Audio EQ: Was ist ein Tiefpassfilter & wie funktionieren LPFs?
Wenn Sie Musikproduktion oder Tontechnik studieren und üben, werden Sie definitiv auf Tiefpassfilter stoßen. Tiefpassfilter sind leistungsstarke Werkzeuge, die in der Entzerrung und im allgemeinen Audiodesign verwendet werden.
Was ist ein Tiefpassfilter? Ein Tiefpassfilter (LPF) ist ein Audiosignalprozessor, der unerwünschte Frequenzen aus einem Signal oberhalb einer bestimmten Grenzfrequenz entfernt. Es filtert (dämpft) das High-End über seiner Grenzfrequenz progressiv heraus (dämpft), während das Low-End durchgelassen werden kann, idealerweise ohne Änderungen.
In diesem Artikel werfen wir einen detaillierten Blick auf Tiefpassfilter und behandeln, wie sie funktionieren, wie sie entworfen sind und wie sie verwendet werden, nicht nur im EQ, sondern auch in anderen Anwendungen, die sich auf Audio beziehen.
Nach Abschluss dieses Artikels habe ich erkannt, wie tief die Filtertheorie geht. In einem Versuch, diesen Artikel kurz zu halten (er ist immer noch über 6.000 Wörter), habe ich nur die wichtigsten Informationen zu Audio-Tiefpassfiltern aufgenommen. Bitte benutzen Sie das Inhaltsverzeichnis, um sich in dieser Anleitung zurechtzufinden!
Inhaltsverzeichnis
- Was ist ein Tiefpassfilter?
- Analoge vs. digitale Tiefpassfilter
- Aktive vs. passive Tiefpassfilter
- Mischen mit Tiefpassfiltern
- Andere Anwendungen von Tiefpassfiltern in Audio
- Verwandte Fragen
Was ist ein Tiefpassfilter?
Der erste Antwortabsatz ist eine anständige Definition eines Tiefpassfilters, aber er lässt viel zu erklären. Lassen Sie uns also besprechen, was ein Tiefpassfilter ist und wie er funktioniert, beginnend mit den Grundlagen.
Wir wissen also, dass ein Tiefpassfilter niedrige Frequenzen unter einen bestimmten Grenzwert durchlässt, daher der Name. Tiefpassfilter werden manchmal als Hochpassfilter bezeichnet, ein Titel, der das Ausschneiden hoher Frequenzen oberhalb eines bestimmten Grenzwerts darstellt.
Der ideale Tiefpassfilter
Im Idealfall möchten wir, dass unser Tiefpassfilter einfach alle Frequenzen oberhalb seiner Grenzfrequenz abschneidet und alle Frequenzen unterhalb seiner Grenzfrequenz unberührt lässt. Dieser „Brickwall“ -Tiefpassfilter ist in der Praxis nicht erhältlich, aber in der Theorie würde es so aussehen:
In diesem einfachen Diagramm haben wir die Frequenz (in Hertz) auf der x-Achse und die relative Amplitude (in Dezibel) auf der y-Achse.
Hertz bezieht sich auf Zyklen pro Sekunde. Da Audiosignale Wechselstromsignale sind, haben sie zyklische Wellenformen. Wenn sie in Schallwellen umgewandelt werden, können diese Wellenformen als vibrierende Luftmoleküle gehört werden. Der allgemein akzeptierte Hörbereich des Menschen liegt zwischen 20 Hz und 20.000 Hz. Daher fallen die meisten Audiosignale in diesen Bereich (um eine Fülle von nicht wahrnehmbaren Informationen zu vermeiden).
Dezibel (ein Zehntel Bel) sind relative Maßeinheiten, die verwendet werden, um das Verhältnis einer Größe zur anderen auf einer logarithmischen Skala auszudrücken. In Bezug auf die Signalamplitude ist eine Differenz von 3 dB eine Verdoppelung / Halbierung der Leistungsgrößen (Leistung und letztendlich Schallintensität), während eine Differenz von 6 dB eine Verdoppelung / Halbierung der Grundleistungsgrößen (Spannung / Strom und letztendlich Schalldruckpegel) ist.
In der obigen Grafik haben wir eine scharfe Grenzfrequenz bei 1 kHz. Keine Frequenzen über diesem Grenzwert werden überschritten und alle Frequenzen unterhalb dieses Grenzwerts werden perfekt übergeben.
Obwohl dies mit analogen oder digitalen Mitteln unmöglich ist, gibt es Möglichkeiten, diese Art von Tiefpassfilter anzunähern.
In analogen LPFs bringt uns die Erhöhung der Filterreihenfolge näher an die Steilheit eines idealen Filters um die Grenzfrequenz.
In digitalen LPFs können auch so programmiert werden, dass sie sich einem solchen idealen „Brickwall“ -Filter annähern.
Dazu später mehr.
Reale Tiefpassfilter
Obwohl wir den idealen LPFs ziemlich nahe kommen können, haben wir im Allgemeinen eine Art Roll-off nach der Grenzfrequenz statt eines strengen Cutoffs.
Ein typischer Tiefpassfilter lässt sich also leicht in der folgenden EQ-Tabelle visualisieren:
Wir können im Bild sehen, dass der Filter ab einer bestimmten Frequenz beginnt, die Frequenzen durch eine stetige negative Steigung zu dämpfen / zu filtern (Amplitude sinkt, wenn die Frequenz steigt). Wir bemerken auch eine definierte Frequenz fH, was die Grenzfrequenz ist (ich definiere es als fH für „hohe Grenzfrequenz“ statt fC was mit „Mittenfrequenz bei anderen Filtertypen“ verwechselt werden könnte.
Beachten Sie, dass die Grenzfrequenz nicht sofort erfolgt, wenn die Filterung beginnt. Vielmehr stellt die Grenzfrequenz den -3 dB-Punkt der Dämpfung des Filters dar. Wie wir kurz besprochen haben, ist dies die Frequenz, bei der der Filter die Leistung des Signals halbiert. Diese Definition der Grenzfrequenz wird in Tiefpass-, Hochpass-, Bandpass- und anderen Filtern verwendet.
LPF Passband, Stoppband & Übergangsband
Beachten Sie, dass ein Tiefpassfilter technisch gesehen ein Durchlassband (den Frequenzbereich, der durchlaufen wird) hat, der von 0 Hertz bis zur Grenzfrequenz reicht.
Das Stoppband befindet sich irgendwann hinter dem Durchlassband, sobald die Dämpfung einen ausreichenden Punkt erreicht hat (z. B. -50 dB). In einem idealen Filter geht das Durchlassband bis zur Grenzfrequenz und das Stoppband ist alles oberhalb dieser Grenzfrequenz. Reale Tiefpassfilter funktionieren jedoch etwas anders.
LPFs haben im Allgemeinen ein Übergangsband zwischen dem Durchlassband und dem Stoppband, in dem der Filter effektiv die Amplitude des Signals abrollt. Die Bandbreite des Übergangsbandes ist abhängig von der Steigung des Abrollens, die durch die Filterreihenfolge und -art bestimmt wird.
Reihenfolge des Tiefpassfilters
Filter werden oft durch ihre Reihenfolge definiert. Bei einfachen Filtern wie Tiefpass und Hochpass bezieht sich die Reihenfolge eines Filters weitgehend auf die Steigung des Übergangsbandes (auch bekannt als Roll-off-Rate).
Technisch gesehen ist die Reihenfolge eines Filters die minimale Anzahl von reaktiven Elementen, die in einer Schaltung verwendet werden. Bei analogen Tiefpass-Audiofiltern werden diese reaktiven Elemente fast immer Kondensatoren sein (obwohl Induktivitäten in bestimmten Situationen verwendet werden können). Wir werden dies später im Abschnitt besprechen Analoge vs. digitale Tiefpassfilter.
Die Reihenfolge eines Tiefpassfilters ist also per Definition eine ganzzahlige Zahl (wir können keinen Bruchteil einer reaktiven Komponente in einer Schaltung haben) und beeinflusst die Abrollneigung des Übergangsbandes des Filters.
Bei Standard-Butterworth-Tiefpassfiltern erhöht jede Ganzzahlerhöhung den Roll-off um zusätzliche 6 dB pro Oktave oder 20 dB pro Jahrzehnt.
Beachten Sie, dass eine Oktave als eine Verdoppelung (oder Halbierung) der Frequenz definiert ist und ein Jahrzehnt als eine zehnfache Zunahme (oder Abnahme) der Frequenz definiert ist.
Beachten Sie auch, dass der Standard-Butterworth-Filter die obige Beziehung zwischen Bestellung und Roll-off-Rate wahr hält. Andere Filtertypen bieten andere Beziehungen. Dazu später mehr.
Betrachten wir zunächst die folgende Grafik, die 5 verschiedene Butterworth-Tiefpassfilter mit den Ordnungen 1 bis 5 zeigt:
Die Grenzfrequenz (der -3 dB-Punkt) jedes Filters liegt bei 1 kHz. Die Abrollrate und das Übergangsband (das bei der Dämpfungsmarke von -50 dB begrenzt werden kann) ändern sich je nach Reihenfolge des Filters.
Wir können sehen, dass der Tiefpassfilter mit zunehmender Bestellung einem idealen Filter näher kommt.
Q-Faktor des Tiefpassfilters
Einige Tiefpassfilter verfügen über eine Q-Faktor-Steuerung. Dies ist insbesondere bei parametrischen EQ-Plugins und digitalen EQ-Einheiten der Fall, bei denen der Filter nicht als bestimmter Typ (Butterworth, Bessel, Chebyshev, Elliptic usw.) ausgelegt ist.
Der Q-Faktor ist etwas willkürlich. Obwohl es seine Definitionen hat, werden viele Hersteller ihre eigenen technischen Berechnungen für den Q-Parameter haben.
Im Allgemeinen wird jedoch die Erhöhung des Q-Faktors eines LPF die Abrollneigung steiler machen, während sich eine Resonanzspitze bei und über der Grenzfrequenz bildet.
Umgekehrt erhöht die Verringerung des Q-Faktors eines LPF die Dämpfung bei und über der Grenzfrequenz, während die Abrollneigung allmählicher wird.
Die EQs, die eine Q-Faktor-Steuerung für den Tiefpassfilter bieten, haben normalerweise eine Grafik, die Ihnen zeigt, wie sich der Filter auf das Signal auswirkt.
Tiefpassfilter & Phasenverschiebung
Es ist wichtig zu beachten, dass es in typischen analogen Filtern wie dem Standard-Butterworth frequenzabhängige Phas gibt.e-Shift zwischen dem Eingangssignal des Filters/EQs und seinem Ausgangssignal.
Im Allgemeinen führt jede reaktive Komponente in einem analogen Filter zu einer Phasenverschiebung von 90º im Signal. Für analoge Tiefpassfilter (und die digitalen Filter, die darauf abzielen, sie digital nachzubilden) bedeutet dies, dass die Filterreihenfolge um 90º pro Ganzzahl erhöht wird.
Bei Standard-Butterworth-Tiefpassfiltern erfolgt die Hälfte der gesamten Phasenverschiebung durch die Grenzfrequenz.
Hier ist eine visuelle Darstellung eines Butterworth-Tiefpassfilters erster Ordnung mit Amplitudenfrequenz- und Phasenfrequenzgraphen:
Analoge vs. digitale Tiefpassfilter
Der Hauptunterschied zwischen analogen und digitalen Tiefpassfiltern besteht darin, dass analoge Filter mit analogen Audiosignalen und digitale Filter mit digitalen Audiosignalen arbeiten.
Analoge Audio-LPF-Schaltungen verwenden analoge Komponenten wie Widerstände und Kondensatoren (aktive LPF-Schaltungen verwenden aktive Komponenten wie Operationsverstärker). Digitale LPFs hingegen sind entweder in digitale Chipschaltungen oder in Software eingebettet.
Lassen Sie uns jedes etwas detaillierter besprechen, oder?
Analoge Tiefpassfilter
Analoge Filter sind einfacher zu erklären, da sie aus tatsächlichen analogen Schaltungen bestehen, die relativ einfach zu verstehen sind. Beachten Sie, dass ich kein Elektroingenieur bin und digitale Schaltungen / Programmierung außerhalb meines Wissensumfangs liegen.
In diesem Artikel werde ich mein Bestes tun, um zu erklären, wie analoge Tiefpassfilter funktionieren. Beachten Sie, dass viele digitale Tiefpassfilter so konzipiert sind, dass sie den Effekt analoger LPFs nachbilden.
In der Erklärung wird es viele Gleichungen geben, die wir durchgehen müssen, um uns beim Verständnis zu helfen.
Um die Grundlagen der Funktionsweise eines Tiefpassfilters wirklich zu verstehen, können wir einen einfachen passiven RC-LPF erster Ordnung untersuchen. Dieser Filter kann mit dem folgenden Bild visualisiert werden. Beachten Sie, dass sich „RC“ auf den Widerstand und den Kondensator bezieht, die in der Schaltung verwendet werden.
Die obige Schaltung kann sich ähnlich wie ein Spannungsteiler vorstellen:
Im obigen Schema leiten wir die folgende Formel ab:
Wir können aus dieser Formel schließen, dass als R2 erhöht, Vaus Steigerungen (unter der Annahme von R1 bleibt konstant). Denken Sie daran.
In dieser Gleichung für den Gleichungsbereich der Gleichung für den Gleichungsteil der Gleichung der Gleichung1 stellt den Widerstand des Widerstands dar, der anstelle des Widerstands der RC-Schaltung und R stehen würde2 stellt den Widerstand des Widerstands dar, der anstelle des Kondensators der RC-Schaltung stehen würde. Denken Sie daran.
Nehmen wir an, dass das Audiosignal bei Vin hat Frequenzinhalte zwischen 20 Hz und 20.000 Hz (der menschliche Hörbereich). Dies ist ein AC-Signal, kein DC-Signal. Wechselstromsignale unterliegen der Impedanz, die sowohl Phase als auch Größe hat und sich aus dem Widerstand und der Reaktanz einer Schaltung zusammensetzt.
In einer idealen Welt (die wir verwenden werden, um RC-Tiefpassfilter zu verstehen) ist die Reaktanz eines Widerstands Null und der Widerstand eines Kondensators Null. Der Widerstand bietet eine Widerstandskomponente für die Gesamtimpedanz des Audiosignals und der Kondensator bietet eine Reaktanzkomponente für die Gesamtimpedanz des Audiosignals.
Also mit dem folgenden vereinfachten RC-Tiefpassfilterschema:
Wir hätten die folgende Gleichung:
Wo:
• XC ist die kapazitive Reaktanz des Kondensators
• Z ist die Gesamtimpedanz der Schaltung
Denken Sie daran, dass die Impedanz aus den Widerstands- und Reaktanzkomponenten der Schaltung besteht. Die typische Impedanzformel lautet:
wobei XL ist die induktive Kapazität. Da es keine Induktivität in der RC-Schaltung gibt, XL gleich Null ist.
Lassen Sie uns unsere RC-Ausgangsspannung mit diesen neuen Informationen schnell neu schreiben:
Kommt Ihnen das bekannt vor? Es ist fast das gleiche wie der einfache Spannungsteiler.
Okay, unser RC-Tiefpassfilter kann mit einem Spannungsteiler verglichen werden, aber für AC-Audiosignale. Als XC nimmt zu, so auch Vaus (wiederum unter der Annahme, dass das R konstant bleibt).
Wie funktioniert er eigentlich als Tiefpassfilter? Nun, die Blindkapazität nimmt ab, wenn die Frequenz des Eingangssignals zunimmt. Die Formel dafür lautet wie folgt:
Wo:
• f ist die Frequenz des Signals
• C ist die Kapazität des Kondensators
Damit haben wir die folgenden Regeln der RC-Tiefpassschaltung:
- Mit zunehmender Frequenz nimmt die kapazitive Reaktanz ab
- Wenn die kapazitive Reaktanz abnimmt, sinkt der Ausgangssignalpegel relativ zum Eingangssignalpegel (vorausgesetzt, der Widerstand der Schaltung bleibt gleich).
Wenn die kapazitive Reaktanz abnimmt (wenn die Frequenz zunimmt), wird ein größerer Teil des Signals an die Masse als an den Ausgang gesendet.
Daher beginnt die RC-Tiefpassschaltung im Allgemeinen höhere Frequenzen zu dämpfen, und wenn die Frequenz zunimmt, wird die Schaltung mehr abschwächen.
Wir haben bereits über die Grenzfrequenz gesprochen. Es ist der Punkt, an dem das Durchlassband in das Übergangsband (oder das Stoppband in idealen Filtern) übergeht. Die Grenzfrequenz liegt am Dämpfungspunkt von -3 dB. Sie kann mit folgender Gleichung berechnet werden:
Wo:
• R ist der Widerstand des Widerstands
• C ist die Kapazität des Kondensators
Als zusätzliche Gleichung können wir die oben erwähnte Phasenverschiebung eines RC-Tiefpassfilters mit folgender Gleichung berechnen:
Ich hoffe, das macht Sinn. Wir haben uns hier die grundlegendste Form eines analogen RC-Tiefpassfilters angesehen.
Analoge Filter sind im Allgemeinen einfach im Design, obwohl sie an Komplexität zunehmen, wenn sich ihre Designs der Leistung eines „idealen Filters“ nähern. Viele digitale Filter (einschließlich EQ-Plugins) emulieren diese analogen Filter.
Denken Sie daran, dass wir durch Hinzufügen zusätzlicher RC-Sätze zum Tiefpassfilter (Erhöhung der Reihenfolge) das Abrollen effektiv steiler machen und das Übergangsband verkürzen können.
Es gibt viele Filtertypen, die Sie beachten sollten. Bisher haben wir uns weitgehend auf den beliebten Butterworth-Filter konzentriert. Es gibt jedoch 3 Hauptfiltertypen (unter den vielen), die wir beachten sollten, wenn es um Audio geht. Sie sind:
- Butterworth Filter
- Bessel Filter
- Tschebyschew-Filter
Diese „Typen“ von Filtern sind abhängig von den Werten der Komponenten, die im Filterdesign verwendet werden, und dem Dämpfungsfaktor, der mit dem Filterdesign einhergeht. Die Untersuchung einzelner Tiefpassfilterschemata würde den Rahmen dieses Artikels sprengen, aber diese beliebten Typen sind wissenswert.
Was ist ein Butterworth-Filter in Audio? Ein Butterworth-Filter (Maximally Flat Magnitude Filter) ist ein linearer analoger Filter, der einen möglichst flachen Frequenzgang im Durchlassband aufweist. Butterworth-Filter bieten kein übermäßig steiles Abrollen und werden häufig in Tief-/Hochpass- und Low/High-Shelf-Filtern eingesetzt.
Was ist ein Bessel-Filter in Audio? Ein Besselfilter ist ein lineares analoges Filter mit einer maximal flachen Gruppe oder Phasenantwort, um die Wellenformen von Signalen innerhalb des Durchlassbands zu erhalten. Besselfilter sorgen für einen sanften Frequenzabroll über die Grenzfrequenz hinaus und sind hauptsächlich für einen linearen Phasengang mit geringem Überschwingen ausgelegt.
Was ist ein Chebyshev-Filter in Audio? Ein Chebyshev-Filter ist ein linear analog Filter, der für ein sehr steiles Abrollen auf Kosten der Durchlassbandwelligkeit (Typ I) oder der Stoppbandwelligkeit (Typ II/Invers) ausgelegt ist.
Hier ist ein Bild von Wikipedia:WikiProjekt zeigt die typischen Unterschiede zwischen Butterworth, Chebyshev I/II und Elliptic Tiefpassfiltern:
Beachten Sie, dass der elliptische Filter (auch bekannt als Cauer-Filter) ein linearer analoger Filter mit entzerrter Welligkeit sowohl im Durchlassband als auch im Stoppband ist. Es bietet ein sehr steiles Übergangsband. Dies wird durch die Kombination eines Tiefpassfilters und eines Bandstopp-/Notch-Filters erreicht.
Digitale Tiefpassfilter
Digitale Filter sind aufgrund der umfangreichen digitalen Signalverarbeitung (DSP) oft präziser und viel flexibler im Design. Die Genauigkeit ihres Designs macht sie viel genauer auf ihre gegebenen Parameter, während analoge Filter durch die Genauigkeit ihrer Komponenten und den Signalpfad insgesamt etwas eingeschränkt sind.
Digitale Filter haben auch die Vorteile eines verbesserten Kosten-Nutzen-Verhältnisses und einer konsistenteren Natur bei Temperatur- und Feuchtigkeitsänderungen.
Analoge Filter profitieren natürlich davon, mit einem kontinuierlichen Spektrum zu arbeiten.
Beachten Sie, dass einige digitale Tiefpassfilter so konzipiert sind, dass sie die Leistung analoger LPFs emulieren. Wir finden die zuvor genannten Filtertypen (Butterworth, Bessel, Chebyshev, etc.) oft in digitalen Designs.
Anstatt analoge Komponenten (Kondensatoren, Widerstände, Operationsverstärker usw.) zu verwenden, werden digitale Schaltungen in digitale Chips eingebettet (mit Addierern, Subtraktoren, Verzögerungen usw.) oder altenativ in Audio-Plugins programmiert werden.
Ein digitaler Tiefpassfilter passt in eines von zwei Lagern:
- Unendliche Impulsantwort (IIR)
- Finite Impulsantwort (FIR)
Was ist ein unendlicher Impulsantwortfilter in Audio? Ein IIR-Filter ist ein linearer zeitinvarienter analoger Filtertyp (der ebenfalls digitalisiert wurde), der mit einer Impulsantwort arbeitet, die unbegrenzt anhält und nie genau Null wird. Butterworth-, Chebyshev-, Bessel- und elliptische Filter sind Beispiele für IIR-Filter.
Was ist ein endlicher Impulsantwortfilter in Audio? Ein FIR-Filter ist ein Filter (analog oder digital, wenn auch fast immer digital), der mit einer Impulsantwort von endlicher Dauer arbeitet und sich innerhalb einer gewissen Zeit auf Null einpendelt. Es eignet sich gut für den linearen Phasen-EQ.
Apropos linearer Phasen-EQ, diese spezialisierten Equalizer sind auch hier erwähnenswert.
Ein linearer Phasen-EQ (der mit ziemlicher Sicherheit immer über Tiefpassfilteroptionen verfügen wird) eliminiert effektiv jede Phasenverschiebung innerhalb des Audioprozessors.
Rückruf im Abschnitt Tiefpassfilter & Phasenverschiebung wie wir die unvermeidliche Phasenverschiebung analoger LPFs diskutierten (90º Phasenverschiebung für jede reaktive Komponente in der Schaltung).
Ein linearer Phasen-EQ (und Tiefpassfilter) verwendet digitale Signalverarbeitung (DSP), um den Frequenzinhalt eines Signals zu analysieren und die Verstärkung über FIR-Filter (Finite Impulse Response) auf die entsprechenden Frequenzen anzuwenden, um auftretende Phasenverschiebungen zu eliminieren.
Das Blue Cat’s Liny EQ (Link zum Preis bei Plugin Boutique) ist ein großartiges Beispiel für ein lineares Phasen-EQ-Plugin:
Zusammenfassung analoger und digitaler Tiefpassfilter
Hier ist eine kurze Tabelle, um zusammenzufassen, was wir in diesem Abschnitt besprochen haben.
| Analoges Audio LPF | Digitales Audio LPF |
|---|---|
| Filtert analoge (zeitkontinuierliche) Audiosignale | Filtert digitale (zeitdiskrete) Audiosignale |
| Hergestellt aus analogen Komponenten | Eingebettet in digitale Chips (mit Addierern, Subtraktoren, Verzögerungen usw.), oder; In Software codiert |
| Eingeschränkte Funktionalität und Anpassungsfähigkeit | Vielseitiger in der Programmierung |
| Empfindlicher gegenüber Umweltveränderungen | Weniger empfindlich gegenüber Umweltveränderungen |
| Analoge Bauelemente führen zu thermischem Rauschen | Quantisierung führt zu digitalem Rauschen |
| Höhere Herstellungskosten | Geringere Herstellungskosten |
Aktive vs. passive Tiefpassfilter
Der Hauptunterschied zwischen aktiven und passiven Tiefpassfiltern besteht darin, dass aktive LPFs Strom benötigen, um zu funktionieren, und passive LPFs nicht.
Dies liegt daran, dass aktive LPFs eine Art Verstärker in ihrer Schaltung haben. Diese Verstärker (oft Operationsverstärker) nehmen Strom von einer Quelle auf und verwenden sie, um das Signal zu verstärken, das durch den Tiefpassfilter oder Audio-Equalizer geleitet wird.
Beachten Sie, dass die Bezeichnungen „aktiv“ und „passiv“ im Allgemeinen nur für analoge Filter gelten. Digitale Filter sind aufgrund ihres Designs aktiv (dies gilt für Hardware, die mit Transistoren und Software gebaut ist, was eine Berechnung erfordert).
Lassen Sie uns mit diesem Primer die aktiven und passiven Tiefpassfilter genauer besprechen, beginnend mit dem einfacheren der beiden: dem passiven LPF.
Passive Tiefpassfilter
In meiner Erklärung von Analoge Tiefpassfilter Ich habe mich ausschließlich auf eine passive RC-Tiefpassfilterschaltung konzentriert. Wir haben also bereits ein solides Verständnis von passiven Tiefpassfiltern.
Noch einmal, der grundlegendste passive Tiefpassfilter erster Ordnung sieht ungefähr so aus:
Beachten Sie, dass wir die Abrollrate eines passiven Filters erhöhen könnten, indem wir Pole hinzufügen. Dies geht jedoch auf Kosten des Verlusts der Signalamplitude (da es keine Verstärkungsstufen in der Schaltung gibt) und verschlechtert die Signalübertragung innerhalb der Schaltung aufgrund schlechter Impedanzüberbrückung (da es keinen Puffer zwischen den Polen oder am Ausgang des LPF gibt).
Passive Tiefpassfilter sind leicht verständlich. Da sie nur die Aufgabe haben, Frequenzen (oberhalb der Grenzfrequenz) zu reduzieren, benötigen sie glücklicherweise nicht unbedingt eine aktive Verstärkung.
Wie bereits erwähnt, kann ein passiver LPF jedoch schlecht funktionieren, da er auf natürliche Weise die Amplitude des durch ihn hindurchgehenden Signals senkt (selbst im unteren Bereich). Es ist auch schwieriger, eine geeignete Impedanzüberbrückung zwischen dem Ausgang des passiven LPF und dem nächsten Audiogerät (Last) zu finden.
Passive Tiefpassfilter sind in bestimmten Anwendungen immer noch zu finden und es gibt sogar passive EQ-Einheiten auf dem Markt, die per Definition haben passive LPFs (wenn sie einen Tiefpassfilter enthalten).
Beachten Sie, dass es bei passiven EQs eine Verstärkungsstufe für die „Make-up-Verstärkung“ nach den Filterschaltungen gibt. Es ist nur so, dass es keine aktiven Komponenten innerhalb der Filterschaltung gibt.
Aktive Tiefpassfilter
In den meisten Fällen haben wir einen aktiven Tiefpassfilter.
Aktive analoge Tiefpassfilter verwenden typischerweise Betriebsverstärker. Diese Operationsverstärker sind nützlich für Einheitsverstärkungsfilter (Filter, die die Signalamplitude beibehalten, aber die Signalamplitude nicht erhöhen) und Filter, die eine geeignete Verstärkungsstufe bieten.
Diese Verstärkung ermöglicht es LPF-Entwicklern, die Reihenfolge des Filters zu erhöhen und dadurch das Abrollen zu steiler zu machen, ohne sich Sorgen machen zu müssen, die Gesamtsignalamplitude zu verlieren.
Ein weiterer großer Vorteil des aktiven LPF-Designs ist die Verbesserung der Ausgangsimpedanz des Filters. Durch die Integration eines Operationsverstärkers können wir die Ausgangsimpedanz über alle Frequenzen hinweg niedrig einstellen, um die Signalübertragung zwischen dem LPF und dem folgenden Audiogerät zu verbessern.
Hier ist ein Beispiel für einen aktiven RC-Tiefpassfilter erster Ordnung mit Einheitsverstärkung:
Beachten Sie, dass es dem oben genannten passiven RC-Filter sehr ähnlich sieht. Der Hauptunterschied ist natürlich der Operationsverstärker. In diesem Fall bietet der Operationsverstärker keine Verstärkung des Signals. Vielmehr erhält es die Einheitsverstärkung und ermöglicht eine geeignete Ausgangsimpedanz für die Tiefpassfilterschaltung.
Werfen wir nun einen Blick auf einen einfachen RC-Tiefpassfilter erster Ordnung, der Verstärkung bietet:
Der Gewinn AV des nicht-invertierenden Verstärkers wird durch folgende Gleichung einschließlich des Rückkopplungswiderstands (R2) und den entsprechenden Eingangswiderstand (R1):
Die Verstärkung der Gesamtschaltung ist frequenzabhängig (da der Tiefpassfilter höhere Frequenzen dämpft). Diese Verstärkung kann mit der folgenden Gleichung definiert werden:
Mit dieser Gleichung können wir Folgendes beobachten:
- Bei niedrigen Frequenzen (f < fC): A = Vaus/Vin = AV/{kleine Anzahl} ≈ AV
- Bei der Grenzfrequenz (f = fC): A = Vaus/Vin = AV/√2 = 0,707 AV
- Bei hohen Frequenzen (f > fC): A = Vaus/Vin = AV/{große Zahl} « AV
Wenn Stecker 0,707 AV in die folgende Gleichung für Dezibel können wir bestätigen, dass die Grenzfrequenz tatsächlich bei -3 dB von der Einheit liegt:
Wenn wir uns einen Filter zweiter Ordnung (in einem vereinfachten Schaltplan) ansehen, hätten wir Folgendes:
Wenn wir es mit Filtern zweiter Ordnung (und höher) zu tun haben, haben wir einen Dämpfungsfaktor in der Schaltung. Der Dämpfungsfaktor dieser einfachen Sallen-Key-Filtertopologie beträgt:
So ist das RF und RIch Werte sind an der Bestimmung der Verstärkung und des Dämpfungsfaktors der Schaltung beteiligt. Das RF und RIch Bestimmen Sie auch, ob wir einen Butterworth-, Bessel- oder Chebyshev-Filter haben. Beachten Sie, dass Folgendes nur für einen Filter zweiter Ordnung gilt:
- Butterworth:
- RF / RIch = 0,586
- DF = 1,414
- EinV = 4 dB
- Bessel:
- RF / RIch < 0,586
- DF > 1.414
- EinV < 4 dB
- Tschebyschew:
- RF / RIch > 0,586
- DF < 1.414
- EinV > 4 dB
Werfen wir nun einen Blick auf einen RC-Tiefpassfilter sechster Ordnung:
Vielleicht ist das erste, was zu beachten ist, dass für jeweils zwei Widerstands-Kondensator-Paare (für jede Erhöhung von zwei in der Filterreihenfolge) die Schaltung einen Operationsverstärker hat. Das ist Standard, um eine ordnungsgemäße Verstärkungs-Staging und Pufferung in der gesamten Schaltung aufrechtzuerhalten.
Um auf die Abrollneigung zurückzukommen, hätte dieser Tiefpassfilter eine Steigung von 36 dB / Oktave oder 120 dB / Dekade über der Grenzfrequenz. Dieser Filter könnte den Butterworth-, Bessel-, Chebyshev- oder jeden anderen möglichen Tiefpassfilter-„Typ“ annehmen, da die Topologie. Die verschiedenen RF / RIch Die Verhältnisse zwischen den 3 Sätzen unterscheiden sich von denen, die oben für den Filter zweiter Ordnung definiert wurden.
Ich hoffe, ich habe dich nicht verwirrt. Es gibt viele andere detaillierte Ressourcen zu Filtern. Das Hauptaugenmerk dieses Artikels liegt auf dem Design und der Verwendung von Tiefpassfiltern im Audiobereich, daher verzichte ich darauf, zu weit in den Kaninchenbau zu gehen!
Zusammenfassung von aktiven und passiven Tiefpassfiltern
Hier ist eine kurze Tabelle, um zusammenzufassen, was wir in diesem Abschnitt besprochen haben.
| Aktives Audio LPF | Passives Audio LPF |
|---|---|
| Benötigt Strom | Benötigt keinen Strom |
| Enthält aktive und passive Komponenten (einschließlich Operationsverstärker) | Enthält nur passive Bauelemente (Widerstände, Kondensatoren usw.) |
| Bietet Verstärkung über Einheitsgewinn (Boosts zusätzlich zu Schnitten) | Kann keine Verstärkung über den Einheitsgewinn hinaus bieten (nur Schnitte) |
| Niedrige Ausgangsimpedanz (lastunabhängige Leistung) | Höhere Ausgangsimpedanz (lastabhängige Leistung) |
| Höhere Herstellungskosten | Geringere Herstellungskosten |
Zusätzliche Punkte könnten gemacht werden, die für Audio-LPFs nicht so anwendbar sind (wie für sehr hochfrequente Signale), aber trotzdem erwähnenswert sind:
- Passive LPFs können Induktivitäten enthalten.
- Aktive LPFs können aufgrund des Operationsverstärkers nicht so hohe Signalamplituden verarbeiten wie passive Filter.
- Aktive LPFs haben aufgrund des Operationsverstärkers eine begrenzte Bandbreite.
Mischen mit Tiefpassfiltern
Nun, da wir verstehen, was ein Tiefpassfilter ist und wie er funktioniert, betrachten wir seine praktischen Anwendungen, wenn es um das Mischen von Audio geht.
Tiefpassfilter werden zum Mischen auf folgende Weise verwendet:
- Reduzieren Sie den Wettbewerb zwischen Instrumenten im High-End-Bereich
- Rauschen reduzieren
- Tiefe hinzufügen
- Kante mit Resonanz hinzufügen
- Automatisieren!
Reduzieren Sie den Wettbewerb zwischen Instrumenten im High-End-Bereich
Eine der wichtigsten Aufgaben für Audio-EQ ist es, das Frequenzspektrum zu bereinigen, damit Instrumente gehört werden können. Dies bedeutet, dass die Frequenzbänder einiger Spuren reduziert werden, damit andere Spuren in denselben Bändern durchscheinen können.
Tiefpassfilter können die High-End-Frequenzen einiger ausgewählter Spuren effektiv eliminieren, wodurch andere Spuren das High-End mit verbesserter Klarheit aufnehmen können. Dies kann auch die Härte der Gesamtmischung reduzieren.
Das High-End hat nicht allzu viele „musikalische“ Informationen (Obertöne). Indem wir jedoch die „Brillanz“ einiger Instrumente ausschneiden, können wir die wahrgenommene Brillanz / Luftigkeit anderer Instrumente verbessern. Es gibt auch nichts, was uns davon abhält, die LPF-Grenzfrequenz in den mittleren Bereich zu senken, um mit der Filterung von Oberschwingungsinhalten zu beginnen.
Rauschen reduzieren
Wenn das Ausgangsmaterial nicht ordnungsgemäß oder mit minderwertigen Geräten aufgezeichnet wird, kann Rauschen (unter anderem) ein unerwünschtes hörbares Ergebnis sein.
Ein gewisses Maß an Rauschen ist in analogen Geräten, einschließlich Mikrofonen, aufgrund der Art der Elektrizität und der elektrischen Komponenten, die in das Design von Audiogeräten einfließen, unvermeidlich. Dies wird typischerweise als „Eigenrauschen“ bezeichnet.
Vieles von dem, was wir als „Zischen“ bezeichnen, befindet sich am oberen Ende des Frequenzspektrums. Daher kann die Verwendung eines Tiefpassfilters dazu beitragen, das Rauschen im Signal zu reduzieren. Achten Sie nur darauf, welche Auswirkungen die LPF auf den Ton hat, wenn Sie die Grenzfrequenz nach unten bewegen.
Es gibt auch Audio-Plugins, die helfen können, Rauschen zu reduzieren, ohne den Frequenzinhalt des Signals zu beeinträchtigen. Waves X-Noise (Link zum Auschecken bei Waves) ist ein großartiges Beispiel für ein solches Plugin.
Tiefe hinzufügen
Tiefe ist eine wichtige Dimension beim Mischen. Es ist im Wesentlichen die wahrgenommene Entfernung einer Schallquelle im Kontext eines Mixes.
In der realen Welt der Akustik führt die Vergrößerung des Abstands zwischen einer Schallquelle und dem Zuhörer dazu, dass einige Dinge passieren. Ich füge die Audioeffekte hinzu, die helfen, diese psychoakustisch wahrgenommene Tiefe in Klammern nachzuahmen:
- Der Ton wird leiser (Lautstärke/Verstärkung).
- Der Ton kommt später an den Ohren des Zuhörers an (Verzögerung).
- Der Klang wird wahrscheinlich von anderen Oberflächen im akustischen Raum reflektiert und erreicht die Ohren des Zuhörers zu unterschiedlichen Zeiten (Verzögerung und Hall).
- Der Klang wird weniger fokussiert sein (Modulation wie Chorus).
- Der Klang wird weniger High-End haben, da die höherfrequenten Schallwellen aufgrund der Reibung des Mediums / der Luft (LPF) zuerst Energie verlieren.
Indem Sie also das High-End einer Quelle mit einem Tiefpassfilter (oder ein Hochregal oder ein anderer EQ), können wir die Illusion erzeugen, dass die Quelle weiter hinten im Mix ist.
Kante mit Resonanz hinzufügen
Wie bereits erwähnt, ist das Durchlassband eines Tiefpassfilters (insbesondere in der Nähe der Grenzfrequenz) nicht immer vollkommen flach. In vielen Fällen wird es eine Art Resonanzspitze oder EQ-Verstärkung in der Nähe/unter der Grenzfrequenz geben.
Daher können wir tatsächlich einige Tiefpassfilter verwenden, um bestimmte Resonanzbänder zu verstärken, um einer Spur kurz vor dem Punkt, an dem die High-End-Frequenzen herausgefiltert werden, einen Vorteil zu verleihen.
Um das Beste aus einer Klangquelle herauszuholen, ist es normalerweise am besten, die Resonanz und den Cutoff im mittleren Bereich zu haben, wo das Signal einen bemerkenswerten harmonischen Inhalt aufweist.
Automatisieren!
Die Automatisierung eines Tiefpassfilters kann mit großer Wirkung verwendet werden, um klangliches Interesse an einer Schallquelle zu erzeugen.
Wenn Sie sich für Synthesizer interessieren, wissen Sie wahrscheinlich, wie das Automatisieren oder anderweitige Modulieren des Tiefpassfilters coole Ergebnisse erzielen kann.
Wah-Wah- und Hüllkurvenfilter-Effektpedale können auch einen Tiefpassfilter modulieren, um ihren Klangeffekt zu erzielen, insbesondere wenn ein Resonanzspitze in der Nähe des Cutoffs.
Wenn es um eigenständige Tiefpassfilter geht, können wir diese Effekte auf jede Klangquelle ausdehnen, indem wir den Tiefpassfilter automatisieren (insbesondere den Grenzfrequenzparameter).
Wir können Automatisierung auch effektiv nutzen, um Erhöhen oder verringern Sie die wahrgenommene Tiefe der Strecke und auch der Reduzieren Sie den Wettbewerb im High-End-Bereich wie andere Tracks in das Arrangement eingeführt (oder herausgenommen) werden.
Andere Anwendungen von Tiefpassfiltern in Audio
Neben dem Mischen werden Tiefpassfilter in vielen anderen Audiostandards und Geräten verwendet.
Tiefpassfilter werden auf folgende Weise verwendet, wenn es um allgemeines Audio geht:
- Anti-Aliasing- und Rekonstruktionsfilter
- Filter zur Entschärfung
- Subwoofer-Frequenzweichen
- Einbindung in Bandpassfilter
- Einbindung in Bandstopp-Filter
Anti-Aliasing- und Rekonstruktionsfilter
Wenn Sie sich schon eine Weile für Audio interessieren, wissen Sie, dass Audiosignale entweder analog oder digital sein können. Während analoge Signale typischerweise mit Wandlern (Lautsprecher, Kopfhörer, Mikrofone usw.) und einigen Speichermethoden (Vinyl, Band usw.) verbunden sind, wird in modernen Fällen (in DAWs, Streaming, Cloud-Speicher, Festplattenspeicher usw.) im Allgemeinen digitaler Audiospeicher verwendet.
Unabhängig davon, ob wir mit Mikrofonen oder analogen Instrumenten in einer digitalen Audio-Workstation aufnehmen oder digitales Audio über Lautsprecher oder Kopfhörer wiedergeben, müssen wir zwischen analogem und digitalem Audio konvertieren.
Diese Konvertierung erfolgt mit treffend benannten Analog-Digital-Wandlern (ADCs) und Digital-Analog-Wandlern (DACs).
Beim Wechsel von analog zu digital tastet der ADC das Audio mit einer schnellen Abtastrate ab und weist jedem Sample eine Amplitude (innerhalb einer festgelegten Bittiefe) zu, um die Wellenform des analogen Signals zu modellieren.
Beim Wechsel von digital zu analog versucht der DAC, ein gleichmäßiges, zeitkontinuierliches Signal basierend auf den Abtastungen des digitalen Signals zu erzeugen.
In beiden Wandlern kommen analoge Tiefpassfilter zum Einsatz.
Anti-Aliasing-Filter
Bei ADCs wird die LPF als Anti-Aliasing-Filter bezeichnet. Der Anti-Aliasing-Filter filtert, wie der Name schon sagt, das analoge Signal vor der Abtastung/Konvertierung, um Aliasing zu vermeiden.
Aliasing ist ein Abtastfehler, der auftritt, wenn eine Abtastrate zu langsam ist, um die Frequenz des Eingangssignals richtig zu identifizieren. Wenn Aliasing auftritt, hat das abgetastete Signal eine niedrigere Frequenz als das Eingangssignal.
Beachten Sie, dass typische Audiosignale keine einfachen Sinuswellen sind, sondern einen breiten Frequenzbereich haben. Aliasing führt dann zu Verzerrungen und anderen Artefakten in das digitale Audiosignal ein (anstatt einfach die Frequenz des Signals zu ändern).
Davon abgesehen ist es am einfachsten, Aliasing mit einer einfachen Sinuswelle zu visualisieren. Werfen wir einen Blick auf einige Abbildungen, um das Aliasing zu verstehen:
Im folgenden Bild haben wir eine 12 kHz Sinuswelle, die mit einer Rate von 48 kHz abgetastet wird. Die Punkte repräsentieren jeden Abtastpunkt und die rote Wellenform stellt die abgetastete Wellenform dar (beachten Sie, dass sie über die ursprüngliche Wellenform in Schwarz gelegt wird). Mit anderen Worten, der ADC wandelt das Signal effektiv von analog in digital um.
In diesem nächsten Bild haben wir ein 36 kHz Eingangssignal, das mit der gleichen Rate von 48 kHz abgetastet wird. Die Punkte repräsentieren jeden Abtastpunkt und tDie rote Wellenform stellt die abgetastete Wellenform dar. Beachten Sie, dass die abgetastete Wellenform eine andere Wellenform annehmen muss, diesmal mit einer Frequenz von 6 kHz, um eine Wellenform zu erzeugen, die jeden Abtastpunkt durchläuft (ohne vorher einen Zyklus zu durchlaufen). Dies ist im Wesentlichen das, was Aliasing ist.
Normalerweise wird digitales Audio mit einer Rate von 44,1 kHz oder 48 kHz abgetastet, obwohl auch höhere Raten von 88,2, 96, 176,4 und 192 kHz üblich sind.
Das Nyquist-Shannon-Abtasttheorem besagt im Wesentlichen, dass ein digitales Abtastsystem eine Abtastrate haben muss, die mindestens doppelt so hoch ist wie die der höchsten abgetasteten Audiofrequenz.
Der Audiobereich des menschlichen Gehörs liegt zwischen 20 Hz und 20 kHz, so dass wir effektiv Tiefpasse über 20 kHz machen können, ohne das, was wir hören, übermäßig zu beeinträchtigen. Beachten Sie, dass Frequenzen oberhalb des Hörbereichs bei Aliasing zu Verzerrungen und Artefakten im Hörbereich führen würden.
Bei der niedrigsten gemeinsamen Abtastrate von 44,1 kHz müsste die höchste Frequenz im Audiosignal bei 22,05 kHz oder 22.050 Hz liegen. Dies gibt uns ein wenig Platz im Frequenzspektrum, um Frequenzen zwischen (idealerweise) 20 kHz und 22,05 kHz abzurollen.
Denken Sie daran, dass Tiefpassfilter eine gewisse Übergangszeit zu berücksichtigen haben. Ein Abfall von 40 dB wird im Allgemeinen als ausreichend angesehen, um Aliasing „unbedeutend“ zu machen. Nach dieser Metrik bräuchten wir einen Filter sehr hoher Ordnung, der sich einem Brickwall / idealen Filter annähert.
Rekonstruktionsfilter
Bei DACs wird die LPF als Rekonstruktion des „Anti-Imaging“-Filters bezeichnet.
Wenn das digitale Signal in ein analoges umgewandelt wird, handelt es sich nicht um ein zeitkontinuierliches Signal. Vielmehr hat es diskrete Änderungen der Spannungen bei der gegebenen Abtastrate. Durch die Tiefleitung des umgewandelten Signals können wir dieses diskrete Signal in den hohen Frequenzen effektiv glätten, um ein typisch zeitkontinuierliches analoges Signal zu erhalten.
Durch das Entfernen der Hochfrequenzanteile des Signals können wir jegliche Verzerrung oder Bildgebung im Signal beseitigen.
Beachten Sie, dass diese Tiefpassfilter idealerweise ideal sein sollten, dh sie sollten Brickwall-Filter sein. Dies wird typischerweise (ungefähr) durch eine LPF mit einer sinc-Impulsantwort erreicht.
Filter zur Entschärfung
Entspannungsfilter werden in Systemen verwendet, in denen Vor- und Entspannungsfilter für eine verbesserte Signalübertragung erforderlich sind. Diese Anwendungen sind vor allem UKW-Radio und Vinyl-Aufnahme / -Wiedergabe.
Vorschwerpunktfilter sind im Allgemeinen Hochpassfilter, Low Shelf Cut oder High Shelf Boost-Filter. Sie werden verwendet, um das Signal-Rausch-Verhältnis im High-End-Bereich (mit UKW-Radio) zu verbessern oder die Speicherung zu verbessern (Vinyl ist notorisch schlecht darin, Low-End-Informationen in seinen Rillen zu speichern).
Bei der Wiedergabe wird dann ein Entspannungsfilter benötigt, um den Effekt des Vorbetonungsfilters rückgängig zu machen und das Signal wieder auf seinen ursprünglichen Frequenzgang zu bringen.
Da Vorschwerpunktfilter von der Hochpassvariante (oder einer ähnlichen) Sorte sind, sind Entspannungsfilter von der Tiefpassvariante (oder ähnlich).
Zur Visualisierung ist hier ein Bild eines Entschärfungsfilters (in blau) und eines Vorbetonungsfilters (in rosa) für UKW-Radio (Zeitkonstante von 75 μs und eine Grenzfrequenz von 2.122 Hz):
In ähnlicher Weise ist der RIAA-Entzerrungsstandard ein Pre/De-Emphasis EQ für die Aufnahme und Wiedergabe von Phonographen/Schallplatten. Es wird durch das Bild unten dargestellt, wobei die blaue Linie den Wiedergabe-EQ (De-Emphasis) und die rosa Linie den Aufnahme-EQ (Vorbetonung) darstellt:
Subwoofer-Frequenzweichen
Subwoofer sind Lautsprecher, die speziell für die Erzeugung der niederfrequenten Schallwellen (in der Regel von 20 Hz bis 200 Hz) des Audiosignals entwickelt wurden.
Diese Lautsprecher sind wichtig in Systemen, die für die Erzeugung des gesamten Bereichs hörbarer Frequenzen ausgelegt sind, da die meisten Lautsprecher diese Low-End-Informationen (wenn überhaupt) nicht genau erzeugen können.
Mehr als die Möglichkeit, die Low-End-Subwoofer zu hören, können wir das Low-End des Audios fühlen.
In Systemen mit Subwoofern wird diesen spezialisierten Lautsprechern in der Regel ein definiertes Frequenzband des gesamten Audiosignals gesendet.
Die Lautsprecherfrequenz (unabhängig davon, ob es sich um eine eigenständige Einheit oder einen Teil eines Leistungsverstärkers handelt) übergibt effektiv das Signal, das an den Subwoofer gesendet wird, so dass keine Mid- / High-End-Informationen gesendet werden. Das Senden von Signalen mit Frequenzen, die außerhalb des dedizierten Subwoofer-Bereichs liegen, kann zu einer nicht idealen und „schlammigen“ Leistung des Subwoofers führen.
Consumer-Subwoofer, wie sie in Automobilen zu finden sind, reproduzieren typischerweise 20 Hz – 200 Hz, während professionelle Live-Beschallungssubwoofer für die Erzeugung von Schall unter 100 Hz ausgelegt sind. THX-zugelassene Systeme sind für die Erzeugung unter 80 Hz ausgelegt.
Einbindung in Bandpassfilter
Was ist ein Bandpassfilter im Audiobereich? Ein Bandpassfilter „passiert“ ein Frequenzband (ein definierter Bereich oberhalb eines niedrigen Grenzwerts und unterhalb eines hohen Grenzwerts), während er Frequenzen unterhalb des niedrigen Grenzwerts und oberhalb des hohen Grenzwerts progressiv dämpft.
Bandpassfilter können als Hochpass- und Tiefpassfilter in Serie/Kaskade betrachtet werden. Die Hochpassfilter-Grenzfrequenz (fH) niedriger als die Tiefpassfilter-Grenzfrequenz (fL).
Hier ist eine visuelle Darstellung eines Bandpassfilterfrequenzdiagramms:
Und hier ist ein vereinfachter Schaltplan, der einen analogen Bandpassfilter mit einem Hochpassfilter erster Ordnung und einem Tiefpassfilter erster Ordnung darstellt:
Einbindung in Bandstopp-Filter
Was ist ein Bandstoppfilter in Audio? Ein Bandstoppfilter (auch bekannt als Notch-Filter oder Band-Reject-Filter) entfernt Frequenzen in einem bestimmten Band innerhalb des gesamten Frequenzspektrums. Es lässt Frequenzen unterhalb des niedrigen Grenzwerts mit Frequenzen über dem hohen Grenzwert passieren.
Bandstoppfilter können als Hochpass- und Tiefpassfilter parallel betrachtet werden. Die Hochpassfilter-Grenzfrequenz (fH) größer als die Tiefpassfilter-Grenzfrequenz (fL).
Hier ist eine visuelle Darstellung eines Bandstopfilterfrequenzdiagramms:
Und hier ist ein vereinfachter Schaltplan, der einen analogen Bandstoppfilter mit einem Hochpassfilter erster Ordnung und einem Tiefpassfilter erster Ordnung darstellt:
Verwandte Fragen
Was ist ein Hochpassfilter im Audio-EQ? Ein Hochpassfilter (HPF) ist ein Audiosignalprozessor, der unerwünschte Frequenzen aus einem Signal unterhalb einer bestimmten Grenzfrequenz entfernt. Es filtert (dämpft) progressiv das Low-End unterhalb seiner Grenzfrequenz, während das High-End durchgelassen wird, idealerweise ohne Änderungen.
Was ist ein Regal-EQ? Shelving EQ verwendet High- und/oder Low-Shelf-Filter, um alle Frequenzen über oder unter einer bestimmten Grenzfrequenz zu beeinflussen. Regale können entweder zum Verstärken / Verstärken oder Schneiden / Dämpfen verwendet werden und beeinflussen alle Frequenzen ab einem bestimmten Punkt gleichermaßen.
