一种在macOS系统里使用FIR滤波器的数字分频方法

ianzou

首先，感谢dahe老师的《打造基于FIR滤波器的数字分频器》贴，把FIR滤波和分频原理介绍的清清楚楚。按照该贴就可以完成完整的数字分频和房间校正。原帖地址：http://bbs.hifidiy.net/forum.php ... page=11#pid29127009。
该帖提供了常用的Windows和Liunx系统下实现FIR滤波和分频，有坛友liunine提供了树莓派的版本，这里补充一个在macOS系统里使用FIR滤波器实现数字分频的方法，分别是商业软件方式和开源软件方式。

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macOS里CoreAudio核心很好，能跟Windows下ASIO的效果媲美，大部分音频编辑软件也是在CoreAudio上运行。在macOS系统里使用虚拟声卡环回，用FIR滤波器实现数字分频很流畅，播放没有任何顿挫，系统占用不到10%（后面会附上系统配置）。在macOS系统里使用FIR滤波器的数字分频操作比较简单，且播放器的选择较多。
另外再提一句，用一个振膜是不能理想的重放人耳听觉频率范围的，系统分频是必须的，传统的音箱里功率分频使用电容、电感、电阻必然带来相频特性和幅频特性的改变，均衡和补偿不能兼顾相频特性和幅频特性，在模拟信号域的模拟滤波器这个问题是无解的。再好的电容、电感也比不上一段1米的无氧铜导线的通透，数字分频可以使功放直通连接喇叭而且线性相位。

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实现方式步骤：1、产生使用FIR滤波器的文件（先不考虑房间校正和相位及幅度补偿）。2、macOS系统安装虚拟声卡和播放器。3、在macOS系统的卷积器里导入FIR滤波器文件，卷积器通常以插件形式出现，因此需安装音频处理机架。4、播放，播放器--虚拟声卡(数字环回)--处理机架（卷积器插件滤波、分频）--USB声卡(7.1声道)--功放（同相位架构）--直通喇叭。

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1、        产生使用FIR滤波器的文件：
这里仍然使用rePhase这个软件来做FIR滤波器的文件，《打造基于FIR滤波器的数字分频器》贴里有详细的步骤，rePhase这个软件是免费的FIR滤波器文件生成工具，没有macOS版本，只能在Windows里运行，下载地址https://rephase.org/，可以多生成几组分频点的文件备用，后面改分频点就是点点鼠标就完成了。这里介绍一个2分频分频点在3000Hz的192k32bit例子。使用线性相位的滤波器，点击Linear-Phase Filters，设置如下图的低通、和高通滤波器：衰减率96dB, 分频点3000Hz，单声道文件，文件格式为 .wav 音频格式。产生的文件可以保存在桌面，用FAT32格式化的U盘拷贝，下一步可直接用这个U盘粘贴到macOS系统里。

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低通

线性相位

高通

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2、        macOS系统安装虚拟声卡和播放器：
       macOS里有很多虚拟声卡可以用，这里选用开源的BlackHole，下载的地址https://github.com/ExistentialAudio/BlackHole，可以下载2ch的，当然8ch、16ch也可以用。下载后安装，可以在macOS的音频管理里看见BalckHole 2ch这个设备，设置为192K32bit就可，见下图。也可以直接用Homebrew安装，安装方式是：打开一个终端窗口，输入brew install blackhole-2ch。当然得先安装Homebrew。具体安装Homebrew可以自行bing。
      macOS里有很多音频播放器，都可以使用这种数字分频的方式，这里选用foobar2000 for MAC，下载地址：https://www.foobar2000.org/mac，这里下载foobar2000 for Mac, v2.7 preview 2024-04-12这个版本，可以直接在输出设备里选BlackHole 2ch，如果下载foobar2000 for Mac, v2.6.3，则需要在MAC音频设备管理里增加一个多输出设备，在增加的多输出设备里把BlackHole 2ch勾上。如下图。
安装完foobar2000后，需要把输出设备选为BlackHole 2ch，把DSP重采样加上，重采样设为192k。foobar2000的SACD插件还不支持MAC版本，不能播放SACD 的音频文件。JRiver支持在MAC系统里播放SACD。

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3、        在macOS系统的卷积器里导入FIR滤波器文件（商业软件方式）
商业软件需付费，但安装使用简单，所见即所得，可以随时调整。这里音频处理机架选用Element v0.46.6，开源了，下载地址：https://kushview.net/。下载后安装，运行时选择输入设备为BlackHole 2ch，输出设备选USB声卡，需提前在MAC音频管理器里将BlackHole 2ch和USB声卡设置为192K，这里使用的USB声卡是华硕的Xonar U7，macOS系统能自动识别大多数USB声卡，无需专门的声卡驱动，设置为4通道（对应2分频）。就是USB符号后面的Speaker。Element自带低通、高通滤波器插件，但效果一般，可以听个响。运行Element，增加低通、高通插件，双击插件，调整分频点，点住输入设备的端子拉到插件的相应端子就虚拟连线好了，再把插件的输出端子跟输出设备的相应端子连线好就可以播放了。如下图。部分黑果版本的内部声卡跟Element冲突，可以卸载内部声卡或者换一个macOS版本。白果就没有任何问题。

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为了导入前面生成的FIR滤波文件，这里选用了Hang Loose Convolver卷积插件，下载地址：https://accuratesound.ca/hang-loose-convolver-hlc/，完整版需129刀，试用14天版本Free。14天时间里完全可以仔细听出macOS 的CoreAudio在这种FIR滤波器的数字分频效果，值不值得留下这种方式。安装完Hang Loose Convolver后，在Element里增加HLConvolver插件（需按照发来的Key激活），如果不想编辑配置文件，只需增加两个HLConvolver插件，分别导入前面生成的低通、高通格式为 .wav 音频文件（2分频），点住相应的模块端子虚拟连线，就可以播放了，很简单。同理，增加插件，虚拟连线就成3、4分频了，还可以增加各种效果插件。

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进一步，只使用一个HLConvolver插件完成FIR滤波和分频，就需要编写一个配置文件。首先点开HLConvolver插件，输入输出设置为7.1声道。按照手册编写一个HLConvolver.cfg文本文件，文件名自定义，后缀是.cfg,把生成的wav文件和这个cfg文件放在同一个文件夹里，这里是一个2分频的例子：
192000 2 4 0
0 0
0 0 0 0
Low3000.wav
0
0.0
0.0
Low3000.wav
0
1.0
1.0
High3000.wav
0
0.0
2.0
High3000.wav
0
1.0
3.0
其实，跟《打造基于FIR滤波器的数字分频器》贴里的配置文件是一样的。
点HLConvolver插件的搜索文件，选择这个配置文件，虚拟连线端子，完成。其实也很简单。

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4、        播放：
  打开foobar2000,选择音乐文件，前面已经设置好重采样192K，设置输出设备为BlackHole 2ch，播放。

capa

延时有多少？

iffi123

ADAU1701, 1452都有数字分频功能，何必这么麻烦

ianzou

5、        在macOS系统的卷积器里导入FIR滤波器文件（开源软件方式）
在macOS系统的有很多开源的卷积器可以用，这里使用CamillaDSP，地址：https://henquist.github.io/0.5.1/，下载地址：https://github.com/HEnquist/camilladsp/releases，对应macOS版本有两个，选择相应的版本下载，解压到运行的目录下，这里为方便选择了用户文件夹。macOS默认的zsh,因此解压的camilladsp命令行不能直接运行，或者使用./camilladsp 运行，或者编辑.zshrc文件，增加export PATH=$运行文件夹路径，保持后执行命令source ~/.zshrc立即生效。然后，在终端窗口里输入camilladsp --help，出现版本号等信息，如下图。Camilladsp自带Capture和Playback，只需配置好文件就可以运行。下面是一个2分频的配置文件：
---
devices:
  samplerate: 192000
  chunksize: 8192
  capture:
    type: CoreAudio
    channels: 2
    device: "BlackHole 2ch"
    format: FLOAT32LE
  playback:
    type: CoreAudio
    channels: 4
    device: "Speaker"
    format: S24LE

filters:
  highpass:
    type: Conv
    parameters:
      type: Wav
      filename: High3000.wav
  lowpass:
    type: Conv
    parameters:
      type: Wav
      filename: Low3000.wav

mixers:
  to4:
    channels:
      in: 2
      out: 4
    mapping:
      - dest: 0
        sources:
          - channel: 0
            gain: 0
            inverted: false
      - dest: 1
        sources:
          - channel: 1
            gain: 0
            inverted: false
      - dest: 2
        sources:
          - channel: 0
            gain: 0
            inverted: false
      - dest: 3
        sources:
          - channel: 1
            gain: 0
            inverted: false

pipeline:
  - type: Mixer
    name: to4
  - type: Filter
    channel: 0
    names:
      - lowpass
  - type: Filter
    channel: 1
    names:
      - lowpass
  - type: Filter
    channel: 2
    names:
      - highpass
  - type: Filter
    channel: 3
    names:
      - highpass
注意这个文件一定要是UTF-8编码格式，最好在macOS系统里编辑，不然会出现一些格式错误。把前面生成的FIR滤波器文件和这个配置文件及amilladsp都拷贝到用户文件夹里，把终端窗口改变路径到这个文件夹，命令行运行，如下图。