Souvent utilisé dans le traitement du signal, un filtre Butterworth est généralement utilisé dans les circuits audio pour les installations commerciales, les maisons et les chaînes stéréo automobiles. Généralement constitué d’une série d’inductances et de condensateurs sur un circuit, le filtre ne crée pas d’effet d’entraînement dans les fréquences et les longueurs d’onde qui le traversent, comme le montre une analyse graphique. Le système est donc également appelé filtre de magnitude au maximum plat. Il porte le nom de l’ingénieur et mathématicien Stephen Butterworth qui a écrit pour la première fois sur le filtre en 1930.
Les filtres Butterworth sont utilisés dans de nombreux types de haut-parleurs audio. Ils fournissent généralement un crossover audio, qui consiste à filtrer les signaux audio en différentes fréquences pendant la lecture de la musique. Les filtres maintiennent ces fréquences séparées les unes des autres pendant le traitement audio. Le contrôle du volume et de la distorsion, pour les systèmes analogiques et numériques, résulte généralement du traitement indépendant de ces différentes fréquences audio.
Il existe différents types de conception de filtre Butterworth, généralement définis par des configurations appelées topologies. Les condensateurs shunt et les inductances série sont disposés dans la topologie Cauer, tandis qu’une topologie Sallen-Key utilise des résistances et des condensateurs ainsi que des composants électroniques appelés amplificateurs opérationnels et tampons. Les différentes configurations des circuits sont généralement développées à l’aide de formules mathématiques incorporant des concepts tels que les polynômes, les logarithmes et la trigonométrie.
Différentes équations peuvent être utilisées pour déterminer l’amplitude de la réponse en fréquence, la phase électrique et la synchronisation entre l’entrée et la sortie. Les condensateurs et les inductances peuvent être physiquement commutés pour créer un filtre Butterworth passe-haut. Une autre configuration du circuit crée généralement un filtre passe-bande, alors qu’il est également possible de réaliser également un dispositif coupe-bande. Les condensateurs et les inductances peuvent être mélangés de différentes manières pour construire le type de filtre souhaité. Il existe plusieurs autres types de filtres, tels que Bessel et Chebychev, qui se caractérisent par des taux de réponse différents et une perte d’intensité de fréquence, ou d’atténuation.
Des compétences mathématiques sont généralement requises pour construire diverses conceptions telles qu’un filtre passe-bas de Butterworth. Les formules numériques aident généralement à déterminer quelles seront les caractéristiques du filtre, telles que la fréquence de coupure. Cependant, il existe des outils sur Internet qui peuvent effectuer ces calculs automatiquement pour toute personne créant un filtre Butterworth pour la première fois. Le type passe-bas peut être créé en utilisant des circuits prototypes pour la conception de systèmes électroniques, et la plupart du temps, aucune expérience dans la construction d’un tel filtre n’est nécessaire pour en fabriquer un.