Co to jest filtr Butterworth?
Filtr Butterworth, często stosowany w przetwarzaniu sygnałów, jest zwykle stosowany w obwodach audio w instalacjach komercyjnych, domach i samochodowych zestawach stereo. Zwykle wykonany z szeregu cewek i kondensatorów w obwodzie filtr nie powoduje efektu falowania w częstotliwościach i długościach fal, które przez niego przechodzą, jak pokazano w analizie graficznej. Dlatego system ten nazywany jest również filtrem o maksymalnie płaskiej wielkości. Nazwa pochodzi od inżyniera i matematyka Stephena Butterwortha, który po raz pierwszy napisał o filtrze w 1930 roku.
Filtry Butterwortha są stosowane w wielu typach głośników audio. Zazwyczaj zapewniają one zwrotnicę audio, która polega na filtrowaniu sygnałów audio na różne częstotliwości podczas odtwarzania muzyki. Filtry utrzymują te częstotliwości oddzielnie od siebie podczas przetwarzania dźwięku. Kontrola głośności i zniekształceń, zarówno w systemach analogowych, jak i cyfrowych, zazwyczaj wynika z niezależnego przetwarzania tych różnych częstotliwości audio.
Istnieją różne typy konstrukcji filtrów Butterwortha, zwykle definiowane przez konfiguracje zwane topologiami. Kondensatory bocznikowe i cewki szeregowe są ułożone w topologii Cauera, podczas gdy topologia Sallen-Key wykorzystuje rezystory i kondensatory, a także komponenty elektroniczne zwane wzmacniaczami operacyjnymi i buforami. Różne konfiguracje obwodów są zwykle opracowywane za pomocą wzorów matematycznych obejmujących pojęcia takie jak wielomiany, logarytmy i trygonometria.
Różne równania mogą być użyte do określenia wielkości odpowiedzi częstotliwościowej, fazy elektrycznej i czasu między wejściem a wyjściem. Kondensatory i cewki indukcyjne można fizycznie przełączać, aby utworzyć filtr górnoprzepustowy Butterwortha. Inna konfiguracja obwodu generalnie tworzy filtr pasmowoprzepustowy, podczas gdy możliwe jest również wykonanie urządzenia pasmowoprzepustowego. Kondensatory i cewki indukcyjne mogą być mieszane na różne sposoby w celu stworzenia pożądanego rodzaju filtra. Istnieje kilka innych rodzajów filtrów, takich jak Bessel i Czebychev, które charakteryzują się różnymi szybkościami odpowiedzi i utraty intensywności częstotliwości lub tłumienia.
Na ogół potrzebne są umiejętności matematyczne do budowania różnych konstrukcji, takich jak dolnoprzepustowy filtr Butterwortha. Wzory numeryczne zazwyczaj pomagają określić, jakie będą właściwości filtra, takie jak częstotliwość odcięcia. Istnieją jednak narzędzia internetowe, które mogą wykonać te obliczenia automatycznie dla każdego, kto buduje filtr Butterworth po raz pierwszy. Typ dolnoprzepustowy można stworzyć przy użyciu prototypowych obwodów do projektowania układów elektronicznych i przez większość czasu nie jest potrzebne doświadczenie w budowaniu takiego filtra.