Cs.Kádár Péter - XXI. századi Diszkónika, 75. Lépésről lépésre

A hangszínmódosítókkal módosíthatjuk a hangszínt. Na jó. Az ilyen állításoktól szokott laposgutát kapni az ember. Te már tudod, hogy a hangszín sokdimenziós szubjektív jellemző, a hangszínmódosítóval – régebbi nevén, hangszínszabályzóval - tehát egyszerre sok paramétert kellene változtatni. Ez igaz is, meg nem is. Hangszínmódosítók ugyanis majdnem olyan régóta léteznek, mint a hangerő szabályzók, és akkoriban igencsak hiányosak voltak a hangszínről szerzett ismeretek.

 

Azt azonban már eleink is megfigyelték, hogy a hangszín nagymértékben függ a jel spektrumától. Akkor tehát a hangszínt úgy módosíthatjuk, hogy belepiszkálunk a spektrumba, a frekvenciamenetbe. A frekvenciamenetet pedig úgy változtathatjuk, ha szűrőket használunk.

Miként a hangerő szabályozását, úgy a hangszín módosítására szolgáló szűrők szabályozását is többféle elv szerint tehetjük meg.

Az első, és legrégebbi megoldás, hogy a jel szabályozása a jel útjában, közvetlenül történik. Tehát a szűrőn a jel haladási irányában megy keresztül a szűrendő információ.

ll02

Az így szabályozott szűrőt analóg passzív szűrőnek nevezzük, mert a szűrőben nincs aktív, erősítő áramkör. Gyakran nem is egy paramétert lehet változtatni, a szabályozást jelölő nyíl több kezelőszervet is jelenthet. Természetesen a szűrő előtt és után lehetnek erősítők.

A második megoldásban a szűrő valamilyen erősítő áramkör része. Ez a változat az analóg aktív szűrő, amelynek előnye, hogy könnyebb a szabályozás paramétereit megvalósítani. Ilyenkor az erősítő kimenetéről vezetjük vissza a jelet a bemenetére, a szűrő ebben a visszavezető szakaszban van. Ezzel az erősítő erősítését lehet változtatni, a hangszínmódosításnak megfelelően, frekvenciafüggően.

ll03

A harmadik módszer az erősítők szabályozásából már ismerős lehet, ott az erősítés mértékét változtattuk feszültséggel. Itt viszont a szűrő paramétereit. A feszültségvezérelt erősítőnek VCA volt a neve, a feszültségvezérelt szűrőnek VCF (voltage controlled filter).

ll04

A VCF előnye, hogy nagyon sok paraméter nagyon finoman állítható be vele, sőt, hangszín-effekt célokra is alkalmazható, ha a vezérlő feszültséget pl. periodikusan változtatjuk. Az analóg cuccok jelentős részében ma már VCF van.

Mindhárom analóg szűrő jellemzője, hogy nemcsak a frekvenciamenetbe avatkoznak be, hanem bizony belerondítanak a fázismenetbe is, és emiatt nagyon csúnya hangkép, túlvezérlés, maszat, stb. lesz az eredmény. Noha a fázistorzítást lehet minimalizálni, mindig lesz egy kicsi, ezért az analóg szűrők jellemzői nagyon függnek attól, hogy melyik cég gyártmányáról van szó. És itt rögtön megjegyzem, hogy viszont az egyes szűrőkre jellemző torzítás jellegzetes hangzást is eredményez, ami akár divatot is teremthetett.

Amikor a digitális technika hódítani kezdett, természetes igénnyé vált, hogy a hangszínmódosítók is digitálisak legyenek. A hangszínmódosítóba természetesen már digitális jelek érkeznek, és azok is lépnek ki belőle. A digitális szűrők előnyei:

  • nagyobb pontosság érhető el velük, mint az ellenállásokból, tekercsekből és kondenzátorokból áramkörökkel, a pontosságot csak a digitális szóhossz korlátozza;
  • olyan szűrők is megvalósíthatók, amelyeknek nem létezik analóg megfelelőjük;
  • a szűrt és a szűretlen jelet egyaránt tárolhatjuk összehasonlításhoz vagy további felhasználásukhoz;
  • paramétereik programozhatók, így könnyen változtathatók a szűrők jellemzői, és az eredmény gyorsan tesztelhető;
  • egyszerű számtani műveletekkel dolgoznak;
  • működésüket nem befolyásolja a hőmérséklet és a páratartalom változása, illetve nem tartalmaznak különleges pontosságot igénylő alkatrészeket;
  • jó a teljesítmény/költség arányuk, vagyis bonyolult szűrők is olcsón készíthetők el;
  • az egyforma hardverrel és szoftverrel megvalósított digitális szűrők egyes példányainak paraméterei azonosak.;
  • tulajdonságaik nem "öregszenek", vagyis hosszú időn keresztül is állandók;
  • többféle szűrési feladat is végezhető velük (látszólag) egyszerre, ha eléggé gyorsak, és észrevétlenül tudják váltogatni a feladatokat (pl. egy              keverőasztalban elég egyetlen vagy néhány szűrő egység);
  • készíthetők ún. adaptív, vagyis a feladathoz automatikusan alkalmazkodó szűrők is;
  • kis méretűek.


Az ember lusta tetű, az is jó lett volna, ha ezek az áramkörök ugyanazokkal az eljárásokkal lennének tervezhetők, mint az analóg szűrők. Jó szűrőt tervezni ugyanis művészet. Volt még egy korlát, az áramkörök gyorsasága. A digitális hangtechnika egyik nyavalyája ugyanis, hogy minden hangbuheráló művelethez számítások kellenek, és minél hosszadalmasabb egy-egy számítás, annál többet késik a jel, mert meg kell várni az eredményt. Vagyis az a cél, hogy a lehető legegyszerűbb számításokat a lehető legkevesebb, olcsó áramkörrel lehessen elvégezni.

Minden digitális szűrő három alapelemből épül föl:

ll05

 

  • az összeadó a két bemenetére érkező értéket előjelesen összegzi;
  • az erősítő vagy más néven szorzó egy előre megadott értékkel (konstanssal, súlyozóval) szorozza a jelet;
  • a késleltető egy-egy ütemmel késleltetve helyezi a kimenetére (és tartja) a bemeneten levő jelet.

ll06

Bonyolult matek helyett képzelj el két fogazott tárcsát! Az egyikének a "fogain" a bejövő adatsor foglal helyet, a másik tárcsán pedig a szorzótényezők (súlyozók) vannak, amelyekkel a frekvenciamenetet alakítjuk. Az egymást fedő számokat össze kell szoroznunk, s ezeknek kell az összegét képezni. Ezután az egyik tárcsát egy osztásnyit el kell fordítani és az előző műveletet megismételni.

ll07
A kezdeti – és ma is sok esetben használt – digitális áramkörök alig tudtak többet, mint az analógok, ha eltekintünk attól az előnytől, hogy nagyon egyformára lehetett készíteni őket. Vagyis bizony, ugyanúgy beletapicskoltak a fázismenetbe, mint analóg társaik. Ezeket a szűrőket IIR (Infinite Impulse Response = végtelen impulzusválaszú) szűrőknek hívják. Az IIR szűrő kimeneti jele függ a jelenlegi és az ezt megelőző bemeneti értékektől, valamint a megelőző kimeneti értékektől is.

ll08

Működésének lényege, hogy a kimenetről a bemenetre visszajut a jel, és ez is befolyásolja a végeredményt. Ha a bemenetre egyetlen „1”,majd „0” szám érkezik, akkor a szűrő elvileg végtelen lépésen keresztül produkál kimenő jelet (gyakorlatilag addig, ameddig a rendszer által kezelhető legkisebb számot el nem éri).

ll09

A digitális áramkörök fejlődése az analóg szűrőktől eltérő módon tervezhető, másik típust eredményezett, a FIR (Finite Impulse Response = véges impulzusválaszú) szűrőket. A FIR fő előnye, hogy a fázismenetbe nem szól bele, ha nem akarjuk.

ll10

Ezekben már nincs visszacsatolás, kimeneti jelük csak a jelenlegi és az előző bemeneti értékektől függ. A szűrő késleltető elemeinek kimeneteit különböző súlyozásokkal összegezzük. A késleltetők mindegyike egy-egy szám tárolására képes, amelyek minden lépésben egy késleltetővel tovább lépnek. Ha a szűrő bemenetére (egy impulzusnak megfelelő) egyetlen 0-tól különböző bináris szám érkezik, a kimeneten annyi, de ideig kapjuk a megfelelően súlyozott kettes számrendszerbeli számokat, ameddig az összes késleltető ki nem ürül.

 ll11

ll12