ベッセルフィルタとは｜位相特性とステップ応答が優れる理由をわかりやすく解説

フィルタには、
バターワースやチェビシェフなど様々な種類がありますが、
「波形を崩さない」ことを重視したフィルタが
ベッセルフィルタです。

この記事では、
ベッセルフィルタの特徴である位相特性や時間応答について、
他のフィルタと比較しながら解説します。

ベッセルフィルタとは

ベッセルフィルタとは、
時間波形の歪みを最小限に抑えることを目的としたフィルタです。

そのため、
振幅特性よりも位相特性（遅れ）を重視して設計されています。

ベッセルフィルタは専用の回路を持つわけではなく、
Sallen-Keyなどの一般的なフィルタ回路を使用します。

他のフィルタとの違いは、
回路構成ではなく、使用するQ（品質係数）の値にあります。

ベッセルフィルタは、
群遅延（Group Delay）がほぼ一定になるように設計されています。

ベッセルフィルタは、
位相の変化がほぼ直線的であるため、
信号の遅延が一定になります。

立ち上がり時のオーバーシュートやリンギングが少なく、
入力波形をそのまま再現できます。

バターワースやチェビシェフと比較すると、
減衰は最も緩やかです。

・バターワース：振幅が平坦
・ベッセル：時間波形がきれい

・チェビシェフ：急峻・リップルあり
・ベッセル：滑らか・リップルなし

ベッセルは「波形重視」、他は「周波数特性重視」
チェビシェフフィルタのオーバーシュートは、
リップル量や次数によって大きさが変化します。

ベッセルフィルタは、
波形の再現性を重視する用途で選ばれます。

・通過帯域はなだらか
・減衰が緩やか
・ピークなし

ベッセルフィルタの最大の特徴は、
時間応答が優れている点です。

ステップ入力に対して、
オーバーシュートや振動がほとんど発生しません。

・音声信号（オーディオ）
・データ通信
・波形観測

・減衰が遅い
・ノイズ除去性能は低い

・ベッセルは波形重視
・位相特性が良い
・減衰はゆるやか