बैंडपास फिल्टर

एक बैंड-पास फिल्टर या बैंडपास फिल्टर (बीपीएफ) एक ऐसा उपकरण है जो एक निश्चित श्रेणी के अंदर आवृत्ति को पार करता है और उस श्रेणी के बाहर की आवृत्तियों को रद्द (क्षीण) करता है।

विवरण
इलेक्ट्रॉनिक्स और संकेत प्रक्रमण में, फिल्टर सामान्यतया दो-पोर्ट परिपथ या युक्ति होती है, जो संकेत के आवृत्ति घटकों (वैकल्पिक वोल्टेज या धारा) को हटाता है। एक बैंड पास फिल्टर, आवृत्तियों के एक निर्दिष्ट बैंड में घटकों के माध्यम से इसको पासबैंड कहा जाता है, लेकिन यह बैंड के ऊपर या नीचे आवृत्तियों के साथ ब्लॉक घटक की अनुमति देता है। यह एक उच्च पास फ़िल्टर के साथ विरोधाभास है, जो एक विशिष्ट आवृत्ति से ऊपर आवृत्तियों वाले घटकों के माध्यम से अनुमति देता है, और एक लो पास फ़िल्टर, जो एक विशिष्ट आवृत्ति के नीचे आवृत्तियों के साथ घटकों के माध्यम से अनुमति देता है। अंकीय संकेत प्रक्रिया में, जिसमें अंकीय संख्या द्वारा प्रदर्शित संकेतों को संगणक क्रमादेशों द्वारा संसाधित किया जाता है, एक बैंड-पास फिल्टर एक कंप्यूटर एल्गोरिथम है, जो उसी फलन का निष्पादन करता है।बैंड-पास फिल्टर शब्द का प्रयोग ऑप्टिकल फिल्टर, रंगीन सामग्री की शीट जो प्रकाश आवृत्तियों के एक विशिष्ट बैंड के माध्यम से अनुमति देता है, फोटोग्राफी और थिएटर लाइटिंग में आमतौर पर इस्तेमाल की जाने वाली प्रकाश आवृत्तियों, और ध्वनिक फिल्टर जो आवृत्तियों के एक विशिष्ट बैंड की ध्वनि तरंगों के माध्यम से अनुमति देता है।

एनालॉग इलेक्ट्रॉनिक बैंड पास फिल्टर का एक उदाहरण एक आरएलसी सर्किट (एक प्रतिरोधी-प्रेरक- संधारित्र विद्युत नेटवर्क ) है, इन फिल्टरों को लो पास फिल्टर के साथ  उच्च पास फिल्टर  के संयोजन से भी बनाया जा सकता है।

बैंडपास संकेत एक ऐसा संकेत है जिसमें आवृत्तियों का एक बैंड होता है जो शून्य आवृत्ति के निकट नहीं होता है, जैसे कि एक बैंडपास फिल्टर से बाहर आने वाला संकेत।

एक आदर्श बैंडपास फिल्टर के पास पूरी तरह से सपाट पासबैंड होता: पासबैंड के अंदर के सभी आवृत्तियों को प्रवर्धन या क्षीणन के बिना उत्पादन के लिए पारित किया जाता और यह पासबैंड के बाहर की सभी आवृत्तियों को पूरी तरह से क्षीण कर देता है।

व्यवहार में, कोई भी बैंडपास फ़िल्टर आदर्श नहीं है। फ़िल्टर वांछित आवृत्ति सीमा के बाहर सभी आवृत्तियों को पूरी तरह से क्षीण नहीं करता है; विशेष रूप से, इच्छित पासबैंड के ठीक बाहर एक क्षेत्र है जहाँ आवृत्तियों को क्षीण किया जाता है, लेकिन अस्वीकार नहीं किया जाता है। इसे फिल्टर धड़ल्ले से बोलना  के रूप में जाना जाता है, और इसे आमतौर पर आवृत्ति के प्रति  ऑक्टेव (इलेक्ट्रॉनिक्स)  या  दशक (लॉग स्केल)  क्षीणन के  डेसिबल  में व्यक्त किया जाता है। आम तौर पर, फ़िल्टर का डिज़ाइन रोल-ऑफ को यथासंभव संकीर्ण बनाने का प्रयास करता है, इस प्रकार फ़िल्टर को अपने इच्छित डिज़ाइन के जितना संभव हो उतना करीब प्रदर्शन करने की अनुमति देता है। अक्सर, यह पास-बैंड या स्टॉप-बैंड रिपल की कीमत पर हासिल किया जाता है।

फिल्टर की बैंडविड्थ (सिग्नल प्रोसेसिंग)  केवल ऊपरी और निचले कटऑफ आवृत्ति के बीच का अंतर है। आकार कारक कटऑफ आवृत्ति निर्धारित करने के लिए दो अलग-अलग क्षीणन मानों का उपयोग करके मापा गया बैंडविड्थ का अनुपात है, उदाहरण के लिए, 30/3 डीबी पर 2:1 का आकार कारक का मतलब है कि 30 डीबी क्षीणन पर आवृत्तियों के बीच मापा गया बैंडविड्थ दो बार है आवृत्तियों के बीच मापा जाता है 3 डीबी क्षीणन पर।

क्यू फैक्टर
एक बैंड-पास फ़िल्टर को इसके क्यू कारक द्वारा विशेषता दी जा सकती है|$Q$ कारक। $Q$Q}}-कारक भिन्नात्मक बैंडविड्थ  का गुणनात्मक प्रतिलोम है। ऊंचा-$Q$ फ़िल्टर में एक संकीर्ण पासबैंड और एक निम्न-$Q$ फ़िल्टर में एक विस्तृत पासबैंड होगा। इन्हें क्रमशः नैरो-बैंड और वाइड-बैंड फिल्टर के रूप में जाना जाता है।

आवेदन
वायरलेस ट्रांसमीटर और रिसीवर में बैंडपास फिल्टर का व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है। ट्रांसमीटर में ऐसे फिल्टर का मुख्य कार्य आउटपुट सिग्नल की बैंडविड्थ को ट्रांसमिशन के लिए आवंटित बैंड तक सीमित करना है। यह ट्रांसमीटर को अन्य स्टेशनों के साथ हस्तक्षेप करने से रोकता है। एक रिसीवर में, एक बैंडपास फिल्टर अवांछित आवृत्तियों पर संकेतों को प्राप्त करने से रोकते हुए, आवृत्तियों की एक चयनित सीमा के भीतर संकेतों को सुनने या डिकोड करने की अनुमति देता है। बैंड के बाहर आवृत्तियों पर सिग्नल, जिस पर रिसीवर को ट्यून किया जाता है, रिसीवर को या तो संतृप्त कर सकता है या नुकसान पहुंचा सकता है। इसके अतिरिक्त वे अवांछित मिश्रण उत्पाद बना सकते हैं जो बैंड में आते हैं और ब्याज के संकेत में हस्तक्षेप करते हैं। वाइडबैंड रिसीवर विशेष रूप से इस तरह के हस्तक्षेप के लिए अतिसंवेदनशील होते हैं। एक बैंडपास फिल्टर एक रिसीवर के सिग्नल-टू-शोर अनुपात और संवेदनशीलता को भी अनुकूलित करता है।

संचारण और प्राप्त करने वाले दोनों अनुप्रयोगों में, अच्छी तरह से डिज़ाइन किए गए बैंडपास फिल्टर, मोड और संचार की गति के लिए इष्टतम बैंडविड्थ वाले, सिग्नल ट्रांसमीटरों की संख्या को अधिकतम करते हैं जो सिग्नल के बीच हस्तक्षेप या प्रतिस्पर्धा को कम करते हुए सिस्टम में मौजूद हो सकते हैं।

इलेक्ट्रॉनिक्स और सिग्नल प्रोसेसिंग के बाहर, बैंड-पास फिल्टर के उपयोग का एक उदाहरण वायुमंडलीय विज्ञान  में है। उदाहरण के लिए, 3 से 10 दिनों की  आवधिक कार्य  सीमा के साथ हाल के मौसम संबंधी डेटा को बैंड-पास फ़िल्टर करना आम बात है, ताकि डेटा फ़ील्ड में केवल  चक्रवात  ही उतार-चढ़ाव के रूप में बने रहें।

कंपाउंड या बैंड-पास
एक चौथे क्रम के विद्युत बैंडपास फ़िल्टर को एक वेंटेड बॉक्स द्वारा सिम्युलेटेड किया जा सकता है जिसमें चालक शंकु के पीछे के चेहरे से योगदान एक सीलबंद बॉक्स में फंस जाता है, और शंकु की सामने की सतह से विकिरण एक पोर्ट किए गए कक्ष में होता है। यह चालक की प्रतिध्वनि को संशोधित करता है। अपने सरलतम रूप में एक यौगिक परिक्षेत्र में दो कक्ष होते हैं। कक्षों के बीच विभाजित दीवार चालक रखती है; आमतौर पर केवल एक कक्ष को पोर्ट किया जाता है।

यदि वूफर के प्रत्येक तरफ के एनक्लोजर में एक पोर्ट है तो एनक्लोजर एक छठा क्रम बैंड-पास प्रतिक्रिया देता है। ये डिजाइन करने में काफी कठिन होते हैं और ड्राइवर विशेषताओं के प्रति बहुत संवेदनशील होते हैं। अन्य प्रतिवर्त बाड़ों की तरह, यदि वांछित हो तो बंदरगाहों को आमतौर पर निष्क्रिय रेडिएटर्स द्वारा प्रतिस्थापित किया जा सकता है।

आठवें क्रम का बैंडपास बॉक्स एक और भिन्नता है जिसमें एक संकीर्ण आवृत्ति सीमा भी होती है। वे अक्सर ध्वनि दबाव स्तर की प्रतियोगिताओं में उपयोग किए जाते हैं, इस मामले में एक विशिष्ट आवृत्ति के बास टोन का उपयोग किसी भी संगीत की तुलना में किया जाएगा। वे निर्माण करने के लिए जटिल हैं और लगभग इच्छित प्रदर्शन करने के लिए काफी सटीक रूप से किया जाना चाहिए।

अर्थशास्त्र
इंजीनियरिंग से संबंधित विषयों के बाहर भी बैंडपास फिल्टर का उपयोग किया जा सकता है। एक प्रमुख उदाहरण आर्थिक समय श्रृंखला में व्यापार चक्र घटक निकालने के लिए बैंडपास फिल्टर का उपयोग है। यह अधिक स्पष्ट रूप से आर्थिक गतिविधियों में विस्तार और संकुचन को प्रकट करता है जो जनता के जीवन और विविध फर्मों के प्रदर्शन पर हावी है, और इसलिए अर्थशास्त्रियों और नीति-निर्माताओं के व्यापक दर्शकों के लिए रुचि है।

आर्थिक डेटा में आमतौर पर इलेक्ट्रिकल इंजीनियरिंग जैसे डेटा की तुलना में काफी भिन्न सांख्यिकीय गुण होते हैं। एक शोधकर्ता के लिए आदर्श फिल्टर जैसे पारंपरिक तरीकों को सीधे ले जाना बहुत आम है, जिसमें आवृत्ति डोमेन में पूरी तरह से तेज लाभ कार्य होता है। हालाँकि ऐसा करने में, पर्याप्त समस्याएँ उत्पन्न हो सकती हैं जो विकृतियों का कारण बन सकती हैं और फ़िल्टर आउटपुट को बेहद भ्रामक बना सकती हैं। एक मार्मिक और सरल मामले के रूप में, सफेद शोर पर एक आदर्श फिल्टर का उपयोग (जो उदाहरण के लिए स्टॉक मूल्य परिवर्तन का प्रतिनिधित्व कर सकता है) एक गलत चक्र बनाता है। नामकरण के आदर्श के प्रयोग में दुर्लभ अवसरों को छोड़कर परोक्ष रूप से एक बहुत ही भ्रामक धारणा शामिल है। फिर भी, फ़िल्टर की गंभीर सीमाओं और प्रमुख धोखे की संभावना के बावजूद आदर्श फ़िल्टर का उपयोग सामान्य बना हुआ है।

सौभाग्य से, बैंड-पास फिल्टर उपलब्ध हैं जो ऐसी त्रुटियों से दूर रहते हैं, हाथ में डेटा श्रृंखला के अनुकूल होते हैं, और वास्तविक जीडीपी, निवेश और खपत जैसी प्रमुख आर्थिक श्रृंखलाओं में व्यापार चक्र के उतार-चढ़ाव का अधिक सटीक आकलन करते हैं - साथ ही साथ उनके उप-घटक। 2003 में अर्थशास्त्र और सांख्यिकी की समीक्षा में प्रकाशित एक प्रारंभिक कार्य, मैक्रोइकॉनॉमिक्स में उत्पन्न होने वाले डेटा (नियतात्मक के बजाय स्टोकेस्टिक) को अधिक प्रभावी ढंग से संभालता है। आर्थिक समय श्रृंखला में रुझान और चक्र निकालने के लिए सामान्य मॉडल-आधारित फ़िल्टर नामक इस पत्र में, एंड्रयू हार्वे और थॉमस ट्रिंबूर ने अनुकूली बैंड पास फ़िल्टर का एक वर्ग विकसित किया है। अंतरराष्ट्रीय अर्थव्यवस्था में असंख्य देशों में व्यापार चक्र आंदोलनों को शामिल करने वाली विपुल स्थितियों में इन्हें सफलतापूर्वक लागू किया गया है।

अन्य क्षेत्र
तंत्रिका विज्ञान में,  दृश्य कोर्टेक्स  सरल कोशिकाओं को पहली बार  डेविड हुबेल  और  टॉर्स्टन विसेला  द्वारा दिखाया गया था, जिसमें प्रतिक्रिया गुण होते हैं जो  गैबर फ़िल्टर  से मिलते जुलते हैं, जो बैंड-पास हैं। खगोल विज्ञान में, बैंड-पास फिल्टर का उपयोग प्रकाश स्पेक्ट्रम के केवल एक हिस्से को एक उपकरण में अनुमति देने के लिए किया जाता है। बैंड-पास फिल्टर यह पता लगाने में मदद कर सकते हैं कि तारे  मुख्य अनुक्रम  पर कहाँ स्थित हैं,  रेडशिफ्ट्स  की पहचान करते हैं, और कई अन्य अनुप्रयोग।

यह भी देखें

 * परमाणु रेखा फ़िल्टर
 * ऑडियो क्रॉसओवर
 * बैंड-स्टॉप फ़िल्टर
 * गाऊसी का अंतर
 * सालेन-कुंजी टोपोलॉजी