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I segreti dell'audio multicanale: come i banchi di filtri scompongono i segnali sonori?
Nel campo dell'elaborazione del segnale audio, i banchi di filtri sono uno strumento fondamentale per scomporre un segnale in ingresso nei suoi componenti. Ciascuno di questi componenti trasporta una porzione della gamma di frequenza del segnale originale. Ad esempio, quando si utilizza un equalizzatore grafico, si noterà che diverse bande di frequenza possono essere amplificate o attenuate, che è esattamente ciò che fornisce un banco di filtri.
Il processo di analisi del banco di filtri è una parte dell'analisi del segnale, che divide il segnale di ingresso in più sottobande, ciascuna delle quali corrisponde a un filtro nel banco di filtri.
Questi segnali sottobanda vengono definiti sintetizzati quando vengono ricombinati, ovvero ricostruendo il segnale completo attraverso un processo di filtraggio. Questo processo è particolarmente importante nell'elaborazione del segnale digitale perché consente di ricostruire i segnali sonori in modi diversi per ottenere l'effetto desiderato.
Varie applicazioni dei banchi di filtri
I banchi di filtri hanno una varietà di applicazioni, che spaziano dagli equalizzatori digitali ai codificatori vocali e alle tecniche di compressione audio. Nella codifica audio, alcune frequenze possono essere più importanti di altre, il che significa che possiamo utilizzare tecniche di codifica più elaborate per le frequenze importanti, al fine di preservarne le informazioni essenziali, e utilizzare una codifica più grossolana per le frequenze meno importanti. schema per ottenere l'effetto di compressione.
Un codificatore vocale utilizza una serie di filtri per determinare le informazioni relative all'ampiezza della sottobanda di un segnale modulante (ad esempio il suono) e quindi utilizza queste informazioni per controllare l'ampiezza di un segnale portante.
Banca di filtri di trasformata di Fourier veloce (FFT)
Più specificamente, un filtro FFT (Fast Fourier Transform) è un modo per creare un ricevitore eseguendo una serie di operazioni FFT su segmenti sovrapposti di un flusso di dati in ingresso. Ciò richiede l'uso di una funzione di ponderazione per controllare la forma della risposta in frequenza del filtro e, a seconda della larghezza della forma, determina la penetrazione e il numero di calcoli. Questo metodo di elaborazione del segnale audio può utilizzare efficacemente i campioni e migliorare l'efficienza di elaborazione.
Analisi dettagliata: flusso di lavoro analitico e sintetico
I componenti di base del banco di filtri includono filtri di analisi e filtri di sintesi. La parte di analisi è responsabile della suddivisione del segnale in più sottobande, che vengono poi nuovamente combinate dalla parte di sintesi tramite sovracampionamento e filtraggio per generare il segnale ricostruito. Questa struttura di analisi-sintesi presenta una maggiore flessibilità ed efficienza rispetto ai metodi tradizionali di elaborazione del segnale, il che rende i banchi di filtri indispensabili nell'elaborazione audio multicanale.
Banche di filtri nella rappresentazione tempo-frequenza
Nell'elaborazione del segnale tempo-frequenza, un banco di filtri è visto come un tipo speciale di distribuzione tempo-frequenza quadratica (TFD) che rappresenta il segnale nel dominio congiunto di tempo e frequenza. Dividendo il segnale in più sottobande all'interno dell'intervallo di frequenza, il filtro e lo spettrogramma costituiscono insieme la distribuzione tempo-frequenza più semplice, che è di grande importanza per l'analisi e l'elaborazione dei segnali audio.
Caratteristiche dei banchi di filtri multi-rate
In un filtro multi-rate, il segnale viene analizzato a velocità diverse a seconda delle rispettive larghezze di banda. Ciò consente di elaborare ciascuna sottobanda in modo più preciso, a seconda della gamma di frequenza richiesta. Il processo di implementazione utilizza tecniche di downsampling e upsampling, migliorando ulteriormente la flessibilità e l'efficienza del banco di filtri.
Banca di filtri perfettamente ricostruita
Quando un banco di filtri è in grado di mantenere l'integrità del segnale durante il processo di smontaggio e rimontaggio, questo tipo di banco di filtri è detto ricostruzione perfetta. Idealmente, un tale banco di filtri dovrebbe essere in grado di ottenere una decomposizione e una ricostruzione del segnale senza perdite.
È interessante notare che, con l'avanzare della tecnologia, in futuro si cercherà di capire come sfruttare appieno le caratteristiche dei banchi di filtri nell'elaborazione audio per creare un'esperienza audio più coinvolgente.
