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All Pass Filter

03.09.2019

 

Um filtro All Pass é um circuito eletrônico no qual todas as frequências passam igualmente, mas a relação tempo / fase entre as diferentes frequências muda, isso ocorre no atraso da propagação em função da frequência. Geralmente, o filtro é classificado pela frequência em que a mudança de fase cruza 90°. A maioria dos filtros reduz a amplitude (ou seja, a magnitude) do sinal aplicado a ele para alguns valores de frequência, enquanto o filtro all-pass permite que todas as frequências passem sem alterações no nível.

 

O All Pass Filter é diferente de um delay eletrônico porque:

 

- O delay eletrônico apresenta a mesma quantidade de atraso para todas as frequências (Delay puro)

 

-All Pass introduz atraso apenas em uma faixa de frequência limitada

 

-O atraso do All Pass não é igual para o range limitado de frequências, mas muda por frequência (atraso de grupo)

 

Então a ordem de um filtro simples HPF e LPF (Linkwitz-Riley e Butterworth) é classificada em múltiplos de 6dB por oitava para o Butterworthe , com uma mudança de fase em múltiplos de 45°.

 

1ª ordem = 6dB / oct., Com mudança de fase de 45° na freqüência de corte

2ª ordem = 12dB / oct., Com mudança de fase de 90° na freqüência de corte

3ª ordem = 18dB / oct., Com mudança de fase de 135° na frequência de corte

4ª ordem = 24dB / oct., Com mudança de fase de 180° na frequência de corte

 A ordem de um filtro ALL PASS é classificada em múltiplos de mudança de fase de 90 °.

 

1ª ordem = 90° de mudança de fase ao longo da passagem de todas as frequências (All Pass)

2ª ordem = 180° de mudança de fase de ao longo da passagem de todas as frequências.

 

Um filtro ALL PASS de 1ordem em 1Khz

Não produz alteração de fase em 20Khz

Produz 90° de mudança de fase em 1Khz

Produz 180° de mudança de fase em 20Hz

 

Filtro ALL-PASS de primeira ordem em 1Khz (90° @ 1Khz)

Como mostra a imagem, o ALL-PASS de 1ª ordem "despolariza" a faixa de baixa frequência.

 

É possível alterar as frequências do filtro ALL-PASS de 1ª ordem

 

A imagem a seguir mostra 250Hz (vermelho), 1Khz (verde), 4Khz (azul)

Observe que nos 3 exemplos a mudança de fase nas frequências selecionadas (250Hz, 1Khz ou 4Khz) é de 90°.

 

Um filtro ALL PASS de 2ª ordem em 1Khz

Não produz mudança de fase em 20Khz

Produz 180° de mudança de fase em 1Khz

Não produz mudança de fase em 20Hz

 

Um filtro ALL_PASS de 2ª ordem em 1Khz (180° @ 1Khz)

Como mostra a imagem, o filtro ALL PASS mantém a mesma polaridade na faixa de baixa frequência.

 

É possível alterar a frequência de um filtro ALL-PASS de 2ª ordem

 

Como a imagem mostra 250Hz (vermelho), 1Khz (verde), 4Khz (azul)

 

Observe que nos 3 exemplos a mudança de fase da frequência selecionada (250Hz ou 1Khz ou 4Khz) é de 180°.

Um parâmetro adicional em um filtro ALL-PASS é a largura de banda ou "Q" (onde a faixa de frequência em torno de 90° em 1ª ordem ou 180° em 2ª ordem é afetada pela mudança de fase)

 

A imagem a seguir mostra um filtro ALL-PASS em 1Khz, com o “Q” modificado.

Q = 0,5 (vermelho), Q = 1 (verde), Q = 2 (marrom), Q = 4 (azul)

 

Quanto maior a largura de banda (ou a parte inferior do Q), haverá mais frequências com mudança de fase. Se a largura de banda for mais baixa (ou a maior parte do Q), haverá menos frequências com mudança de fase.

 

Como exemplo 4 filtros ALL-PASS (2ª ordem) em um canal. Os parâmetros editáveis são a frequência e o Q

 

O motivo do uso dos filtros ALL-PASS é minimizar as diferenças de fase quando diferentes sistemas de alto-falantes são combinados.

 

Quando as diferenças de fase estão na faixa de 120° a 180°, a combinação resultante é perda de potência.

 

Mas quando as diferenças de fase são menores que 120°, a combinação resulta na soma de potência.

 

Um filtro ALL-PASS é, em outras palavras, um "Equalizador de fase" ou um "compensador de atraso de grupo"

 

A seguinte série de gráficos mostra um exemplo prático do problema e da solução implementada:

 

Em verde, a linha do sistema A

Em vermelho, a linha do sistema B

O sistema B mostra mais alterações de fase e a área de frequências na qual a diferença está entre 150° e 180° é de 250Hz a 500Hz

 

 Combinando a resposta do sistema A e do sistema B, ele mostra perda de frequência entre 250Hz e 500Hz (cancelamento máximo em 300Hz)

Em verde, a linha do sistema A

Em vermelho, a linha do sistema B

Em azul, alinha do processador eletrônico (não processado)

Em verde, a linha do sistema A

Em vermelho, a linha do sistema B

Em azul, a linha do processador eletrônico depois de usar um filtro ALL-PASS de segunda ordem em 287Hz com um "Q" de 1 (isso altera a fase do sistema A, para juntar com a fase do sistema B)

Em verde, a linha do sistema A

Em vermelho, a linha do sistema B

Em azul, a linha do sistema B após o uso do filtro ALL-PASS (observe que a linha azul e vermelha são muito semelhantes na área de resposta de fase)

 

Em azul, a linha combinada da resposta do sistema A (com ALL-PASS) e sistema B.

Em marrom, a linha da resposta combinada do sistema A (sem ALL-PASS) e sistema B.

Observe a forte melhoria na resposta combinada quando a resposta da fase está empatada (correspondente) em cada sistema.

 

 

Fonte: Meyer Sound

Traduzido por Douglas Barba

 

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