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Eine neue Klasse von Frequenzweichen

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uli.brueggemann
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Eine neue Klasse von Frequenzweichen

Beitrag von uli.brueggemann » 14.08.2019, 09:16

Angeregt durch eine Diskussion mit Simon bezgl. Neville-Thiele-Filter mit nicht ganzzahliger Ordnung habe ich mich noch einmal intensiver mit dem NT befasst. Das NT-Filter ist im Gegensatz zu vielen anderen Weichenfiltern eines, bei dem der Übergangsbereich klar bandbreitenbegrenzt ist (limited transition area). Ein Tiefpass 1.Ordnung bei 1 kHz hat der Definition zufolge einen Übergangsbereich von 1000/2 = 500 Hz bis 1000*2 = 2 kHz. Unter 500 Hz wird alles durchgelassen, oberhalb von 2 kHz wird alles gesperrt.

Diese klar mathematische Sichtweise weicht ein wenig von den ursprünglich analogen NT-Filtern (es gibt dazu auch ein Patent) ab. Hier wurden die Filter aus einem LR-Filter 4.Ordnung und einem zusätzlichen Notchfilter zusammengesetzt.

Gerne wird das NT auch mit Cauer-Filtern bzw. elliptischen Filtern verglichen, allerdings weist die digitale Realisierung per gebrochenem rationalen Polynom keine Oszillationen auf. Soweit so gut erstmal, das NT gibt es schon seit den ersten Anfängen von Acourate und hat sich bewährt.

Nun war ich kürzlich in meinem alten Beruf unterwegs und zwar mit dem speziellen Thema von möglichst glatten, aber kurvenreichen gefrästen Oberflächen. Ein Stichwort hierzu ist das Thema 'bell shaped acceleration' und 'jerk limitation' (Ruckbegrenzung).
Und das habe ich nun auch einmal konsequent auf die Weichen übertragen.

Herausgekommen ist eine neue Filterklasse, die in Acourate V1.9.12 realisiert ist.
Dazu ein paar Bilder. Die Frequenzverläufe der Filter sehen im Vergleich zum NT so aus

Bild

Man erkennt, dass die neuen Filter "runder" sind und früher abfallen als das NT.
Dieses frühere Abfallen muss sich im Zeitbereich widerspiegeln, demzufolge wird das "Makro"-Ringing entsprechend größer. Das sieht dann so aus:

Bild

Dabei hat dann aber das NT nicht die kleinste Amplitude, das Pol3-Filter liegt noch darunter (ebenfalls ein realisiertes, hier nicht gezeigtes und sehr ähnliches cos-Filter).

Spannend wird es, wenn man sich das "Mikro"-Ringing anschaut, also einmal weiter reinzoomt. Das zeigt das nächste Bild:

Bild

Die neuen Filter weisen ein deutlich kleineres und kürzeres Ringing auf. Insgesamt verhalten sich die Filter gutmütiger. Zumindest in den Diagrammen. :wink:
Wobei es auch interessant ist, wenn man dann die minimalphasigen Varianten zum NT vergleicht. Man erkennt dann schnell, dass das NT doch irgendeinen Haken hat.
Wie sich das im Hörtest beweist, müsst Ihr selbst herausfinden. Bei den realisierten Filtern gibt es nun 6 neue weitere Wahlmöglichkeiten. Qual der Wahl :cheers:

Grüsse
Uli
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uli.brueggemann
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Beitrag von uli.brueggemann » 14.08.2019, 09:24

Als kleiner Nachtrag noch ein weiteres Bild des Mikro-Ringings (rot = NT)

Bild

Grüsse
Uli
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Mister Cool
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Beitrag von Mister Cool » 14.08.2019, 11:17

uli.brueggemann hat geschrieben:...Herausgekommen ist eine neue Filterklasse, die in Acourate V1.9.12 realisiert ist.
Hallo Uli,

langer Rede kurzer Sinn: wie kommen wir an die V1.9.12?

Und vor allem Danke und Grüsse,
Alwin
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Mister Cool
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Beitrag von Mister Cool » 14.08.2019, 18:30

uli.brueggemann hat geschrieben:Bei den realisierten Filtern gibt es nun 6 neue weitere Wahlmöglichkeiten. Qual der Wahl :cheers:

Grüsse
Uli

Hallo Uli,

ich habe die alte und neue Maske verglichen und das zusätzliche Feld gefunden

Bild

Sind das die 6 Wahlmöglichkeiten?

Sie werden zuerst synchron mit der "Filter order" geschalter

Grüsse,
Alwin
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Beitrag von uli.brueggemann » 14.08.2019, 19:00

Alwin,

unter Neville Thiele gibt es die neue Radiobox jUB. Das sind die neuen Filter mit der von mir frei erfundenen Bezeichnung jUB (jerk-limited Uli Brüggemann :wink: ).
Die Combobox daneben definiert die 6 neuen Filterarten cos, Pol3, jPol5, .. jPol11.

Das von Dir nachgefragte Eingabefeld erlaubt die Eingabe nicht-ganzzahliger Filterordnungen. Also z.B. 0.7. Das SpinEdit oberhalb überschreibt das Eingabefeld bei Änderung.
Wenn Du die Maus über dem Eingabefeld stehen lässt bekommst Du einen Tipp angezeigt.

Grüsse
Uli
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Mister Cool
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Beitrag von Mister Cool » 14.08.2019, 19:11

Danke, verstanden.

Grüsse,
Alwin
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Daihedz
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Beitrag von Daihedz » 15.08.2019, 10:00

Hallo in die Runde der befreiten Filterer
uli.brueggemann hat geschrieben:... Filter mit nicht ganzzahliger Ordnung ... Qual der Wahl ...
Nebst den jUB's, welche an sich schon eine kleine Sensation darstellen, wurde mit den nicht-ganzzahligen Filterordnungen, resp. "Breiten" gleich noch ein unendliches Kontinuum verschiedener möglicher Filter erschlossen.

Beispielhaft sei dies an einem Bandpass für einen Mitteltöner mit den Eckfrequenzen von 400Hz und 2.5kHz durchgespielt. Die Darstellung zeigt eine Schar jUB's jPol5 Filter der Ordnungen 2.0, 1.41, 1.0, 0.7, 0.5 und 0.354:

Bild

Die fett dargestellte, braune Kurve ist der jUB jPol5 Filter der Ordnung 1.0.

Damit lassen sich Filter praktisch beliebig und mit noch nie dagewesener Präzision an spezifische, vielleicht besonders kritische Treiber optimal anpassen.

Als weitere Möglichkeit lässt sich die Filtercharakteristik der neuen jUB's mittels der nicht-ganzzahlingen Ordnungen im Durchlassbereich und nahen Grenzbereich an klassische Filter annähern, um dann diese klassischen Filter im weiteren Sperrbereich mit einer LTA (limited transition area)-Charakteristik auszustatten. Diese Option sei an einem Linkwitz-Riley-Filter 4.Ordnung (wiederum der Bandpass 400Hz ... 2.5kHz) beispielhaft und illustrativ durchgespielt:

Bild

Bild

Kurve 6 (schwarz) zeigt die mittlere Abweichung der jUB's von der LR4-Charakteristik. Die Annäherung im Durchlassbereich und nahen Sperrbereich bis ca. -12dB ... -15dB gelingt auf ca. 0.5dB genau. Schön zur Darstellung kommt auch der gewünschte, steile Abfall hin zum absoluten Sperrbereich.

Danke und Gratulation an Uli. Du hast (wieder einmal) die Audiowelt bereichert, gleich zweifach ... jUBilate!

Anerkennende Grüsse
Simon
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HaraldP
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Beitrag von HaraldP » 15.08.2019, 10:30

Hallo Uli,

vielen Dank, dass du anscheinend unermüdlich Acourate immer noch ein Stück besser machst. Ich freue mich schon darauf, den neuen Typ einzusetzen und bin auf das Ergebnis gespannt. Statt die Abkürzung jUB hätte die Neuerung IMHO aber auch den Namen 'Brüggemann-Filter' verdient. :cheers:
uli.brueggemann hat geschrieben: Das von Dir nachgefragte Eingabefeld erlaubt die Eingabe nicht-ganzzahliger Filterordnungen. Also z.B. 0.7. Das SpinEdit oberhalb überschreibt das Eingabefeld bei Änderung.
Auch wenn das mit deiner Erklärung jetzt klar ist, ist das nicht intuitiv. Die bessere und für alle offensichtliche Variante ist eine editierbare Combobox. Damit können die ganzzahligen Werte direkt ausgewählt und Zwischenwerte eingegeben werden. Ich würde mich freuen, wenn du das in kommende Versionen einfliesen lassen kannst, damit die tollen Features auch einfach genutzt werden können.

Viele Grüße
Harald
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uli.brueggemann
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Beitrag von uli.brueggemann » 15.08.2019, 10:50

HaraldP hat geschrieben:... Die bessere und für alle offensichtliche Variante ist eine editierbare Combobox.
Harald,

ich hab da drüber nachgedacht, es aber wieder verworfen. Eine Filterordnung von 1 bis 64 per Combobox ist auch nicht elegant. Für mich auch nicht wirklich intuitiv, ich editiere eigentlich nie Comboboxen sondern wähle nur aus, wenn ich da drüber nachdenke.

Grüsse
Uli
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HaraldP
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Beitrag von HaraldP » 15.08.2019, 11:19

Hallo Uli,

für 64 Werten ist eine Combo sicher nicht das richtige Control. Zur Auswahl wäre aber auch vielleicht eine Untermenge z.B. [1,2,3,4,5,6,8,12,16,32,64] mit der Möglichkeit zum Editieren ausreichend.

Sorry, aber die derzeitige Lösung gefällt mir nicht, und es gibt bestimmt eine bessere. Was hältst du von folgender:

Es gibt nur ein Textfeld, das wie das zu den Spinbuttons gehörige Feld initialisierst. Mit den beiden Spincontrols, kann man den Wert wie bisher ändern. Zusätzlich kann man aber auch Zwischenwerte in das Textfeld eingeben. Naja, auch das muss man wissen, ist aber aus meiner Sicht trotzdem besser als das zusätzliche Control. Bedenke: Du solltest Platz sparen für deine zukünftigen Ideen. ;-)

Filter order: [ 2]▲▼ (die Spinbuttons natürlich nicht nebeneinander)

Gruß
Harald
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uli.brueggemann
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Beitrag von uli.brueggemann » 15.08.2019, 16:59

Hallo Harald,

ich hab eine Lösung gefunden wie von Dir zuletzt vorgeschlagen. Alles nicht so einfach wie es scheint aber es klappt. Gibt es dann mit neuen Auslieferungen.

Grüsse
Uli
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HaraldP
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Beitrag von HaraldP » 15.08.2019, 17:10

Hallo Uli,

das freut mich. Wenn du mal wieder einen Fall hast, wo du der Meinung bist, dass das noch besser gehen könnte, dann lass es mich gerne wissen. Ich bin gerne mit Vorschlägen oder zum Austausch behilflich.

Grüße
Harald
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Schorsch
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Beitrag von Schorsch » 16.08.2019, 00:17

Hallo Uli,
könntest Du mal die Phase der neuen Filter mit der Phase der NT Filter vergleichen?
Viele Grüße
Georg
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uli.brueggemann
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Beitrag von uli.brueggemann » 16.08.2019, 09:04

Georg,

klar könnte ich das. Was aber nicht wirklich etwas aussagt, die wenigsten können Phasendiagramme lesen.
Bei linearphasigen Filtern bringt es nichts. Und so zeigen die meisten Phasenplots eben minimalphasige Diagramme.

Hier sieht die unwrapped phase so aus (y-Achse in Grad):

Bild
Die Werte oberhalb 2 kHz sind nur Rechenergebnisse der FFT, da voller Sperrbereich.

Interessant ist dann eher die Gruppenlaufzeit (y-Achse in ms):

Bild
Man sieht dabei schön, dass das NT-Filter (rot) noch Unstetigkeiten im Frequenzgang aufweist.

Und: hilft es Dir nun wirklich? :wink:

Grüsse
Uli
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Schorsch
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Beitrag von Schorsch » 16.08.2019, 09:15

Hallo Uli,
Danke für die Plots. Deine Filter sind spannend.
uli.brueggemann hat geschrieben: Und: hilft es Dir nun wirklich? :wink:
Einfach rein akademische Neugierde ... :wink:

Viele Grüße
Georg
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