全通濾波器概述

狹義上的全通網(wǎng)絡(luò)能夠傳輸全部的入射功率，因此在任意頻點上其反射系數(shù)為零，傳輸系數(shù)為1。廣義的全通網(wǎng)絡(luò)的幅頻響應(yīng)(傳輸系數(shù)的模)為某一固定值，而相頻響應(yīng)是非線性的。非線性的相頻響應(yīng)是全通網(wǎng)絡(luò)的重要性質(zhì)，也是與傳輸線最大的區(qū)別。一段匹配好的理想傳輸線顯然同樣具有“全通”的幅頻響應(yīng)，但傳輸線的相頻曲線是線性的，群時延是常數(shù)，并不能對信號的相位產(chǎn)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(wǎng)絡(luò)組成。

頻率響應(yīng)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，低于截止頻率的信號成分可以基本不受影響的通過，而高于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，而低于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響應(yīng)，也就是說全通濾波器并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，但它并不具有通常所說的濾波作用，大概正是因為這個緣故，有些教科書上寧愿用全通網(wǎng)絡(luò)這個詞，而不叫它全通濾波器。

相位全通濾波器(APF)雖然并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(guī)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(tǒng)中，尤其是數(shù)字通訊領(lǐng)域，延遲均衡是非常重要的。不夸張的說，沒有延遲均衡器，就沒有廣泛使用的寬帶數(shù)字網(wǎng)絡(luò)。延時均衡是全通濾波器最主要的用途，全世界所有生產(chǎn)出來的全通濾波器，估計有超過90%的全通濾波器被用于相位校正，因此全通濾波器也被(不準確的)被稱為延遲均衡器。

相位補償相位補償包括兩個方面：(1)補償?shù)氖悄膬蓚€聲音源傳過來的聲波之間的相位差一般來說，兩只揚聲器產(chǎn)生的聲音之間的相位差與聽音位置到這兩只揚聲器的距離有關(guān)。如果聽音位置到兩只揚聲器的距離完全相等，則理論上應(yīng)該同時聽到兩只揚聲器所發(fā)出的同一聲音。從相位角度考慮，則是同相位的聲音。如果聽音位置與兩只揚聲器的距離不等，那么在聽音位置就會先聽到距離近的揚聲器所產(chǎn)生的聲音，后聽到距離遠的揚聲器所產(chǎn)生的聲音，這種現(xiàn)象是普遍存在的。兩只揚聲器的聲波在聽音位置由于存在時間差而先后到達，出現(xiàn)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(xiàn)象，造成梳狀濾波器效應(yīng)而改變音色。

不同聽音位置上兩個聲音中由于聲波傳輸距離的不同，各頻率產(chǎn)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于安裝位置造成振膜不在同一平面上，由前后位置的不同而引起的相位差問題，也許值得考慮，但是既然一只單元產(chǎn)生高頻聲波，另一只單元產(chǎn)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，揚聲器的兩只高低音單元所產(chǎn)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(chǎn)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(tǒng)質(zhì)量比較大，慣性也比較大，或者說瞬態(tài)特性比較差，也會引起分頻點附近高音單元和低音單元產(chǎn)生的聲波出現(xiàn)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，這里補償?shù)氖菚r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(xiàn)的相位差全通濾波器并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(xiàn)的。全通濾波器產(chǎn)生“群延遲”，可以作為延遲器來使用，會產(chǎn)生所謂的“線性相移”(實際上全通濾波器的相位移并不能完全呈現(xiàn)線性變化的)，即隨著頻率的升高，相位移也線性地增大。