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Configuration filtre FIR

Lorsque vous appuyez sur le bouton Config d’un Filtre FIR nouvellement créé, la fenêtre de configuration suivante va s’ouvrir:

FIR filter setup_Okno

Le filtre peut prendre plusieurs voies en entrée.

Pour des informations détaillées sur les réglages de base des voies d’entrée et de sortie voir -> écran de Configuration et de fonctionnement de base.

Le filtre FIR est synonyme de réponse impulsionnelle finie. En théorie, cela signifie que la réponse à l’impulsion sera de zéro après un certain temps (exactement après, le nombre d’échantillons sera égal à l’ordre du filtre).

Une autre propriété intéressante sur ces filtres est que, fondamentalement, la réponse en phase est linéaire. Le décalage de phase dans le temps est égal à la moitié du nombre d’échantillons si le filtre est calculé pour les échantillons passés.

Comme DEWESoft a un léger retard de calcul, nous pouvons utiliser une astuce pour compenser le retard dû au filtre pour n’avoir absolument pas de décalage de phase dans la bande passante ainsi que dans la bande de transition du filtre. C’est un avantage majeur par rapport au filtre IIR où nous avons toujours un décalage de phase. L’inconvénient des filtres FIR est qu’ils vont utiliser plus de puissance CPU par rapport à l’IIR.

Nous allons faire une comparaison entre ces deux types un peu plus tard; maintenant, nous allons jeter un oeil aux propriétés de base du filtre et comment le définir.

Paramètres du filtre FIR

Pour un Filtre FIR, vous pouvez définir :

  • Méthode de conception
  • La conception de l’algorithme
  • Mode fenêtré (pour le moment)
  • Les spécifications de la conception
  • Coefficients / Ordre
  • Bande de Transition
  • Les paramètres de conception
  • Type de fenêtre
  • Blackman
  • Rectangle
  • Hamming
  • Hanning
  • Kaiser - Ondulation
  • Flat top
  • Paramètres de fréquence
  • Type de filtre
  • Passe-bas
  • Passe-haut
  • Passe-bande
  • Stop-bande
  • Passe-tout (Hilbert)
  • Autres
  • L’échelle

Vous pouvez voir l’effet de ces paramètres directement sur la courbe de Réponse / Prévisualisation pour vos type de Filtre: passe-Bas, passe-Haut, passe-Bande, la Stop bande et les différents types de Fenêtre:

Type de filtre

Vous pouvez sélectionner le type de Filtre parmis :

  • Passe-bas - coupe les hautes fréquences du signal.
  • Passe-haut - coupe les basses fréquences du signal.
  • Bande passe - coupe les fréquences hautes et basses d’un signal pour ne laisser qu’un certain intervalle de fréquences.
  • La bande d’arrêt - arrêt de la Bande filtre filtre à seulement une section de fréquences.
  • Passe-tout (Hilbert) - Un filtre passe-tout est un traitement de signal qui laisse passer toutes les fréquences avec un gain égal, mais change les relations de phase entre les différentes fréquences.

Type de fenêtre

Vous pouvez sélectionner le type de Fenêtre à partir de la liste. La fenêtre définit le comportement du filtre dans la bande de transition et la bande d’arrêt (la hauteur des bandes latérales et la largeur de la bande principale). Pour l’usage commun, la fenêtre Blackman est un bon choix, parce que les bandes latérales sont extrêmement fines.

Coefficients / Ordre

Dans ce champ, vous pouvez saisir les coefficients. Les coefficients du filtre affectent directement la pente de la bande de transition.

Fenêtre de Kaiser - Ondulation

Lorsqu’une Fenêtre de Kaiser est sélectionnée, un nouveau champ définissant l’ondulation apparaît sur le côté droit du champ de type de fenêtre. Dans ce champ, vous pouvez entrer la valeur d’ondulation en dB. Elle indique le nombre maximal autorisé d’ondulation du filtre dans la bande passante. Plus cette valeur est grande plus la non-linéarité de la bande passante sera élevée, mais le filtre sera plus raide.

Fréquence de coupure

La fréquence de coupure du filtre définit le -6 dB (la moitié de l’amplitude) du filtre. Vous pouvez entrer la fréquence de coupure dans les champs :

  • Fc1 - Basse fréquence Vous pouvez entrer Fc1 pour les filtres passe-Bas, passe-Bande et stop-bande.

FILTERS_Frequency settings FC2

  • Fc2 - Haute fréquence Vous pouvez entrer Fc2 pour les filtres passe-Haut, passe-Bande et la stop-bande filtre.

FILTERS_Frequency settings FC1

  • À la fois Haute et Basse fréquence Vous pouvez entrer Fc1 et Fc2 pour les filtres passe-Bande et stop-bande.

FILTERS_Frequency settings
FC1n2

La valeur de Fc1 doit toujours être inférieure à Fc2. Ces valeurs sont limitées par la stabilité du filtre. Dans DEWESoft les filtres sont calculés en sections, qui permettent maintenir le ratio entre la fréquence de coupure et la fréquence d’échantillonnage dans une plage de 1 à 100000. Nous sommes donc en mesure de calculer un filtre passe-haut de 1Hz à 100 kHz de fréquence d’échantillonnage.

L’échelle

Pour les filtres, vous pouvez entrer aussi l’échelle. Le facteur d’échelle se réfère au dernier facteur de multiplication avant l’écriture dans la voie de sortie. Il nous aide à changer l’unité, par exemple. Un bon exemple de l’utilisation de l’échelle est indiqué dans la section “intégration”.

FILTERS_Additional_Scale

Courbe de réponse / Coefficients de prévisualisation

Vous pouvez choisir entre l’affichage de la courbe de réponse et l’aperçu des coefficients d’affichage.

La courbe de réponse rouge montre l’amplitude de l’amortissement du filtre. Le ratio d’amplification est exprimé en dB (similaire au filtre IIR). La courbe verte montre le retard de phase. Dans la bande passante ainsi que dans la bande de transition, le retard de phase est toujours à zéro et dans la bande d’arrêt la phase n’est pas importante en raison du haut taux d’amortissement.

FILTERS_FIR_response

L’autre écran est l’écran des coefficients. Le graphique et le tableau montrent la convolution des coefficients du filtre avec les données brutes. Le graphique du bas montre la réponse du filtre à un échelon.

FILTERS_FIR_coefficients

Sur l’aperçu de la courbe de réponse, vous pouvez choisir une échelle Linéaire ou Logarithmique, vous pouvez également modifier les coordonnées et faire une mise à l’échelle auto en Ordonnée.

dwsmath_filter_sl13_iirfilterset_response_linlog-list

Comparaison de filtre

Regardons la différence du filtre FIR par rapport au filtre IIR. Prenons un cas très simple de filtre à 20Hz d’ordre 2 (à 1kHz de taux d’échantillonnage).

Le filtre IIR est calculé avec 6 coefficients, alors que le filtre FIR similaire est calculé avec 40 coefficients pour le même amortissement. Par conséquent, le filtre FIR est plus exigeant en terme de ressources CPU pour la même performance.

Il est à noter que nous pouvons obtenir des ratios des fréquences de coupure avec une fréquence d’échantillonnage de 1/100000 et plus, on n’obtient que des résultats limités avec un filtre FIR. Le ratio augmente avec l’augmentation du nombre de coefficients.

Regardons le graphique de la réponse à 20 Hz (à la limite). La courbe verte est l’onde sinusoïdale originale, tandis que la rouge est calculée avec filtre IIR. Nous pouvons voir clairement le retard de phase de la sortie.

La courbe bleue est la réponse du filtre FIR qui n’a absolument aucun déphasage. Pour beaucoup d’applications, il est très important que les signaux ne soient pas retardés et l’utilisation de filtres FIR est très avantageuse.