【聽力學名詞釋義(18)】高通濾波、低通濾波、帶通濾波和陷波器
2021-02-20 上海第九人民醫院聽力中心我們在【聽力學名詞釋義（9）】中學習了「濾波和濾波器」的概念，實際應用中為了獲得不同頻率成分的有用信號，往往要濾掉不需要頻率區域的信號，這時就要求使用不同類型的濾波器。通常濾波器按其頻率響應分為低通濾波、高通濾波、帶通濾波。
低通濾波（low-pass filtering）：是一種濾波方式，規定為低於設定臨界值頻率的信號能正常通過，而高於設定臨界值頻率（fc）的信號則被阻隔和衰減（圖1）。低通濾波可以簡單的認為：設定一個頻率點，當信號頻率高於這個頻率時不能通過。
低通濾波器（low-pass filter）：只允許某一頻率以下的信號無衰減地通過濾波器，其分界處的頻率稱為截止頻率。
註：截止頻率（cut-off frequency）在電子濾波器當中是指當保持輸入信號的幅度不變，改變頻率使輸出信號降至最大值的0.707倍，用頻響特性來表述即為輸出信號降低3dB點處所對應的頻率即為截止頻率。它是用來說明頻率特性指標的一個特殊頻率，簡單點說是指濾波器的輸出頻響幅值降低3dB時所對應的頻率點。
高通濾波(High-pass filtering)：規定為高於設定臨界值頻率（fc）的信號能正常通過，而低於設定臨界值頻率(fc)的信號則被阻隔和衰減（圖2）。換句話說就是只對低於某一給定頻率（前述的「臨界值頻率」）以下的頻率成分有衰減作用，而允許這個截止頻率以上的頻率成分通過。但是阻隔和衰減的幅度則會依據不同設定臨界值頻率（fc）以及不同的濾波程序（目的）而改變。
高通濾波器（High-pass filter）：只允許某一頻率以上的信號無衰減地通過濾波器，去掉了信號中低於該頻率的不必要的成分或者說去掉了低於該頻率的幹擾信號。
帶通濾波（band-pass filtering）：允許特定頻率信號通過的濾波器，降低或消除該頻帶上下頻率的信號（圖3）。
帶通濾波器（band-pass filter）：可以看做是由高通和低通濾波器協同作用的結果，高通和低通濾波器的截止頻率可作為通帶的下限頻率和上限頻率（圖3中的L和U點）。其主要參數是中心頻率和帶寬，上限頻率和下限頻率之差就是濾波器的帶寬。
在分析噪聲的頻譜特徵或主要頻率成分時，常以一組相互銜接的帶通濾波器將整個音頻範圍劃分成若干個通帶。通帶的劃分可以採用等帶寬、等百分比、等比劃分等幾種形式。
帶阻濾波器（bandstop filters，簡稱BSF）：指能通過大多數頻率分量、但將某些範圍的頻率分量衰減到極低水平的濾波器，與帶通濾波器的概念相對。其中陷波濾波器（notch filter）是一種特殊的帶阻濾波器，它的阻帶範圍極小。
陷波濾波器（notch filter）：是一種諧振電路，用在電路上濾除不需要的頻率的信號，其諧振的頻率就是要濾除的頻率。該濾波器可以在某一個頻率點迅速衰減輸入信號，以達到阻礙此頻率信號通過的濾波效果。一個理想的陷波濾波器的頻率響應特點是：要在消除的信號頻率點其值等於零，而在其他頻率處其值不為零且要等於1。
應用
在聽覺誘發反應中，電極記錄到的反應在經過放大器之前，為了去除一些無關的電活動，需要採用一些濾波技術，以及經過放大後還需要進一步去除一些無關的電活動而採用濾波技術，該功能就是通過不同的濾波器組合來實現。例如，已知短聲誘發的聽性腦幹反應（ABR）的主要成分在100Hz-3000Hz的範圍，則可通過濾波去除小於100Hz和大於3000Hz的電活動，這樣就可以保留ABR成分，獲得更清晰的ABR波形，有利於臨床ABR波形判別以及獲得更好的反應閾值。此外，還要通過陷波濾波器消除日常公用交流電的幹擾。
臨床聽力學中，在誘發電位測試中常用陷波濾波器用以去除50Hz的公用交流電的幹擾（在歐美是用於去除60Hz的公用交流電）。對於不同的誘發電位的記錄，會採用不同的高通和低通截止頻率來實現信號的最有效記錄。
以下是臨床上常見的一些誘發電位測試中常規帶通濾波設置：
參考文獻：
1奧本海默．信號與系統：西安交通大學出版社，2010年
2童詩白, 華成英．模擬電子技術基礎（第四版）：高等教育出版社，2006
上海交通大學醫學院附屬第九人民醫院聽力中心是國家衛計委新生兒聽力篩查組長單位，上海市兒童聽力障礙診治中心，人工耳蝸植入定點手術單位，承擔衛生行業重大科研專項項目及多項國家重點項目，國家衛計委新生兒聽力篩查培訓基地，臨床聽力學培訓基地，是華東地區規模最大和技術最全面的聽力中心。
中心是上海交通大學醫學院耳科學研究所下設機構之一，集臨床、科研及教學於一體，國家教委聽力學博士、碩士研究生培養點。中心擁有國內最完善的聽力測試、診斷和幹預康復技術和設備，將致力於引領我國聽力測試、診斷和幹預康復技術的規範化。
服務內容：從新生兒聽力篩查、先天性聽力障礙、兒童和成人的聽力問題到老年性聾，從聽障的早期發現、診斷、幹預康復到聽力預防和遺傳諮詢，為患者提供全方位、專業化和系統性的優質聽力學服務，並針對特定疾病開設了聽力及眩暈門診及耳內科病房。
優勢特色：人工耳蝸植入等人工聽覺技術、兒童疑難聽力障礙診治、嬰幼兒全頻率段聽力測試及評估、嬰幼兒及老年人助聽器驗配、耳聾基因的測試診斷、小耳畸形的外形整復和聽力重建以及聽力幹預效果的主客觀評估等。
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