Audio Regale EQ: Was sind Low Shelf & High Shelf Filter?
Von dedizierten Audio-Equalizern bis hin zu Klangreglern an Stereoanlagen und Instrumenten sind EQ-Filter sowohl in analogen als auch in digitalen Audiogeräten alltägliche Komponenten.
Was ist ein Low-Shelf-Filter in Audio? Ein Low-Shelf-Filter ist ein Filter, der Frequenzen entweder erhöht (erhöht die Amplitude) oder unterhalb einer bestimmten Grenzfrequenz auf eine andere Grenzfrequenz senkt (verringert), wo sich die Amplitudenänderung einpendelt. Der resultierende Amplitudenfrequenzgraph ähnelt einem Regal im unteren Bereich.
Was ist ein High-Shelf-Filter im Audiobereich? Ein High-Shelf-Filter ist ein Filter, der Frequenzen über eine bestimmte Grenzfrequenz hinaus entweder erhöht (erhöht die Amplitude) oder senkt (Amplitude verringert), bis zu einer anderen Grenzfrequenz, bei der sich die Amplitude einpendelt. Der resultierende Amplitudenfrequenzgraph ähnelt einem Regal im High-End-Bereich.
In diesem Artikel besprechen wir EQ-Filter im Detail, wie sie funktionieren, wie sie entworfen sind und wie sie in Audiogeräten angezeigt werden. Wir werden auch einige Anwendungen von Low-Shelf-Filtern und High-Shelf-Filtern im Zusammenhang mit Audio-Mixing betrachten.
Es ist wichtig zu beachten, bevor wir beginnen, dass das Studium der elektronischen Filter ziemlich dicht ist. In diesem Artikel werden wir uns mit einer Theorie befassen, die uns hilft, Regalfilter zu verstehen. Dies ist jedoch keineswegs eine vollständige Studie über Filter. Vielmehr ist es ein Leitfaden zum Verständnis und zur Verwendung von Regal-EQ/Filtern im Kontext von Audiomischung und -produktion.
Was ist Regal EQ?
In den ersten Absätzen habe ich kurze Antworten darauf gegeben, was einen Low-Regal- und einen High-Shelf-Filter definiert. Zusammen bilden diese Filter den sogenannten „Regal-EQ“.
Was ist Regalausgleich? Shelving EQ verwendet High- und/oder Low-Shelf-Filter, um alle Frequenzen oberhalb oder unterhalb einer bestimmten Grenzfrequenz zu beeinflussen. Regale können entweder zum Verstärken/Verstärken oder Schneiden/Dämpfen verwendet werden und beeinflussen alle Frequenzen gleichermaßen über definierte Grenzfrequenzpunkte hinaus.
Shelving EQ wird oft als eine eigene Art von Audio-Equalizer aufgeführt. Diese „EQs“ sind technisch darauf beschränkt, nur Low- und High-Shelf-Regler zu haben, und Sie werden sie normalerweise immer nur in Klangreglern haben. Um die Dinge noch weiter einzuschränken, haben diese Klangregler nur „Bass“ (Low Shelf) und „Treble“ (High Shelf) Steuerelemente.
Low-Shelf- und High-Shelf-Filter können jedoch in allen Arten von Audio-Equalizern und Klangreglern vorhanden sein (ja, auch solche mit „mittleren“ Steuerelementen).
Daher werden wir uns in diesem Artikel mehr auf die Besonderheiten der Low- und High-Shelf-Filter konzentrieren als auf den EQ selbst. Ich wollte nur damit beginnen, diese Art der Audioentzerrung zu diskutieren und zwischen den Filtern und dem EQ-Typ zu unterscheiden.
Low Shelf vs. High Shelf Filter
Der Hauptunterschied zwischen Low- und High-Shelf-Filtern ist der Name: Low-Shelf-Filter beeinflussen (Boost oder Cut) Frequenzen am unteren Ende des Audiosignals, während High-Shelf-Filter Frequenzen am oberen Ende des Audiosignals beeinflussen (Boost oder Cut).
Für die Perspektive beträgt der allgemein akzeptierte hörbare Frequenzbereich des menschlichen Gehörs 20 Hz bis 20.000 Hz. Audiosignale haben daher oft nur Frequenzinformationen innerhalb dieses Bereichs, um nicht wahrnehmbare Informationen zu vermeiden, die Kopffreiheit oder Speicherplatz beanspruchen oder andere Probleme verursachen würden (z. B. Aliasing, Bildgebung usw.).
So dämpft oder verstärkt ein Low-Shelf-Filter Frequenzen unterhalb einer definierten Grenzfrequenz (f2). Die Dämpfung oder Verstärkung wird auf eine niedrigere Grenzfrequenz (f1), an welchem Punkt sich die Dämpfung/Verstärkung einpendelt.
Das sieht ungefähr so aus (mit dem Low Shelf Boost/Amplification in Pink und dem Low Shelf Cut/Dämpfung in Blau):
So dämpft oder verstärkt ein High-Shelf-Filter Frequenzen oberhalb einer definierten Grenzfrequenz (f1). Die Dämpfung oder Verstärkung wird auf eine höhere Grenzfrequenz (f2), an welchem Punkt sich die Dämpfung/Verstärkung einpendelt.
Das sieht ungefähr so aus (mit dem High Shelf Boost/Amplification in Pink und dem High Shelf Cut/Dämpfung in Blau):
Abgesehen von diesen Unterschieden sind Low-Shelf- und High-Shelf-Filter tatsächlich ziemlich ähnlich.
In der Tat, wenn wir die Verstärkung aus der Gleichung herausnehmen und streng auf die relative Amplitude schauen, hätte ein hoher Regal-Boost den gleichen praktischen Effekt wie ein niedriger Regalschnitt (vorausgesetzt, f1 und f2 sind gleich). Natürlich sind die Schaltkreise dieser beiden (auf die wir später eingehen werden) unterschiedlich und eine erfordert Verstärkung, aber die Ähnlichkeit ist bemerkenswert.
In ähnlicher Weise würden wir, wenn wir die Verstärkung aus der Gleichung herausnehmen und streng auf die relative Amplitude schauen, sehen, dass ein niedriger Regal-Boost den gleichen praktischen Effekt hätte wie ein hoher Regalschnitt (wiederum unter der Annahme, dass f1 und f2 sind gleich).
Lassen Sie uns zunächst Low-Shelf-Filter ausführlicher besprechen, gefolgt von High-Shelf-Filtern.
Was ist ein Low-Shelf-Filter?
Lassen Sie uns auf der kurzen Antwort der einleitenden Absätze aufbauen, um Low-Shelf-EQs / Filter besser zu verstehen.
Wie bereits erwähnt, erhöhen oder verringern Low-Shelf-Filter effektiv Frequenzen unterhalb einer definierten Grenzfrequenz um einen definierten Betrag. Der resultierende Amplitudenfrequenzgraph ähnelt, wie wir sehen werden, einem Regal im unteren Bereich, daher der Name „Low-Shelf-Filter“.
Im Allgemeinen wird es ein fließendes Übergangsband von Frequenzen zwischen der ursprünglichen Amplitude und der relativen Amplitude geben. Dieses Band wird zwischen einer niedrigen „Grenzfrequenz“ und einer hohen „Grenzfrequenz“ definiert (wir nennen diese Punkte f1 und f2 in diesem Artikel).
Beachten Sie, dass f1 markiert eine Steigerung von 3 dB gegenüber der maximalen Dämpfung eines Low-Shelf-Schnitts oder eine 3-dB-Abnahme gegenüber der maximalen Verstärkung eines Low-Shelf-Boosts, solange der Gesamtschnitt oder -boost größer als 6 dB ist. Wenn der Gesamtcut/Boost weniger als 6 dB beträgt, wird die Differenz zwischen dem maximalen Cut/Boost und f1 wird etwas kleiner als 3 dB sein.
f2in ähnlicher Weise wird eine Zunahme oder Abnahme von 3 dB gegenüber dem Amplitudenplateau mit höherer Frequenz markiert (abhängig davon, ob das niedrige Schelf verstärkt bzw. schneidet). Wenn der Gesamtcut/Boost weniger als 6 dB beträgt, beträgt die Amplitudendifferenz zwischen f2 und die High-End-Amplitude ist gleich der Differenz zwischen dem maximalen Cut/Boost und f1.
Dies ist einfacher zu visualisieren als mit Worten zu erklären, also schauen wir uns einige Grafiken an, um unser Verständnis zu erleichtern:
Niedriger Regalschnitt mit 6 dB Dämpfung oder mehr:
Geringer Regalschnitt mit weniger als 6 dB Dämpfung:
Niedriger Shelf-Boost mit 6 dB Dämpfung oder mehr:
Geringer Shelf-Boost mit weniger als 6 dB Dämpfung:
Low-Shelf-Filter können die Energie des Low-End-Segments effektiv erhöhen oder verringern, ohne den Frequenzinhalt vollständig aus dem Signal zu eliminieren.
Low Shelf Boost Vs. Low Shelf Cut
Wenn es um Low-Shelf-Filter geht, können wir niedrige Regal-Boosts und niedrige Regal-Schnitte haben.
Low Shelf Boosts erhöhen effektiv die relative Amplitude im unteren Bereich und erfordern Verstärkung. Niedrige Regalschnitte verringern effektiv die relative Amplitude im unteren Bereich und erfordern im Allgemeinen nicht unbedingt Verstärkung (obwohl sie im Allgemeinen mit Operationsverstärkern und Verstärkung ausgelegt sind).
Hier sind ein paar weitere Grafiken, um einen niedrigen Regalschnitt bzw. -schub zu veranschaulichen:
Beachten Sie, wie in beiden Fällen das visuelle „Regal“ zu sehen ist.
Ein Low-Shelf-Boost sieht ähnlich aus wie ein Tiefpassfilter, mit Ausnahme der Tatsachen, dass:
- Das Low-End wird verstärkt.
- Die Amplitude nivelliert sich in der Vergangenheit f2 anstatt weiter abzurollen.
Wenn wir die Phase aus der Gleichung herausnehmen (oder einen linearen Phasen-EQ verwenden), kann ein Low-Shelf-Boost als die Summe eines trockenen (ungefilterten) Signals und desselben Signals betrachtet werden, das von einem Tiefpassfilter beeinflusst wird.
In ähnlicher Weise verhält sich ein niedriger Regalschnitt ähnlich wie ein Hochpassfilter, mit der Ausnahme, dass sich die Dämpfung des niedrigen Regals unten einpendelt. f1 während der Roll-off des HPF auf unbestimmte Zeit weitergeht.
Wenn wir die Phase aus der Gleichung herausnehmen (oder einen linearen Phasen-EQ verwenden), kann man sich einen Low-Shelf-Schnitt als die Summierung eines trockenen (ungefilterten) Signals und desselben Signals vorstellen, das von einem Hochpassfilter beeinflusst wird, und dann die Gesamtamplitude verringert, um der Amplitude des ursprünglichen Signals oben zu entsprechen. f2.
Ich hoffe, ich habe Sie hier nicht verwirrt. Wir werden Verstärkung und Amplitude in den folgenden Abschnitten besprechen. Ich wollte nur Vergleiche zwischen Low-Shelf-Filtern und den anderen Filtertypen geben.
Der ideale Low-Shelf-Filter
Wenn es um Filter und andere Elektronik geht, beschäftigen wir uns gerne mit „idealen“ Umständenes.
In einer idealen Welt hätte ein Regalfilter ein scharfes „Regal“ in seinem Frequenzamplituden-Ausgangsgraphen. Mit anderen Worten, es gäbe keine Übergangsfrist und die oben genannten f1 und f2 wäre gleich.
Der ideale Low Shelf Boost würde wie folgt aussehen:
Der ideale niedrige Regalschnitt würde wie folgt aussehen:
Diese idealen Regale sind durch typisches Filterdesign nicht erreichbar. Einige digitale EQs können sich dieser Art von „Brickwall“-Filtern sehr annähern, aber im Allgemeinen wird es eine Art Übergangszeit geben.
Wir wollen im Allgemeinen eine Art sanften Übergang mit einem Low- (und High-Shelf-Filter), um das Low-End (oder High-End) auf sanftere, klanglich natürlichere Weise zu dämpfen oder zu verstärken.
Reale Low-Shelf-Filter
Reale Low-Shelf-Filter unterliegen den Einschränkungen realer Komponenten und des Designs.
Der Hauptpunkt hier ist, dass reale Regalfilter im Vergleich zu idealen Filtern ein Übergangsband zwischen den beiden Zielamplitudenpegeln haben.
Werfen wir noch einmal einen Blick auf einen typischen Low-Shelf-Schnitt, gefolgt von einem Low-Shelf-Boost, um die Übergangszeiten von Low-Shelf-Filtern zu visualisieren:
Passive Low-Shelf-Filter können nur schneiden, während aktive Low-Shelf-Filter in der Lage sein können, Verstärkung anzuwenden und das Low-End zu verstärken.
Low-Shelf-Filterübergangsband
Das Übergangsband eines Low-Shelf-Filters ist das Frequenzband zwischen den oben genannten Grenzfrequenzen (f1 und f2) und wird weitgehend durch die Steigung der Amplitudenänderung definiert. Hier kommt die Reihenfolge des Filters ins Spiel.
Die Reihenfolge eines Filters ist definiert als die Mindestanzahl reaktiver Komponenten, die ein Filter in seinem Design benötigt. In der überwiegenden Mehrheit der Audiofilter sind diese reaktiven Komponenten Kondensatoren, obwohl Induktivitäten auch in bestimmten passiven Designs verwendet werden können.
Für jede ganzzahlige Erhöhung der Reihenfolge erfährt ein Regalfilter eine zusätzliche Erhöhung der Roll-off-Steilheit um 6 dB/Oktave (20 dB/Dekade).
Das Übergangsband, die Amplitudendifferenz (ob es sich um einen niedrigen Regalschnitt oder einen Boost handelt) und die Reihenfolge kommen also ins Spiel, um die Form des resultierenden Low-Shelf-Filterausgangs zu bestimmen.
Q-Faktor des Low-Shelf-Filters
Einige Low-Shelf-Filter (insbesondere in parametrischen EQs) verfügen über Q-Regler.
Der Q-Faktor ist technisch gesehen die Umkehrung der Bandbreite und wird daher am besten auf bell-EQ-, Bandpass- und Bandstoppfilter angewendet. Viele andere Filter, wie niedrige Regale, können jedoch steuerbare Q-Parameter haben.
Für den Fall, dass ein Low-Shelf-Filter einen Q-Faktor hat, wird er wahrscheinlich auch eine Mittenfrequenzsteuerung (anstelle einer Grenzfrequenzsteuerung) haben, die den Mittelpunkt des maximalen Schnitts oder Boosts markiert. Je höher das Q, desto steiler wird das Übergangsband sein.
Low Shelf Filter & Phasenverschiebung
Bisher haben wir diskutiert, wie sich ein Low-Shelf-Filter auf die frequenzabhängige Amplitude von Audiosignalen auswirkt. Diese Filter beeinflussen jedoch auch die frequenzabhängige Phase von Audiosignalen.
Bei typischen Hochpass- und Tiefpassfiltern führt die Menge jeder reaktiven Komponente in einem analogen Filter zu einer Phasenverschiebung von 90º im Signal.
Bei Low-Shelf-Filtern wird diese volle potenzielle Phasenverschiebung von 90º pro reaktiver Komponente jedoch nicht erreicht.
Hoch- und Tiefpassfilter rollen einfach die Amplitude des Signals unterhalb des Grenzpunkts auf negative Unendlichkeit ab. Regalfilter rollen auf eine zweite definierte Amplitude ab. Es ist dieser Unterschied im Design, der auch verhindert, dass die maximale Phasenverschiebung volle 90º pro reaktiver Komponente erreicht.
Vielmehr wird die Menge der Phasenverschiebung durch die Gesamtimpedanz der Schaltung begrenzt. Die maximale Phasenverschiebung erfolgt bei der Mittenfrequenz (dem Punkt zwischen der maximalen und minimalen Amplitude des Filters).
Hier sind Beispiele für Amplitudenfrequenz- und Phasenfrequenzdiagramme für Low-Shelf-Boost- und Low-Shelf-Cut-Filter:
In den obigen Grafiken haben wir es mit Regalfiltern erster Ordnung (6 dB / Oktavsteigungen) zu tun. Die Phasenverschiebung ist maximal (negativ) bei der Mittenfrequenz des niedrigen Regal-Boosts und bei einem Maximum (positiv) bei der Mittenfrequenz des niedrigen Regal-Cuts. Die Phasenverschiebung ist in beide Richtungen nicht ganz 90º.
Was ist ein High-Shelf-Filter?
High-Shelf-Filter sind effektiv das Gegenteil von Low-Shelf-Filtern (obwohl High-Shelf-Boosts im Design viel mit aktiven Low-Shelf-Schnitten und aktiven High-Shelf-Schnitten gemeinsam haben.s haben viele Gemeinsamkeiten mit niedrigen Regalschnitten).
High-Shelf-Filter erhöhen oder schneiden effektiv (erhöhen oder verringern die Amplitude) von Frequenzen über eine definierte Grenzfrequenz um einen definierten Betrag. Der resultierende Amplitudenfrequenzgraph ähnelt, wie wir sehen werden, einem Regal im High-End, daher der Name „High-Shelf-Filter“.
Im Allgemeinen wird es ein fließendes Übergangsband von Frequenzen zwischen der ursprünglichen Amplitude und der relativen Amplitude geben. Dieses Band wird zwischen einer niedrigen „Grenzfrequenz“ und einer hohen „Grenzfrequenz“ definiert (wir nennen diese Punkte f1 und f2 in diesem Artikel).
Beachten Sie, dass f1 markiert eine Zunahme oder Abnahme von 3 dB gegenüber dem Amplitudenplateau mit niedrigerer Frequenz (je nachdem, ob das Hochfrequenz-Plateau verstärkt oder gekürzt wird). Wenn der Gesamtcut/Boost weniger als 6 dB beträgt, beträgt die Amplitudendifferenz zwischen f1 und die High-End-Amplitude ist gleich der Differenz zwischen dem maximalen Cut/Boost und f2.
Ähnlich f2 bedeutet eine Erhöhung um 3 dB gegenüber der maximalen Dämpfung eines High Shelf Cut oder eine Abnahme um 3 dB gegenüber der maximalen Verstärkung eines High Shelf Boosts, solange der Gesamtschnitt oder Boost größer als 6 dB ist. Wenn der Gesamtcut/Boost weniger als 6 dB beträgt, wird die Differenz zwischen dem maximalen Cut/Boost und f1 wird etwas kleiner als 3 dB sein.
Dies ist einfacher zu visualisieren als mit Worten zu erklären, also schauen wir uns einige Grafiken an, um unser Verständnis zu erleichtern:
Hoher Regalschnitt mit 6 dB Dämpfung oder mehr:
Hoher Regalschnitt mit weniger als 6 dB Dämpfung:
Hoher Shelf-Boost mit 6 dB Dämpfung oder mehr:
Hoher Shelf-Boost mit weniger als 6 dB Dämpfung:
High-Shelf-Filter können die Energie des Low-End-Segments effektiv erhöhen oder verringern, ohne den Frequenzgehalt vollständig aus dem Signal zu eliminieren.
Wenn Ihnen die obigen Grafiken bekannt vorkommen, liegt das daran, dass sie auch Low-Shelf-Filter beschreiben können. Wenn wir uns die grundlegenden Parameter ansehen, können wir den Filter mit niedrigem Regal und den Filtern mit dem hohen Regal auf folgende Weise vergleichen:
- Hohe Regalschnitte ähneln niedrigen Regal-Boosts.
- High Shelf Boosts ähneln Low Shelf Cuts.
High Shelf Boost Vs. High Shelf Cut
Apropos Boosts und Cuts, lassen Sie uns über High Shelf Boosts und Cuts sprechen.
Hohe Regal-Boosts erhöhen effektiv die relative Amplitude im High-End und erfordern Verstärkung. Hohe Regalschnitte verringern effektiv die relative Amplitude im High-End und erfordern im Allgemeinen nicht unbedingt Verstärkung (obwohl sie im Allgemeinen mit Operationsverstärkern und Verstärkung ausgelegt sind).
Hier sind ein paar weitere Grafiken, um einen hohen Regalschnitt bzw. -schub zu veranschaulichen:
In beiden Fällen können wir das „Regal“ im High-End visualisieren.
Ein High-Shelf-Boost sieht ähnlich aus wie ein Hochpassfilter, mit Ausnahme der Tatsachen, dass:
- Das High-End wird verstärkt.
- Die Amplitude nivelliert unten f1 anstatt weiter abzurollen.
Wenn wir die Phase aus der Gleichung herausnehmen (oder einen linearen Phasen-EQ verwenden), kann ein High-Shelf-Boost als die Summe eines trockenen (ungefilterten) Signals und desselben Signals betrachtet werden, das von einem Hochpassfilter beeinflusst wird.
In ähnlicher Weise verhält sich ein hoher Regalschnitt ähnlich wie ein Tiefpassfilter, mit der Ausnahme, dass sich die Dämpfung des niedrigen Regals über f2 während der Roll-off der LPF auf unbestimmte Zeit weitergeht.
Wenn wir die Phase aus der Gleichung herausnehmen (oder einen linearen Phasen-EQ verwenden), kann man sich einen High-Shelf-Schnitt als die Summierung eines trockenen (ungefilterten) Signals und desselben Signals vorstellen, das von einem Tiefpassfilter beeinflusst wird, und dann die Gesamtamplitude zu verringern, um der Amplitude des ursprünglichen Signals darunter zu entsprechen. f1.
Der ideale High-Shelf-Filter
Wie wir bereits besprochen haben, hätte ein Regalfilter in einer idealen Welt ein scharfes „Regal“ in seinem Frequenzamplituden-Ausgangsdiagramm. Mit anderen Worten, es gäbe keine Übergangsfrist und die oben genannten f1 und f2 wäre gleich.
Der ideale High Shelf Boost würde wie folgt aussehen:
Der ideale Hochregalschnitt würde wie folgt aussehen:
Diese idealen Regale sind durch typisches Filterdesign nicht erreichbar. Einige digitale EQs können sich dieser Art von „Brickwall“-Filtern sehr annähern, aber im Allgemeinen wird es eine Art Übergangszeit geben.
Das Der sanfte Übergang, der mit einem echten High- (oder Low-) Regalfilter einhergeht, wird dazu beitragen, das High-End (oder Low-End) auf sanftere, klanglich natürlichere Weise zu dämpfen oder zu verstärken.
Reale High-Shelf-Filter
Reale High-Shelf-Filter unterliegen den Einschränkungen realer Komponenten und Designs.
Der Hauptpunkt hier ist, dass reale Regalfilter im Vergleich zu idealen Filtern ein Übergangsband zwischen den beiden Zielamplitudenpegeln haben.
Werfen wir noch einmal einen Blick auf einen typischen High-Shelf-Schnitt, gefolgt von einem High-Shelf-Boost, um die Übergangszeiten von Low-Shelf-Filtern zu visualisieren:
Passive High-Shelf-Filter können nur schneiden, während aktive High-Shelf-Filter in der Lage sein können, Verstärkung anzuwenden und das High-End zu verstärken.
Hohes Schelffilter-Übergangsband
Das Übergangsband eines High-Shelf-Filters ist das Frequenzband zwischen den oben genannten Grenzfrequenzen (f1 und f2) und wird weitgehend durch die Steigung der Amplitudenänderung definiert. Hier kommt die Reihenfolge des Filters ins Spiel.
Die Reihenfolge eines Filters ist definiert als die Mindestanzahl reaktiver Komponenten, die ein Filter in seinem Design benötigt. In der überwiegenden Mehrheit der Audiofilter sind diese reaktiven Komponenten Kondensatoren, obwohl Induktivitäten auch in bestimmten passiven Designs verwendet werden können.
Für jede ganzzahlige Erhöhung der Reihenfolge erfährt ein Regalfilter eine zusätzliche Erhöhung der Roll-off-Steilheit um 6 dB/Oktave (20 dB/Dekade).
Das Übergangsband, die Amplitudendifferenz (ob es sich um einen High-Shelf-Schnitt oder einen Boost handelt) und die Reihenfolge kommen also ins Spiel, um die Form der resultierenden Low-Shelf-Filterleistung zu bestimmen.
Q-Faktor für hohe Schelffilter
Einige High-Shelf-Filter (insbesondere in parametrischen EQs) verfügen über Q-Steuerelemente.
Der Q-Faktor ist technisch gesehen die Umkehrung der Bandbreite und wird daher am besten auf bell-EQ-, Bandpass- und Bandstoppfilter angewendet. Viele andere Filter, wie hohe Regale, können jedoch steuerbare Q-Parameter haben.
Für den Fall, dass ein High-Shelf-Filter einen Q-Faktor hat, wird er wahrscheinlich auch eine Mittenfrequenzsteuerung (anstelle einer Grenzfrequenzregelung) haben, die den Mittelpunkt des maximalen Schnitts oder Boosts markiert. Je höher das Q, desto steiler wird das Übergangsband sein.
Hochschelffilter & Phasenverschiebung
Hohe Regalfilter beeinflussen die Amplitude über den Frequenzgang eines Signals und sie beeinflussen auch die frequenzabhängige Phase des Signals.
Bei typischen Hochpass- und Tiefpassfiltern führt die Menge jeder reaktiven Komponente in einem analogen Filter zu einer Phasenverschiebung von 90º im Signal.
In High-Shelf-Filtern wird diese volle potenzielle Phasenverschiebung von 90º pro reaktiver Komponente jedoch nicht erreicht.
Hoch- und Tiefpassfilter rollen einfach die Amplitude des Signals unterhalb des Grenzpunkts auf negative Unendlichkeit ab. Regalfilter rollen auf eine zweite definierte Amplitude ab. Es ist dieser Unterschied im Design, der auch verhindert, dass die maximale Phasenverschiebung volle 90º pro reaktiver Komponente erreicht.
Hier sind Beispiele für Amplitudenfrequenz- und Phasenfrequenzdiagramme für Low-Shelf-Boost- und Low-Shelf-Cut-Filter:
In den obigen Grafiken haben wir es mit Regalfiltern erster Ordnung (6 dB / Oktavsteigungen) zu tun. Die Phasenverschiebung ist maximal (negativ) bei der Mittenfrequenz des High Shelf Boost und bei einem Maximum (positiv) bei der Mittenfrequenz des High Shelf Cut. Die Phasenverschiebung ist in beide Richtungen nicht ganz 90º.
Analoge vs. digitale Regalfilter
Nun, da wir verstehen, was High-Shelf- und Low-Shelf-Filter sind, lassen Sie uns die Unterschiede zwischen analogen und digitalen Regalfiltern diskutieren.
Die offensichtliche Antwort auf diese Frage ist, dass analoge Regalfilter analoge (zeitkontinuierliche) Audiosignale filtern, während digitale Regalfilter digitale (zeitdiskrete) Audiosignale filtern.
Analoge Filter bestehen aus analogen Komponenten (Widerstände, Kondensatoren, Operationsverstärker usw.), während digitale Filter entweder in Software codiert oder in digitale Schaltungen eingebettet sind.
Analoge Regalfilter sind leichter zu erklären und zu verstehen und werden im Abschnitt ausführlicher diskutiert Grundlegende Low-Shelf-EQ/Filter-Schaltungen. Wenn wir diese Schaltkreise verstehen können, werden wir die Funktionsprinzipien hinter Regalfiltern effektiv verstehen.
Beachten Sie, dass viele digitale Regalfilter und Equalizer so konzipiert sind, dass sie ihre analogen Gegenstücke emulieren.
Analoge Regalfilter kosten in der Regel mehr in der Herstellung und im Vertrieb und sind in der Funktionalität etwas eingeschränkt. Für instance, sie sind empfindlich gegenüber Umweltfaktoren (vor allem Feuchtigkeit und Temperatur) und die analogen Komponenten, die in ihrer Konstruktion verwendet werden, sind nicht absolut ideal.
Es ist auch wahr, dass analoge Filter in den Ergebnissen, die sie erzielen können, begrenzt sind und möglicherweise übermäßig laut und / oder unerschwinglich werden können, wenn sie immer komplexer werden.
Digitale Regalfilter (und EQs) mit modernem DSP können viel leistungsfähiger, präziser und flexibler sein als ihre analogen Gegenstücke. Diese Filter können sogar nahe an ideale Filter herankommen.
Ein digitaler Regalfilter 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 über Regalfilteroptionen verfügen wird) eliminiert effektiv jede Phasenverschiebung innerhalb des Audioprozessors.
Ein linearer Phasen-EQ 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.
Hier ist eine kurze Tabelle, um analoge vs. digitale Regalfilter zusammenzufassen:
| Analoge Audio-Regalfilter | Digitale Audio-Regalfilter |
|---|---|
| Filtert analoge (zeitkontinuierliche) Audiosignale | Filtert digitale (zeitdiskrete) Audiosignale |
| 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 Regalfilter
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 Regalfiltern handelt es sich bei diesen aktiven Komponenten fast immer 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 Vorteilsschaltungen, 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 Filtern 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).
Passive Regalfilter können innerhalb des Kreislaufs selbst keinen Boost bewirken. Sie könnten jedoch mit einer separaten Verstärkungsstufe verwendet werden, um Boosts zu erzielen. Beachten Sie, dass Tiefpass-Regalfilter hohe Regal-Boosts und Hochpass-Regalfilter niedrige Regal-Boosts erzeugen würden.
Passive Filter können aufgrund der potenziell schlechten Impedanzüberbrückung zwischen der Schaltung und dem folgenden Audiogerät unter schlechteren Signal-Rausch-Spezifikationen und einer geringeren Spannungsübertragung leiden.
Aktive Filter verwenden Verstärker. Diese Verstärker können je nach Design der Schaltung zum Verstärken oder Schneiden verwendet werden. Regal-EQ-Einheiten verfügen fast alle über Potentiometer, um die Menge an Schnitt und / oder Verstärkung in den Low-Shelf- und High-Shelf-Filtern zu steuern.
Zusammenfassung zu aktiven vs. passiven Regalfiltern
Hier ist eine kurze Tabelle, um aktive und passive Regalfilter zusammenzufassen:
| Aktiver Audio-Regalfilter | Passiver Audio-Regalfilter |
|---|---|
| Benötigt Strom | Benötigt keinen Strom |
| Inklusive Klimaanlageund passive Bauelemente (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) |
| Möglichkeit der gleichmäßigen Verstärkung bei Kerbfilterabrollungen | Ungleichmäßige Verstärkung beim Abrollen von Kerbfiltern |
| Niedrige Ausgangsimpedanz (lastunabhängige Leistung) | Höhere Ausgangsimpedanz (lastabhängige Leistung) |
| Höhere Herstellungskosten | Geringere Herstellungskosten |
Grundlegende Low Shelf & High Shelf EQ/Filter-Schaltungen
In diesem Abschnitt werfen wir einen Blick auf einige grundlegende Low-Shelf- und High-Shelf-Schaltungen.
Insbesondere werden wir Folgendes besprechen (beachten Sie, dass sich die Namen speziell auf die Art des Regals beziehen):
- Passiver RC-Tiefpass-Regalfilter
- Passiver RC-Hochpass-Regalfilter
- Nicht invertierender Tiefpass-Regalfilter
- Invertierender Tiefpass-Regalfilter
- Nicht invertierender Hochpass-Regalfilter
- Invertierender Hochpass-Regalfilter
- Basis-verstellbarer-Regal-EQ-Filter
Diese Schaltungen werden im Allgemeinen entweder als Hochpass-Regalfilter oder Tiefpass-Regalfilter bezeichnet. Sie ähneln typischen Hochpass- bzw. Tiefpassfiltern, abgesehen von der Tatsache, dass sie die Dämpfung bei einer festgelegten Amplitudendifferenz ausgleichen (anstatt ins negative Unendliche zu rollen).
Hier ist unsere grundlegende Amplitudenfrequenzkurve für den Hochpass-Regalfiltertyp:
Und hier ist unser grundlegender Amplitudenfrequenzgraph für den Tiefpass-Regalfiltertyp:
Ich möchte noch einmal eine wichtige Anmerkung zu den Grenzfrequenzen machen f1 und f2. Wenn der Regalfilter mehr als 6 dB schneidet oder verstärkt, betragen die Grenzfrequenzen 3 dB von ihren jeweiligen Amplituden.
Mit anderen Worten, die Amplitude bei f1 wird 3 dB größer als G sein1 und die Amplitude f2 wird 3 dB kleiner als G sein2 im Hochpass-Regal EQ.
Umgekehrt ist die Amplitude bei f1 wird 3 dB kleiner als G sein1 und die Amplitude f2 wird 3 dB größer als G sein2 im Tiefpass-Regal EQ.
Die Dinge ändern sich jedoch, wenn der Schnitt oder die Verstärkung des Regals weniger als 6 dB beträgt. Die Grenzfrequenzen weisen keinen Amplitudenunterschied von 3 dB von ihren jeweiligen Extremen auf (um ein Kräuseln im resultierenden Amplitudenfrequenzdiagramm zu vermeiden). Jeder Cutoff hat eine relative Amplitude von weniger als 3 dB von der Stelle, an der er sich einpendelt, aber die dB-Werte jedes Cutoffs sind immer noch gleich. Dies kann mit den Gleichungen berechnet werden, die ich unten teilen werde.
Mit anderen Worten, wenn die Differenz zwischen G1 und G2 ist kleiner als 6 dB (2x Verstärkung), die Amplitude bei f1 X dB größer als G sein1 und die Amplitude f2 X dB kleiner als G sein2 im Hochpass-Regal-EQ (wobei X 3 dB <). Beachten Sie, dass X auch kleiner als 1/2 Y sein muss, wobei Y die Verstärkungsdifferenz zwischen G ist.1 und G2 in Dezibel (Y < 6).
Ähnlich, wenn die Differenz zwischen G1 und G2 ist kleiner als 6 dB (2x Verstärkung), die Amplitude bei f1 wird 3 dB kleiner als G sein1 und die Amplitude f2 wird 3 dB größer als G sein2 im Tiefpass-Regal-EQ (wobei X 3 dB <). Beachten Sie, dass X auch kleiner als 1/2 Y sein muss, wobei Y die Verstärkungsdifferenz zwischen G ist.1 und G2 in Dezibel (Y < 6).
Hoffentlich ist das nicht zu verwirrend. Was ich im Grunde sage, ist folgendes: Eine Regalfilter-Grenzfrequenz liegt 3 dB unter oder darüber, wo der Filter abflacht, solange der Filter mehr als 6 dB Amplitudenunterschied zwischen dem Hauptband und dem Regalband verursacht.
Nachdem dieser verwirrende, aber wichtige Teil aus dem Weg geräumt ist, werfen wir einen Blick auf einige Regalschaltungen:
Passiver RC-Tiefpass-Regalfilter
Beginnen wir mit dem einfachsten Pass-RC-Regalfilter, werfen wir einen Blick auf den Tiefpass-Filter, den sielving Schnitt. Dieser Filter kann als High Shelf Cut verwendet werden, sogar als Low Shelf Boost, wenn wir eine Verstärkungsstufe nach dem Filter einbeziehen.
Die passive RC-Tiefpass-Regalschaltung sieht folgendermaßen aus:
Beachten Sie, dass es sich um eine Schaltung erster Ordnung handelt, da es nur eine reaktive Komponente (den Kondensator) gibt und die Steigung des Abrollens 6 dB pro Oktave (20 dB pro Jahrzehnt) beträgt.
Diese Schaltung kann mit einem einfachen DC-Spannungsteiler verglichen werden, dem ein Kondensator hinzugefügt wird, oder alternativ mit einem Tiefpassfilter mit einem zusätzlichen Widerstand (R2).
Um unser Verständnis dieser grundlegenden Tiefpass-Regalschaltung zu vertiefen, vergleichen wir sie tatsächlich mit diesen beiden Schaltungen, beginnend mit dem Spannungsteiler.
Im obigen Schema haben wir die folgende Gleichung:
Als R2 nimmt ab, Vaus nimmt ab (unter der Annahme von R1 bleibt konstant).
Wir können diesen DC-Spannungsteiler effektiv in AC (für Audiosignale) übersetzen, wenn wir die Impedanz (Widerstand und Reaktanz) und nicht nur den Widerstand berücksichtigen. Die Impedanz kann als „Wechselstromwiderstand“ betrachtet werden.
Wenn wir nun unseren Blick auf einen einfachen Tiefpassfilter richten, können wir die folgende Gleichung anstelle der Spannungsteilergleichung verwenden:
wobei XC ist die kapazitive Reaktanz des Kondensators.
Im Falle des Tiefpassfilters haben wir eine Situation, in der XC nimmt ab, Vaus nimmt ab (unter der Annahme, dass R konstant bleibt).
Die kapazitive Reaktanz des Kondensators nimmt mit zunehmender Frequenz der Eingangsspannung/des Eingangssignals ab. Daher wird mit zunehmender Frequenz Vaus nimmt ab und wir haben einen Tiefpassfilter.
Die Grenzfrequenz dieser passiven RC-Tiefpassschaltung (bei -3 dB) wird wie folgt berechnet:
Schauen wir uns mit diesem Primer noch einmal den passiven RC-Tiefpass-Regalfilter an:
Die Kombination unserer Erkenntnisse über Spannungsteiler und Tiefpassfilter mit der Laplace-Transformationsmathematik (über den Rahmen dieses Artikels hinaus, aber hier ist ein Link zum Thema auf Wikipedia), können wir unsere Gleichungen des Tiefpass-Regalfilters ableiten.
Einfach ausgedrückt ermöglicht uns die Laplace-Transformation effektiv, die komplexe Impedanz von Komponenten linearer hinzuzufügen (anstatt Widerstand und Reaktanz zusammen hinzufügen zu müssen, die technisch nicht gleich sind).
Bei Verwendung der Laplace-Transformation ist die komplexe Impedanz eines Widerstands einfach sein Widerstand (da er keine Reaktanz hat). Die komplexe Impedanz eines Kondensators ist definiert als 1/sC, wobei C die Kapazität und s eine komplexe Variable der s-Ebene ist, in der die Laplace-Transformationen grafisch dargestellt sind.
Auch hier gehen die Beweise und die Theorie dieser Mathematik über den Rahmen dieses Artikels hinaus. Wir werden jedoch ihre Ergebnisse verwenden, um schöne, saubere Gleichungen zu erhalten.
Werfen wir zuerst einen Blick auf ein grundlegendes Diagramm, das die Parameter visuell anordnet, und dann werde ich die Gleichungen auflisten:
Wenn wir nun reelle Zahlen einfügen würden, würden wir sehen, dass die Übertragungsfunktion (Vaus/Vin) wird sich unterhalb der f1 und höher f2. Die größte Änderung der Spannungsübertragung hat zwischen f1 und f2 mit der maximalen Steigung bei der Mittenfrequenz, die wie folgt definiert ist:
Diese Schaltung ist eine Schaltung erster Ordnung (sie hat nur eine reaktive Komponente) und daher beträgt ihre maximale Steigung 6 dB / Oktave (20 dB / Dekade). Natürlich unterliegen die Grenzfrequenzen einer Differenz von 3 dB von der jeweiligen abgeflachten Amplitude (es sei denn, die Gesamtamplitudendifferenz liegt unter 6 dB).
Hier ist eine einfache Grafik, um den typischen Unterschied von 3 dB zu erklären. Ersetzen Sie 3 dB durch X dB (wobei X < 3), wenn die relative Amplitudendifferenz insgesamt kleiner als 6 dB ist).
Passiver RC-Hochpass-Regalfilter
Nachdem wir nun den grundlegenden Tiefpass-Regalfilter gesehen haben, werfen wir einen Blick auf den grundlegenden passiven RC-Hochpass-Regalfilter:
Diese Schaltung kann mit einem einfachen Gleichspannungsteiler verglichen werden, dem ein Kondensator hinzugefügt wird, oder alternativ mit einem Hochpassfilter mit einem zusätzlichen Widerstand (R1) parallel zum Kondensator.
Werfen wir einen weiteren kurzen Blick auf die grundlegende DC-Spannungsteilerschaltung und die Übertragungsfunktion:
Im obigen Schema haben wir die folgende Gleichung:
Als R2 nimmt ab, Vaus nimmt ab (unter der Annahme von R1 bleibt konstant).
Wie bereits zuvor werden wir diese Theorie in einen Hochpassfilter übersetzen. Beachten Sie, dass wir uns im Umgang mit DC nur mit Widerstand befassen. Wenn wir es mit AC zu tun haben, beschäftigen wir uns mit der Impedanz (die aus Widerstand und Reaktanz besteht). Widerstände haben einen Widerstand und Kondensatoren haben eine kapazitive Reaktanz, die mit der Frequenz variiert.
Hier ist ein Diagramm einer grundlegenden RC-Hochpassfilterschaltung, gefolgt von ihrer Übertragungsfunktion:
wobei XC ist die kapazitive Reaktanz des Kondensators.
Im Falle des Hochpassfilters haben wir eine Situation, in der XC erhöht, Vaus nimmt ab (unter der Annahme, dass R konstant bleibt).
Die kapazitive Reaktanz des Kondensators nimmt zu, wenn die Frequenz der Eingangsspannung/des Eingangssignals abnimmt. Wenn also die Frequenz abnimmt, ist Vaus nimmt ab und wir haben einen Hochpassfilter.
Die Grenzfrequenz dieser passiven RC-Hochpassschaltung (bei -3 dB) wird wie folgt berechnet:
Und damit kehren wir zu unserem vereinfachten Schaltplan eines passiven Hochpass-Regalfilters zurück:
Die Dinge sind etwas komplizierter, da wir R haben1 und C1 parallel. Wie beim passiven Tiefpass-Regalfilter unterliegen die Gleichungen dieser Schaltung zur Vereinfachung der Laplace-Transformation.
Beginnen wir mit einem grundlegenden Diagramm, das die Parameter visuell anzeigt, und dann werde ich die Gleichungen auflisten:
Wenn wir reelle Zahlen einfügen würden, würden wir sehen, dass die Übertragungsfunktion (Vaus/Vin) wird sich unterhalb der f1 und höher f2. Die größte Änderung der Spannungsübertragung hat zwischen f1 und f2 mit der maximalen Steigung bei der Mittenfrequenz, die wie folgt definiert ist:
Diese Schaltung ist eine Schaltung erster Ordnung (sie hat nur eine reaktive Komponente) und daher beträgt ihre maximale Steigung 6 dB / Oktave (20 dB / Dekade). Natürlich unterliegen die Grenzfrequenzen einer Differenz von 3 dB von der jeweiligen abgeflachten Amplitude (es sei denn, die Gesamtamplitudendifferenz liegt unter 6 dB).
Hier ist eine einfache Grafik, um den typischen Unterschied von 3 dB zu erklären. Ersetzen Sie 3 dB durch X dB (wobei X < 3), wenn die relative Amplitudendifferenz insgesamt kleiner als 6 dB ist).
Nicht invertierender Tiefpass-Regalfilter
Nachdem wir nun die grundlegenden passiven Regalfilter besprochen haben, wenden wir uns den aktiven Filtern zu. Auch hier ist es wichtig, sich daran zu erinnern, dass dies keine vollständige Liste ist. Ich habe nur ein paar Schaltungen aufgenommen, um unser Verständnis zu vertiefen.
In diesem Abschnitt werfen wir einen Blick auf einen nicht-invertierenden Tiefpass-Regal-EQ-Filter (er kann als Low-Shelf-Boost oder vielleicht als High-Shelf-Schnitt verwendet werden):
Diese aktive Schaltung ist komplett mit einem nicht-invertierenden Operationsverstärker mit einer negativen Rückkopplungsschleife. Mit dieser Schaltung können wir tatsächlich Verstärkung auf die Schaltung anwenden und einen Boost erzielen.
Dieser spezielle Filter ist dem folgenden Diagramm und den folgenden Gleichungen verpflichtet:
Daher ist G2, das in der Grafik niedriger ist, ist kleiner als G1.
Deshalb f2 muss höher sein als f1, wie in der Grafik zu sehen.
Dies sagt uns, was wir von einem Filter erster Ordnung erwarten würden. Der Filter hat eine feste Steigung von 6 dB/Oktave. Daher ist die Verstärkung (relative Amplitudendifferenz) direkt proportional zum „Übergangsband“ zwischen f1 und f2.
Diese Gleichung bezieht die Übertragungsfunktion auf eine gegebene Frequenz. Wenn wir Zahlen eingeben, würden wir sehen, wie A dazu neigt, sich unter f1 und mehr f2.
Beachten Sie, dass die Gleichungen an keiner Stelle die „3 dB-Punkte“ von f1 und f2. Wenn die Verstärkung größer als 6 dB ist (G2 > 2), dann wäre dies der Fall. Andernfalls lägen die Grenzfrequenzen bei weniger als 3 dB pro Stück.
Invertierender Tiefpass-Regalfilter
Werfen wir nun einen Blick auf einen invertierenden Tiefpass-Regal-EQ-Filter (er kann als Low-Shelf-Boost oder vielleicht als High-Shelf-Schnitt verwendet werden):
Diese aktive Schaltung ist komplett mit einem invertierenden Operationsverstärker mit einer Rückkopplungsschleife. Mit dieser Schaltung können wir tatsächlich Verstärkung auf die Schaltung anwenden und einen Boost erzielen.
Dieser spezifische Filter wird durch das folgende Diagramm und die folgenden Gleichungen gesteuert:
In diesem Fall ist G1 muss größer als G sein2, wie in der Grafik zu sehen ist.
Seit R2 kann nicht negativ sein, das sagt uns, dass f2 muss größer sein als f1.
Auch dieser Filter erster Ordnung ist definiert als eine Steigung von 6 dB/Oktave (20 dB/Dekade). Dies ist also eine direkte Korrelation zwischen dem relativen Verstärkungsverhältnis und dem relativen Grenzfrequenzverhältnis.
Diese Gleichung zeigt uns nur die Übertragungsfunktion für eine gegebene Frequenz. Wenn wir Zahlen eingeben, würden wir sehen, wie A dazu neigt, sich unter f1 und mehr f2.
Noch einmal, an keiner Stelle erwähnen wir irgendwelche „3 dB-Punkte“ von f1 und f2. Wenn die Verstärkung größer als 6 dB ist (G1 > 2G2), dann wäre dies der Fall. Andernfalls lägen die Grenzfrequenzen bei weniger als 3 dB pro Stück.
Nicht invertierender Hochpass-Regalfilter
In diesem Abschnitt werfen wir einen Blick auf einen nicht-invertierenden Hochpass-Regal-EQ-Filter (er kann als High-Shelf-Boost oder vielleicht als Low-Shelf-Schnitt verwendet werden):
Diese aktive Schaltung ist komplett mit einem nicht-invertierenden Operationsverstärker mit einer negativen Rückkopplungsschleife. Mit dieser Schaltung können wir tatsächlich Verstärkung auf die Schaltung anwenden und einen Boost erzielen.
Diese genaue Schaltung ergibt den folgenden Graphen und die folgenden Gleichungen:
An diesen Gleichungen können wir erkennen, dass G2 größer als G sein wird1. Wir können auch daraus schließen, dass das Verstärkungsverhältnis direkt proportional zum Grenzfrequenzverhältnis ist, was bedeutet, dass die Übergangssteigung zwischen G1/f1 und G2/f2 ist fest (bei Filtern erster Ordnung sind es 6 dB/Oktave oder 20 dB/Dekade).
Diese Gleichungen zeigen uns, dass f1 muss kleiner sein als f2 (Widerstand kann nicht negativ sein), wie in der obigen Grafik zu sehen ist.
Hier sehen wirdie Übertragungsfunktion entsprechend der Frequenz. Wenn wir Zahlen eingeben würden, würden wir sehen, wie A dazu neigt, sich unten einzupendeln f1 und mehr f2.
Es muss wiederholt werden, dass „3 dB-Punkte“ von f1 und f2. Wenn die Verstärkung größer als 6 dB ist (G2 > 2), dann wäre dies der Fall. Andernfalls lägen die Grenzfrequenzen bei weniger als 3 dB pro Stück.
Invertierender Hochpass-Regalfilter
Werfen wir nun einen kurzen Blick auf einen invertierenden Hochpass-Regal-EQ-Filter (er kann als High-Shelf-Boost oder vielleicht als Low-Shelf-Schnitt verwendet werden):
Diese aktive Schaltung enthält einen invertierenden Operationsverstärker mit einer Rückkopplungsschleife. Wir können Verstärkung auf die Schaltung anwenden und Boost erreichen.
Dieser definierte Filter kann mit dem folgenden Diagramm und den folgenden Gleichungen verstanden werden:
Wir haben also eine Situation, in der G2 ist größer als G1.
Diese Formeln sagen uns, dass f2 ist höher als f1.
Wie erwartet, ist das Verstärkungsverhältnis direkt proportional zum Frequenzverhältnis, da die Abrollsteigung fest ist (bei Filtern erster Ordnung wie diesem beträgt sie 6 dB/Oktave oder 20 dB/Dez).ade). Diese Erwartung wird mit der obigen Gleichung bestätigt.
Schließlich haben wir unsere Übertragungsfunktion mit Frequenz als Variable. Mit dieser Formel können wir berechnen, wie A dazu neigt, sich unterhalb zu nivellieren. f1 und mehr f2.
Noch einmal, an keiner Stelle erwähnen wir irgendwelche „3 dB-Punkte“ von f1 und f2. Wenn die Verstärkung größer als 6 dB ist (G1 > 2G2), dann wäre dies der Fall. Andernfalls lägen die Grenzfrequenzen bei weniger als 3 dB pro Stück.
Einfacher einstellbarer Regal-EQ-Filter
Hier ist ein Beispiel für einen variablen Regalfilter, der sowohl Tiefpassregale als auch Hochpassregale bietet.
In diesem Beispiel haben wir zwei variable Widerstände (Potentiometer), die als R bezeichnet werdenBass (steuert die Low-Shelf-/Hochpass-Regalseite der Schaltung) und Rverdreifachen (steuert die Hoch-Regal-/Tiefpass-Regalseite der Schaltung).
Bei hohen Frequenzen ist RBass wird von C kurzgeschlossen1, so dass hohe Frequenzen unbeeinflusst passieren können. Einstellen des Widerstands von RBass passt die effektive Grenzfrequenz des Basses an und bewirkt, dass Frequenzen unterhalb des Cutoffs durch Cut oder Boost beeinflusst werden.
Bei höheren Frequenzen ist die Reaktanz (Impedanz) von C2 ist auch niedriger, was letztendlich mehr Verstärkung (oder Schnitt) für den R bietetverdreifachen Potentiometer.
Mischen mit Low-Shelf-Filtern
Nun, da wir wissen, was Low-Shelf-Filter sind und wie sie funktionieren, schauen wir uns an, wie sie beim Mischen von Audio verwendet werden.
Low-Shelf-Filter werden zum Mischen auf folgende Weise verwendet:
- Korrigieren Sie die Reaktion eines Mikrofons
- Low-End-Rumble herausfiltern
- Akzentuierung charakteristischer Frequenzen
Korrigieren Sie die Reaktion eines Mikrofons
Mikrofone sind Wandler, die mechanische Wellenenergie (Schallwellen) in elektrische Energie (analoge Audiosignale) umwandeln. Aufgrund von Konstruktionsbeschränkungen verfügen viele Mikrofone über Frequenzgänge, die die physischen Schallwellen in ihren Ausgangsaudiosignalen nicht perfekt darstellen.
Das ist zu erwarten. Sogar unsere Ohren und unser Gehörsinn sind für einige Frequenzen empfindlicher als für andere.
Davon abgesehen können einige Mikrofone diese Low-End-Frequenzen entweder überbetonen oder unterbetonen. Ein Low-Shelf-Filter kann helfen, entweder das Low-End zu dämpfen oder das Low-End zu verstärken, um eine genauere Reaktion von einem Mikrofonsignal in weniger als idealen Situationen zu erhalten.
Natürlich wollen wir es direkt an die Quelle bringen. Ein Low-Shelf-Filter kann jedoch eine einfache Möglichkeit sein, den Gesamt-EQ / Frequenzgang eines Mikrofonsignals zu verbessern, indem das Low-End verfeinert wird.
Low-End-Rumble herausfiltern
Beim Mischen greifen Ingenieure in der Regel zu einem Hochpassfilter, wenn es darum geht, Low-End-Rumpeln zu eliminieren. Wenn wir jedoch einen Hochpassfilter verwenden, eliminieren wir praktisch alles unterhalb eines Grenzwerts (idealerweise wird es ein Übergangsband geben).
Manchmal haben wir Low-End-Rumpeln, die gedämpft werden müssen, aber es gibt auch einige wichtige Informationen im Low-End. In diesen Situationen ist es möglicherweise am besten, zumindest einen niedrigen Regalschnitt zu versuchen, bevor Sie direkt zum HPF gehen.
Der Low-Shelf-Cut kann das Low-End-Rauschen möglicherweise dämpfen, ohne die Low-End-Information des Signals vollständig zu eliminieren.
Akzentuierung charakteristischer Frequenzen
In anderen Fällen gibt es Low-End-Frequenzen, die akzentuiert werden müssen. Denken Sie an Bassinstrumente wie Kickdrums, Bassgitarre und Tuba.
Das einfache Verstärken des Low-Shelf-Filters unter eine definierte Grenzfrequenz kann funktionieren, obwohl es einige Frequenzen verbessern kann, die mit anderen Bassinstrumenten konkurrieren und sich negativ auf den Gesamtmix auswirken.
Vielleicht ist es eine bessere Idee, einen Low-Shelf-Filterschnitt mit einer Resonanzspitze bei der Grenzfrequenz zu verwenden, der die Frequenzen in der Nähe des Cutoffs effektiv erhöht und gleichzeitig alles darunter dämpft. Auf diese Weise können wir die charakteristischen Frequenzen eines Tracks betonen (z. B. den grundlegenden „Schlag“ einer Kickdrum) und haben den zusätzlichen Vorteil, dass das Low-End darunter reduziert wird, das ohnehin weitgehend Rauschen ist.
Mischen mit Hochregalfiltern
Nachdem wir nun das Mischen mit Low-Shelf-Filtern besprochen haben, schauen wir uns an, wie High-Shelf-Filter beim Mischen von Audio verwendet werden.
Hochschelffilter werden zum Mischen verwendet auf folgende Weise:
- Korrigieren Sie die Reaktion eines Mikrofons
- Anpassen der wahrgenommenen Tiefe
- Schneiden von Problemfrequenzen
- Akzentuierung charakteristischer Frequenzen
Korrigieren Sie die Reaktion eines Mikrofons
Einige Mikrofone können diese High-End-Frequenzen entweder überbetonen oder unterbetonen. Ein High-Shelf-Filter kann helfen, entweder das High-End zu dämpfen oder das High-End zu verstärken, um eine genauere Reaktion von einem Mikrofonsignal in weniger als idealen Situationen zu erhalten.
Natürlich wollen wir es direkt an die Quelle bringen. Ein High-Shelf-Filter kann jedoch eine einfache Möglichkeit sein, den gesamten EQ / Frequenzgang eines Mikrofonsignals zu verbessern, indem das High-End verfeinert wird.
Anpassen der wahrgenommenen Tiefe
Hochregalfilter können dazu beitragen, die wichtige Dimension der wahrgenommenen Tiefe in einer Mischung zu verbessern. Indem wir das High-End mit einem Regalfilter schneiden, können wir eine Spur nach hinten bewegen. Umgekehrt können wir, indem wir das High-End mit einem Regalfilter verstärken, eine Spur an die Spitze des Mixes bringen.
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 hat weniger High-End, da die höherfrequenten Schallwellen aufgrund der Reibung des Mediums / der Luft zuerst Energie verlieren (High Shelf Cut).
Schneiden von Problemfrequenzen
Einzelne Tracks; Effekte sendet; Busse oder sogar ganze Mixe können im High-End übermäßig hell und hart klingen. Ein High-Shelf-Filterset zur Dämpfung des High-End kann helfen, diese Härte zu lindern.
Wie bereits erwähnt, können High-Shelf-Filter Problemfrequenzen in allem von einem Solo-Track bis zu einem Master reduzieren.
Akzentuierung charakteristischer Frequenzen
Manchmal haben wir einige High-End-Informationen, die akzentuiert werden müssen. Dies kann einfach die nicht-musikalische „Luftigkeit“ oder „Brillanz“ eines Signals oder sogar der obere harmonische Inhalt eines Tracks sein.
Den High-Shelf-Filter einfach über eine definierte Grenzfrequenz zu heben, kann funktionieren. Manchmal bringt uns dies jedoch zu der Situation, die wir vorher hatten, wo das High-End im Mix zu hart wird.
Anstatt also alles über einen bestimmten Punkt hinaus zu verstärken, wie es ein typischer High-Shelf-Filter tun würde, ist es möglicherweise am besten, ein hohes Regal zu wählen, das die hohen Frequenzen schneidet und gleichzeitig einen Resonanzpeak in der Nähe der Grenzfrequenz bietet.
Auf diese Weise können wir einige wichtige harmonische Informationen im oberen Mittenbereich hervorheben und gleichzeitig die Helligkeit der gesamten Spur reduzieren.
Low Shelf & High Shelf Filter in Audio-Klangreglern
Ich nehme an, dieser Abschnitt knüpft an das Mischen an, ist aber anders genug, dass ich ihm einen eigenen Abschnitt geben werde.
Viele Audiogeräte verfügen über einen einfachen Equalizer / EQ, der normalerweise als „Klangsteuerung“ bezeichnet wird. Klangregler haben in der Regel einen Bassregler, einen Höhenregler und manchmal einen oder zwei mittlere Regler.
Denken Sie an Gitarren- / Bassverstärker; Heimkino-Verstärker / -Empfänger; Audio-Wiedergabeanwendungen usw.
Die Bassregler in solchen Geräten basieren auf Low-Shelf-Filtern. Diese Filter haben oft eine feste Bandbreite / Grenzfrequenz und verstärken einfach das Low-End, wenn der Bassregler aufgedreht wird, und schneiden das Low-End, wenn der Bassregler heruntergedreht wird.
Die Höhenregler in solchen Geräten basieren auf Hochregalfiltern. Diese Filter haben oft eine feste Bandbreite / Grenzfrequenz und verstärken einfach das High-End, wenn der Höhenregler hochgedreht wird, und schneiden das High-End, wenn der Höhenregler heruntergedreht wird.
Verwandte Fragen
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.
