Co je Butterworthův filtr?

Často se používá při zpracování signálu, Butterworthův filtr se obecně používá v audio obvodech pro komerční instalace, domácnosti a v automobilových stereosoučástech. Filtr obvykle není tvořen řadou induktorů a kondenzátorů na obvodu a nevytváří vlnkový efekt na frekvencích a vlnových délkách, které jím procházejí, jak je znázorněno v grafické analýze. Systém se proto také nazývá maximálně plochý filtr velikosti. Je pojmenován pro inženýra a matematika Stephena Butterwortha, který o filtru poprvé psal v roce 1930.

Filtry Butterworth se používají v mnoha typech zvukových reproduktorů. Obvykle poskytují audio crossover, což je filtrování zvukových signálů na různé frekvence při přehrávání hudby. Filtry udržují tyto frekvence během zpracování zvuku odděleně od sebe. Ovládání hlasitosti a zkreslení pro analogové i digitální systémy jsou obvykle výsledkem nezávislého zpracování těchto různých zvukových frekvencí.

Existují různé typy konstrukce filtrů Butterworth, obvykle definované konfiguracemi zvanými topologie. Shuntové kondenzátory a sériové induktory jsou rozloženy v topologii Cauer, zatímco topologie Sallen-Key používá rezistory a kondenzátory, jakož i elektronické komponenty zvané operační zesilovače a nárazníky. Různé konfigurace v obvodech jsou obvykle vyvíjeny pomocí matematických vzorců obsahujících pojmy, jako jsou polynomy, logaritmy a trigonometrie.

K určení velikosti kmitočtové odezvy, elektrické fáze a načasování mezi vstupem a výstupem lze použít různé rovnice. Kondenzátory a induktory mohou být fyzicky přepnuty, aby vytvořily horní propust Butterworthův filtr. Další konfigurace obvodu obecně vytváří pásmový filtr, zatímco je také možné vytvořit pásmové zarážky. Kondenzátory a induktory mohou být smíchány různými způsoby, aby se vytvořil požadovaný druh filtru. Existuje několik dalších druhů filtrů, jako jsou Bessel a Chebychev, které se vyznačují různými rychlostmi odezvy a ztrátou intenzity frekvence nebo útlumem.

Matematické dovednosti jsou obecně vyžadovány pro vytváření různých návrhů, jako je dolní propust Butterworthův filtr. Numerické vzorce obvykle pomáhají určit, jaké budou vlastnosti filtru, například mezní frekvence. Na internetu však existují nástroje, které mohou tyto výpočty provádět automaticky pro kohokoli, kdo sestavuje Butterworthův filtr poprvé. Nízkopásmový typ může být vytvořen pomocí prototypových obvodů pro navrhování elektronických systémů a většinu času není zapotřebí žádných zkušeností s vytvářením takového filtru.