¿Qué es el filtro de Butterworth?
A menudo utilizado en el procesamiento de señales, un filtro Butterworth se usa generalmente en circuitos de audio para instalaciones comerciales, hogares y equipos de sonido automotrices. Típicamente hecho de una serie de inductores y condensadores en un circuito, el filtro no crea un efecto ondulante en las frecuencias y longitudes de onda que lo atraviesan, como se muestra en un análisis gráfico. Por lo tanto, el sistema también se denomina filtro de magnitud máxima plana. Lleva el nombre del ingeniero y matemático Stephen Butterworth, quien primero escribió sobre el filtro en 1930.
Los filtros Butterworth se usan en muchos tipos de altavoces de audio. En general, proporcionan un cruce de audio, que es el filtrado de señales de audio en diferentes frecuencias mientras se reproduce música. Los filtros mantienen estas frecuencias separadas entre sí durante el procesamiento de audio. El control de volumen y distorsión, tanto para sistemas analógicos como digitales, son típicamente el resultado del procesamiento independiente de estas diferentes frecuencias de audio.
Existen diferentes tipos de diseño de filtros de Butterworth, generalmente definidos por configuraciones llamadas topologías. Los condensadores de derivación y los inductores en serie se presentan en la topología de Cauer, mientras que una topología de Sallen-Key utiliza resistencias y condensadores, así como componentes electrónicos llamados amplificadores y amortiguadores operativos. Las diferentes configuraciones en los circuitos generalmente se desarrollan a través de fórmulas matemáticas que incorporan conceptos como polinomios, logaritmos y trigonometría.
Se pueden usar diferentes ecuaciones para determinar la magnitud de la respuesta de frecuencia, la fase eléctrica y el tiempo entre la entrada y la salida. Los condensadores e inductores pueden cambiarse físicamente para crear un filtro Butterworth de paso alto. Otra configuración del circuito generalmente crea un filtro de paso de banda, mientras que también es posible hacer un dispositivo de parada de banda. Los condensadores e inductores se pueden mezclar de diferentes maneras para construir el tipo de filtro deseado. Hay varios otros tipos de filtros, como Bessel y Chebychev, que se caracterizan por diferentes tasas de respuesta y pérdida de intensidad de frecuencia o atenuación.
Las habilidades matemáticas generalmente se requieren para construir varios diseños, como un filtro Butterworth de paso bajo. Las fórmulas numéricas suelen ayudar a determinar cuáles serán las características del filtro, como la frecuencia de corte. Sin embargo, existen herramientas en Internet que pueden realizar estos cálculos automáticamente para cualquier persona que construya un filtro Butterworth por primera vez. El tipo de paso bajo se puede crear mediante el uso de prototipos de circuitos para diseñar sistemas electrónicos, y la mayoría de las veces no se necesita experiencia en la construcción de dicho filtro para hacer uno.