Cos'è il filtro Butterworth?

Spesso utilizzato nella lavorazione del segnale, un filtro Butterworth viene generalmente utilizzato nei circuiti audio per installazioni commerciali, case e stereo automobilistici.In genere realizzato in una serie di induttori e condensatori su un circuito, il filtro non crea un effetto increspato nelle frequenze e nelle lunghezze d'onda che lo attraversano, come mostrato in un'analisi grafica.Il sistema è quindi anche chiamato filtro di magnitudo massimo.È chiamato per l'ingegnere e matematico Stephen Butterworth che ha scritto per la prima volta sul filtro nel 1930.

I filtri Butterworth sono usati in molti tipi di altoparlanti audio.Generalmente forniscono crossover audio, che è il filtraggio dei segnali audio in frequenze diverse mentre la musica viene riprodotta.I filtri mantengono queste frequenze separate l'una dall'altra durante l'elaborazione audio.Il controllo del volume e della distorsione, sia per i sistemi analogici che digitali, sono in genere il risultato dell'elaborazione indipendente di queste diverse frequenze audio.

Esistono diversi tipi di progettazione del filtro Butterworth, in genere definite da configurazioni chiamate topologie.I condensatori di shunt e gli induttori di serie sono disposti nella topologia di Cauer, mentre una topologia a chiavi saltene utilizza resistori e condensatori, nonché componenti elettronici chiamati amplificatori e buffer operativi.Le diverse configurazioni nei circuiti sono generalmente sviluppate attraverso formule matematiche che incorporano concetti come polinomi, logaritmi e trigonometria.

Equazioni diverse possono essere utilizzate per determinare l'entità della risposta di frequenza, la fase elettrica e il tempismo tra l'ingresso e l'uscita.I condensatori e gli induttori possono essere cambiati fisicamente per creare un filtro Butterworth passa-alto.Un'altra configurazione del circuito crea generalmente un filtro passa-banda, mentre è anche possibile realizzare anche un dispositivo di stop di banda.I condensatori e gli induttori possono essere miscelati in diversi modi per costruire il tipo di filtro desiderato.Esistono molti altri tipi di filtri, come Bessel e Chebychev, che sono caratterizzati da diversi tassi di risposta e perdita di intensità di frequenza o attenuazione. Sono generalmente necessarie capacità matematiche per costruire vari progetti come un filtro Butterworth a basso passaggio.Le formule numeriche in genere aiutano a determinare quali saranno le caratteristiche del filtro, come la frequenza di taglio.Ci sono strumenti su Internet, tuttavia, che possono rendere automaticamente questi calcoli per chiunque costruisca un filtro Butterworth per la prima volta.Il tipo di passa-basso può essere creato utilizzando circuiti prototipo per la progettazione di sistemi elettronici e il più delle volte non è necessaria esperienza nella costruzione di tale filtro per crearne uno.