Equalizer Design for Sound Reproduction

Julkaisun otsikon käännös: Ekvalisaattorien suunnittelu äänentoistoon

Juho Liski

Tutkimustuotos: Doctoral ThesisCollection of Articles

Abstrakti

Digitaalisia graafisia ekvalisaattoreita käytetään laajalti erilaisissa sovelluksissa, kuten musiikin tuotannossa ja äänentoistossa, signaalien magnitudivasteen muokkaamiseen. Niiden käyttäminen on vaivatonta, sillä ainoat säädettävät parametrit ovat kaistojen vahvistukset. Ekvalisaattori voidaan toteuttaa eri kaistajaoilla ja rakenteilla, jolloin se soveltuu tiettyihin sovelluksiin tai tietylle laitteistolle. Graafisen ekvalisaattorin suunnittelu ei kuitenkaan ole helppoa kaistojen vuorovaikutuksen takia, joka johtaa epätarkkuuteen. Tämä on erityisen ongelmallista automaattista suunnittelua hyödyntävissä sovelluksissa, kuten kuulokkeiden tai kaiuttimien adaptiivisessa ekvalisoinnissa melussa. Tällöin ekvalisaattorin pitäisi tuottaa algoritmin määrittämä tavoitevaste tarkasti ja tehokkaasti. Tässä työssä keskitytään graafisten ekvalisaattorien tarkkaan suunnitteluun ja niiden sovelluksiin. Ensimmäisessä osassa käsitellään eri ekvalisaattorirakenteita ja kehitetään uusi rinnakkaisekvalisaattori viivästetyllä IIR-osalla. Melkein kaikki ekvalisaattorit saavuttavat ±1 dB:n tarkkuuden hyödyntäen suodattimia, joiden vastetta voidaan tarkasti hallita kolmessa pisteessä. Kaikkien kaistasuodattimien vahvistus optimoidaan kerralla pienimmän neliösumman menetelmällä, joka ottaa kaistojen vuorovaikutuksen huomioon. Suurin tarkkuus saavutetaan, kun suunnittelupisteitä on kaksinkertainen määrä kaistoihin nähden, suodattimilla on symmetrinen magnitudivaste aina korkeille taajuuksille asti ja tarvittavat parametrit optimoidaan jokaiselle rakenteelle erikseen. Työn toisessa osassa keskitytään kuuloke-ekvalisointisovelluksiin. Esitetyt algoritmit käyttävät adaptiivisia suodattimia läpikuuluvuusprosessointiin ja kuulokevasteen personointiin. Ensin mainitussa estimoidaan kuulokkeen vaimennus ja ohjataan ekvalisaattoria läpikuuluvuuden saavuttamiseksi kuulokkeen istuvuudesta riippumatta. Jälkimmäinen hyödyntää samaa adaptiivista suodatinta kuulokkeen magnitudivasteen estimointiin. Mittaukset osoittivat, että vasteen estimointi ja sen ekvalisointi haluttuun tavoitteeseen toimivat tarkasti. Työn viimeisessä osassa käsitellään kaiutinten magnitudi- ja vaihe-ekvalisointia. Paneeli-kaiuttimien äänenlaatua parannetaan mittaamalla ensin usean kaiuttimen magnitudevaste ja muokkaamalla vasteita ekvalisaattoreilla. Ekvalisaattorit suunniteltiin yksipistemenetelmällä. Toisaalta simuloidun kaiuttimen ryhmäviive ekvalisoidaan osoittaen, että rajatun kaistan ryhmäviivetasoitus toimii paremmin kuin koko kaistan. Esitellyt graafiset ekvalisaattorit soveltuvat monenlaisiin, niin ihmisten kuin algoritmien ohjaamiin audiojärjestelmien ekvalisointisovelluksiin. Eri rakenteet soveltuvat eri laitteistoille, ja käsiteltyjen ekvalisaattorien yksinkertainen rakenne, joka sisältää ainoastaan yhden toisenasteen suodattimen kaistaa kohden, soveltuu erityisen hyvin mobiililaitteille.
Julkaisun otsikon käännösEkvalisaattorien suunnittelu äänentoistoon
AlkuperäiskieliEnglanti
PätevyysTohtorintutkinto
Myöntävä instituutio
  • Aalto-yliopisto
Valvoja/neuvonantaja
  • Välimäki, Vesa, Vastuuprofessori
  • Rämö, Jussi, Ohjaaja
  • Välimäki, Vesa, Ohjaaja
Kustantaja
Painoksen ISBN978-952-64-0039-6
Sähköinen ISBN978-952-64-0040-2
TilaJulkaistu - 2020
OKM-julkaisutyyppiG5 Artikkeliväitöskirja

Tutkimusalat

  • akustinen signaalinkäsittely
  • audiojärjestelmät
  • digitaaliset suodattimet
  • ekvalisaattorit
  • IIR-suodattimet
  • polynomit

Sormenjälki

Sukella tutkimusaiheisiin 'Ekvalisaattorien suunnittelu äänentoistoon'. Ne muodostavat yhdessä ainutlaatuisen sormenjäljen.

Siteeraa tätä