Alipäästösuotimen muuntaminen muiksi perussuotimiksi

Samankaltaiset tiedostot
SMG-1100: PIIRIANALYYSI I. Verkkojen taajuusriippuvuus: suo(dat)timet

SGN-1200 Signaalinkäsittelyn menetelmät Välikoe

SGN-1200 Signaalinkäsittelyn menetelmät, Tentti

SGN-1200 Signaalinkäsittelyn menetelmät Välikoe

TL5503 DSK, laboraatiot (1.5 op) Suodatus 1 (ver 1.0) Jyrki Laitinen

SGN-1200 Signaalinkäsittelyn menetelmät, Tentti

SGN-1200 Signaalinkäsittelyn menetelmät, Tentti

1 Vastaa seuraaviin. b) Taajuusvasteen

SGN-1200 Signaalinkäsittelyn menetelmät, Tentti

SGN-1200 Signaalinkäsittelyn menetelmät, Tentti

SGN-1200 Signaalinkäsittelyn menetelmät, Tentti

SGN Signaalinkäsittelyn perusteet Välikoe Heikki Huttunen

Vastekorjaus (ekvalisointi) Lähteet: Zölzer. Digital audio signal processing. Wiley & Sons. Zölzer (ed.) DAFX Digital Audio Effects. Wiley & Sons.

TL5503 DSK, laboraatiot (1.5 op) Suodatus 2 (ver 1.0) Jyrki Laitinen

1. Määritä pienin näytelauseen ehdon mukainen näytetaajuus taajuus seuraaville signaaleille:

IIR-suodattimissa ongelmat korostuvat, koska takaisinkytkennästä seuraa virheiden kertautuminen ja joissakin tapauksissa myös vahvistuminen.

SGN-1200 Signaalinkäsittelyn menetelmät, Tentti

1 Olkoon suodattimen vaatimusmäärittely seuraava:

T Digitaalinen signaalinkäsittely ja suodatus

Tuntematon järjestelmä. Adaptiivinen suodatin

TL5231, Signaaliteoria (S2004) Matlab-harjoituksia

T SKJ - TERMEJÄ

Digitaalinen signaalinkäsittely Desibeliasteikko, suotimen suunnittelu

Kirjoitetaan FIR-suotimen differenssiyhtälö (= suodatuksen määrittelevä kaava):

1 Tarkastellaan digitaalista suodatinta, jolle suurin sallittu päästökaistavärähtely on 0.05 db ja estokaistalla vaimennus on 44 db.

Kompleksiluvut signaalin taajuusjakauman arvioinnissa

Katsaus suodatukseen

1 Johdanto. 2 Kriittinen näytteistys 2:lla alikaistalla. 1.1 Suodatinpankit audiokoodauksessa. Johdanto

FIR suodinpankit * 1 Johdanto

Luento 8. Suodattimien käyttötarkoitus

SIGNAALITEORIAN KERTAUSTA OSA 2

1. Määritä pienin näytelauseen ehdon mukainen näytetaajuus taajuus seuraaville signaaleille:

Remez-menetelmä FIR-suodinten suunnittelussa

Suodinpankit ja muunnokset*

Spektri- ja signaalianalysaattorit

Vastekorjaus (ekvalisointi) Lähteet: Zölzer. Digital audio signal processing. Wiley & Sons. Zölzer (ed.) DAFX Digital Audio Effects. Wiley & Sons.

SGN Signaalinkäsittelyn perusteet Välikoe Heikki Huttunen

SGN-1251 Signaalinkäsittelyn sovellukset Välikoe Heikki Huttunen

Luento 8. tietoverkkotekniikan laitos

Vastekorjaus (ekvalisointi)

Kapeakaistainen signaali

Digitaalinen Signaalinkäsittely T0125 Luento

LABORATORIOTYÖ 3 VAIHELUKITTU VAHVISTIN

SUODATTIMET. Suodatinteorian perusteita

1 Määrittele lyhyesti seuraavat käsitteet. a) Kvantisointivirhe. b) Näytetaajuuden interpolointi. c) Adaptiivinen suodatus.

Mitä FIR suodin on oikeastaan. Pekka Ritamäki. Esittely. Esimerkki

SGN Bachelor's Laboratory Course in Signal Processing ELT Tietoliikenne-elektroniikan työkurssi. Äänitaajuusjakosuodintyö ( )

Suomenkielinen käyttöohje

Harjoitustyö 1. Signaaliprosessorit Sivu 1 / 11 Vähämartti Pasi & Pihlainen Tommi. Kaistanestosuodin, estä 2 khz. Amplitudi. 2 khz.

1 Johdanto. 2 Diskreettien IIR-suodattimien suunnittelu jatkuva-aikaisista suodattimista. 1.1 IIR vai FIR äänten suodattamiseen?

SÄÄTÖJÄRJESTELMIEN SUUNNITTELU

T DSP (Harjoitustyö 2003, v. 5.01) Sivu 2 / 9

ELEC-C Sovellettu digitaalinen signaalinkäsittely. Äänisignaalien näytteenotto ja kvantisointi Dither Oskillaattorit Digitaalinen suodatus

Säätötekniikan ja signaalinkäsittelyn työkurssi

5. Z-muunnos ja lineaariset diskreetit systeemit. z n = z

Radioamatöörikurssi 2013

1 Äänisignaalin tallentaminen ja analysointi... 2 Q Q Q Q Häiriönpoisto... 5 Q Q Q2.3...

Perusmittalaitteet 2. Spektrianalyysi. Mittaustekniikan perusteet / luento 4. Spektrianalyysi. Logaritmiasteikko ja db (desibel) Spektrianalysaattori

Yksinkertaisin järjestelmä

Spektrianalysaattori. Spektrianalysaattori

Luento 8. Suodattimien käyttötarkoitus

Numeeriset menetelmät

Radioamatöörikurssi 2015

T Signaalinkäsittelyjärjestelmät Kevät 2005 Pakolliset ja lisäpistelaskarit

Signaalinkäsittelyn sovellukset

Elektroniikan perusteet, Radioamatööritutkintokoulutus

FYSP105 / K3 RC-SUODATTIMET

Kuvien ehostus taajuustasossa

20 Kollektorivirta kun V 1 = 15V Transistorin virtavahvistus Transistorin ominaiskayrasto Toimintasuora ja -piste 10

SEBASTIAN RINTALA SIGNAALIN DOMINOIVAN TAAJUUDEN ARVIOINTI

Synteesi-analyysi koodaus

Muuntavat analogisen signaalin digitaaliseksi Vertaa sisääntulevaa signaalia referenssijännitteeseen Sarja- tai rinnakkaismuotoinen Tyypilliset

M2A Suomenkielinen käyttöohje.

Suomenkielinen käyttöohje

Esipuhe. Tampereella, 9. toukokuuta 2003, Heikki Huttunen

: Johdatus signaalinkäsittelyyn 2

TL5503 DSK, laboraatiot (1.5 op) Audiosignaalit (ver 1.0) Jyrki Laitinen

Signaalit ja järjestelmät aika- ja taajuusalueissa

Kompleksianalyysi, viikko 7

Laskentaa kirjaimilla

KON-C3004 Kone- ja rakennustekniikan laboratoriotyöt Tiedonkeruu ja analysointi Panu Kiviluoma

5. Kuvanennallistus. Kuvanennallistus 269

TASA- JA VAIHTOVIRTAPIIRIEN LABORAATIOTYÖ 5 SUODATINPIIRIT

4. Taajuusalueen suodatus 4.1. Taustaa Perusteita

S Signaalit ja järjestelmät

Numeeriset menetelmät TIEA381. Luento 13. Kirsi Valjus. Jyväskylän yliopisto. Luento 13 () Numeeriset menetelmät / 42

LOPPURAPORTTI Lämpötilahälytin Hans Baumgartner xxxxxxx nimi nimi

Akustisen emission anturin signaalin esikäsittelypiirin selvittäminen ja prototyypin toteuttaminen

LAUSEKKEET JA NIIDEN MUUNTAMINEN

OPERAATIOVAHVISTIN. Oulun seudun ammattikorkeakoulu Tekniikan yksikkö. Elektroniikan laboratoriotyö. Työryhmä Selostuksen kirjoitti

Määritä seuraavien suodattimien impulssivasteet ja tutki, ovatko ne kausaaleja:

Heikki Huttunen Signaalinkäsittelyn sovellukset

AS Automaatio- ja systeemitekniikan projektityöt S09-18 Langaton anturijärjestelmä rakenteiden kunnonvalvontaan

nykyään käytetään esim. kaapelitelevisioverkoissa radio- ja TVohjelmien

ILKKA HULKKO TAAJUUDEN MITTAUS PAINESIGNAALISTA. Kandidaatintyö

ELEC-A7200 Signaalit ja järjestelmät

Helsinki University of Technology

Perusmittalaitteet 2. Spektrianalyysi. Mittaustekniikan perusteet / luento 4. Spektrianalyysi. Logaritmiasteikko ja db (desibel) Spektrianalysaattori

Luku 3. Data vektoreina

Tämän luennon sisältö. Luku 3. Data vektoreina. Datamatriisi (2) Datamatriisi. T Datasta tietoon, syksy 2011

Transkriptio:

Alipäästösuotimen muuntaminen muiksi perussuotimiksi Usein suodinsuunnittelussa on lähtökohtana alipäästösuodin (LPF), josta voidaan yksinkertaisilla operaatioilla muodostaa ylipäästö- (HPF), kaistanpäästö- (BPF) ja kaistanestosuotimia (BSF). LPF -> HPF FIR-alipäästösuodin voidaan muuntaa ylipäästösuotimeksi vaihtamalla joka toisen suodinkertoimen etumerkki. Teoreettisesti tässä moduloidaan alipäästösuotimen spektrillä fs/2-taajuista kantoaaltoa, jolloin suotimen spektri siirtyy taajuuden fs/2 ympäristöön. Näin ylipäästösuotimen rajataajuus (f s /2 f c ) määräytyy suoraan lähtökohtana olevan alipäästösuotimen rajataajuudesta f c (kuva ). h[n].4 H(f).8.2.6.4.8.2.6.4 -.2.2 -.4 - -5 5 -f2/2 fs/2 h2[n].4 H2(f)].2.5.8.6 -.5.4.2 - - -5 5 -fs/2 fs/2 Kuva. Alipäästö- (h) ja vastaavan ylipäästösuotimen (h2) impulssivasteet (vasemmalla) ja amplitudispektrit (oikealla). Ylipäästösuodin on tässä muodostettu vaihtamalla alipäästösuotimen impulssivasteessa joka toisen arvon etumerkki. LPF -> BPF Kaistanpäästösuodatus voidaan toteuttaa suorittamalla sopivilla rajataajuuksilla alipäästö- (h ) ja ylipäästösuodatus (h 2 ) peräkkäin (kaskadissa). Tarvittaessa peräkkäiset suotimet voidaan korvata yhdellä suotimella (kaistanpäästösuodin h 3 ) konvoloimalla impulssivasteet (kuva 2). Konvoluution tuloksena syntyvän suotimen asteluku on Q + Q 2, missä Q on alipäästösuotimen h asteluku ja Q 2 on ylipäästösuotimen h 2 asteluku. Jotta peräkkäiset suotimet toteuttaisivat kaistanpäästösuodatuksen on alipäästösuotimen rajataajuuden (f c ) oltava suurempi

kuin f s /4 ja vastaavasti ylipäästösuotimen rajataajuuden (f s /2 f c ) pienempi kuin f s /4. Kaistanpäästösuotimen rajataajuudet määräytyvät suoraan lähtökohtana olevien ali- ja ylipäästösuotimen rajataajuuksista (kuva 3). LP HP x[n] h [n] h 2 [n] y[n] BP x[n] h 3 [n] = h [n]* h 2 [n] y[n] Kuva 2. Kaistanpäästösuodatuksen toteuttaminen peräkkäisellä ali- (h) ja ylipäästösuotimella (h2). Tarvittaessa suotimet voidaan yhdistää yhdeksi kaistanpäästösuotimeksi (h3) konvoloimalla ali-ja ylipäästösuotimen impulssivasteet keskenään. h[n].5 H(f).5.5 -.5 - -5 5.5 -.5 - - -5 5.5 -.5 h2[n] h3[n] = h[n] * h2[n] - -2-2 -fs/2 fs/2.5.5 H2(f) -fs/2 fs/2.5.5 H3(f) -fs/2 fs/2 Kuva 3. Alipäästö- (h) ja vastaavan ylipäästösuotimen (h2)sekä näistä muodostetun kaistanpäästösuotimen (h3) impulssivasteet (vasemmalla) ja amplitudispektrit (oikealla). Kaistanpäästösuodin on tässä muodostettu konvoloimalla ali- ja ylipäästösuotimen impulssivasteet. LPF -> BSF

Kaistanestosuodatus voidaan toteuttaa sopivan rajataajuuden omaavilla rinnakkaisilla alipäästö- (h ) ja ylipäästösuotimella (h 2 ). Tarvittaessa rinnakkaiset suotimet voidaan korvata yhdellä suotimella (kaistanestosuodin h 3 ) laskemalla impulssivasteet yhteen (kuva 4). Yhteenlaskun tuloksena syntyvän suotimen asteluku on sama kuin yhteenlaskettavien suotimien asteluku. LP BS h [n] x[n] y[n] x[n] h 3 [n] = h [n] + h 2 [n] h 2 [n] y[n] HP Kuva 4. Kaistanestosuodatuksen toteuttaminen rinnakkaisella ali- (h) ja ylipäästösuotimella (h2). Tarvittaessa suotimet voidaan yhdistää yhdeksi kaistanestosuotimeksi (h3) laskemalla yhteen ali-ja ylipäästösuotimen impulssivasteiden arvot. h[n].5 H(f).5.5 -.5 - -5 5.5 -.5 - - -5 5 2.5.5 h2[n] h3[n] = h[n] + h2[n] -.5 - -5 5 -fs/2 fs/2.5.5 H2(f) -fs/2 fs/2.5.5 H3(f) -fs/2 fs/2 Kuva 5. Alipäästö- (h) ja vastaavan ylipäästösuotimen (h2)sekä näistä muodostetun kaistanestosuotimen (h3) impulssivasteet (vasemmalla) ja amplitudispektrit (oikealla). Kaistanestosuodin on tässä muodostettu laskemalla yhteen ali- ja ylipäästösuotimen impulssivasteet. Jotta peräkkäiset suotimet toteuttaisivat kaistanestosuodatuksen on alipäästösuotimen rajataajuuden (f c ) oltava pienempi kuin f s /4 ja vastaavasti ylipäästösuotimen

rajataajuuden (f s /2 f c ) suurempi kuin f s /4.. Kaistanestosuotimen rajataajuudet määräytyvät suoraan lähtökohtana olevien ali- ja ylipäästösuotimen rajataajuuksista (kuva 5). Esimerkki. Kaistanestosuotimen muodostaminen alipäästösuotimesta lähtien. Määritetään suodinsuunnitteluohjelmalla alipäästösuodin h (n), kun rajataajuus f c = Hz, siirtymäkaistan leveys f = Hz ja näytetaajuus f s = 2 Hz. Suunnittelun tuloksena syntyvä suodin on esitetty kuvassa 6. Kuva 6. Matlabin sptool-ohjelmistolla suunniteltu alipäästösuodin. Impulssivasteeksi saadaan nyt: h (n) = {.866,.7698,.27,.2466,.3927,.4446,.3927,.2466,.27,.7698,.866} Suodin h [n] on FIR-alipäästösuodin, jonka asteluku on. Suodinkertoimia on siis yhteensä. Impulssivaste on symmetrinen, joten suotimen vaihe on lineaarinen. Impulssivasteen arvot ovat FIR-suotimen tapauksessa myös suodinkertoimien arvoja. Suodinkertoimet ovat nyt a =.866, a =.7698, a 2 =.27, a 3 =.2466, a 4 =.3927, a 5 =.2466, a 6 =.3927, a 7 =.2466, a 8 =.27, a 9 =.7698 ja a =.866. Suodatus tapahtuu impulssivasteen ja suodatettavan signaalin konvoluutiona y(n) = h(n) * x(n).

Alipäästösuodin voidaan muuntaa ylipäästösuotimeksi h 2 (n) vaihtamalla joka toisen impulssivasteen arvon etumerkki: h 2 (n) = {-.866,.7698, -.27,.2466, -.3927,.4446, -.3927,.2466, -.27,.7698, -.866} Ylipäästösuotimen rajataajuudeksi tulee nyt Hz Hz = 9 Hz (huomaa nyt f s /2 = Hz). Spektrin muoto määräytyy myös suoraan alipäästösuotimen spektrin muodosta. Suotimilla voidaan toteuttaa kaistanestosuodatus, jonka rajataajuudet ovat Hz ja 9 Hz. Kaistanestosuodatus voidaan toteuttaa joko asettamalla ali- ja ylipäästösuodin peräkkäin tai muodostamalla erillinen kaistanestosuodin h3(n) laskemalla yhteen impulssivasteet h (n) ja h 2 (n): h 3 (n) =,.5396,,.24932,,.28892,,.32932,,.5396, } Suotimen h 3 (n) impulssivasteessa on nyt vain viisi nollasta poikkeavaa kerrointa. Kuvassa 7 on esitetty suotimien h (n), h 2 (n) ja h 3 (n) impulssivasteet ja näistä diskreetillä Fourier-muunnoksella muodostetut amplitudispektrit..2 h[n].5 H(f).5..5.5-5 5.2. -. -.2-5 5.4.3.2. h2[n] h3[n] = h[n] + h2[n] -5 5 -fs/2 fs/2.5.5 H2(f) -fs/2 fs/2.5.5 H3(f) -fs/2 fs/2 Kuva 7. Alipäästö-( h ), ylipäästö- (h 2 ) ja vastaavan kaistanestosuotimen (h 3 ) impulssivasteet ja näistä diskreetillä Fourier-muunnoksella muodostetut amplitudispektrit.

Tehtävä Tiedetään, että FIR-suodatin, jonka kertoimet ovat a = -.7, a =.25, a 2 =.84, a 3 =.25 ja a 4 = -.7 toteuttaa oheisessa kuvassa esitetyn alipäästösuodatuksen (f s = 8 Hz, rajataajuus -6 db kohdalla). 2-2 -4-6 -8 - -2-4.5.5 2 2.5 3 3.5 a) Esitä suodattimen impulssivaste ja differenssiyhtälö. b) Muunna a-kohdan suodatin ylipäästösuodattimeksi. Esitä suodattimen impulssivaste ja differenssiyhtälö. Hahmottele amplitudispektri. c) Yhdistä a- ja b-kohdan suodattimet siten, että niistä muodostuu kaistanpäästösuodatin. Hahmottele kaistanpäästösuodattimen amplitudispektri. Ratkaisu a) h LPF (n) = {-.7,.25,.84,.25, -.7} y(n) = -.7 x(n) +.25 x(n-) +.84 x(n-2) +.25 x(n-3) -.7 x(n-4) b) h HPF (n) = {.7,.25, -.84,.25,.7} y(n) =.7 x(n) +.25 x(n-) -.84 x(n-2) +.25 x(n-3) +.7 x(n-4)

2-2 -4-6 -8 - -2-4.5.5 2 2.5 3 3.5 c) Kaistanpäästösuodatus syntyy, kun ali- ja ylipäästö toteutetaan peräkkäin. 2-2 -4-6 -8 - -2-4.5.5 2 2.5 3 3.5 Huomaa: Tarvittaessa kaistanpäästösuodattimelle voidaan laskea kertoimet konvoluution kaavalla: h BPF ( n) = hlpf ( n) hhpf ( n) = h 4 k = LPF ( k) h HPF ( n k) = {.29,,.35,,.64,,.35,,.29}

Tehtävä 2 Tiedetään, että FIR-suodatin, jonka kertoimet ovat a = 5, a =.22, a 2 =.25, a 3 =.22 ja a 4 =.5 toteuttaa oheisessa kuvassa esitetyn alipäästösuodatuksen (f s = 8 Hz, rajataajuus -6 db kohdalla). - -2-3 -4-5 -6-7 -8-9 -.5.5 2 2.5 3 3.5 a) Esitä suodattimen impulssivaste ja differenssiyhtälö. b) Muunna a-kohdan suodatin ylipäästösuodattimeksi. Esitä suodattimen impulssivaste ja differenssiyhtälö. Hahmottele amplitudispektri. c) Yhdistä a- ja b-kohdan suodattimet siten, että niistä muodostuu kaistanpäästösuodatin. Hahmottele kaistanpäästösuodattimen amplitudispektri. Ratkaisu a) h LPF (n) = {.5,.22,.25,.22,.5} y(n) =.5 x(n) +.22 x(n-) +.25 x(n-2) +.22 x(n-3) -.5 x(n-4) b) h HPF (n) = {-.5,.22, -.25,.22, -.5} y(n) = -.5 x(n) +.22 x(n-) -.25 x(n-2) +.22 x(n-3) -.5 x(n-4)

- -2-3 -4-5 -6-7 -8-9 -.5.5 2 2.5 3 3.5 c) Kaistanestosuodatus syntyy, kun ali- ja ylipäästö toteutetaan rinnakkain. - -2-3 -4-5 -6-7.5.5 2 2.5 3 3.5 Huomaa: Tarvittaessa kaistanestosuodattimelle voidaan laskea kertoimet laskemalla impulssivasteet yhteen: h BSF ( n) = h ( n) + h ( n) = {,.44,,.44, } LPF HPF