Kasutaja:Kõrgpääsfilter

Kõrgpääsfilter on elektrooniline filter, mis laseb läbi kõik sagedused, mis on üle mahalõikesageduse ning blokeerib kõik sagedused, mis on alla mahalõikesageduse. Kõrgpääsfilter on täpne vastand madalpääsfiltrile, kus madalpääsfilter lubab läbi kõik signaalid, mis on allapoole mahalõikesagedust f_c, kuid kõrgpääsfilter lubab läbi kõik signaalid mis on üle f_c ning blokeerib kõik ülejäänud. Läbilaskevõime oleneb filtri disainist.

Kõrgpääsufiltreid kasutatakse mitmetel erinevatel otstarvetel nagu pilditöötluses pildi teravdamisel, heli müra eemaldamisel, kui ka võimendite kaitsmisel alalisvoolu eest.

Esimese järguline pidev implementatsioon

Pilt 1: passiivne, analoog, kõrgpääsfilter

Pildil 1 on kujutatud lihtsat esimese järgu elektroonilist kõrgpääsfiltrit, kus takisti ja kondensaator on ühendatud jadamisi. Sisendsignaal rakendatakse kondensaatorile ning väljundiks on pinge takistil.

Selles vooluahelas on kondensaatoril kõrge reageerimine madalamatel sagedustel, seega toimib see avatud ahelana nii kaua, kuni piirsagedus on saavutatud. Filter summutab kõik signaalid, mis jäävad alla mahalõikesageduse.

Pilt 2: Aktiivne kõrgpääsfilter

Pilt 2 näitab kõrgpääsfiltri kasutust operatsioonvõimendil. Lõpmata väljundi saamise asemel piirab siin väljundit operatsioonvõimendi ahela omadused, mille tõttu töötab see filter ribapääsfiltrina, mille piirsagedus on määratletud operatsioonvõimendi ribalaiuse ja võimendusnäitajatega.

Teise järguline kõrgpääsfilter

Teise järgu kõrgpääsufiltri sageduskarakteristik on sarnane esimese järgu kõrgpääsfiltrile, kuid teise astme kõrgpääsfiltri stoppriba on kaks korda suurem kui esimese järgu oma (40dB). Kõrgema järgu filtreid saab moodustada esimese ja teise järgu filtrite järkjärgulise lisamisega. Mida rohkem on filtreid, seda suurem on filtri suurus, kuid halvem täpsus.

Kuna kondensaatori takistus muutub sageli, on elektrooniliste filtrite reageerimine sagedusest sõltuv. Kondensaatori komplekstakistus on antud kujul $Z_{c}=1/s_{C}.$, kus $s=\sigma +j$ ω , kus ω on nurksagedus radiaanides sekundis. Ahela ülekandefunktsiooni võib leida standardsete vooluringide meetodite abil nagu Ohmi seadus ja Kirchhoffi seadus.

Kõrgpääsfiltri omadused

Kõrgpääsfiltri ülekandefunktsioon on järgmine:

${\frac {V_{out}(s)}{V_{in}(s)}}={\frac {sRC}{1+sRC}}.$

Takistuse ja kondensaatori mahtuvuse korrutis on ajakonstant ($\tau$), mis on pöördvõrdeline mahalõikesagedusega $f_{c}$, mille valem on omakorda

$f_{c}={\frac {1}{2\pi \tau }}={\frac {1}{2\pi RC}},\,$

$f_{c}$ ühikuks on herts, $\tau$ ühikuks sekund , $R$ ühikuks oom ja $C$ ühikuks farad. Mahalõikesagedus on seal, kus filtri poolus tasandab filtri sagedusreaktsiooni.

Vooluahela võimendus saadakse valemiga

${\frac {V_{out}(s)}{V_{in}(s)}}={\frac {-sR_{2}C}{1+highp_{1}C}}.$

Kasutusvõimalused

Pilditöötlus

Kõrgpääs- ja madalpääsfiltreid kasutatakse digitaalses pilditöötluses, et teostada erinevaid pildi täiustusi kasutades selleks nii aja- kui ka sagedusdomeeni.

Teravdamine

Kõrgpääsfiltrit on võimalik kasutada pildi teravdamiseks ning see on mitmete teravdusmeetodite aluseks. Vastupidiselt madalpääsfiltrile kõrgpääsfilter võimendab pildi detaile ning suurendab müra. Seetõttu võiks algne pilt olla filtri rakendamiseks piisavalt müravaene. Pilt muutub teravamaks, kui kõrvuti asetsevate alade vahel on kontrastsus suurenenud.

Kõrgpääsfiltri kernel on loodud suurendama keskmise piksli heledust ümbritsevate pikslite suhtes. Kerneli massiiv sisaldab tavaliselt keskel ühte positiivset väärtust, mis on ümbritsetud negatiivsete väärtustega. Järgnev näide on kerneli tuumast:

-1/9	-1/9	-1/9
-1/9	8/9	-1/9
-1/9	-1/9	-1/9

Audio

Kõrgpääsfiltreid kasutatakse ka audiotöötluses, kus suurimaks kasutusalaks on erinevate mürakomponentide eemaldamine. Seda filtrit kutsutakse mürafiltriks, mida kasutatakse soovimatude helide eemaldamiseks, milleks on näiteks müra eemaldamine vokaalidelt, kus kõik mis jääb alla 100Hz loetakse müraks. Müra võib olla nii mikrofoni madal mühin, kodustuudio keskkond või laulja liiga lähedale sattumine mikrofonile.

Lisaks sellel kasutatakse kõrgpääsfiltrit audioülekandes, et suunata kõrgemad sagedused tviiterisse ja nõrgendades samal ajal basssignaale, mis muidu võivad kõlarit segada või kahjustada.Samuti kasutatakse kõrgpääsfiltreid vahelduvvoolu ühendamiseks paljude võimendite sisenditel, et hoida ära alalisvool, mis võib kahjustada võimendit.