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음향:signal_processor:filter
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필터

필터주파수 영역에서 신호를 변형하거나 선택하는 기능을 가진 전기 또는 신호 처리 장치입니다. 필터는 일정 주파수 이상 또는 이하의 신호를 통과시키거나 차단함으로써 원하는 주파수 대역의 신호만을 추출하거나 제거합니다. 이를 통해 원하는 신호주파수 성분을 강조하거나 원하지 않는 잡음이나 주파수 성분을 억제할 수 있습니다.

파라미터

  • Cut-off Frequency(차단 주파수): 필터의 cut-off frequency는 필터신호를 차단하기 시작하는 주파수를 의미합니다. 이 값은 필터주파수 응답 특성을 결정하며, cut-off frequency 아래에 있는 주파수는 통과되고, cut-off frequency 이상의 주파수는 차단됩니다.
  • Resonance(공진): 일부 필터는 resonance 또는 Q 팩터라고도 하는 공진 기능을 가지고 있습니다. 이는 필터가 cut-off frequency 근처에서 주파수를 강조하거나 증폭시키는 기능을 의미합니다. Resonance은 필터의 특정 주파수 영역에서의 강도를 조절하고, 세부 주파수 성분을 강조하는 데 사용됩니다.
  • Order(차수): 필터의 차수는 필터의 복잡성과 주파수 응답 특성을 결정하는 파라미터입니다. 일반적으로 차수가 높을수록 필터의 기능과 정확도가 향상되지만, 설계 및 구현이 복잡해질 수 있습니다.

Filter Type

  • Low pass filter: Low-pass 필터는 cut-off frequency 이하의 주파수를 통과시키고, cut-off frequency 이상의 주파수를 차단합니다. 이러한 필터는 고주파 잡음을 제거하거나, 신호의 저주파 성분을 강조하는 데 사용됩니다.
  • Band pass filter: Band-pass 필터는 특정 주파수 대역을 선택적으로 통과시키고, 그 외의 주파수를 차단합니다. 이러한 필터는 특정 주파수 대역의 신호를 추출하거나 원하지 않는 주파수 성분을 제거하는 데 사용됩니다.
  • High pass filter: High-pass 필터는 cut-off frequency 이상의 주파수를 통과시키고, cut-off frequency 이하의 주파수를 차단합니다. 이러한 필터는 저주파 잡음을 제거하거나, 신호의 고주파 성분을 강조하는 데 사용됩니다.
  • Notch filter: 노치 필터(Notch filter)는 특정 주파수를 억제하는 필터입니다. 주로 특정 주파수에서 발생하는 잡음이나 원하지 않는 신호를 제거하기 위해 사용됩니다.
  • All pass filter: 모든 음역대를 통과 시키지만 특정 주파수에서의 위상왜곡 시킨다.

디지털 필터

디지털 필터의 일반적인 내용인 파라미터나 Type은 아날로그 필터와 동일하다. 하지만 디지털 필터는 동작 방식에 따라 크게 두가지로 나뉘게 된다.

FIR filter

Finite Impulse Response Filter

필터의 설계상 각 주파수의 탭에 대하여 각기 따로 연산해야 하므로 레이턴시가 필연적으로 발생하며, 탭의 갯수가 늘어날 수록 레이턴시가 점점 늘어난다. 위상 왜곡이 발생하지 않기 때문에 Linear 필터 설계가 가능하다.

FIR 필터에 임펄스 신호를 입력하였을 때 출력 반응이 유한하다.(그래서 Finite Impulse Response라는 이름이 붙었다.)

IIR filter

Infiite Impulse Response Filter

아날로그 필터의 설계를 그대로 디지털로 적용하는 방식의 필터이다. 아래에 있는 그림들처럼 Butterworth 나 Elliptic 등의 아날로그 소자 설계를 바탕으로 디지털 알고리즘으로 적용하여 사용하게 된다.

필터의 설계 자체는 각 주파수 탭에 따른 기반이 아니고 모든 주파수 데이터에 대해 동일한 함수를 거치게 되므로 레이턴시 측면에서 매우 유리하고, 빠르게 동작한다.

FIR 필터에 임펄스 신호를 입력하였을 때, 결과로 나오는 출력 반응이 무한하게 반복된다. 피드백이 있기 때문이다. (그래서 Infinite impulse Response라는 이름이 붙었다.)

일반적인 디지털 이퀄라이저필터 설계에 많이 사용된다.

Butterworth 의 IIR 알고리즘

2Pole filter의 IIR 알고리즘

2Pole filter의 아날로그 회로

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음향/signal_processor/filter.1696172495.txt.gz · 마지막으로 수정됨: 2023/10/02 저자 정승환