Tapis pelewat tinggi

Tapis pelewat tinggi atau tapis lolos tinggi (bahasa Inggris: high-pass filter) adalah filter untuk menyalurkan sinyal frekuensi tinggi dan meredam frekuensi rendah. Tapis pelewat tinggi dalam kondisi ideal apabila tapis pelewat tinggi tidak pernah melewatkan sinyal dengan nilai frekuensi di bawah frekuensi batas. Jumlah redaman untuk setiap frekuensi bergantung pada desain filter. Tapis pelewat tinggi biasanya dimodelkan sebagai sistem linier invarian waktu. Tapis pelewat tinggi memiliki banyak kegunaan, seperti memblokir DC dari sirkuit yang sensitif terhadap tegangan rata-rata bukan nol atau perangkat frekuensi radio. Tapis pelewat tinggi juga dapat digunakan dengan dengan tapis pelewat rendah untuk menghasilkan tapis pelewat pita.

Dalam optik, filter sering kali dikarakterisasi berdasarkan panjang gelombang, bukan frekuensi. High-pass dan low-pass memiliki makna yang berlawanan, dengan filter "high-pass" (lebih umum disebut "short-pass") yang hanya melewatkan panjang gelombang yang lebih pendek (frekuensi yang lebih tinggi), dan sebaliknya untuk "low-pass" (lebih umum disebut "long-pass").

Deskripsi

Dalam elektronika, filter adalah rangkaian elektronika yang menghilangkan frekuensi dari sinyal (tegangan atau arus yang bervariasi terhadap waktu) yang diterapkan ke port inputnya. Tapis pelewat tinggi melemahkan frekuensi di bawah frekuensi tertentu, yang disebut frekuensi batasnya, dan membiarkan frekuensi lebih tinggi melewatinya. Hal ini berbeda dengan tapis pelewat rendah, yang meredam frekuensi yang lebih tinggi daripada frekuensi tertentu, dan tapis pelewat pita, yang membiarkan pita frekuensi tertentu lewat dan meredam frekuensi yang lebih tinggi maupun lebih rendah daripada pita tersebut.^{[butuh rujukan]}

Dalam optik, tapis pelewat tinggi adalah transparan atau tembus cahaya dari bahan berwarna yang memungkinkan cahaya lebih panjang dari panjang gelombang tertentu untuk melewatinya dan melemahkan cahaya dengan panjang gelombang lebih pendek.^{[butuh rujukan]}

Sirkuit waktu kontinu

Pasif tingkat pertama

Tapis pelewat tinggi pasif yang dibentuk dengan rangkaian RC

Sebuah resistor dan kapasitor atau induktor dapat dikonfigurasikan sebagai tapis pelewat tinggi tingkat pertama. Tapis pelewat tinggi kapasitif tingkat pertama sederhana yang ditunjukkan pada gambar yang diimplementasikan dengan menempatkan tegangan input melintasi kombinasi seri kapasitor dan resistor dan menggunakan tegangan melintasi resistor sebagai output. Fungsi transfer sistem linear invarian waktu ini adalah:^{[butuh rujukan]}

{\frac {V_{\rm {out}}(s)}{V_{\rm {in}}(s)}}={\frac {sRC}{1+sRC}}.

Hasil kali resistansi dan kapasitansi (R×C) adalah konstanta waktu (τ); berbanding terbalik dengan frekuensi cutoff f_c, yaitu,

f_{c}={\frac {1}{2\pi \tau }}={\frac {1}{2\pi RC}},\,

di mana f_c dalam satuan hertz, τ dalam satuan detik, R dalam satuan ohm, dan C dalam satuan farad. Respons frekuensi filter mencapai -3dB yang direferensikan ke pada frekuensi tak terhingga pada frekuensi batas.

Aktif tingkat pertama

Gambar menunjukkan implementasi elektronik aktif dari tapis pelewat tinggi tingkat pertama menggunakan penguat operasional. Fungsi transfer dari sistem linear invarian waktu ini adalah:^{[butuh rujukan]}

{\frac {V_{\rm {out}}(s)}{V_{\rm {in}}(s)}}={\frac {-sR_{2}C}{1+sR_{1}C}}.

Dalam kasus ini, filter memiliki gain passband sebesar −R₂/R₁ dan memiliki frekuensi batas sebesar

f_{c}={\frac {1}{2\pi \tau }}={\frac {1}{2\pi R_{1}C}},\,

Karena filter ini aktif, maka filter ini mungkin memiliki gain passband non-unity. Artinya, sinyal frekuensi tinggi dibalik dan diperkuat oleh R₂/R₁.

Semua tapis pelewat tinggi tingkat pertama ini disebut diferensiator, karena mereka melakukan diferensiasi untuk sinyal yang pita frekuensinya jauh di bawah frekuensi batas filter.

Tingkat lanjut

Filter dengan tingkat lanjut memiliki kemiringan lebih curam di stopband, sehingga kemiringan filter tingkat ke-n sama dengan 20n dB per dekade. Filter tingkat lanjut dapat dicapai hanya dengan menggabungkan filter tingkat pertama ini. Sementara pencocokan dan pemuatan impedansi harus diperhitungkan saat merangkai filter pasif, filter aktif dapat dengan mudah dirangkai karena sinyal dipulihkan oleh output penguat operasional di setiap tahap. Berbagai topologi filter dan filter sintesis jaringan untuk tingkat yang lebih lanjut tersedia, yang memudahkan desain.^{[butuh rujukan]}

Aplikasi

Audio

Tapis pelewat tinggi memiliki banyak aplikasi. Mereka digunakan sebagai bagian dari crossover audio untuk mengarahkan frekuensi tinggi ke tweeter sambil melemahkan sinyal bass yang dapat mengganggu atau merusak speaker. Bila filter semacam itu terpasang pada kabinet pengeras suara, biasanya filter tersebut merupakan filter pasif yang juga menyertakan tapis pelewat rendah untuk woofer dan sering kali menggunakan kapasitor sekaligus induktor (walaupun tapis pelewat tinggi yang sangat sederhana untuk tweeter dapat terdiri dari kapasitor seri dan tidak ada yang lain). Sebagai contoh, rumus di atas, diterapkan pada tweeter dengan resistansi 10 Ω, akan menentukan nilai kapasitor untuk frekuensi batas 5 kHz. $C={\frac {1}{2\pi fR}}={\frac {1}{6.28\times 5000\times 10}}=3.18\times 10^{-6}$ , atau sekitar 3.2 μF.

Alternatifnya, yang memberikan suara berkualitas bagus tanpa induktor (yang rentan terhadap kopling parasit, mahal, dan mungkin memiliki resistansi internal yang signifikan) adalah dengan menggunakan bi-amplifikasi dengan filter RC aktif atau filter digital aktif dengan penguat daya terpisah untuk setiap pengeras suara. Crossover level saluran tegangan dan arus rendah seperti ini disebut crossover aktif.^[1]

Filter gemuruh merupakan tapis pelewat tinggi yang diterapkan untuk menghilangkan suara yang tidak diinginkan di dekat ujung bawah jangkauan suara atau di bawahnya. Misalnya, suara bising (misalnya langkah kaki atau suara motor dari pemutar rekaman dan dek pita) dapat dihilangkan karena tidak diinginkan atau dapat membebani rangkaian pemerataan RIAA pada preamp.^[1]

Filter lolos tinggi juga digunakan untuk kopling AC pada input banyak penguat daya audio, untuk mencegah penguatan arus DC yang dapat merusak penguat, mengurangi ruang bebas penguat, dan menghasilkan panas terbuang pada kumparan suara pengeras suara. Satu amplifier, model audio profesional DC300 yang dibuat oleh Crown International mulai tahun 1960-an, tidak memiliki penyaringan high-pass sama sekali, dan dapat digunakan untuk memperkuat sinyal DC dari baterai 9 volt umum pada input untuk memasok 18 volt DC dalam keadaan darurat untuk daya penggubah audio.^[2] Namun, desain dasar model tersebut telah digantikan oleh desain yang lebih baru seperti seri Crown Macro-Tech yang dikembangkan pada akhir tahun 1980-an yang mencakup penyaringan high-pass 10 Hz pada input dan penyaringan high-pass 35 Hz yang dapat dialihkan pada output.^[3] Contoh lain adalah seri amplifier QSC Audio PLX yang menyertakan filter high-pass internal 5 Hz yang diterapkan ke input setiap kali filter high-pass opsional 50 dan 30 Hz dimatikan.^[4]

Filter "low cut" 75 Hz dari saluran input penggubah suara Mackie 1402 yang diukur dengan perangkat lunak Smaart. Filter high-pass ini memiliki kemiringan 18 dB per oktaf.

Penggubah suara sering kali menyertakan tapis pelewat tinggi di setiap jalur masukan. Beberapa model memiliki tapi pelewat tinggi frekuensi tetap dan kemiringan tetap pada 80 atau 100 Hz yang dapat diaktifkan; model lain memiliki tapis pelewat tinggi yang dapat disapu, filter dengan kemiringan tetap yang dapat diatur dalam rentang frekuensi tertentu, seperti dari 20 hingga 400 Hz pada Midas Heritage 3000, atau 20 hingga 20.000 Hz pada penggubah suara digital Yamaha M7CL.^[5]

Gambar

Contoh tapis pelewat tinggi yang diterapkan pada bagian kanan foto. Sisi kiri tidak dimodifikasi, Sisi kanan diterapkan tapis pelewat tinggi (dalam kasus ini, dengan radius 4,9).

Tapis pelewat tinggi dan tapis pelewat rendah juga digunakan dalam pengolahan citra digital untuk melakukan modifikasi gambar, peningkatan, pengurangan noise, dll., menggunakan desain yang dilakukan dalam domain spasial atau domain frekuensi.^[6] Operasi penghilangan ketajaman, atau penajaman, yang digunakan dalam perangkat lunak penyuntingan gambar adalah tapis penguat tinggi, generalisasi dari tapis pelewat tinggi.^{[butuh rujukan]}

Lihat pula

Referensi

^ ^a ^b Watkinson, John (1998). The Art of Sound Reproduction. Focal Press. hlm. 268, 479. ISBN 0-240-51512-9. Diakses tanggal March 9, 2010.
^ Andrews, Keith; posting as ssltech (January 11, 2010). "Re: Running the board for a show this big?". Recording, Engineering & Production. ProSoundWeb. Diarsipkan dari versi asli tanggal 15 July 2011. Diakses tanggal 9 March 2010.
^ "Operation Manual: MA-5002VZ" (PDF). Macro-Tech Series. Crown Audio. 2007. Diarsipkan dari versi asli (PDF) tanggal January 3, 2010. Diakses tanggal March 9, 2010.
^ "User Manual: PLX Series Amplifiers" (PDF). QSC Audio. 1999. Diarsipkan dari versi asli (PDF) tanggal February 9, 2010. Diakses tanggal March 9, 2010.
^ Main, Bruce (February 16, 2010). "Cut 'Em Off At The Pass: Effective Uses Of High-Pass Filtering". Live Sound International. Framingham, Massachusetts: ProSoundWeb, EH Publishing.
^ Paul M. Mather (2004). Computer processing of remotely sensed images: an introduction (edisi ke-3rd). John Wiley and Sons. hlm. 181. ISBN 978-0-470-84919-4.

[Watkinson1998-1] Watkinson, John (1998). The Art of Sound Reproduction. Focal Press. hlm. 268, 479. ISBN 0-240-51512-9. Diakses tanggal March 9, 2010.

[Andrews2010-2] Andrews, Keith; posting as ssltech (January 11, 2010). "Re: Running the board for a show this big?". Recording, Engineering & Production. ProSoundWeb. Diarsipkan dari versi asli tanggal 15 July 2011. Diakses tanggal 9 March 2010.

[3] "Operation Manual: MA-5002VZ" (PDF). Macro-Tech Series. Crown Audio. 2007. Diarsipkan dari versi asli (PDF) tanggal January 3, 2010. Diakses tanggal March 9, 2010.

[4] "User Manual: PLX Series Amplifiers" (PDF). QSC Audio. 1999. Diarsipkan dari versi asli (PDF) tanggal February 9, 2010. Diakses tanggal March 9, 2010.

[Main2010-5] Main, Bruce (February 16, 2010). "Cut 'Em Off At The Pass: Effective Uses Of High-Pass Filtering". Live Sound International. Framingham, Massachusetts: ProSoundWeb, EH Publishing.

[6] Paul M. Mather (2004). Computer processing of remotely sensed images: an introduction (edisi ke-3rd). John Wiley and Sons. hlm. 181. ISBN 978-0-470-84919-4.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]