Ein Hochpassfilter (HPF) ist ein elektronischer Filter, der Signale mit einer Frequenz über einer bestimmten Grenzfrequenz überträgt und Signale mit Frequenzen unter der Grenzfrequenz dämpft. Die Höhe der Dämpfung für jede Frequenz hängt vom Filterdesign ab. Hochpassfilter haben viele Einsatzmöglichkeiten, wie z.B. das Blockieren von Gleichstrom von Schaltkreisen, die auf nicht Nulldurchschnittsspannungen oder Hochfrequenzgeräte reagieren. Sie können auch in Verbindung mit einem Tiefpassfilter zur Herstellung eines Bandpassfilters verwendet werden. Außerdem werden sie auch in anderen Bereichen wie der Mechanik, Akustik, Hydraulik oder in Antennenweichen eingesetzt, wo sie jedoch oft einen anderen Namen tragen. In der Tontechnik beschreibt er also, welche Frequenzen noch enthalten sind, werden also hauptsächlich als Equalizer benutzt werden.
Hochpass 1. Ordnung
Ein einfacher elektronischer Hochpassfilter erster Ordnung wird realisiert, indem eine Eingangsspannung über die Reihenschaltung aus Kondensator und Widerstand gelegt und die Spannung über dem Widerstand als Ausgang verwendet wird. Das Produkt aus Widerstand und Kapazität (R*C) ist die Zeitkonstante (τ); sie ist umgekehrt proportional zur Grenzfrequenz fc, also,
wobei fc in Hertz ist, τ in Sekunden, R in Ohm und C in Farad ist.
Tiefpassfilter
Ein Tiefpassfilter (LPF) ist ein Filter, der Signale mit einer Frequenz, die niedriger als eine ausgewählte Grenzfrequenz ist, überträgt und Signale mit Frequenzen, die höher als die Grenzfrequenz sind, dämpft. Der genaue Frequenzgang des Filters ist abhängig vom Filterdesign. Der Filter wird manchmal als High-Cut-Filter oder Treble-Cut-Filter in Audioanwendungen bezeichnet.
Tiefpassfilter gibt es in vielen verschiedenen Formen, darunter elektronische Schaltungen wie ein Rauschfilter, der in Audio verwendet wird, Anti-Aliasing-Filter zur Aufbereitung von Signalen vor der Analog-Digital-Wandlung, digitale Filter zur Glättung von Datensätzen, akustische Barrieren, Unschärfe von Bildern und so weiter. Die in Bereichen wie dem Finanzwesen verwendete gleitende Durchschnittsoperation ist eine besondere Art von Tiefpassfilter und kann mit den gleichen Signalverarbeitungstechniken analysiert werden, die auch für andere Tiefpassfilter verwendet werden. Tiefpassfilter bieten eine glattere Signalform und entfernen die kurzfristigen Schwankungen.
Beispiele für Tiefpassfilter finden sich in der Akustik, Optik und Elektronik. Eine steife physikalische Barriere neigt dazu, höhere Schallfrequenzen zu reflektieren und wirkt so als akustischer Tiefpassfilter zur Schallübertragung. Wenn Musik in einem anderen Raum gespielt wird, sind die tiefen Töne leicht zu hören, während die hohen Töne abgeschwächt werden. In einem elektronischen Tiefpassfilter für Spannungssignale werden hohe Frequenzen im Eingangssignal gedämpft, aber das Filter weist unterhalb der durch seine RC-Zeitkonstante bestimmten Grenzfrequenz eine geringe Dämpfung auf. Elektronische Tiefpassfilter werden an den Eingängen von Subwoofern und anderen Lautsprechern verwendet, um hohe Töne zu blockieren, die sie nicht effizient reproduzieren können. Funksender verwenden Tiefpassfilter, um harmonische Emissionen zu blockieren, die andere Kommunikationen stören könnten. Der Klangregler vieler E-Gitarren ist ein Tiefpassfilter, mit dem die Höhen im Klang reduziert werden.
Tiefpass 1. Ordnung
Eine einfache Tiefpassfilterschaltung besteht aus einem Widerstand in Reihe und einem Kondensator parallel zur Spannungsquelle/-abnehmer. Der Kondensator weist eine Reaktanz auf, blockiert niederfrequente Signale und drückt sie stattdessen durch die Last. Bei höheren Frequenzen sinkt die Reaktanz, und der Kondensator wirkt effektiv als Kurzschluss. Die Kombination aus Widerstand und Kapazität ergibt die Zeitkonstante des Filters τ = RC. Die Grenzfrequenz (in Hertz), wird durch die Zeitkonstante bestimmt:
Diese Schaltung kann unter Berücksichtigung der Zeit verstanden werden, die der Kondensator zum Laden oder Entladen durch den Widerstand benötigt:
Bei niedrigen Frequenzen bleibt genügend Zeit, damit der Kondensator praktisch auf die gleiche Spannung wie die Eingangsspannung auflädt.
Bei hohen Frequenzen hat der Kondensator nur Zeit, eine kleine Menge aufzuladen, bevor der Eingang die Richtung wechselt. Der Ausgang geht auf und ab, nur ein kleiner Bruchteil der Menge, die der Eingang auf und ab geht. Bei doppelter Frequenz bleibt nur Zeit, um die Hälfte des Betrages aufzuladen.
