滤波器

分析管道的滤波器(Filters)列在进入任何分析之前对信号做调理。 它容纳经典的频率选择型滤波器(低通、高通、带通、带阻、陷波、峰值均衡)、频率计权, 以及微分、积分、重采样、缩放等一组信号调理项。各项自上而下依次作用于每个被选中的通道。

滤波器池

基本滤波器(IIR)

频率选择型滤波器为递归(IIR)二阶节。其形状由转折频率或中心频率以及品质因数 Q 决定; 峰值均衡另增一个增益参数。

各基本滤波器类型的幅频响应 幅值 [dB] 频率(对数) 0 −20 −40 f₁ f₂ 高通 低通 带通 陷波
滤波器参数默认值典型用途
低通滤波器截止 (Hz)、Q、阶数1000 Hz,Q = 0.707,2 阶 去除高频内容与嘶声;抽取前限带。
高通滤波器截止 (Hz)、Q、阶数20 Hz,Q = 0.707,2 阶 去除直流偏置、风噪隆隆声与低频漂移。
带通滤波器中心 (Hz)、Q、阶数1000 Hz,Q = 1,2 阶 在试听或分析前单独提取某一成分,例如某阶啮合阶次或某个共振。
带阻滤波器中心 (Hz)、Q、阶数1000 Hz,Q = 1,2 阶 去掉一段干扰频带,以便单独评价剩余部分。
陷波滤波器中心 (Hz)、Q50 Hz,Q = 10 抑制单条窄带干扰线,典型为 50/60 Hz 工频干扰及其谐波。
峰值均衡中心 (Hz)、Q、增益 (dB)1000 Hz,Q = 1,0 dB 按指定量提升或衰减某一频带,用于听觉化与 A/B 试听。

Q、带宽与滚降

Q 是中心频率与 −3 dB 带宽之比。Q 越大滤波器越窄越有选择性;Q 越小则越平缓越宽。

Q = f中心 / (f上限 − f下限)

特性

特性决定这个滤波器优先保证什么。低通、高通、带通、带阻都可选, 且都从 4 阶起生效(2 阶只有一个二阶节,三种特性行为相同)。

特性通带过渡带相位 / 波形什么时候用
Butterworth(默认)最平坦,无纹波 中等中等 稳妥的默认值。电平、频谱与心理声学分析 —— 这些场合通带平坦比多压那几 dB 阻带更重要。
Chebyshev(I 型)等纹波,纹波深度可自行设定 同阶数下最陡最差 要分开两个挨得很近的成分,又不能再提阶数时。
Bessel平坦最缓 最好 —— 群延迟最平坦 瞬态、冲击,以及任何要试听或按波形形状判读的信号:贝塞尔滤波器对各频率的延迟几乎相同,脉冲不会被拖变形。
Chebyshev 的截止频率口径不同:对 Chebyshev 而言,你填的那个频率是纹波带边 —— 该处增益等于你设定的纹波(例如 −1 dB),而不是 −3 dB。 这是该特性的标准定义;与 Butterworth 对比时不要误以为"截止跑了"。 通带已整体归一到峰值 0 dB 且不会超过,因此 Chebyshev 滤波器不会放大信号。
这些是递归(IIR)滤波器,因此不是线性相位:不同频率被延迟的量不同。 这对电平、频谱和心理声学分析没有影响,但当瞬态波形的准确形状或两个通道之间的相位关系很重要时,请留意这一点。

频率计权

频率计权对信号施加标准化的计权曲线。节点名会显示所选曲线,例如 Frequency Weighting (A)。

设置含义典型用途
None不计权(线性)—— 信号原样通过。物理量测量;振动。
A近似中等声级下人耳的灵敏度;衰减低频与极高频。几乎所有噪声排放与工作场所噪声工作的默认选择,结果记为 dB(A)。
B介于 A 与 C 之间的中间曲线。很少需要;为与历史数据比较而保留。
C在可听范围内几乎平坦,两端有轻微滚降。峰值电平,以及需要保留低频内容的场合,记为 dB(C)。
D在 2–4 kHz 大幅提升 —— 人耳对喷气发动机噪声最敏感的频段。飞机噪声(IEC 537),记为 dB(D)。

计权由一组二阶节级联实现,均在 1000 Hz 处归一化到 0 dB:A、B、C 取自 IEC 61672 的模拟原型,D 取自 IEC 537 的极零点定义。

A、B、C、D 频率计权是针对声压定义的。请勿把它们施加到加速度、力或电压通道 —— 得到的数字没有确定含义。

信号调理与工具项

条目参数默认值作用
微分微分阶数1 对时间求导,每阶一次。位移 → 速度 → 加速度。
积分积分阶数;高通模式(Off / Relative / Absolute);相对频率(×fs);绝对频率 (Hz) 1;Off;0.001;1 Hz 对时间求积分,每阶一次。加速度 → 速度 → 位移。可选高通用于去除积分过程中不断累积的直流漂移。
包络平滑 (ms)0 ms(不平滑) 提取信号的幅值包络。平滑用于抑制包络的残余纹波。
延时延迟 (ms);首尾补零0 ms;关 在时间上平移通道。正值延后,负值提前。补零时长度保持不变;不补零则信号被截短。
淡入/淡出淡变模式(Linear / Cosine);淡入 (s);淡出 (s)Linear;0.01 s;0.01 s 在信号首尾施加淡变,避免回放与导出时突然起止产生的"咔哒"声。
线性映射系数模式(Linear / dB);系数;偏移Linear;1;0 对采样值做缩放与偏移:y = 系数 × x + 偏移。dB 模式下系数按电平变化量输入。
单位换算系数模式(Linear / dB);系数;偏移Linear;1;0 同样的缩放加偏移运算,用于按已知换算系数把通道转换到另一单位。
重采样目标 Fs (Hz)48000 Hz 把通道转换到另一采样率。其后的所有池内条目均按新采样率工作。
矢量幅值—— 把所有通道逐样本合成一个通道:√(x₁² + x₂² + …)。用于三向加速度计。
直通—— 信号原样通过。
积分与漂移:输入中任何偏置在一次积分后变成斜坡,两次积分后变成抛物线。 凡对实测加速度信号做积分,请把高通模式设为 Absolute,并选一个远低于关心频段下限的转折频率。
重采样:当目标采样率低于源采样率时,会在改变采样率之前自动串入抗混叠低通, 新奈奎斯特频率以上的内容不会折叠回频带内。升采样不需要该滤波器,也不会插入。

IIR 与 FIR

滤波器池中的各项均为 IIR 设计:高效、系数少,用很低的阶数即可达到给定的选择性 —— 代价是相位随频率变化。 FIR(有限冲激响应)设计可做到严格线性相位,但达到同样选择性需要多得多的系数。 在相位特性关键的地方,谛耳内部使用线性相位 FIR 环节 —— 例如分数倍频程滤波器组、小波滤波器组 以及心理声学分析的抽取环节 —— 因此这些结果不受池内滤波器相位特性的影响。

使用建议


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