Filtro pasa bajos (LPF)
| Definición Breve | Filtro que deja pasar las señales bajas y atenúa las más altas |
|---|---|
| Tema | Filtros |
| Subtema | Filtro pasa bajo |
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Definición
El filtrado de frecuencias es un método de procesamiento de las señales digitales. Éste proceso digital permite que la frecuencia de muestreo se limite a un determinado rango de frecuencias permitidas.
El Filtro Pasa Bajos o LPF deja pasar todas las frecuencias desde 0HZ hasta la frecuencia límite denominada Frecuencia de corte Su uso frecuentemente se da en los dispositivos de reproducción de audio como los subwoofer y en dispositivos de telecomunicaciones tales como la radio y la televisión.
Aplicación en Acústica
Para obtener una precisa fidelidad del sonido en altas potencias, es necesario dividir las frecuencias para cada parlante específico. Tengamos en cuenta que las frecuencias tienen polarizaciones diferentes de acuerdo a su amplitud, es decir, que cuando el parlante empuja hacia afuera al reproducir una frecuencia baja, al mismo tiempo puede haber una frecuencia media o alta que obliga al parlante a ir hacia adentro generando movimientos encontrados que no permiten que ninguna de las frecuencias se emitan perfectamente. Por esta razón se hace necesario dividir las frecuencias antes de ser amplificadas y usar un amplificador para cada grupo de frecuencias, es en ese momento que se requieren de los filtros.
En el siguiente ejemplo se puede observar cómo a partir del segundo 00:00:09 el filtro pasa bajos cumple su función atenuando los sonidos agudos.
Tipos y Funciones del Filtro Pasa Bajos (LPF)
Los filtros pasa bajos pueden ser de primer orden cuando su curva característica presenta una pendiente de 6 decibelios por octava por encima de la frecuencia de corte y de segundo orden si reducen su amplificación 12 decibelios por octava que aumenta la frecuencia. Por ende, los filtros pasa bajos de primer orden dan buen resultado con amplificadores de menos de 200W, para amplificadores superiores ya se precisa la construcción de un filtro pasa bajos de segundo orden.
Filtro pasa bajos de primer orden
Este filtro posee un canal de entrada, un canal de salida, dos resistencias que genera resistencia al paso de la corriente y un capacitor que almacena y polariza energia, entonces
Vin = I x Z = I x (R2 + XC2)1/2
Vo = I x XC
Vo = Vin / ( 1 + (2 x π x RC)2 )1/2
donde Z = Impedancia
En la frecuencia de corte la señal entrante decae hasta un 70.7 % de su valor máximo. Y esto ocurre cuando XC = R. (reactancia capacitiva = resistencia). Si XC = R, la frecuencia de corte será: Fc = 1 / (2 x π x RC)
Filtro pasa bajos de segundo orden
El filtro de segundo orden puede sintetizarse como una cadena de dos unidades de primer orden mediante un amplificador operacional
La resistencia en este caso debe estar comprendida entre 1kΩ y 100kΩ para encontrar una respuesta óptima del filtro. El amplificador utilizado es un amplificador no inversor cuya ganancia en voltaje es la siguiente: Av = RF / R1 + 1. Para este tipo de filtro que es de segundo orden o de 12DB/oct, la ganancia del filtro no debe superar 1,5.
Ejemplos
- En el tema "Musique" de Daft punk ( https://www.youtube.com/watch?v=tDBgbFk2d-A), podemos escuchar como a partir del minuto 0:13 es utilizado un filtro pasa bajos. Los elementos sonoros que participan del tema a partir del minuto 0:13 son casi o los mismos que antes (voces humanas cantando "Musique", específicos sonidos de batería, etc.) ; este método de procesamiento es utilizado para generar cambio tímbrico, que altera las cualidades de todos los sonidos presentados anteriormente y que marca rotundamente el comienzo de otro momento del tema . Este método es y ha sido fuertemente utilizado por algunas ramas de la música electrónica como el House. A partir del minuto 0:30 se puede percibir como este filtro se va "abriendo" y "cerrando", es decir, como se captan y suprimen frecuencias altas (limitándose el uso del filtro de bajos), jugándose con los matices tímbricos. La expectativa de una presencia mas holgada en frecuencias altas va creciendo y se concreta en el minuto 1:02. El método es utilizado durante todo el tema, en diferentes momentos, en los cuales (entre otras cosas) se repite el proceso de expansión de las frecuencias altas. El concepto del filtro pasa bajos es una de las ideas centrales del tema, y funciona como una especie de generador de tensión en el que la resolución radica en la aparición de las frecuencias altas.
- En el archivo que he subido se pueden oir una serie de notas que se suceden y se repiten (sol - la - si - la) que al principio suenan con un gran brillo, producto de los armónicos agudos que suenan junto a los armónicos graves. A medida que se va acercando el final del audio, y teniendo en cuenta la utilización del filtro pasa bajos que va recortando progresivamente los armónicos más agudos, el sonido se va volviendo más opaco, puesto que se siguen escuchando únicamente los armónicos mas graves. Así funciona un filtro pasa bajos.
- El archivo que he subido como ejemplo refleja la función de un filtro pasa bajos (L. P. F.). Al escucharlo se podrá notar como aplico el filtro pasa bajos. La función del filtro pasa bajos es (como por ejemplo en el archivo que he subido), hay una integridad de la señal sonora podemos medirlas en la unidad de frecuencias (Hz), sonando acústicamente a través de un monitor (auricular, parlante, etc.), lo que suena está creado electrónicamente, la señal de audio integralmente desde el comienzo no se le adjudica modificaciones en su espectro, pero se puede percirbir la aplicación de (low pass filter) cuando la integridad de frecuencias del espectro son modificadas. Notaremos en el ejemplo dado que el espectro de la señal de audio es filtrada en varias secciones, quiere decir que las frecuencias (Hz) (teniendo en cuenta el rango de umbral de audibilidad en el humano que es entre 16 o 20 Hz por segundo hasta 16 KHz o 20 KHz por segundo) son seleccionadas por el filtro pasa bajos en tres rangos generalmente: frecuencias (graves) (low frecuencies), frecuencias (medias) (mid frecuencies), frecuencias (agudas) (high frecuencies). En éste ejemplo aplicando el filtro pasa bajos la frecuencias graves siguen sonando, las frecuencias medias no, y las frecuencias agudas tampoco. Los filtros pueden ser controlados acústicamente, pero también con mucha precisión electrónicamente, es decir por bandas de frecuencia (Hz) por ejemplo en el caso del low pass filter la señal de audio íntegra es filtrada con una frecuencia de corte modificable, por ejemplo siguen sonando frecuencias desde 16 Hz / 20 Hz a 100 Hz a partir de 100,00000000...1 Hz se atenúan. Un filtro (en éste caso filtro pasa bajos), percibimos acústicamenete y psicoacústicamente la señal de audio con reducción de armónicos medios y agudos. Podemos afirmar que hay un cambio tímbrico perceptible. Los sintetizadores analógicos tienen filtros modulados por voltage eléctrico y los sintetizadores electrónicos digitales sus respectivos filtros ya no controlados por voltage. [https://www.youtube.com/watch?v=0Vzo7H-OgFM
Referencias
http://unicrom.com/filtro-activo-paso-amplificador-operacional
http://construyasuvideorockola.com/proy_filtrobass.php http://unicrom.com http://maestrat.260mb.net/chert/juliansegarraesbri/filtropasabajos.htm?i=1 https://www.youtube.com/watch?v=tDBgbFk2d-A