バンドパスフィルタ

バンドパスフィルタ（Band-pass filter: BPF）とは、フィルタ回路の一種。

概要

必要な範囲の周波数のみを通し、他の周波数は通さない（減衰させる）。

アナログ回路で構成可能なので、様々な分野の回路に使用されている。アナログ回路ではRLC回路（抵抗、コイル、コンデンサ）で実現できる。これらのフィルタ回路はまた、ハイパスフィルタとローパスフィルタを組み合わせることで作成できる。

理想的なフィルタは完全に平らな通過帯域を持ち、通過帯域の外のすべての周波数を完全に減衰させる。さらに、通過帯域からの変移は瞬間である。実際には、理想的なバンドパスフィルタは存在しない。フィルタは必要な周波数帯域外のすべての周波数を完全に減衰させるというわけではなく、特に必要な通過帯域のすぐ外側の帯域では、減衰はするが完全には取り除けない。これはフィルタの「roll-off」として知られており、これは周波数のオクターブあたりの減衰をdBで表現される。一般にフィルタの「roll-off」はできるだけ狭くなるように設計し、その結果フィルタはできるだけ理想的な特性が得られるようになる。しかしながら「roll-off」が狭くなるとともに、通過帯域は水平でなくなりはじめて「リプル」が生じ始める。この効果はギブズ現象として知られており、通過帯域の端で顕著である。

エレクトロニクスおよび信号処理以外でのバンドパスフィルタの使用例の1つに大気科学がある。直近のある期間 (たとえば3～10日) の気象データをバンドパスフィルタにかけることで、サイクロンだけをデータ範囲内の変化として残すことは広く行われている。

また神経科学の分野では、大脳皮質第1次視覚野の単純型細胞の応答特性がバンドパスフィルタの一種であるガボールフィルタに似ていることが、David HubelとTorsten Wieselによって示された。

下側の遮断周波数f₁と上側の遮断周波数f₂の間には共振周波数f_cがあり、フィルタの利得がそこで最大になる。フィルタの帯域幅は単にf₂とf₁との間の差である。

光学におけるバンドパスフィルタ

誘電体多層膜により特定の波長のみを透過する機能を有する。一例として太陽光に含まれるHα線のみを透過するHαフィルタ等がある。

参考