FIR Designer初體驗

FIR的技術在業界的近十年裡被各廠牌廣泛的應用著，在筆者任職的九太音響，常接觸到的就有像Lake LM44 / 26內建的Linear Phase Crossover，Yamaha DXR系列喇叭內建的FIR線性分音技術等。其他在業界還有像採用AFMG的FIR技術來做投射軸向導引控制的K-Array線陣列喇叭系統等。

FIR其實還常運用在喇叭系統的頻率響應調校上。比如業界赫赫有名的L-Acoustics線陣列喇叭系統，採用自家的擴大器就內建有FIR的調校技術，當系統在Sound Vision軟體設計好後，進行Array Processing時，就會大量運用到FIR的運算。

我們知道，FIR運算跟傳統Filter使用的IIR運算，最大的不同就是FIR運算可以讓整個頻段保持相同的時間差，因此不會導致Phase shift相位偏移。試想，我們到了一個場地，利用Smaart或是Systune量測系統，發覺某些頻段能量有偏差（過多或過少），你想進行補償，但你有考慮到使用一般的EQ或Filter調整，每個調整的頻段與未調整頻段會產生時間差嗎？說不定可能讓你花了很多時間對齊的主、Sub的Phase差異變糟。你用越多段的EQ調整、相位誤差就越複雜。

這兩年我一直在找可用的FIR解決方案，以便運用於系統調校上。但FIR的運用有許多限制，一則是並非所有的DSP都能使用FIR運算技術，好比絕大部份Yamaha的DSP並非架構在FIR運算上（數位混音座、處理器），一則是FIR的運算需要有搭配的軟體、演算器，計算完成才能把結果傳給FIR處理器來運算。而這些特殊的FIR處理器、FIR演算軟體泰半都不便宜。

去年底我找到一套可用的軟體FIR Designer，雖然是付費軟體，但因為他們提供全功能的demo版本（只差無法存檔），也讓我至少能在上面玩一下過過癮。而且軟體的演算結果，可以傳給許多業界使用FIR架構的處理器，像下列這些品牌的產品，內建Lake處理的Lab Gruppen擴大器、Powersoft，QSC處理器或甚至入門款的Symetrix處理器等。

我做了一個簡單的實驗。因為這套軟體可以直接輸入Systune或是Smaart的量測結果，所以我直接把之前在Zepp用Systune的量測曲線套入做調整。

輸入magnitude曲線後，做一些調整，調整Gain，讓曲線較貼近0dB的中央點，另外做了1/6 oct的曲線平滑處理，免除掉過多的波動（深藍色是平滑化後的曲線、淺藍色曲線是原本的）。

軟體會將Phase曲線也同步進行1/6 oct的平滑化，一樣的深紅色是平滑化後的曲線。

這個Magnitude曲線如果要進行較詳細的補償，勢必要運用多段的EQ、Filter。而在FIR軟體下，我們可以改使用Curve趨勢線來進行補償，加快補償的作業。

如下圖，我設定了幾個調節點、與Bass的Gain，分別是200Hz +5dB、1kHz 0dB、3.5kHz 0dB、5kHz -1dB、10kHz -2dB，則我想要的magnitude趨勢線就如下右圖，這個概念很像L-Acoustics進行Array Processing時、做一個LF Contour曲線的方式。

然後Phase的曲線，我就設成預設值0°的趨勢線，如下圖的橘色線。

做完Curve設定，直接切換到FIR Auto Mag標籤頁，進行軟體內建的自動補償功能。此時，軟體會將原本量測的Magnitude曲線，自動做極性顛倒，成下圖上方的曲線，系統將以此作為自動補償的標的線。下方的曲線則是原本的Magnitude，理論上這兩條極性顛倒的Magnitude線，疊加後就會成為一條能量在0dB的平整直線，亦即系統的頻率響應對應測試噪訊，是呈現完美的、全無抵減/潤飾、完整輸出的狀態。

但我們知道，因為人類聽覺其實對不同頻段有不同的靈敏度，喇叭系統輸出多需要針對聽覺的感受來進行調校，所以我們可以把剛剛調整的Curve趨勢線也套疊進來（如下圖，加上草綠色的Curve曲線），讓自動補償出來的結果會更趨近需求。

最後，設定自動補償功能的頻率寬度。

如下圖，我開啟兩個自動補償曲線功能頻段，分別是的415.4Hz - 16.24kHz、以1/3 oct進行平滑化調校，以及144.7Hz - 400Hz、以1/6 oct進行平滑化調校。

可以看到下圖上方出現綠色調校曲線，為根據所設定頻寬、系統將進行的補償運算。注意的一點是，平滑化的程度會影響補償的精細度，所以1/3 oct平滑化時，你可以看到系統執行較粗造的運算、綠色曲線就會與原本標的曲線有差異，而另一段以1/6 oct平滑化的補償功能，綠色曲線就很貼近標的曲線。

上圖下方就是自動補償後，喇叭系統會呈現的Magnitude狀態（草綠色線），很清楚看的到，原本Mag曲線較大的波動都被拉平、然後整個曲線就是沿著一開始設定的Curve趨勢線來移動。

因為補償功能我只指定寬度到144.7Hz，因此144.7Hz以下的訊號就是維持原本的Mag狀態。

我們也可以切換到FIR AutoPhase標籤頁，讓系統進行Phase的補償。同樣地，先設定要補償的頻寬，目前開啟23.4Hz - 18.8kHz、1/3 oct平滑化。下圖上方綠色曲線為系統將進行的補償運算，下圖下方的粗紅線為補償後的Phase曲線。

最後，將補償運算數據，依照對應處理器要求的檔案格式進行輸出即可。

理論上而言，FIR運算是先預想結果（綠色補償標的曲線）、再依整個結果反推出處理程序。不同於IIR運算透過處理程序一步步來求取結果。這是這套FIR運算軟體用在系統調校的好處，利用軟體直觀好用、快速的補償運算介面，直接輸出想要的結果給處理器，不用花很多時間來回進行系統量測、判斷與調整，很快即可得到趨近預想的輸出結果。對於常常需要在很短時間來進行系統量測調校、這種近乎不可能任務的我們，的確是非常好用的工具。

Humphrey T