Biophysics · 15.05

Filter circuitの構成と機能

Parts and function of filter circuits

🧠 フィルター回路filter circuitフィルター回路（filter circuit）filter circuit（フィルター回路）は、信号のうち残したい周波数帯を通し、基線baseline基線（baseline）baseline（基線）変動・高周波high frequency高周波（high frequency）high frequency（高周波）雑音・商用周波数など不要成分を減衰させる。

四つの基本型

フィルターbarrierフィルター（barrier）barrier（フィルター）	通過させる帯域	生体計測measuring計測（measuring）measuring（計測）の例
低域通過low-pass低域通過（low-pass）low-pass（低域通過）	$f_c$ より低い成分	高周波high frequency高周波（high frequency）high frequency（高周波）雑音・エイリアシングaliasingエイリアシング（aliasing）aliasing（エイリアシング）の抑制
高域通過high-pass高域通過（high-pass）high-pass（高域通過）	$f_c$ より高い成分	基線baseline基線（baseline）baseline（基線）変動除去
帯域通過band-pass帯域通過（band-pass）band-pass（帯域通過）	下限と上限の間	ECG/EEG/EMG帯域選択
帯域阻止band-stop / notch帯域阻止（band-stop / notch）band-stop / notch（帯域阻止）	特定帯域以外	50/60 Hz商用電源雑音mains noise商用電源雑音（mains noise）mains noise（商用電源雑音）の抑制

RC遮断周波数

一次RC回路では、

f_c=\frac{1}{2\pi RC}

であり、 $f_c$ は振幅が通過帯域値の $1/\sqrt2$ 、電力が半分となる−3 dB点である。遮断周波数を境に完全に0/1へ切り替わるわけではない。

波形歪みと位相

フィルターbarrierフィルター（barrier）barrier（フィルター）は振幅だけでなく位相も変え、急峻steep (dose gradient)急峻（steep (dose gradient)）steep (dose gradient)（急峻）な波形の高調波を削ると形状やピーク時刻が変わる。周波数成分と診断上必要な特徴を確認して設定する。

標本化前のフィルター

デジタル処理で後から除けないエイリアシングaliasingエイリアシング（aliasing）aliasing（エイリアシング）を防ぐには、標本化sampling標本化（sampling）sampling（標本化）前のアナログ低域通過low-pass低域通過（low-pass）low-pass（低域通過）フィルターbarrierフィルター（barrier）barrier（フィルター）が必要である。

まとめ

低域・高域・帯域通過band-pass帯域通過（band-pass）band-pass（帯域通過）・帯域阻止band-stop / notch帯域阻止（band-stop / notch）band-stop / notch（帯域阻止）を目的に応じて選ぶ。
一次RCフィルターbarrierフィルター（barrier）barrier（フィルター）の $f_c$ は $1/(2\pi RC)$ で、−3 dB点を表す。
過度なフィルタリングは振幅・位相・波形を歪める。