv weiter in die Tiefendimension eines Mixes zurückschieben. Dies kann natürlich mit einem Bandpassfilter erreicht werden.
Schneiden von Problemfrequenzen
Ob es darum geht, Low-End-Rumble zu eliminieren; Wenn wir das Vorhandensein von Rauschen im Signal reduzieren oder einfach Resonanzen oder Problemfrequenzen herausfiltern, kann uns ein Bandpassfilter an beiden Enden des hörbaren Frequenzspektrums helfen.
Low-End-Rumble kann wirklich Kopffreiheit auffressen und Staus am unteren Ende einer Mischung verursachen. Ein Bandpassfilter kann dies effektiv herausfiltern.
Ebenso können Eigenrauschen, Rauschen und andere High-End-Störungen bei Bedarf mit dem High-End-Filter eines Bandpassfilters entfernt werden.
Charakteristische Frequenzen mit Resonanzen akzentuieren
Wie bereits erwähnt, hat ein Bandpassfilter nicht immer ein perfekt flaches Passband. Manchmal gibt es Resonanzspitzen oder Wellen im Durchlassband in der Nähe der Grenzfrequenzen.
Wir können diese Boosts im Frequenzspektrum / EQ verwenden, um bestimmte Frequenzen zu akzentuieren und gleichzeitig die Frequenzen darüber oder darunter herauszufiltern.
Indem wir ein bestimmtes schmales Band mit einer Resonanzspitze verstärken, können wir den Charakter eines bestimmten t betonen.Rack und entfernen Sie gleichzeitig Problemfrequenzen oberhalb oder unterhalb dieser charakteristischen Frequenzen.
Automatisieren!
Die Automatisierung eines Bandpassfilters kann mit großem Erfolg verwendet werden, um klangliches Interesse an einer Klangquelle zu erzeugen.
Wenn Sie sich für Synthesizer interessieren, wissen Sie wahrscheinlich, wie die Automatisierung oder anderweitige Modulation eines Bandpassfilters coole Ergebnisse erzielen kann.
Wah-Wah- und Hüllkurvenfilter-Effektpedale können auch einen Bandpassfilter modulieren, um ihren Klangeffekt zu erzielen, insbesondere wenn ein Resonanzspitze in der Nähe der Cutoffs.
Andere Anwendungen von Bandpassfiltern in Audio
Neben dem Mischen finden sich Bandpassfilter auch in anderen Audiotechnologien.
Weitere Anwendungen von Bandpassfiltern sind:
Crossover-Netzwerke
Eine Lautsprecherfrequenzweiche ist ein Netzwerk von Filtern, die Frequenzbänder eines Eingangsaudiosignals trennen. Jedes Band wird dann an die Treiber ausgegeben, die am besten geeignet sind, es zu reproduzieren. Zum Beispiel werden tiefe Frequenzen an den Tieftöner, Mitten an den Mitteltöner und Höhen an den Hochtöner gesendet.
Hochtöner können im Allgemeinen mit Signalen angetrieben werden, die durch einen Hochpassfilter geleitet werden, und Subwoofer können mit Signalen angetrieben werden, die durch einen Tiefpassfilter geleitet werden. Die Mitteltöner (und in einigen Fällen sogar die Hochtöner und Subwoofer) werden von Signalen angetrieben, die durch Bandpassfilter geleitet werden.
Beachten Sie, dass diese Crossover-Filter oft vom Bessel-Typ sind, was bedeutet, dass sie eine maximal flache Gruppen- / Phasenverzögerung (maximal lineare Phasenantwort) haben, die die Wellenform der gefilterten Signale im Durchlassband bewahrt.
Vocoder
Vocoding ist der Prozess der Analyse und Synthese der menschlichen Stimme (oder eines anderen Modulatorsignals) für die Audiotransformation. Ein Vocoder teilt das Modulatorsignal (typischerweise die Stimme) in Frequenzbänder auf und ein Trägersignal wird entsprechend dem Pegel des Modulators in jedem dieser Frequenzbänder gefiltert.
Der Begriff Vocoder ist ein Kofferwort aus Stimme und Encoder und Vocoder werden als Instrumente in der Musikproduktion verwendet, um „robotische“ Stimmen und andere Effekte zu erzielen.
Ein Vocoder analysiert, indem er das Modulatorsignal (das Vokal- / Stimmsignal) analysiert. Dies geschieht durch Messung der Amplituden des Signals innerhalb eines definierten Satzes von Frequenzbändern. Diese Bänder werden weitgehend durch Bandpassfilter definiert, obwohl das erste und letzte Band durch einen Tiefpass- bzw. Hochpassfilter definiert werden können.
Für jedes Band wird eine Art Amplitudenhüllkurve erzeugt. Die Energie (Spannung in analogem Vocoder) jedes modulierten Bandes wird dann an einen identischen Satz von Bändern/Filtern gesendet, die das Trägersignal steuern. Der Pegel, bei dem jedes der Trägersignalbänder vom Vocoder ausgegeben wird, wird durch die Energie/Spannung des entsprechenden Modulatorbandes moduliert.
Werfen wir einen Blick auf ein Vocoder-Diagramm, um bei unserer Erklärung zu helfen (beachten Sie, dass dies ein analoger Vocoder mit spannungsgesteuerten Verstärkern ist, aber das allgemeine Design ist universell):
Im obigen Vocoder-Diagramm haben wir 10 Bänder mit 8 Bandpassfiltern, die auf das Modulatorsignal und 10 identische Bänder auf das Trägersignal wirken.
Die Amplitude/Spannung jedes Modulatorbandes wird verwendet, um den VCA (spannungsgesteuerten Verstärker) jedes passenden Trägerbandes zu steuern. Dies bedeutet, dass die Amplitude der Modulatorbänder den Ausgangspegel der Trägerbänder steuert.
Indem wir Gesangs- / Sprachsignale als Modulator und eine Art Synth-Patch als Träger verwenden, können wir den Synth so modulieren, dass er einen charakteristischen Frequenzausgang eines Gesangs- / Sprachsignals annimmt, während der Charakter des Patches selbst erhalten bleibt.
Werfen wir einen Blick auf einige Beispiele für Vocodier:
- Bemerkenswerter Vocoder: Korg microKorg (Link zur Überprüfung des Preises bei Amazon)
- Bemerkenswerte 19-Zoll-Rackmount-Ocoder-Einheit: Roland SVC-350 (Link zur Preisprüfung bei Reverb)
- Bemerkenswertes Vocoder-Effektpedal: Boss VO-1 (Link zur Überprüfung des Preises bei Amazon)
- Bemerkenswertes Vocoder-Eurorack-Modul: L-1 Vocoder
- Bemerkenswertes Vocoder-Plugin: Image-Line Vocodex (Link zum Überprüfen des Preises bei Plugin Boutique)
Multiband-Kompressoren
Multiband-Dynamikbereichskomprimierung ist eine Art der Komprimierung, die das Frequenzspektrum in verschiedene Bänder (mit Bandpassfiltern) aufteilt und jedes Band durch seine eigenen individuellen Komprimierungseinstellungen komprimiert.
Ein Multiband-Kompressor kann als mehrere Kompressoren in einem betrachtet werden, wobei jeder Kompressor auf sein eigenes definiertes Frequenzband wirkt. Jedes Band hat im Allgemeinen seine eigenen Parameter, einschließlich Schwellenwert, Verhältnis, Angriff, Freisetzung und Make-up-Gewinn.
Werfen wir einen Blick auf einige Beispiele für Multiband-Kompressoren:
- Bemerkenswerter Multiband-Kompressor der Serie 500: SM Pro Audio MBC502 (Link zum Preis bei B&H Photo/Video)
- Bemerkenswerter 19-Zoll-Rack-Unit-Multiband-Kompressor: Maselec MLA-4 (Link zum Überprüfen des Preises bei B&H Photo/Video)
- Bemerkenswertes Multiband-Kompressor-Effektpedal: EBS MultiComp Blue Label (Link zur Preisüberprüfung bei Amazon)
- Bemerkenswertes Multi-Band-Kompressor-Plugin: Vengeance Sound Multiband Compressor (Link zum Überprüfen des Preises bei Plugin Boutique)
Verwandte Fragen
Was ist ein Bandstoppfilter in Audio? Ein Bandstoppfilter (auch bekannt als Notch-Filter oder Band-Reject-Filter) entfernt Frequenzen in einem bestimmten Band innerhalb des gesamten Frequenzspektrums. Es lässt Frequenzen unterhalb des niedrigen Grenzwerts mit Frequenzen über dem hohen Grenzwert passieren.
Was ist Audio-Entzerrung? EQ ist der Prozess der Anpassung der Balance zwischen Frequenzen innerhalb eines Audiosignals. Dieser Prozess erhöht oder verringert die relativen Amplituden einiger Frequenzbänder im Vergleich zu anderen Bändern mit Filtern, Verstärkungen und Schnitten. EQ wird beim Mixing, Tone Shaping, Crossover, Feedback-Steuerung und mehr verwendet.
