Subsonic-filter -> fasförskjutning

[Max_Headroom]

Jag håller på och tittar på olika varianter för subsonicfilter. Men hur fan jag än gör så får jag en enorm fasförskjutning.

Vad kan jag göra åt det? Med den variant jag har nu (24dB/oktav butterwoth) så får jag en fasförskjutning på ca 320 grader vid 80Hz. Vad göra? Försöka få det till 360 så det blir ett helt varv, eller vad?

[Flint]

Berätta hur du rent tekniskt kommer fram till dom där värdena. Mäter du med en mikrofon?

[Max_Headroom]

Filtret är inte byggt ännu. Värden räknas fram av ett datoprogram, nämligen det här:

TINA-TI

Ett gratis simuleringsprogram.
Stoppar man in en svept sinus i ena änden av den simulerade kretsen så kan man få en snygg graf på frekvensgång, fasgång och tidsförskjutning i andra änden (eller egentligen var som helst som man väljer att mäta). Har ingen aning om huvurvida programet räknar rätt eller inte. Jag själv räknar garanterat fel...

Jag kör med aktiv delning och tanken var att subsonic-filret bara skulle gå på basdelen. Men fasföskutningen blir så stor, att det skulle påverka fasen (totalt) vid delningen.
Sedan kom jag på att man kan fuska och köra subsonic-filteret före delningen och då har ju det problemet hastigt och lustigt försvunnit. Andra kanske tillkommer, men man kan ju ordna med ett relä så att subsonicfiltret inte är inkopplat hela tiden.

Edit: Kan meddela att jag nu ritat om filtret. Jag kör men en op kopplad normalt, och en inverterad. På så sätt har fasföskjutningen minskat till hälften.
I praktiken är det nu ett Sallen-Key filter i serie med ett Multiple Feedback filter. Ser klart bäst ut hitils. Har ingen aning om lämpligheten att bygga så egentligen. Kan det finnas risk för självsvängning?

[Flint]

Aha.
Jag kan inte köra det programmet men om du har en bild på schemat kan jag testa i mitt favoritprogram. Jag gillar såna här kopplingsövningar. Dumpa en skärm eller om du vill maila kan vi ta adessen via PM.

[Max_Headroom]

Så här ser det ut akkurat nå:



Själva schemat.
---------------------------------------------------------



fasgången
---------------------------------------------------------



Group delay
---------------------------------------------------------


Frekvensgången

[Flint]

Jag får fasen så här:




Men jag är ingen fena på filter och alla varianter och fasegenskaper men just därför kan det ju vara kul att labba med dom. Det kan ju också vara så att det du vill uppnå inte är teoretiskt möjligt.

Ska ladda in ett program som heter Nuhertz Filter och se vad det säger.

[Flint]

Du kanske såg att jag hade fel på ett motståndsvärde först. 51.9k istället för 1.9K Nu får vi samma värden.

[Max_Headroom]

Mycket möjligt att det jag vill uppnå inte går. Alltså, ska man dela bort frekvenser så måste något ta tid någonstans, annars kan man ju inte få reda på derivatan (om man nu ser stark lutning på vågformen som ett mått på frekvens, vilket jag gör, och troligen även filtret).

[Flint]

Vi får väl se om vi kan klura ut nåt. Annars finns det väl andra som kan.

[Max_Headroom]

Ja, den där har jag provat (fast med lite andra värden).
Mitt program ritar fasen annorlunda och hoppar inte från -180 till +180 grader vid delningsfrekvensen. Utan det ritar en kontenuerligt fallande kurva. Det kanske blir samma sak i verkligheten?

Så här ritar mitt program:



Över 20Hz är det en skilnad på 360 grader.

[Flint]

Samma här med fasangivelsen. Har inte tänkt på det tidigare. Måste redas ut. Hur gör man det?

[IngOehman]

Max (och alla ni andra)!

Lösningen på problemet är enkel: BYT REFERENS!

Ett subsonicfilter är ett HP-filter och tangerar noll graders fasvridning vid oändligt hög frekvens, inte vid 0 Hz som det dumma simuleringsprogrammet tror - referensen är därför den fasvridning som finns vid oändligt höga frekvenser.

Kort sagt - strunta i att simuleringsprogrammet i sitt digitala oförstånd kallar 0 grader för 360 grader!

Redan detta borde vara en alarmklocka: HP-filter har positiv fasvrisning (ser tidsavanserande ut på statisk signal, men är det förstås inte i verkligheten, det är en illusion bara*) och den korrekta fasvridningen vid 80 Hz är +40 grader, inte -320 som du skrev (eftersom det är den siffra som du läser ut ur kurvan som simuleringsprogrammet ritar åt dig).


Sammanfattning:

Man skall inte använda simuleringsprogram utan göra som jag gör - räkna med papper och penna på trevligt rutpapper, eller i huvudet helt och hållet! Då blir det aldrig fel.

En bieffekt är nämligen att man för att kunna göra det måste lära sig hur det fungerar på riktigt.


Vh, iö

- - - - -

För blotta ögat är det omöjligt att med en statisk sinusformad signal se skillnad på tidsförskjutning och fasvridning. De är dock väsensskilda fenomen. Den förstnämnda är en sinusvåg som flyttats sidledes på oscilloskopsskärmen, den sistnämnda är en som ringlat sig sidledes så sinusformen ser sidledes förskjuten ut.

[Flint]

Va bra. Det var ju en baggis. Tack från oss andra.

Men håll med om att det vridfasning runt brytpunkten. Det går knappast att undvika.

[Morello]

Jamen vadå, vid 0 Hz är faktiskt överföringsfunktionen strikt reel och argumentet, dvs fasen noll. Det är även sant då f närmar sig oändligheten. (från 0 till +360)


Samtidgt rekommenderar jag alla (som vill) att räkna först och sedan verifiera med en spice-simulator. Förståelsen är viktigare än simuleringen om man ska komma någonstans med sina konstruktioner.

[Flint]

Även spicesimulering kan ge mycket bra insikt om funktioner och sammanhang. Sen blir det lite som med miniräknaren, man glömmer bort sin huvudräkning.

[Flint]

Max_Headroom

Löste det sig iom. deras konsultation?

[Morello]

Simuleringen kan ju bara användas för att verifiera - simulatorn räknar ju inte R och C.

[Flint]

Simuleringen kan ju bara användas för att verifiera - simulatorn räknar ju inte R och C.

Specificera din intention?

[IngOehman]

Jamen vadå, vid 0 Hz är faktiskt överföringsfunktionen strikt reel och argumentet, dvs fasen noll. Det är även sant då f närmar sig oändligheten. (från 0 till +360)


Samtidigt rekommenderar jag alla (som vill) att räkna först och sedan verifiera med en spice-simulator. Förståelsen är viktigare än simuleringen om man ska komma någonstans med sina konstruktioner.

Håller helt med om det sista.

Självklart håller jag med om det första också, men vill påminna om att resonemang om argumentets (fasens) "nollighet" är en rätt ointressant infallsvinkel, eftersom amplituden ju är precis noll (infinitsimalt, det vill säga 1/oändligheten liten) när man når det strikt reella tillståndet som Morello talar om.

Det finns alltså ingen faktiskt signal att hävda fasegenskaper för, vid noll Hz, utan det blir bara en matematisk övning.

Den som vill fundera på det mera kan fundera på hur DC-nivån i utsignalen påverkas av ett steg i insignalen (från t ex noll volt till 1 volt), eller ännu hellre titta på signaler vad mycket-mycket låga frekvenser och hur de påverkas av plötsliga amplitudförändringar. Då blir man varse det förnuftiga i att kalla fasen för 360 grader och inte 0 grader, eftersom man ser hela den 360 gader stora fasvriningen avverkas vid transienta förlopp. Känner man sig inte övertygad av det kan man roa sig med att LP/HP-transformera ett LP-filter...


Vh, iö

[Max_Headroom]

Max_Headroom

Löste det sig iom. deras konsultation?

Ja, lite. Men jag tycker ändå 40 grader är för mycket vid 80Hz. Jag tror man kommer att få hörbara effketer runt delningen om man kör subsonicfiltret bara på basdelen. Bäst att sätta det filtret för delningen i alla fall. Men förbikoppligsbart med ett relä.

Räkna med penna och papper. Visst. Om jag hade tid så... Men det har jag inte. Har man elektronik som främsta hobby så kan man ju göra det. Eller om man har det som jobb. Men inget av det stämmer in på mig.

[Flint]

Själv tycker jag att den tillförde nada.

[IngOehman]

Du har helt rätt i att det inte är en fungerande lösning att sätta
subsonicfiltret i bara LP-delen.

Det måste absolut sitta INNAN signalen delar upp sig i två halvor.

Annars kommer du definitivt att höra en massa artefakter som
inte har ett dugg med grupplöptidsdistorsion* att göra, utan bara
beror på förändringar i intregrationen.

[Detta är nog en av orsakerna, kanske den viktigaste, till att rätt
få (=alla som jag hört, enligt min helt subjektiva uppfattning nota
bene) av marknadens "subwoofrar" (=kubisk låda med inbyggd
förstärkare, det vill säga subsonivfiltret för sent i kedjan) klarar
av att spela varken artikulerat eller att integrera på ett bra sätt
med toppsystemen.]


Vh, iö

- - - - -

*Dock är för det mesta även grupplöptidsdistorsionen i sig hörbar i de flesta kommersiella subwooferinnehållande system. Hörbarhetsgränsen går vid en grupplöptid som ligger under 1/f (sekunder)#. Det är nästan omöjligt att nå ned till den gränsen i en konventionellt uppbyggd subwoofer.

Tycker dock att det är viktigt att hålla isär fenomenen - mycket av det som skylls grupplöptidsproblem är det inte, utan är o-artikulationer med andra ursprung.


#Exakt var gränsen går är förstås omöjligt att veta (första vetenskapliga tesen, ni vet) men jag har ännu inte, vid spelning i normala rum, lyckats detektera grupplöptidsdistorsion som ligger under 0,5/f och jag tror det är en grupplöptid med goda marginaler. Jag sätter därför i regel en praktisk gräns som det är "bra att klara", på 0,8/f.

Obs: Detta är dock bara sant vid frekvenser UNDER 80 Hz. Går man upp i oktaverna därovanför (100 - 250 Hz) hör vi faktiskt betydligt mindre grupplöptidsdistorsion än så, så delningar i det registret bör vara betydligt flackare, eller införas på mycket goda grunder (t ex att man vinner något värdefullare än det man förlorara i transienthantering på grund av grupplöptidseffekterna.)

[phon]

Vi får väl se om vi kan klura ut nåt. Annars finns det väl andra som kan.

Den här hoppar inte heller från -180 till +180 grader. Det är i själva verket samma kurva som de andra två visade.

Minus 180 och plus 180 grader är samma punkt.

Tänk det som att kurvan fortsätter uppåt (eller nedåt) istället, fasen har snurrat ett varv och är inne på nästa varv.

Var man är i absoluta grader räknat beror på vad man har som referens, och det kanske man bör fundera på.

Det kan ju vara samma relativa fasläge för två signaler**, men vid olika absoluta tidpunkter. Alltså, den ena signalen snurrar ett eller flera varv före den andra, men relativa fasläget stämmer.



** = en signal som blir två ur ett LP resp HP-filter.

[Flint]

Var man är i absoluta grader räknat beror på vad man har som referens, och det kanske man bör fundera på.

Filtrets utgång i förhållande till ingång. Är det feltänk?

[phon]

Oops, nu tänkte jag nån sub-delning. Här var det subsonicfilter.

Räkna fasen uppifrån istället, det vrider nästan inget.förrän längst ner.

[Flint]

Räkna fasen uppifrån istället, det vrider nästan inget.förrän längst ner.

Som jag uppfattar det är det just exakt det Max_Headroom vill undvika. Själv inser jag inte nyttan med den tanken men blir nyfiken på om det finns något att hämta i den.

[Kaffekoppen]

Njae.. jag tolkade det som om Max var orolig för faspåverkan vid delningsfrekvensen (som filtret kunde resultera i)... ?

[Flint]

Njae.. jag tolkade det som om Max var orolig för faspåverkan vid delningsfrekvensen (som filtret kunde resultera i)... ?

I min tankevärld sitter subsonicfiltret först och är gemensamt för resten av filtret. Var nog därför jag inte insåg funktionen i hans tanke.

[IngOehman]

Ni har helt rätt KK och Flint, och det var därför jag till Max skrev:

Du har helt rätt i att det inte är en fungerande lösning att sätta
subsonicfiltret i bara LP-delen.

Det måste absolut sitta INNAN signalen delar upp sig i två halvor.

Annars kommer du definitivt att höra en massa artefakter som
inte har ett dugg med grupplöptidsdistorsion* att göra, utan bara
beror på förändringar i intregrationen.

[Detta är nog en av orsakerna, kanske den viktigaste, till att rätt
få (=alla som jag hört, enligt min helt subjektiva uppfattning nota
bene) av marknadens "subwoofrar" (=kubisk låda med inbyggd
förstärkare, det vill säga subsonivfiltret för sent i kedjan) klarar
av att spela varken artikulerat eller att integrera på ett bra sätt
med toppsystemen.]


Vh, iö

- - - - -

*Dock är för det mesta även grupplöptidsdistorsionen i sig hörbar i de flesta kommersiella subwooferinnehållande system. Hörbarhetsgränsen går vid en grupplöptid som ligger under 1/f (sekunder)#. Det är nästan omöjligt att nå ned till den gränsen i en konventionellt uppbyggd subwoofer.

Tycker dock att det är viktigt att hålla isär fenomenen - mycket av det som skylls grupplöptidsproblem är det inte, utan är o-artikulationer med andra ursprung.


#Exakt var gränsen går är förstås omöjligt att veta (första vetenskapliga tesen, ni vet) men jag har ännu inte, vid spelning i normala rum, lyckats detektera grupplöptidsdistorsion som ligger under 0,5/f och jag tror det är en grupplöptid med goda marginaler. Jag sätter därför i regel en praktisk gräns som det är "bra att klara", på 0,8/f.

Obs: Detta är dock bara sant vid frekvenser UNDER 80 Hz. Går man upp i oktaverna därovanför (100 - 250 Hz) hör vi faktiskt betydligt mindre grupplöptidsdistorsion än så, så delningar i det registret bör vara betydligt flackare, eller införas på mycket goda grunder (t ex att man vinner något värdefullare än det man förlorara i transienthantering på grund av grupplöptidseffekterna.)

[Flint]

Lite OT som visar att Butterworth agerar eq vid delningsfrekvensen, här 75Hz. Slutsats: Herr Linkwitz är en polare som bör tas på allvar.

De tre motstånden på 100k + OP:n i slutet av filtren ingår inte i filtret men är med som summator för att lägga ihop den delade signalen igen.








Beklagar om skrollfingret får förslitningsskador. Gör kompletterande gymnastik. Ett sätt kan vara att vända på musen och skrolla åt andra hållet.

[IngOehman]

Stämmer såklart att LR-filter bör tas på allvar, men man skall också minnas att delningar i registret runt 80 Hz för det mesta är delningar mellan högtalare som står en bit ifrån varandra - och att deras inbördes fasrelation därför är riktningsberoende.

Dessutom sker delningarna nästan undantagslöst i ett frekvensomårde där produkten mellan romsradien och högtalarnas rikningsindex inte når fram till lyssnarna... (Med andra ord: Man lyssnar mera på reflekterat än på direktljud.)

Detta bör kontempleras så att man inte stirrar sig blind på ett endimensionellt samarbete mellan högtalarna, som inte har med verkligheten att göra.


Min uppfattning är nog att inga matematiskt lättbeskrivna delningsfilterfunktioner är optimala för ändamålet. Det filter som uppstår när man väger in alla viktiga aspekter är något mycket mera komplicerat än de där skolboksfiltrena, och därtill blir det faktiskt inte riktigt samma filter som är optimalt i olika rum. Därför behöver filter för delning mellan toppsystem och basmoduler vara injusterbara inom vissa ramar.


Vh, iö

[Morello]

Jamen vadå, vid 0 Hz är faktiskt överföringsfunktionen strikt reel och argumentet, dvs fasen noll. Det är även sant då f närmar sig oändligheten. (från 0 till +360)


Samtidigt rekommenderar jag alla (som vill) att räkna först och sedan verifiera med en spice-simulator. Förståelsen är viktigare än simuleringen om man ska komma någonstans med sina konstruktioner.

Håller helt med om det sista.

Självklart håller jag med om det första också, men vill påminna om att resonemang om argumentets (fasens) "nollighet" är en rätt ointressant infallsvinkel, eftersom amplituden ju är precis noll (infinitsimalt, det vill säga 1/oändligheten liten) när man når det strikt reella tillståndet som Morello talar om.

Det finns alltså ingen faktiskt signal att hävda fasegenskaper för, vid noll Hz, utan det blir bara en matematisk övning.

Den som vill fundera på det mera kan fundera på hur DC-nivån i utsignalen påverkas av ett steg i insignalen (från t ex noll volt till 1 volt), eller ännu hellre titta på signaler vad mycket-mycket låga frekvenser och hur de påverkas av plötsliga amplitudförändringar. Då blir man varse det förnuftiga i att kalla fasen för 360 grader och inte 0 grader, eftersom man ser hela den 360 gader stora fasvriningen avverkas vid transienta förlopp. Känner man sig inte övertygad av det kan man roa sig med att LP/HP-transformera ett LP-filter...


Vh, iö

Ja, 0, +360 eller -360 är ju inte så relevant att prata om, än mindre är det ett argument mot att använda simulatorn.

[Flint]

Min uppfattning är nog att inga matematiskt lättbeskrivna delningsfilterfunktioner är optimala för ändamålet. Det filter som uppstår när man väger in alla viktiga aspekter är något mycket mera komplicerat än de där skolboksfiltrena, och därtill blir det faktiskt inte riktigt samma filter som är optimalt i olika rum. Därför behöver filter för delning mellan toppsystem och basmoduler vara injusterbara inom vissa ramar.

Instämmer. Speciellt vid så långa våglängder som det rör sig om här. Om man däremot delar ett tvåvägssystem vid säg 3kHz blir en 3dB ökning med största säkerhet hörbar och som jag uppfattar det störande.

[IngOehman]

Ja, 0, +360 eller -360 är ju inte så relevant att prata om, än mindre är det ett argument mot att använda simulatorn.

Visst tusan är det ett argument mot vissa simulatorer att de inte har vettig referenspunkt för angivelse av fasen! (Nämligen det linjära området.)

De simulatorer som gör 180-gradershopp för att alltid visa en fas som ligger mellan +/- 180 grader är förstås mycket vettigare, men varför finns det knappt några programmerare som klarar att använda någon pen-up instruktion för den grafiska presentationen?

Jag vet inte hur många gånger jag sett folk tolka 360-graderssprånget som falskt visas, som att fasen gör ett faktiskt språng.


Vh, iö

[Flint]

Visst tusan är det ett argument mot vissa simulatorer att de inte har vettig referenspunkt för angivelse av fasen! (Nämligen den linjära området.)

De simulatorer som gör 180-gradershopp för att alltid visa fas mellan +/- 180 grader är förstås mycket vettigare, men varför finns det knappt några programmerare som klarar att använda någon pen-up instruktion för den grafiska presentationen?

Jag vet inte hur många gånger jag sett folk tolka 360-graderssprånget som falskt visas, som att fasen gör ett faktiskt språng.


Vh, iö

Kan vara ett argument mot programeringssnubbarna som gör programmen, men inte mot spicesimulering i sig.

[Morello]

Simulatorn räknar och den räknar rätt. Vid AC-analys arbetar spice i s-palnet

Funktionen är av typen s^4/(s^4+s^3+S^2+s+1).

Spelar ingen roll om man räknar med papper, med simulator eller Matlab - resultat blir exakt detsamma. Argumenetet då s=0 är noll.


Tror man att fasen gör ett språng när man passerat ett varv bör man studera matematik innan man försöker göra ett filter eller nyttja simulatorn.

[Flint]

Japp.
Problemet finns hos den som kör programmet och inte i programmet i sig. Själv är jag mer intresserad av fasvridningens verkan än dess funkion.

[Kaffekoppen]

Jag vet inte hur många gånger jag sett folk tolka 360-graderssprånget som falskt visas, som att fasen gör ett faktiskt språng. Vh, iö

Jajjemen, det har man gjort...eller rättare sagt så fattade man inte Fast det var någon snäll som bad mig tänka efter en gång för massa år sedan

[IngOehman]

Det var snällt gjort. Undrar vem det kan ha varit.

Japp.
Problemet finns hos den som kör programmet och inte i programmet i sig. Själv är jag mer intresserad av fasvridningens verkan än dess funkion.

Det håller jag förstås med om, men jag håller inte med om att ett program som för den grafiska presentationen glömmer att "lyfta pennan" när den hoppar från -180 grader till + 180 (eller vice versa) är korrekt.

Ritar den så, så ritar den fel. Linjen passerar ju noll grader och beskriver således inget som har med verkligheten att göra. Avståndet mellan -180 grader och + 180 grader är oändligt kort och passerar INTE gå! Förlåt, noll menar jag.


Vh, iö

[Flint]

... men jag håller inte med om att ett program som för den grafiska presentationen glömmer att "lyfta pennan" när den hoppar från -180 grader till + 180 (eller vice versa) är korrekt.

Ritar den så, så ritar den fel. Linjen passerar ju noll grader och beskriver således inget som har med verkligheten att göra. Avståndet mellan -180 grader och + 180 grader är oändligt kort och passerar INTE gå! Förlåt, noll menar jag.


Vh, iö

Jag medger att det är förvirrande. Men den här tråden bidrog med upplysning.