バターワースフィルターとは

信号処理でよく使用されるバターワースフィルターは、一般的に商業施設、家庭、および自動車のステレオのオーディオ回路で使用されます。 通常、回路上の一連のインダクタとコンデンサで構成されているため、フィルタは、通過する周波数と波長に波及効果を与えません（グラフ分析で示されています）。 そのため、このシステムは最大平坦振幅フィルターとも呼ばれます。 1930年にフィルターについて最初に書いたエンジニアで数学者のスティーブンバターワースにちなんで名付けられました。

バタワースフィルターは、多くの種類のオーディオスピーカーで使用されます。 これらは一般に、音楽の再生中にオーディオ信号を異なる周波数にフィルタリングするオーディオクロスオーバーを提供します。 フィルタは、オーディオ処理中にこれらの周波数を互いに分離します。 アナログシステムとデジタルシステムの両方のボリュームと歪みの制御は、通常、これらの異なるオーディオ周波数の独立した処理の結果です。

バターワースフィルターの設計にはさまざまな種類があり、通常、トポロジと呼ばれる構成によって定義されます。 シャントコンデンサと直列インダクタはCauerトポロジでレイアウトされますが、Sallen-Keyトポロジでは抵抗とコンデンサ、およびオペアンプとバッファと呼ばれる電子部品を使用します。 通常、回路のさまざまな構成は、多項式、対数、三角法などの概念を組み込んだ数式によって開発されます。

さまざまな式を使用して、周波数応答の大きさ、電気的位相、入力と出力の間のタイミングを決定できます。 コンデンサとインダクタを物理的に切り替えて、ハイパスバタワースフィルターを作成できます。 回路の別の構成では、一般にバンドパスフィルターが作成されますが、バンドストップデバイスを作成することもできます。 コンデンサとインダクタをさまざまな方法で混合して、目的の種類のフィルタを作成できます。 ベッセルやチェビシェフなど、フィルタの種類は他にもいくつかあります。これらは、異なる応答速度と周波数強度の損失、または減衰によって特徴付けられます。

一般に、ローパスバターワースフィルターなどのさまざまな設計を構築するには、数学的なスキルが必要です。 通常、数式は、カットオフ周波数など、フィルターの特性を決定するのに役立ちます。 ただし、インターネット上には、バターワースフィルターを初めて作成する人のためにこれらの計算を自動的に行うことができるツールがあります。 ローパスタイプは、電子システムを設計するためのプロトタイプ回路を使用して作成でき、ほとんどの場合、そのようなフィルターを作成するための経験は必要ありません。