Kamfilter

Frekvensrespons af kamfilterets amplituder (amplituderespons)

Et kamfilter (engelsk kamfilter ) er et filter , signalerne fra visse grupper af frekvensfiltre . I modsætning til lav- pass og high-pass , er det kendetegnet ved flere filter frekvenser med samme frekvens afstand. Amplituderesponset (niveau versus frekvens) af kamfilterets frekvensrespons har et kamlignende udseende, hvor kamfilteret får sit navn.

Et kamfilterfrekvensrespons kan altid genkendes tydeligt ved dets nulpunkter på et signal (amplituderespons), der vises i frekvensområdet, men dette siger ikke nødvendigvis noget om hørbarheden af ​​den mest uønskede effekt, hvis den er i det hørbare område.

Kamfiltre inden for lydteknik

Hvis et signal suppleres supplerende med en tidsforsinket kopi af det samme ("blandet" i betydningen " mixer "), oprettes et kamfiltreret signal. Ved frekvenser og deres multipla, den periode varighed som svarer til den forsinkelse tid, får du to gange signalamplituden (konstruktiv interferens ), mens frekvenserne nøjagtigt i mellem ophæver hinanden (destruktiv interferens). Med en lavere styrke af det forsinkede signal er kamfiltereffekten tilsvarende lavere - forskellene mellem maksima og minima i amplituderespons er mindre markante.

I lydteknisk praksis er der for eksempel ofte utilsigtede overlays med forsinkede signaler - og dermed også kamfiltereffekter: Ved optagelse af en mikrofon kan refleksioner, der vises i rummet, føre til mærkbare, ubehageligt forstyrrende lydfarver med en forsinkelse på mellem 2 og 15 ms. Man skal tale om en "hørbar" kamfiltereffekt her, for kun dette er irriterende. Disse er for det meste gulvrefleksioner eller vægrefleksioner. Efter overlejring af direkte lyd og refleksion, som angivet ovenfor, opstår regelmæssige områder af udryddelse og forstærkning i frekvensresponset. (I øvrigt er princippet også en årsag til falmning i tilfælde af multipath-udbredelse af radiobølger - hvorved frekvensbåndet, der overvejes, er smalt .) De jævnt alternerende minima og maksima med en forskel på et par dB svarer til strukturen af en harmonisk lyd. Vores ører er vant til kamfiltrene under 'naturlig hørelse', og hjernehøresystemet undertrykker i vid udstrækning denne effekt. Elektrisk genererede kamfiltre er mærkbart mere forstyrrende.

Med tilføjede stærke refleksioner lyder musikinstrumenter ofte "potte" (højfrekvente komponenter mangler, kedelig lyd). Farven på lyden bliver særligt irriterende, når lydkilden bevæger sig, hvor tonehøjde som "u-ü-i" eller "i-ü-u" ændres. Denne effekt genereres også elektronisk med fasning eller flangering , som ofte bruges i let musik til specielle effekter . Lydens farve er særligt irriterende med tale, for eksempel når man læser på et reflekterende bord.

Brug af støttemikrofoner kan også føre til misfarvning af kamfilteret, når man optager musik, hvis en lydkilde er optaget med to mikrofoner, og den ene er placeret tættere på den anden. Selv når mikseeffekt lyder med det "tørre" originale signal i mixeren, kan disse kamfiltereffekter opstå på grund af en signalforsinkelse i effektenheden.

For at reducere den hørbare kamfiltereffekt, når du optager lyd med flere støttemikrofoner blandet sammen, skal du se tre-til-en-reglen .

Kamfilter i optik

Langsgående lasertilstande med en Gaussisk forstærkningsprofil i en resonator. Repræsentation: amplitude som en funktion af frekvens

Afhængig af designet forstærkes visse bølgelængder og deres multipler især i en optisk resonator , fordi der kun produceres en stående bølge mellem spejle for bestemte bølgelængder . Følgende forhold gælder for de mulige lysbølgelængder λ i en laserresonator:

Her er N et naturligt tal og L hulrumslængden (afstanden mellem resonatorspejle). Som et resultat genererer en laser altid flere bølgelængder, hvis der ikke træffes modforanstaltninger. Denne effekt er en forudsætning for funktionen af ​​en frekvens kam .

Kamfiltre i tv-teknologi

Avanceret PAL-kamfilter-II (APCF-II, Motorola MC141627FT)

I fjernsynsteknologi blev kamfilteret brugt til at producere et blødere og klarere billede. Det handler om adskillelsen af ​​farvesignalet og det sort / hvide billede i sammensatte signaler, hvor disse to dele blandes sammen; et kamfilter kan udnytte det faktum, at sort / hvid-information gentager sig med linjefrekvensen og dermed reducerer den forstyrrende prikgennemgangseffekt . Kamfiltre blev hovedsageligt brugt i modtagere af høj kvalitet, mens de fleste billige tv har enkle lavpasfiltre .

Kamfiltre i signalbehandling

Med dette enkle FIR-filter forsinkes signalet med K- tidstrin, svækkes af faktoren α og tilføjes igen
Mængden af ​​frekvensrespons for forskellige værdier af α
Pole nul fordeling

Kamfiltre kan implementeres både som kontinuerlige og diskrete filtre. I analog teknologi implementeres tidsforskydningen ved hjælp af en forsinkelseslinje . I det følgende betragtes kun tidsdiskrete kamfiltre af variabel rækkefølge uden feedback, som de anvendes blandt andet inden for digital signalbehandling .

Et digitalt kamfilter uden feedback, som vist i strukturen i den tilstødende figur, har tidsfunktionen:

Her repræsenterer y [n] udgangssekvensen , x [ n ] indgangssekvensen for de målte værdier, der samples og lagres med regelmæssige intervaller . Forsinkelsestiden er beskrevet af filterordren K , α repræsenterer en skaleringsfaktor med værdier mellem −1 og +1, som i det enkleste tilfælde er indstillet lig med +1 og definerer "krusningen" af det absolutte frekvensrespons.

Gennem Z-transformationen kan det diskrete impulsrespons transformeres til det spektrale område til Y ( z )

for at få overførselsfunktionen H ( z ):

Med z = e jΩ , hvor Ω repræsenterer frekvensen relateret til samplingsfrekvensen , resulterer frekvensresponset for dette kamfilter som:

Det resulterende frekvensrespons

er vist i den anden figur med forskellige værdier for α. Det kan ses, at ved α = 1 er krusningen maksimal.

Fordelingen af ​​pol-nul i det komplekse plan viser i figuren til højre for et 8. ordens kamfilter ( K = 8) og α = 0,5 en otte gange pol ved oprindelsen og 8 nuller nær enhedens cirkel . Hvis α = 1, er nuller på enhedens cirkel. Den ensartede position af nuller på enhedscirklen ved α = 1 resulterer i en karakteristisk, kamlignende overføringsfunktion, der giver dette filter sit navn.

litteratur

  • Karl-Dirk Kammeyer , Kristian Kroschel: Digital signalbehandling. Filtrering og spektralanalyse med MATLAB øvelser . 6., korrigeret og suppleret udgave. Teubner, Wiesbaden 2006, ISBN 3-8351-0072-6 , s. 162-163 .

Se også

Weblinks