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O segredo do áudio multicanal: como os bancos de filtros decompõem os sinais sonoros?
No mundo do processamento de sinais de áudio, os bancos de filtros são uma ferramenta fundamental para dividir um sinal de entrada em seus múltiplos componentes. Cada um desses componentes carrega uma porção da faixa de frequência do sinal original. Por exemplo, ao usar um equalizador gráfico, você notará que diferentes bandas de frequência podem ser aumentadas ou atenuadas, que é exatamente o que os bancos de filtros fornecem.
O processo de análise do banco de filtros faz parte da análise do sinal, que divide o sinal de entrada em múltiplas subbandas, cada banda de frequência correspondendo a um filtro no banco de filtros.
Quando esses sinais de sub-banda são remontados, eles são chamados de síntese, o que significa que o sinal completo é recomposto através de um processo de filtragem. Este processo é particularmente importante no processamento digital de sinais porque nos permite reconstruir o sinal sonoro de diferentes maneiras para obter o efeito desejado.
Várias aplicações de bancos de filtros
Os bancos de filtros têm diversas aplicações, desde equalizadores digitais até codificadores de voz e tecnologias de compressão de áudio. Na codificação de áudio, algumas frequências podem ser mais importantes que outras, o que significa que podemos usar técnicas de codificação mais refinadas para frequências importantes para preservar suas informações importantes, e codificação mais grosseira para esquemas de frequências menos importantes para obter o efeito de compressão.
Um codificador de voz usa um banco de filtros para determinar informações de amplitude de sub-banda de um sinal modulante (como um som), que é então usado para controlar a amplitude do sinal portador.
Banco de filtros de transformação rápida de Fourier (FFT)
Além disso, um banco de filtros Fast Fourier Transform (FFT) é uma maneira de criar um receptor executando uma série de operações FFT em segmentos sobrepostos do fluxo de dados de entrada. Isso requer o uso de uma função de ponderação para controlar o formato da resposta de frequência do filtro e, dependendo da largura do formato, determina a taxa de penetração e o número de cálculos. Este método de processamento de sinal de áudio pode utilizar amostras com eficácia e melhorar a eficiência do processamento.Análise detalhada: processo de análise e síntese
Os componentes básicos de um banco de filtros incluem filtros de análise e filtros de síntese. A parte de análise é responsável por dividir o sinal em subbandas, que são novamente combinadas pela parte de síntese através de upsampling e filtragem para gerar o sinal reconstruído. Esta estrutura de análise e síntese é mais flexível e eficiente do que os métodos tradicionais de processamento de sinais, o que torna os bancos de filtros indispensáveis no processamento de áudio multicanal.
Filtrar bancos na representação tempo-frequência
No processamento de sinais de tempo-frequência, os bancos de filtros são considerados um tipo especial de distribuição quadrática de tempo-frequência (TFD), que representa o sinal no domínio conjunto de tempo e frequência. Ao dividir o sinal em várias subbandas dentro da faixa de frequência, o banco de filtros e o espectrograma juntos formam a distribuição tempo-frequência mais simples, que é de grande importância para a análise e processamento de sinais de áudio.
Recursos de vários bancos de filtros de taxas
Em bancos de filtros de taxas múltiplas, os sinais são analisados em taxas diferentes com base em suas respectivas larguras de banda. Isso permite que cada subbanda seja processada de forma mais granular com base na faixa de frequência necessária. O processo de implementação utiliza técnicas de redução e aumento da resolução para aumentar ainda mais a flexibilidade e a eficiência do banco de filtros.
Banco de filtros perfeitamente reconstruído
Quando um banco de filtros consegue manter a integridade do sinal durante a desmontagem e remontagem, esse tipo de banco de filtros é chamado de reconstrução perfeita. Idealmente, tal banco de filtros alcançaria decomposição e reconstrução de sinal sem perdas.
Curiosamente, com o avanço da tecnologia, como aproveitar ao máximo as características dos bancos de filtros no processamento de áudio para criar uma experiência de áudio mais envolvente será uma direção que precisa ser explorada no futuro?
