基本介紹
- 中文名：全通濾波器
- 外文名：All-Pass Filter
- 特性：相位補償、頻率回響
- 特點：幅度頻率回響是完全平坦
- 作用：用於產生相移（延遲）
- 學科：通信
概述,特性,頻率回響,相位,延遲,相位失真,相位補償,套用,
概述
狹義上的全通網路能夠傳輸全部的入射功率，因此在任意頻點上其反射係數為零，傳輸係數為1。廣義的全通網路的幅頻回響（傳輸係數的模）為某一固定值，而相頻回響是非線性的。非線性的相頻回響是全通網路的重要性質，也是與傳輸線最大的區別。一段匹配好的理想傳輸線顯然同樣具有“全通”的幅頻回響，但傳輸線的相頻曲線是線性的，群時延是常數，並不能對信號的相位產生均衡。在電路工程中，最典型的集總元件全通濾波器單元由對稱的柵格網路組成。
特性
頻率回響
比如，低通濾波器會衰減高頻信號。低通濾波器有一個截止頻率，這個頻率是濾波器允許通過的信號的分界線，低於截止頻率的信號成分可以基本不受影響的通過，而高於截止頻率的信號被衰減而不能順利通過。正因為這種濾波器能過通過低頻信號，所以被稱為低通濾波器。
和低通濾波器類似：高通濾波器允許通過頻率超過截止頻率的信號，而低於截止頻率的信號被衰減；帶通濾波器有兩個截止頻率，兩個截止頻率之間的信號被允許通過，兩個截止頻率之外的信號被衰減；帶阻濾波器也有兩個截止頻率，和帶通濾波器相反，被衰減的是兩個截止頻率之間的信號，兩個截止頻率之外的信號可以通過。
與前面所說的幾種濾波器不同，全通濾波器具有平坦的頻率回響，也就是說全通濾波器並不衰減任何頻率的信號。由此可見，全通濾波器雖然也叫做濾波器，但它並不具有通常所說的濾波作用，大概正是因為這個緣故，有些教科書上寧願用全通網路這個詞，而不叫它全通濾波器。
相位
全通濾波器（APF）雖然並不改變輸入信號的頻率特性，但它會改變輸入信號的相位。利用這個特性，全通濾波器可以用做延時器、延遲均衡等。實際上，常規的濾波器（包括低通濾波器等）也能改變輸入信號的相位，但幅頻特性和相頻特性很難兼顧，使兩者同時滿足要求。全通濾波器和其他濾波器組合起來使用，能夠很方便的解決這個問題。
延遲
在通訊系統中，尤其是數字通訊領域，延遲均衡是非常重要的。不誇張的說，沒有延遲均衡器，就沒有現在廣泛使用的寬頻數字網路。延時均衡是全通濾波器最主要的用途，全世界所有生產出來的全通濾波器，估計有超過90%的全通濾波器被用於相位校正，因此全通濾波器也被（不準確的）被稱為延遲均衡器。
相位失真
一般來說，大家認為信號的相位失真在聽感上是基本聽不出來的，或者說基本不影響聽感的，所以，一直沒有將相位失真作為對擴聲設備的技術指標之一來進行考量。實際上，聲頻電信號在音響設備中傳輸會帶來一定的相位失真，尤其是設備的頻率頻寬不足的情況下，電路本身對不同頻率（基波和各次諧波）的信號會產生不同附加相移，從而引起信號的相位失真。如果設備中對聲頻信號處理中用上了（高通、低通、帶通、帶阻）濾波器或頻率均衡器（其實就是利用帶通濾波器來達到目的的）來調整信號的幅頻特性，那么產生的附加相移就會更嚴重，尤其是在截止頻率附近，其相位失真更嚴重。在空間傳輸過程中，不同頻率的聲波移動相同的距離，產生的相位移是不同的，相移與頻率成正比，例如傳輸距離為3.4m，對於50Hz的聲波來說是移動了半個波長（1π弧度，或者說180°），對於100Hz的聲波來說是移動了1個波長（2π弧度，或者說360°），而對200Hz的聲波來說是移動了2個波長（4π弧度，或者說720°）。只有這樣才能使聲音信號經過傳輸後的波形不發生變化，即保持原來的音色。
相位補償
相位補償包括兩個方面：
（1）補償的是哪兩個聲音源傳過來的聲波之間的相位差一般來說，兩隻揚聲器產生的聲音之間的相位差與聽音位置到這兩隻揚聲器的距離有關。如果聽音位置到兩隻揚聲器的距離完全相等，則理論上應該同時聽到兩隻揚聲器所發出的同一聲音。從相位角度考慮，則是同相位的聲音。如果聽音位置與兩隻揚聲器的距離不等，那么在聽音位置就會先聽到距離近的揚聲器所產生的聲音，後聽到距離遠的揚聲器所產生的聲音，這種現象是普遍存在的。兩隻揚聲器的聲波在聽音位置由於存在時間差而先後到達，出現各個頻率上不一致的相移（這是必然的，因為頻率不同，波長就不同，相位差也不同），引起聲波的干涉現象，造成梳狀濾波器效應而改變音色。不同聽音位置上兩個聲音中由於聲波傳輸距離的不同，各頻率產生了很多不同聲波的相位差，所以，要絕對地、完全地補償這種相位差是不可能的。
同一全頻帶揚聲器中高頻揚聲器單元和低頻揚聲器單元由於安裝位置造成振膜不在同一平面上，由前後位置的不同而引起的相位差問題，也許值得考慮，但是既然一隻單元產生高頻聲波，另一隻單元產生低頻聲波，那么牽涉到相位差問題的只是在分頻點附近。隨著頻率偏離分頻點，揚聲器的兩隻高低音單元所產生的聲壓大小不同，相互干涉的影響程度減小，偏離分頻點越遠，兩個單元產生的聲壓相差就越大，那么干涉造成的影響就越小。
另外，低音揚聲器單元的振動系統質量比較大，慣性也比較大，或者說瞬態特性比較差，也會引起分頻點附近高音單元和低音單元產生的聲波出現相位差問題。當然，如果彌補到高音單元和低音單元的聲波同時到達揚聲器表面位置，情況會更好，所以不妨引入延遲來補償，這裡補償的是時間差，而不是相位差（因為頻率不同相位差也是不同的）。
（2）補償哪個頻率出現的相位差全通濾波器並不能對某個頻率的相移單獨進行改變，例如僅僅對某個頻率的相移增大多少度或減少多少度是無法實現的。全通濾波器產生“群延遲”，可以作為延遲器來使用，會產生所謂的“線性相移”（實際上全通濾波器的相位移並不能完全呈現線性變化的），即隨著頻率的升高，相位移也線性地增大。
套用
全通濾波器有很多用途。比如：單邊帶通訊中，可以利用全通濾波器得到兩路正交的音頻信號，這兩路音頻信號分別對兩路正交的載波信號進行載波抑制調製，然後疊加就能得到所需要的無載波的單邊帶調製信號。
