高通滤波、低通滤波、带通滤波和陷波器

【听力学名词释义(18)】高通滤波、低通滤波、带通滤波和陷波器

原创: 姚依凡、李蕴 上海第九人民医院听力中心 2018-12-21

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学前一问各类听觉诱发电位测试中常规带通滤波设置?
我们在【听力学名词释义(9)】中学习了“滤波和滤波器”的概念,实际应用中为了获得不同频率成分的有用信号,往往要滤掉不需要频率区域的信号,这时就要求使用不同类型的滤波器。通常滤波器按其频率响应分为低通滤波、高通滤波、带通滤波。

低通滤波低通滤波(low-pass filtering):是一种滤波方式,规定为低于设定临界值频率的信号能正常通过,而高于设定临界值频率(fc)的信号则被阻隔和衰减(图1)。低通滤波可以简单的认为:设定一个频率点,当信号频率高于这个频率时不能通过。


低通滤波器(low-pass filter):只允许某一频率以下的信号无衰减地通过滤波器,其分界处的频率称为截止频率。
注:截止频率(cut-off frequency)在电子滤波器当中是指当保持输入信号的幅度不变,改变频率使输出信号降至最大值的0.707倍,用频响特性来表述即为输出信号降低3dB点处所对应的频率即为截止频率。它是用来说明频率特性指标的一个特殊频率,简单点说是指滤波器的输出频响幅值降低3dB时所对应的频率点。高通滤波高通滤波(High-pass filtering):规定为高于设定临界值频率(fc)的信号能正常通过,而低于设定临界值频率(fc)的信号则被阻隔和衰减(图2)。换句话说就是只对低于某一给定频率(前述的“临界值频率”)以下的频率成分有衰减作用,而允许这个截止频率以上的频率成分通过。但是阻隔和衰减的幅度则会依据不同设定临界值频率(fc)以及不同的滤波程序(目的)而改变。


高通滤波器(High-pass filter):只允许某一频率以上的信号无衰减地通过滤波器,去掉了信号中低于该频率的不必要的成分或者说去掉了低于该频率的干扰信号。
带通滤波带通滤波(band-pass filtering):允许特定频率信号通过的滤波器,降低或消除该频带上下频率的信号(图3)。


带通滤波器(band-pass filter):可以看做是由高通和低通滤波器协同作用的结果,高通和低通滤波器的截止频率可作为通带的下限频率和上限频率(图3中的L和U点)。其主要参数是中心频率和带宽,上限频率和下限频率之差就是滤波器的带宽。

在分析噪声的频谱特征或主要频率成分时,常以一组相互衔接的带通滤波器将整个音频范围划分成若干个通带。通带的划分可以采用等带宽、等百分比、等比划分等几种形式。

带阻滤波器带阻滤波器(bandstop filters,简称BSF):指能通过大多数频率分量、但将某些范围的频率分量衰减到极低水平的滤波器,与带通滤波器的概念相对。其中陷波滤波器(notch filter)是一种特殊的带阻滤波器,它的阻带范围极小。
陷波滤波器陷波滤波器(notch filter):是一种谐振电路,用在电路上滤除不需要的频率的信号,其谐振的频率就是要滤除的频率。该滤波器可以在某一个频率点迅速衰减输入信号,以达到阻碍此频率信号通过的滤波效果。一个理想的陷波滤波器的频率响应特点是:要在消除的信号频率点其值等于零,而在其他频率处其值不为零且要等于1。



听力学 应用
在听觉诱发反应中,电极记录到的反应在经过放大器之前,为了去除一些无关的电活动,需要采用一些滤波技术,以及经过放大后还需要进一步去除一些无关的电活动而采用滤波技术,该功能就是通过不同的滤波器组合来实现。例如,已知短声诱发的听性脑干反应(ABR)的主要成分在100Hz-3000Hz的范围,则可通过滤波去除小于100Hz和大于3000Hz的电活动,这样就可以保留ABR成分,获得更清晰的ABR波形,有利于临床ABR波形判别以及获得更好的反应阈值。此外,还要通过陷波滤波器消除日常公用交流电的干扰。
临床听力学中,在诱发电位测试中常用陷波滤波器用以去除50Hz的公用交流电的干扰(在欧美是用于去除60Hz的公用交流电)。对于不同的诱发电位的记录,会采用不同的高通和低通截止频率来实现信号的最有效记录。
以下是临床上常见的一些诱发电位测试中常规带通滤波设置:




参考文献:
1奥本海默.信号与系统:西安交通大学出版社,2010年
2童诗白, 华成英.模拟电子技术基础(第四版):高等教育出版社,2006


发布于 2019-01-23