ローパスフィルタ計算機とは?
ローパスフィルタは低い周波数の信号をそのまま通し、カットオフ周波数より高い成分を減衰させる回路です。もっとも一般的なのは、抵抗1つとコンデンサ1つで構成するパッシブ1次RCフィルタです。本計算機では、入力した部品定数からカットオフ周波数(−3 dB点)に加え、時定数と角周波数をまとめて算出します。
使い方
抵抗RをΩ(オーム)単位で、コンデンサ容量CをµF(マイクロファラッド)単位で入力してください。計算機は内部で容量をF(ファラッド)に換算し、カットオフ周波数をHz(ヘルツ)で返します。オーディオのクロスオーバー設計、アンチエイリアシングフィルタ、ノイズ除去段、センサ信号のコンディショニングなど幅広い用途に活用できます。
計算式の解説
カットオフ周波数は次の式で求められます。
$$f_c = \frac{1}{2\pi \cdot \text{R }(\Omega) \cdot \text{C }(\mu F) \times 10^{-6}}$$
この周波数で、フィルタの出力電力は入力の半分(−3 dB)まで低下します。\(f_c\)より低い領域では信号はほとんど変化せずに通過し、それより高い領域では1ディケードあたり20 dBの傾きで減衰していきます。時定数\(\tau = R \times C\)は回路が充電される速さを表し、角カットオフ周波数は\(\omega = 2\pi f_c\)で表されます。
計算例
R = 1,000 Ω、C = 0.1 µF(1×10⁻⁷ F)の場合:
$$f_c = \frac{1}{2\pi \times 1000 \times 0.0000001} = \frac{1}{0.000628318} \approx 1591.55 \ \text{Hz}$$
となります。時定数は\(\tau = 1000 \times 0.0000001 = 0.0001 \ \text{s} = 0.1 \ \text{ms}\) です。
よくある質問
−3 dB点とは何ですか? 出力振幅が入力の約70.7%まで低下する周波数のことで、通過帯域(パスバンド)の境界を示します。
LCフィルタやアクティブフィルタにも使えますか? いいえ。本ツールはシンプルな1次パッシブRCフィルタを対象としています。他の回路構成では異なる計算式が必要です。
なぜマイクロファラッド単位なのですか? フィルタに使われるコンデンサの多くはナノ〜マイクロファラッドの範囲にあるため、µFで入力すると扱いやすくなります。計算時にはツールが自動的にF(ファラッド)へ換算します。