Filter (elektronica)

Een filter in de elektronica is een elektrische schakeling die slechts een gedeelte van het frequentie-spectrum van een signaal doorlaat. Doorgaans wordt een filter gebruikt om ongewenste frequenties uit het signaal te verwijderen.

[bewerk] Analoog filter

Een analoog filter is meestal opgebouwd uit weerstanden, spoelen en/of condensatoren. Wanneer een stroom een spoel passeert, zullen hoge frequenties verzwakt worden. Een condensator doet het omgekeerde.

[bewerk] Digitaal filter

Digitale filters maken gebruik van wiskundige formules (algoritmes) en werken alleen op een digitaal signaal. Een eenvoudig voorbeeld is om het signaal te differentiëren. Hierbij wordt per sample het verschil met de volgende sample berekend. Hoge frequenties worden hierbij meer versterkt dan lage. Door in plaats van het verschil het gemiddelde te nemen van twee opeenvolgende samples, worden juist de hoge frequenties verzwakt.

Wanneer in het z domein naar een digitaal filter gekeken wordt ziet de overdracht er als volgt uit

Hierin is M de orde van het IIR filter. IIR is de engelse afkorting voor infinite impulse response wat in het nederlands vertaald kan worden met oneindige impuls responsie. Wanneer de noemer 1 is, vindt er geen terugkoppeling plaats en wordt er van een FIR filter gesproken. FIR is de engelse afkorting voor finite impulse respons wat eindige impuls responsie betekent.

[bewerk] Filtertypen

Er bestaat een aantal filtertypen voor verschillende doelen.

[bewerk] Laag- en hoogdoorlaatfilter

De frequentierespons van de verschillende filtertypen. Op de x-as staat de frequentie en op de y-as de factor waarmee het deel van het spectrum van het bronsignaal vermenigvuldigd moet worden. Het gele gebied is het deel van het signaal dat doorgelaten wordt.

• Een laagdoorlaatfilter (Eng. lowpass, LP) laat alleen het lage deel van het spectrum door. Deze wordt het meest gebruikt.
• Een hoogdoorlaatfilter (Eng. highpass, HP) laat alleen het hoge deel van het spectrum door.

Kenmerken van deze typen zijn:

• De afsnijfrequentie (Eng. cutoff freq.) bepaalt vanaf welke frequentie het filter de rest van het spectrum afkapt/doorlaat. In het geval van een laagdoorlaatfilter wordt het deel van het spectrum dat verwijderd wordt kleiner naarmate de frequentie hoger wordt. Bij laag- en hoogdoorlaatfilters markeert deze frequentie het punt waar 3 dB verzwakking optreedt. Dit punt wordt ook wel het 3 dB punt genoemd.
• Het filter kapt niet resoluut een deel van het spectrum af, maar er is een overgangsgebied. Het is gebruikelijk dat vanaf de afsnijfrequentie de amplitudefactor halveert per frequentieverdubbeling of -halvering (octaaf). Bij audio wordt dit aangeduid met 6 dB per octaaf. Door meerdere filters serieel te verbinden wordt dit overgangsgebied (Eng. slope) stijler. Op deze manier kan een stijlheid van 12, 18 of 24 dB per octaaf bereikt worden
• De verzwakking/versterking van het filter rond de filterfrequentie, dit wordt ook wel resonantie genoemd. Bij synthesizers wordt het signaal versterkt met meestal hooguit 6 dB. Bij veel resonantie kan zelfoscillatie ontstaan en ontstaat een sinus waarvan de frequentie gelijk is aan die van de afsnijfrequentie.

[bewerk] Banddoorlaat- en sperfilter

Een band is een ander woord voor frequentiegebied.

• Een banddoorlaatfilter (Eng. bandpass, BP) laat een deel in het midden van het spectrum door.
• Een bandsperfilter (Eng. bandreject/notch) verwijdert een deel uit het spectrum.

Beide typen kunnen worden opgebouwd door een laag- en hoogdoorlaatfilter met elkaar te combineren. Zodoende ontstaan er twee 3 dB punten. Kenmerken van deze typen zijn:

• De middenfrequentie. Deze is vergelijkbaar met de afsnijfrequentie.
• De bandbreedte of kwaliteit (Q-factor). Deze geeft aan hoe breed de band is die moet worden doorgelaten of verwijderd. De Q-factor wordt berekend door de middenfrequentie te delen door de afstand tussen de frequenties van beide 3 dB punten. Hoe hoger de Q-factor, hoe smaller de band.

[bewerk] Kamfilter

• Een kamdoorlaatfilter of kamfilter (Eng. combfilter, CF) laat slechts een aantal naast elkaar liggende banden van het spectrum door. De manier waarop een kamdoorlaatfilter werkt wijkt af van die van alle bovenstaande filtertypen. Bij een kamdoorlaatfilter wordt het signaal vertraagd en bij het onvertraagde signaal toegevoegd. Dit veroorzaakt de spectrale kleuring.