Wat is het Butterworth-filter?
Vaak gebruikt bij signaalverwerking, wordt een Butterworth-filter over het algemeen gebruikt in audioschakelingen voor commerciële installaties, woningen en in autoradio's. Meestal gemaakt van een reeks inductoren en condensatoren op een circuit, creëert het filter geen golvend effect in de frequenties en golflengten die er doorheen gaan, zoals weergegeven in een grafische analyse. Het systeem wordt daarom ook een filter met maximale platte grootte genoemd. Het is vernoemd naar ingenieur en wiskundige Stephen Butterworth die voor het eerst over het filter schreef in 1930.
Butterworth-filters worden in veel soorten audiosprekers gebruikt. Ze bieden over het algemeen audio crossover, dat is het filteren van audiosignalen in verschillende frequenties terwijl muziek wordt afgespeeld. De filters houden deze frequenties van elkaar gescheiden tijdens audioverwerking. Volume- en vervormingsregeling, zowel voor analoge als digitale systemen, zijn meestal het resultaat van de onafhankelijke verwerking van deze verschillende audiofrequenties.
Er zijn verschillende soorten Butterworth-filterontwerp, meestal gedefinieerd door configuraties die topologieën worden genoemd. Shuntcondensatoren en serie-inductoren zijn vastgelegd in de Cauer-topologie, terwijl een Sallen-Key-topologie weerstanden en condensatoren gebruikt, evenals elektronische componenten die operationele versterkers en buffers worden genoemd. De verschillende configuraties in circuits worden meestal ontwikkeld door wiskundige formules waarin concepten zoals polynomen, logaritmen en trigonometrie zijn opgenomen.
Verschillende vergelijkingen kunnen worden gebruikt om de grootte van de frequentierespons, de elektrische fase en de timing tussen de invoer en uitvoer te bepalen. De condensatoren en smoorspoelen kunnen fysiek worden omgeschakeld om een high-pass Butterworth-filter te maken. Een andere configuratie van het circuit creëert in het algemeen een banddoorlaatfilter, terwijl het ook mogelijk is om een bandstop-apparaat te maken. De condensatoren en smoorspoelen kunnen op verschillende manieren worden gemengd om het gewenste soort filter te bouwen. Er zijn verschillende andere soorten filters, zoals Bessel en Chebychev, die worden gekenmerkt door verschillende responssnelheden en verlies van frequentie-intensiteit of verzwakking.
Wiskundige vaardigheden zijn over het algemeen vereist voor het bouwen van verschillende ontwerpen, zoals een low-pass Butterworth-filter. Numerieke formules helpen meestal om te bepalen wat de kenmerken van het filter, zoals de afsnijfrequentie, zullen zijn. Er zijn echter tools op internet die deze berekeningen automatisch kunnen maken voor iedereen die voor het eerst een Butterworth-filter bouwt. Het low-pass type kan worden gemaakt door prototypecircuits te gebruiken voor het ontwerpen van elektronische systemen, en meestal is er geen ervaring nodig om een dergelijk filter te bouwen.