LPFとHPFとBPFとBSFの違い!【フィルタ】

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この記事では『フィルタ』について

  • フィルタの種類
  • ローパスフィルタ(LPF)とは
  • ハイパスフィルタ(HPF)とは
  • バンドパスフィルタ(BPF)とは
  • バンドストップフィルタ(BSF)とは

などを図を用いて分かりやすく説明するように心掛けています。ご参考になれば幸いです。

【フィルタの種類】『LPF』と『HPF』と『BPF』と『BSF』の違い

【フィルタの種類】『LPF』と『HPF』と『BPF』と『BSF』の違い

フィルタは信号を通過・減衰する周波数により、ローパスフィルタ(LPF)ハイパスフィルタ(HPF)バンドパスフィルタ(BPF)バンドストップフィルタ(BSF)に分類することができます。

また、フィルタにおいて、信号を通過させる周波数帯域を『通過域』といい、信号を減衰させる周波数帯域を『減衰域』といい、通過域と減衰域の境目となる周波数のことを『カットオフ周波数fCといいます。

では、次にローパスフィルタ(LPF)ハイパスフィルタ(HPF)バンドパスフィルタ(BPF)バンドストップフィルタ(BSF)の特徴について順番に説明していきます。

補足

  • 通過域は『通過帯域』とも呼ばれています。英語では『Pass Band』と書きます。
  • 減衰域は『減衰帯域、阻止域、阻止帯域、遮断域、遮断帯域』とも呼ばれています。英語では『Stop Band』と書きます。
  • カットオフ周波数は『遮断周波数、コーナー周波数(Corner Frequency)、3dBポイント』とも呼ばれています。『カットオフ周波数って何?』という方は下記の記事が役に立つと思いますので、ご参考にしてください。
  • 『カットオフ周波数(遮断周波数)』とは?【フィルタ回路】
    『カットオフ周波数(遮断周波数)』とは?【フィルタ回路】

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フィルタとは?

『コイル(インダクタ)のインピーダンス\({\dot{Z}_L}\)』と『コンデンサのインピーダンス\({\dot{Z}_C}\)』は次式で表されます。

\begin{eqnarray}
{\dot{Z}_L}&=&j{\omega}L=j2{\pi}fL\\
\\
{\dot{Z}_C}&=&\frac{1}{j{\omega}C}=\frac{1}{j2{\pi}fC}
\end{eqnarray}

上式から分かるように、『コイルのインピーダンス\({\dot{Z}_L}\)』は周波数\(f\)に比例し、『コンデンサのインピーダンス\({\dot{Z}_C}\)』は周波数\(f\)に反比例する特性を持っています。これらの特性を利用することで、信号の特定の周波数を『通過』または『減衰』させる回路のことを『フィルタ』と呼びます。

ローパスフィルタ(LPF)

ローパスフィルタ(LPF)

ローパスフィルタは、カットオフ周波数fCより低い周波数成分を通過させ、カットオフ周波数fCより高い周波数成分を減衰させるフィルタです。

ローパスフィルタは英語では『Low-Pass Filter』と書きます。英語の頭文字をとって、『LPF』と表記されることもあります。

補足

  • ローパスフィルタは『低域通過フィルタ、低域通過濾波器(ろはき)、ハイカットフィルタ(High-Cut Filter)、高域遮断フィルタ、高域阻止フィルタ』とも呼ばれています。
  • カットオフ周波数より低い周波数成分(ロー)を通過(パス)させるフィルタなので、ローパスフィルタと呼ばれています。

あわせて読みたい

コイルL、コンデンサC、抵抗Rなどの素子を組み合わせることで様々なローパスフィルタを構成することができます。下記の記事では各ローパスフィルタの『伝達関数』や『周波数特性』を説明していますので、ご参考になれば幸いです。

ハイパスフィルタ(HPF)

ハイパスフィルタ(HPF)

ハイパスフィルタは、カットオフ周波数fCより低い周波数成分を減衰させ、カットオフ周波数fCより高い周波数成分を通過させるフィルタです。

ハイパスフィルタは英語では『High-Pass Filter』と書きます。英語の頭文字をとって、『HPF』と表記されることもあります。

補足

  • ハイパスフィルタは『高域通過フィルタ、高域通過濾波器(ろはき)、ローカットフィルタ(Low-Cut Filter)、低域遮断フィルタ、低域阻止フィルタ』とも呼ばれています。
  • カットオフ周波数より高い周波数成分(ハイ)を通過(パス)させるフィルタなので、ハイパスフィルタと呼ばれています。

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コイルL、コンデンサC、抵抗Rなどの素子を組み合わせることで様々なハイパスフィルタを構成することができます。下記の記事では各ハイパスフィルタの『伝達関数』や『周波数特性』を説明していますので、ご参考になれば幸いです。


バンドパスフィルタ(BPF)

バンドパスフィルタ(BPF)

バンドパスフィルタは、設定した周波数帯域(上図ではfC1<f<fC2)の成分を通過させ、それ以外の周波数帯域(上図ではf<fC1,fC2<f)の成分を減衰させるフィルタです。

バンドパスフィルタは英語では『Band-Pass Filter』と書きます。英語の頭文字をとって、『BPF』と表記されることもあります。

補足

  • バンドパスフィルタは『帯域通過フィルタ、帯域通過濾波器(ろはき)』とも呼ばれています。
  • 設定した周波数帯(バンド)を通過(パス)させるフィルタなので、バンドパスフィルタと呼ばれています。

バンドストップフィルタ(BSF)・バンドリジェクションフィルタ(BRF)・バンドエリミネーションフィルタ(BEF)

バンドストップフィルタ(BSF)

バンドストップは、設定した周波数帯域(上図ではfC1<f<fC2)の成分を減衰させ、それ以外の周波数帯域(上図ではf<fC1,fC2<f)の成分を通過させるフィルタです。

バンドストップフィルタは英語では『Band-Stop Filter』と書きます。英語の頭文字をとって、『BSF』と表記されることもあります。

バンドストップフィルタは『バンドリジェクションフィルタ(BRF:Band-Rejection Filter)』や『バンドエリミネーションフィルタ(BEF:Band-Elimination Filter)』と呼ばれることもあります。

補足

  • バンドパスフィルタはその他にも『帯域阻止フィルタ、帯域阻止濾波器(ろはき)、帯域除去フィルタ』とも呼ばれています。
  • 設定した周波数帯(バンド)を阻止(ストップ)させるフィルタなので、バンドストップフィルタと呼ばれています。
  • 信号を減衰させる周波数待機が狭いバンドストップフィルタは『ノッチフィルタ(Notch Filter)』や『Tノッチフィルタ(T-Notch Filter)』と呼ばれています。ノッチフィルタについては別途下記の記事で説明していますので、ご参考になると思います。
ノッチフィルタの回路図と設計方法
【ノッチフィルタとは】設計方法や用途について

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まとめ

この記事では『フィルタ』について、以下の内容を説明しました。

  • フィルタの種類
  • ローパスフィルタ(LPF)とは
  • ハイパスフィルタ(HPF)とは
  • バンドパスフィルタ(BPF)とは
  • バンドストップフィルタ(BSF)とは

お読み頂きありがとうございました。

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