Spesso utilizzato nell’elaborazione del segnale, un filtro Butterworth viene generalmente utilizzato nei circuiti audio per installazioni commerciali, case e stereo per auto. Tipicamente costituito da una serie di induttori e condensatori su un circuito, il filtro non crea un effetto di increspatura nelle frequenze e nelle lunghezze d’onda che lo attraversano, come mostrato in un’analisi grafica. Il sistema è quindi anche chiamato filtro di magnitudine massimamente piatta. Prende il nome dall’ingegnere e matematico Stephen Butterworth che per primo scrisse del filtro nel 1930.
I filtri Butterworth sono utilizzati in molti tipi di altoparlanti audio. Generalmente forniscono crossover audio, che è il filtraggio dei segnali audio in diverse frequenze durante la riproduzione della musica. I filtri mantengono queste frequenze separate l’una dall’altra durante l’elaborazione audio. Il controllo del volume e della distorsione, sia per i sistemi analogici che per quelli digitali, sono in genere il risultato dell’elaborazione indipendente di queste diverse frequenze audio.
Esistono diversi tipi di design del filtro Butterworth, generalmente definiti da configurazioni chiamate topologie. I condensatori shunt e gli induttori in serie sono disposti nella topologia Cauer, mentre una topologia Sallen-Key utilizza resistori e condensatori, nonché componenti elettronici chiamati amplificatori operazionali e buffer. Le diverse configurazioni nei circuiti sono generalmente sviluppate attraverso formule matematiche che incorporano concetti come polinomi, logaritmi e trigonometria.
È possibile utilizzare diverse equazioni per determinare l’ampiezza della risposta in frequenza, la fase elettrica e la temporizzazione tra l’ingresso e l’uscita. I condensatori e gli induttori possono essere scambiati fisicamente per creare un filtro Butterworth passa-alto. Un’altra configurazione del circuito generalmente crea un filtro passa-banda, mentre è anche possibile realizzare un dispositivo ferma-banda. I condensatori e gli induttori possono essere miscelati in modi diversi per costruire il tipo di filtro desiderato. Esistono molti altri tipi di filtri, come Bessel e Chebychev, che sono caratterizzati da diverse velocità di risposta e perdita di intensità di frequenza o attenuazione.
Le abilità matematiche sono generalmente richieste per costruire vari progetti come un filtro Butterworth passa basso. Le formule numeriche in genere aiutano a determinare quali saranno le caratteristiche del filtro, come la frequenza di taglio. Ci sono strumenti su Internet, tuttavia, che possono eseguire questi calcoli automaticamente per chiunque crei un filtro Butterworth per la prima volta. Il tipo passa-basso può essere creato utilizzando circuiti prototipo per la progettazione di sistemi elettronici e la maggior parte delle volte non è necessaria alcuna esperienza nella costruzione di un filtro del genere per realizzarne uno.