Filtre FIR avantages désavantages

[PhFL]

En théorie les filtres FIR ne présentent que des avantages par rapport aux filtres analogiques. Et je le pensais dur comme fer...

En allant sur le site www.dspguide.com/ch21/1.htm, J'ai été bien détrompé ! Enfin si j'ai compris quelque chose.
Je résume :
1) Vitesse de traitement: le numérique est lent, l'analogique rapide. Par exemple un ordinateur ne peut filtrer une donnée qu'à une cadence d'échantillonnage de 10000 par seconde, en utilisant une convolution FFT. Un simple filtre analogique opère entre 100kHz et 1MHz à une cadence de 10 à 100 fois plus rapide.
2) Amplitude dynamique, c'est à dire le ratio entre le bruit de fond du système et le plus grand signal qui puisse passer. Les rapports entre le numérique et l'analogique sont là aussi de 1 pour 1000.
3) Amplitude en fréquence. Un filtre analogique peut très bien traiter simultanément des fréquences allant de 0,01 Hz à 100kHz. C'est beaucoup trop pour un filtre numérique. Par exemple pour échantillonner à 200 kHz, il faut prendre 20 millions de points pour avoir un cycle complet à 0,01 Hz.

Bon tout cela reste assez théorique pour moi, et je ne cherche qu'à récolter quelques points de vue.
Ceux qui utilisent des Tact, Berhinger ont ils noté des tassements en dynamique. Beaucoup semble d'ailleurs se contenter de ne filtrer que les basses fréquences ? Y'a t'il une ralation avec ce qui est exposé plus haut (en dehors du problème des micros de mesure omnidirectionnel avec les fréquences aiguë).

[MBON]

Bonjour,

la question posée est intéressante mais elle s'accompagne d'un mélange de choses qui troublent un peu le sujet

il faudrait savoir de quoi on cause, concernant le filtrage FIR, il présente certains avantages sur le papier mais en pratique très peu l'utilisent, il introduit un temps de traitement qui peut devenir gênant (avec de la vidéo par exemple) et présente une mauvaise réponse impulsionnelle. C'est encore dans le grave que le FIR est le plus délicat à gérer sans rentrer dans le détail technique.
Bref aujourd'hui le filtrage IIR est très largement préféré au FIR si on reste dans le domaine numérique. La dynamique d'un filtre actif numérique IIR est annoncée à 112dB pour un BSS par exemple, c'est (beaucoup) plus que le CD source.

Ensuite il y a le filtrage analogique et là il y a du filtrage niveau ligne (ampli op ou passif ligne ou encore actif par cascade de buffer etc.) et du filtrage niveau HP (passif)

Je ne pense pas qu'aujourd'hui une solution soit universellement meilleure qu'une autre (cela se saurait), pour chaque contexte d'utilisation et de matériel il y a un choix de filtrage à privilégier.

voici mon humble avis.

[PhFL]

Bonjour,

la question posée est intéressante mais elle s'accompagne d'un mélange de choses qui troublent un peu le sujet

C'est bien pour cela que je me suis contenté de traduire sur www.dspguide.com la partie match filtre analogique/filtre FIR en enlevant les parties les plus techniques.

il faudrait savoir de quoi on cause, concernant le filtrage FIR, il présente certains avantages sur le papier mais en pratique très peu l'utilisent, il introduit un temps de traitement qui peut devenir gênant (avec de la vidéo par exemple) et présente une mauvaise réponse impulsionnelle. C'est encore dans le grave que le FIR est le plus délicat à gérer sans rentrer dans le détail technique.

Bon bien noté. Comment fonctionne le Velodyne DSP ? Filtrage IRR ou FIR. En tout cas dans le cas du TACT je suis sûr qu'ils utilisent du filtre FIR. Quand j'ai appelé le fournisseur Tact, il m'a bien affirmé que les nouvelles versions plus rapides permettaient de ne pas se contenter de corriger que le grave.

Bref aujourd'hui le filtrage IIR est très largement préféré au FIR si on reste dans le domaine numérique. La dynamique d'un filtre actif numérique IIR est annoncée à 112dB pour un BSS par exemple, c'est (beaucoup) plus que le CD source.

Ensuite il y a le filtrage analogique et là il y a du filtrage niveau ligne (ampli op ou passif ligne ou encore actif par cascade de buffer etc.) et du filtrage niveau HP (passif)

Je ne pense pas qu'aujourd'hui une solution soit universellement meilleure qu'une autre (cela se saurait), pour chaque contexte d'utilisation et de matériel il y a un choix de filtrage à privilégier.

voici mon humble avis.

Je ne sais plus quoi penser...Faut il en déduire que la puissance de calcul est encore aujourd'hui insuffiante pour que les filtres FIR fonctionnent correctement ? Les filtres IRR étant à calcul fini sont beaucoup moins gourmands en calcul, mais n'offrent pas du tout les mêmes possibilités.

[kepa1]

Bonjour,

On ne sait pas trop si l'article s'interesse aux filtres numériques IIR ou IIR, d'où une certaine confusion pour ma part en tous cas... Je crois savoir que les filtres actifs numériques IIR présentent les mêmes défaut que leurs homologues actifs analogiques, notamment sur la phase.

[MBON]

Je crois savoir que les filtres actifs numériques IIR présentent les mêmes défaut que leurs homologues actifs analogiques, notamment sur la phase.

Exact encore que les accidents de phase sont plus importants que le déphasage pur. A mettre en balance avec le pré-écho du FIR, le ringing bien connu sur la réponse impulsionnelle.

J'ai expérimenté les deux pendant pas mal de temps, un IIR bien fait marche très bien, je suis un peu revenu des pentes ultra raides entre HP, cela peut marcher avec certains HPs mais d'autres pour fusionner ont, je pense, besoin de se recouvrir un minimum, en fait avec certains HPs j'en suis même sûr

[Francisbr]

Bonjour,

Je recopie la réponse que j'ai donnée à la même question posée sur le forum Audax :

Deux extraits du site www.dspguide.com/ch21/1.htm :
"The analog signal is digitized at a 10 kHz sampling rate"
"a 12 bit ADC"

Pour information, la carte son la moins chère du marche a un échantillonnage 16 bits 48 kHz et une carte son milieu de gamme a un échantillonnage 24 bits 196 kHz.

En clair, le discours de dspguide est trop décalé par rapport à la réalité pour avoir un quelconque intérêt.

A+

Francis Brooke

[Lansing]

Oui, c'est exact. cet article est un tissu d'âneries, on a l'impression qu'il a été écrit il y a dix ans. Morceau choisi:
"The first advantage is speed: digital is slow; analog is fast. For example, a personal computer can only filter data at about 10,000 samples per second, using FFT convolution."
Quand on sait que l'on utilise ce principe sur un PC d'il y a 4 ans en multi-canal il y a de quoi se poser des questions sur les compétences de l'auteur sur le sujet.
Pour information tous les cd actuels sont masterisés avec ce type de filtres, que ce soit avec des logiciels de mastering classiques ou avec des produits comme Protools.
Lorsqu'on utilise un FIR pour faire du filtrage actif il faut conserver le mêmes pentes que lorsqu'on fait du passif ou de l'analogique, l'intérêt du principe ne se situe pas là.
Dans le grave il faut pouvoir utiliser des buffers très gros et voraces en latence, toute la chaîne de calcul, y compris les drivers de la carte son, doit pouvoir suivre la cadence.
Melavi sur ce forum pratique la convolution en multi-canal depuis un bon bout de temps, il pourra vous en parler mieux que moi.
En ce qui me concerne , je me contente de simples filtres FIR avec des pentes assez douces, à l'écoute du résultat je ne retournerais pas en arrière.
Pour terminer là-dessus un filtre FIR dont le moteur logiciel est développé en assembleur calculant sur 64 bits, traite un signal stéréo 48khz en consommant moins de 3% d'un P4 3.2. La latence induite tourne autour de 256 samples.
Si l'on veut filtrer sous 100Hz environ, il va falloir doubler voir quadrupler le buffer et la latence va passer à plus de 2048 samples. Si on fait de la lecture de dvd il va falloir mesurer tout cela pour caler le son sur l'image.
C'est pas simple, la mise au point est longue, il y a des inconvénients mais leur somme reste inférieure à celle des avantages.
Ceci n'est que mon opinion personnelle.

[melavi]

A mettre en balance avec le pré-écho du FIR, le ringing bien connu sur la réponse impulsionnelle.

Bin non pas forcement, ca depend du modele du filtre FIR.
Tu me diras, pourquoi utiliser des FIR si c'est pour silmuler des IIR, mais qui peut le plus peut le moins et a mon sens, pour une utilisation audio et avec la puissance de calcul devenue bon marché, les filtres IIR perdent enormement de leur interet (pour ainsi dire je n'en vois plus aucun).

Pour les sensibles de la phase qui veulent utiliser des filtres a phase lineaires/mixte a forte pente, le pre echo n'est pas systematique, d'un point de vue electrique il peut facilement etre nul (lorsque l on somme 2 filtres de mm modele a fc et pente identique entre autre) et en pratique son audibilité va dependre de la qualité de la mise au point de l ensemble et du pattern de directivité des 2 hp a raccordés (ce qui fait qu une erreur de mise au point avec ce type de filtrage sera facilement plus nocive a l ecoute qu une erreur avec des filtre IIR ou analogique)

A mon avis, le principal interet d'un FIR en audio c'est son potentiel pour corriger et filtrer des Hp/charge acoustique/piece.

Pour en revenir au sujet, l' avantage des filtres numeriques, c'est que les technos progressent vite, et que la precision deviendra (si ce n est pas deja le cas) tel que franchement je ne vois pas sur quel critere un filtre analogique aurait l'avantage ds le domaine qui nous interresse (mise a part prix, support integration mise au point etc...) a part peut etre certaine coloration agreable a l oreille que peut apporter les composants triés sur le volet d 'un filtre analogique ? (cela dit aussi cela concerne aussi les partie analogique des carte son mais on saute deja un intermediare)


Parmis les reproches qu on peut faire aux filtres numerique perso je ne vois que les limitations du a l'echantillonnage et a la quantification et sur un systeme de qualité il faut avoir du bidon pour deceler les difference.

Certain considere comme audible les frequences >20kHz, il suffit dans ce cas d augmenter la fs.
On peut aussi s'interresser au manque de definition des details de faible amplitude du a la quantification non uniforme.
Sur un Cd c'est a mon avis tres certainement audible, tout comme l'echantillonnage a 44kHz, mais les formats evoluent pas mal en ce moment et on peut penser que ce pb disparaitra ds un futur pas si lointain (dvd audio, format compressé 'hd')

A titre indicatif, la resolution a -60dB, qui peut deja etre considerer comme enregistrements a tres forte dynamique, ou un residu d'un filtre quleconque, est de 0.26dB pour 16bit (CD), 0.0005dB sur 24bit (enregistrement sur DVD, sortie carte son moyen gamme)
Les erreurs de calcul sur le filtrage par FIR de taille élévé definit sur 32bit et convoluer ensuite sur 64bit (c'est courant maintenant) sont extremement faible egalement.
En doublant la frequence d echantillonnage on augmente grosso modo d un peu plus du double les calculs pour faire de la convolution rapide.
Avec les chiffre données par Patrick on voit qu il y a encore de la marge, mm en multicannal et multiamplification.
Au niveau de la latence des filtres numeriques il ne faut pas confondre la latence du a la topologie du filtre, et celle induite par les buffers ou le materiel (qui doit etre augmenter pour eviter le craquement lors du calcul les filtres avec bcp de coef, ie qui doivent filtrer tres bas et haut en frequence).

Patrick, dspguide a effectivement exactement 10 ans .
Cela dit si certaine analyse ne sont plus du tout d'actualité elles ne sont pas fausse pour autant ds le contexte et je ne peut que recommander cet excellent bouquin d'initiation au traitement du signal.

my two sense too
@+
Avi

[MBON]

A mettre en balance avec le pré-écho du FIR, le ringing bien connu sur la réponse impulsionnelle.

Bin non pas forcement, ca depend du modele du filtre FIR.
Tu me diras, pourquoi utiliser des FIR si c'est pour silmuler des IIR

Donne-moi le "modèle" qui permette ue réponse impulsionnelle nette stp.

A mon avis, le principal interet d'un FIR en audio c'est son potentiel pour corriger et filtrer des Hp/charge acoustique/piece.

Oui et corriger une pièce par convolution n'ayant aucun intérêt...on comprendra pourquoi il ne reste vraiment plus rien au FIR
Sérieusement, égaliser le son suivant une mesure au point d'écoute est un leurre et tout ceux qui l'ont expérimenté conclue qu'on perd en dynamique, que cela bouche le son. Il suffit d'ailleurs de bouger le micro de 3 millimètres pour que la convolution change totalement . Ca aussi j'ai essayé et j'en suis revenu, d'ailleurs j'ai un TacT RCS 2.2X qui travaille par convolution FIR, c'est en bypass que je le préfère
Là encore chacun fait ses expériences et a son jugement, c'est mon humble avis.

Attention, je ne dit pas qu'un filtre FIR c'est pas bon à l'écoute, je dit que c'est pas mieux et parfois plutôt moins bon qu'un IIR.

[Robinet]

Je ne sais plus quoi penser...Faut il en déduire que la puissance de calcul est encore aujourd'hui insuffiante pour que les filtres FIR fonctionnent correctement ? Les filtres IRR étant à calcul fini sont beaucoup moins gourmands en calcul, mais n'offrent pas du tout les mêmes possibilités.

Je ne sais pas à quel niveau sont les DSP aujourd'hui, mais avec un FPGA, tu peux calculer (en virgule fixe) plusieurs giga mac/s (mac = multiplication + addition, opération de base pour le caclul d'une convolution et donc le filtrage FIR).
Ceci permet d'envisager des filtres avec de grands nombre de coefficient et avec des taux d'échantillonnage assez élevés. Un giga mac/s ça permet par exemple d'appliquer des filtres de 2600 coefficients sur 2 voies échantillionnées à 192Kech/s. Ca permet de faire des choses très sympas.

Donne-moi le "modèle" qui permette ue réponse impulsionnelle nette stp.

A partir du moment où la bande passante est limitée ça n'existe pas, puisqu'une réponse impulsionnelle nette implique une bande passante infinie.
Après ça va dépendre de la définition d'une réponse impulsionnelle nette, mais globalement, plus elle sera nette alors moins tu filteras

[wakup2]

+1 MBon

Les gens qui pensent pouvoir résoudre tout les problèmes d'acoustique en fesant des corrections grace a de la convolution se mettent le doit dans l'oeil, on peut arranger certaine choses mais c'est vite très limité est implique d'autre defauts.
Cela peut etre utile seulement si on se trouve dans une situation vraiment défavorable et que l'ont à vraiment pas d'autre recours.

De plus notre sensibilité à la distortion de phase et plutot limité et même si vous êtes bcp plus sensible, de là à vouloir obtenir une phase totalment plate....
Et je ne parle pas du ,fait sur de la musique (CD /DVD ect..) que les signaux ne devrais n'avoir subit aucun déphasage depuis leurs emission par l'instrument réel !!!!
Dailleur j'aimerai bien voir la gueule de la phase de votre système filtrer en FIR dans votre pièces qui elle n'est pas à phase minimum, et vos HP dans vos charges qui eux non plus ne sont pas a phase minimal ?

Lansing, ou avez vous vu que tout les CD sont maintenant masterisé en FIR ?

Cordialement, Julien

[Lansing]

...
Lansing, ou avez vous vu que tout les CD sont maintenant masterisé en FIR ?
...

Dans les studios, tous les softs que j'ai vu tourner emploient cette technique. De même qu'à l'heure actuelle quasiment tous ceux qui utilisent des reverbs numériques utilisent la convolution.
Ca ne veut pas dire que je cautionne l'ensemble de ces techniques, loin de là, mais c'est ce que j'ai constaté.

Patrick, dspguide a effectivement exactement 10 ans

Je me disais aussi.

[MBON]

Dans les studios, tous les softs que j'ai vu tourner emploient cette technique. De même qu'à l'heure actuelle quasiment tous ceux qui utilisent des reverbs numériques utilisent la convolution.
Ca ne veut pas dire que je cautionne l'ensemble de ces techniques, loin de là, mais c'est ce que j'ai constaté.

Attention, il ne faut pas tous mélanger, certains plugins PC (destiné aux studios ce qui ne veux pas dire qu'ils y sont utilisés et encore moins "massivement" utilisé) permettent du filtrage FIR. Ils ont d'autres fonctions d'égalisation, de reverb, de flanger, cela ne veux pas dire que des DSP FIR sont utilisés. Pour ce qui concerne les reverbs, il y a souvent des mélanges de plusieurs effets mélangeant d'ailleurs du IIR et du FIR.
Il faut faire attention aux raccourcis FIR utilisé en studio donc FIR supérieur à IIR en filtrage...
Si on veut se baser sur ce que font les pros (studio, touring etc.) pour tirer des conclusions alors on peut dire IIR > FIR car ils utilisent majoritairement des filtres actifs IIR pour les enceintes
Je n'approuve pas forcément ce raccourci non plus mais justement je dis qu'il faut s'en méfier

[melavi]

Donne-moi le "modèle" qui permette ue réponse impulsionnelle nette stp.

Il est tres facile de faire des filtres FIR de qualité, avec des rapport S/B frolant la limite imposé par la quantification (144dB pour 24bit)
Tu peux par exemple utilisé l'algo de Parks-McClellan pour faire un filtre FIR a phase lineaire.
Tu peux egalement approximer n'importe quel filtre a phase minimum (type IIR ou analogique) de type butterworth, bessel ou ce que tu veux d autre sur un FIR de longueur suffisante pour calculer ses coef (qui va jouer dans la precisions aux frequence basses)
Tu peux designer un FIR par fenetrage (en utilisant les serie de fourier)
Tu peux designer un FIR a partir de ses poles et zero.
Un bref topo sur la comparaison des FIR et IIR.
http://ece.gmu.edu/~kwage/courses/ece41 ... _22_03.pdf

Encore plus parlant meme si je ne la recommande pas (il vaut mieux calculer les coef proprement)
Prend ton BSS ou ton DCX qui fonctionne en IIR, ou meme ton TACT avec tes filtres deja fait.
Recupere la reponse impulsionnelle avec une carte son de qualité et utilise la directement pour faire ton filtrage par convolution: tu auras exactement le meme resultat du filtrage d un point de vue numerique (a l'écoute tu ne vas entendre que les differences du aux non linearité du materiel)

Sinon c'est quoi pour toi un filtre a reponse pas nette ?
On pourrait effectivement debattre sur l'audibité d'un residu de reponse impulsionnelle d un IIR apres une seconde a -150dB (et encore, on peut utiliser des reponses de plusieurs secondes pour des FIR vu la puissance dispo)

Attention, je ne dit pas qu'un filtre FIR c'est pas bon à l'écoute, je dit que c'est pas mieux et parfois plutôt moins bon qu'un IIR

Etant donné qu on peut parfaitement simuler un IIR avec un FIR de longueur suffisante explique moi encore l'interet d un IIR par rapport a un FIR pour faire du filtrage voir des effets a par une puissance de calcul necessaire moins elevé (plus de coef pour le FIR, d un autre coté un IIR demande plus de precision au risque d avoir un filtre instable)
Par ailleurs rien ne t'oblige a utiliser des FIR pour faire de la correction, c'est un autre debat et pour ceux que ca interresse (wakup2?), il y a un post dedié:
http://www.homecinema-fr.com/forum/view ... #169035800

Tes constats sont typiques d'une mauvaise utilisation d'un FIR

A titre indicatif, les FIR commence a etre exploité pour le filtrage/correction d enceinte active de studio thdg (mm si ca fait lgpts que c'est utiliser sur pc)
http://www.klein-hummel.com/klein-humme ... o_19_e.pdf
(On y parle mm de possibilité de correction de piece)

Ce n'est pas parcequ on a eu une mauvaise experience avec du FIR qu on doit en obstruer ses avantages par rapport a d autre methode de filtrage.

16 fois le mot FIR en un post, j ai fait fort

@+
Avi (defenseur borné des FIR)

[wakup2]

Par ailleurs rien ne t'oblige a utiliser des FIR pour faire de la correction, c'est un autre debat et pour ceux que ca interresse (wakup2?), il y a un post dedié:
http://www.homecinema-fr.com/forum/view ... #169035800

Tes constats sont typiques d'une mauvaise utilisation d'un FIR

A titre indicatif, les FIR commence a etre exploité pour le filtrage/correction d enceinte active de studio thdg (mm si ca fait lgpts que c'est utiliser sur pc)
http://www.klein-hummel.com/klein-humme ... o_19_e.pdf
Je pense que ca va se generaliser.

15 fois le mot FIR en un post, j ai fait fort

@+
Avi (defenseur borné des FIR)

Salut Avi,

J'ai deja lu ce post qui est dailleur très interressant, mais dans tout les cas ce n'est pas un probleme de mauvaise utilisation d'un FIR, le probleme est que lorsqu'ont peut faire une simple correction acoustique et un placement optimal du système et de la position d'écoute dans la pièce qui sera vraiment efficace à la base, tu prefere prendre le problème a l'envers et passer par la correction du signal qui lui va avoir ses limites, tu ne pourra en rien corriger et controler totalement la décroissance d'énérgie dans ta piece tout ceci a l'aide de mesures de réponse impulsionnelle effectué par ci? par là? tout ceci est plutot approximatif et largement insuffisant pour pouvoir faire une correction efficaces.
Je ne dit pas que c'est une mauvaise solution dans tout les cas, je dit juste que cette méthode est vite limité.

Concernant le monde pro, c'est pas compliqué 99,99% des professionnels utilise de l'IIR justement a cause des avantages théorique du FIR qui ne se retrouve pas à la pratique, donc plus aucun avantage.

Comment faire simple quand on peu faire compliqué?

En tout cas discution très interressante
On a tous nos point de vue differents et c'est bien comme cela que l'ont fait avancé les chose

julien