LPFとHPFとBPFとBSFの違い！【フィルタ】

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f_C』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】
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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)

ローパスフィルタは、カットオフ周波数f_Cより低い周波数成分を通過させ、カットオフ周波数f_C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。

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f_Cより低い周波数成分を減衰させ、カットオフ周波数f_C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。

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f_C1＜f＜f_C2)の成分を通過させ、それ以外の周波数帯域(上図ではf＜f_C1,f_C2＜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)

バンドストップは、設定した周波数帯域(上図ではf_C1＜f＜f_C2)の成分を減衰させ、それ以外の周波数帯域(上図ではf＜f_C1,f_C2＜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。