Entwicklung von Hochpassfiltern mit MATLAB

Ein Hochpassfilter dämpft Signale unterhalb einer Grenzfrequenz (dem sogenannten Sperrbereich) und lässt Signale überhalb der Grenzfrequenz (dem Durchlassbereich) passieren. Die Stärke der Dämpfung hängt vom Filterdesign ab.

Hochpassfilter werden verwendet, um Störgeräusche niedriger Frequenzen zu bereinigen, Brummgeräusche in Audiosignalen zu entfernen, Signale höherer Frequenzen in Soundanlagen an die entsprechenden Lautsprecher weiterzuleiten und niedrigere Frequenzen aus den Zeitreihendaten zu entfernen und damit die Trends höherer Frequenzen zu betonen.

Hochpassfilterung von Musiksignalen.

Mit MATLAB® können Sie die beiden gängigen Hochpassfiltermethoden, FIR-basierte (Finite Impulse Response) und IIR-basierte Filter (Infinite Impulse Response), erstellen.

FIR-Filter sind sehr attraktiv, weil sie stabil sind. Sie lassen sich so gestalten, dass sie eine lineare Phase haben, die eine Verzögerung in das gefilterte Signal einfügt. Die Wellenform wird dabei gewahrt. Dennoch können diese Filter ein langes Einschwingverhalten an den Tag legen und sind in bestimmten Anwendungen möglicherweise rechnerisch aufwendig. FIR-Filter eignen sich für Audio-, biomedizinische, Radar- und andere Anwendungen, wo die Wellenform nützliche Informationen enthält. Gängige Design-Methoden für Tiefpass-FIR-Filter sind zum Beispiel Kaiser-Fenster, Methode der kleinsten Quadrate und Equiripple.

Design-Spezifikation und Reaktion eines Hochpass-Kaiser-FIR-Filters in MATLAB.

IIR-Filter eignen sich, wenn Rechnerressourcen teuer sind. Stabile, kausale IIR-Filter haben jedoch keine vollkommen lineare Phase. IIR-Filter werden häufig für Audioentzerrung, biomedizinische Sensorsignalverarbeitung, intelligente IoT/IIoT-Sensoren und Hochgeschwindigkeits-Telekommunikations-/RF-Anwendungen verwendet. Design-Methoden für IIR-basierte Filter sind unter anderem Butterworth, Chebyshev (Type-I und Type-II) sowie elliptisch.

Design-Spezifikation und Reaktion eines Hochpass-Butterworth-IIR-Filters in MATLAB.

Die Hochpass-Funktion in der Signal Processing Toolbox™ ist besonders nützlich, um Signale schnell zu filtern. Sie können designfilt und andere Algorithmus-spezifische (butter, fir1) Funktionen nutzen, wenn Sie größere Kontrolle über Parameter wie Filterart, Filterreihenfolge und Dämpfung benötigen. Mehr zum  Filterdesign erfahren Sie in der  Signal Processing Toolbox™ .

Siehe auch: Grafikkarte für Signalbearbeitungsalgorithmen in MATLAB, Software-definierte Funktechnik, DSP System Toolbox, Tiefpassfilter, Filterdesign, Quantisierung