Dr. Sound klärt auf: Filterschaltungen, Teil 2
Phasenverlauf
Der messtechnisch ermittelte Phasenverlauf eines Filters zeigt an, dass die Phasenverschiebung (ein physikalisch-elektrotechnischer Begriff für eine Änderung im Zeitbereich) im Durchlassbereich eines Filters 0 beträgt und im Sperrbereich für einen Tiefpass –90 Grad oder +90 Grad für einen Hochpass annehmen kann.
Die Auswirkungen können hörbar sein, je nachdem, wie weit die Änderung des Phasenverlaufs in den Übertragungsbereich hineinreicht. Die Bilder 8, 9 und 10 stammen von einem D/A-Wandler mit Standard-Digitalfilter.
Physikalische Grundlagen
Ein Filter entspricht in der Theorie vereinfacht ausgedrückt einem Resonanzschwingkreis. Dieser besteht aus den elektrischen Bauteilen Spule, Kondensator und Widerstand und bildet je nach der Verschaltung einen Schwingkreis. Schwingen kann nur etwas, wenn es periodisch angeregt wird. Dazu eignet sich in der Elektrotechnik nur eine Wechselspannung, denn diese ändert – im Gegensatz zu einer Gleichspannung, wie sie eine Batterie liefert – einfach gesagt mehrmals pro Sekunde (Frequenz in Hertz) ihre Polarität. Audiosignale bestehen aus einer Vielzahl sich überlagernder Wechselspannungen mit unterschiedlicher Frequenz.
Die oben genannten elektrischen Bauteile haben einen elektrischen Widerstand, der für Gleichspannungen/Ströme anders ist als für Wechselspannungen/Ströme. Spule und Kondensator stellen also dem Wechselstromfluss beim Anlegen einer bestimmten Wechselspannung ein Hindernis entgegen; man spricht hier von deren Impedanz oder von einem Scheinwiderstand. Ein Kondensator braucht eine gewisse Ladezeit, bis er wieder Ladung abgeben kann. Eine Spule kann je nach Konstruktion ein bestimmtes Frequenzspektrum hindurchlassen, bevor sie „hochohmig wird“ und den Signalfluss sperrt.
So viel als grundlegende Erklärung. Es bedarf nun eines RC- oder LC-Gliedes, um den einfachsten Weg einer frequenzabhängigen Audiosignalfilterung zu beschreiten. Werden mehrere dieser Bauteile miteinander verschaltet, entstehen Schwingkreise. Diese können aufgrund der Wechselwirkungen der frequenzabhängigen Impedanzen von Spulen und Kondensatoren bei einer bestimmen Frequenz einen stark verstärkenden (resonierend) oder stark abschwächenden (absorbierend) Effekt haben.
Aus der Zusammenschaltung solcher Schwingkreise lassen sich die verschiedensten Arten von Anwendungen realisieren. Hinzu kommen Schaltungen, die kompensierend auf das Schwingungsverhalten wirken können. Techniker wissen, wie komplex es ist, mit Filtern zu arbeiten, schließlich müssen sie nicht nur mit den Übertragungs-, sondern auch den Dämpfungsfunktionen rechnen.
