Dr. Sound klärt auf: Filterschaltungen, Teil 3
Flankensteilheit
Blaue Pfeile: Der Filterfrequenzgang ist die Übertragungsfunktion, die ein Filter „hindurchlässt“.
Grüner Pfeil: Die Flankensteilheit oder die Ordnung eines Filters sagt aus, wie stark die Dämpfung eines Signals über einen bestimmten Frequenzbereich oder einer musikalischen Oktave erfolgt.
Roter Pfeil: Resonanzen – Bei einigen Filterarten treten Resonanzen auf, besonders dann, wenn die Filter sehr stark in den Übertragungsbereich eingreifen. Sie werden dann häufig als „steilflankig“ bezeichnet. Dabei können dem Audiosignal hörbare Artefakte hinzugefügt werden. Nur mit einem hohen schaltungstechnischen Aufwand kann dem entgegengewirkt werden. Eine andere Lösung kann auf der digitalen Ebene mithilfe von mathematischen Funktionen herbeigeführt werden. Mit Prozessoren wie DSPs oder FPGAs (Field Programmable Gate Arrays) ist es möglich, nahezu perfekte Signalverläufe zu generieren. Der Preis dafür ist eine zeitliche Verzögerung des ausgegebenen Signals.
Gruppenlaufzeit
Wenn ein Audiosignal eine Schaltung wie beispielsweise bei einem komplexen Filter passiert, können ebenfalls für einzelne Frequenzen aufgrund von physikalischen Eigenschaften der Bauteile einzelne Verzögerungen gegenüber anderen Frequenzen des gleichen Signals entstehen. Das kann z. B. bedeuten, dass für die Frequenzen 101 Hertz (Hz), 102 Hz und 103 Hz, die hier eine Gruppe bilden, eine andere Laufzeit entsteht (Verzögerung), während sie die Schaltung durchlaufen. Dies erzeugt eine hörbare Beeinflussung des Audiosignals. Auch Filter können solche Gruppenlaufzeiten verändern, deutlich wird dies in den nebenstehenden Messgrafiken.
Der digitale Weg mit analogem Klang?
Filter sind digital modellierbar. So gibt es Aktivlautsprecher mit digitalen DSP-Frequenzweichen oder auch ganz aktuell D/A-Wandler, deren Ausgangssignale mithilfe von digitalen Rekonstruktionsfiltern von hochfrequenten Wandlungsartefakten befreit werden; häufig auch in Reihenschaltung mit analogen Filtern. Hier ist es interessant zu wissen, dass es bis vor wenigen Jahren gängige Praxis war, sich aufgrund der vorhandenen Wandlerchips mit einem Digitalfilter zu begnügen.
