ハムフィルタについて

ハムフィルタの役割や、周波数特性は分かるのでるのですが、原理がなんて説明したらいいのかわかりません。
なぜ、５０～６０Ｈｚの周波数成分のみをカットするのですか？
ハムフィルタの原理を教えて下さい。
お願いします。

No.1 回答者： marimo_cx 回答日時： 2000/12/16 05:33

既に前の質問でmyeyesonlyさんが回答されていますが……

日本の商用電源はAC100Vの50Hzもしくは60Hzですよね？
人体の微小電流の測定器である筋電計のようなもの、しかも医療ではなく機械の測定器の場合だと測定器にとって都合の良い様に被測定物に対して平衡入力などの手法で誘導ハムノイズを拾いにくくする事も出来ますが（このノイズを拾う度合いをCMMR（同相電圧除去比）といいます）、生体はそう機械の都合の良い様にはいってくれません。
私は医療機器は専門ではないので先のmyeyesonlyさんの回答に説明を加えるだけですが、まず、心電図で主に見たい周波数帯域は45Hz以下という事のようです。
そして、東日本であれば電源の強力な誘導ノイズが50Hzに存在します。
電子機器などに対する測定の場合は平衡入力などの電源ノイズをキャンセルしたり軽減する手法が使えます。
しかし、生体に対してそのような都合の良いような信号の取り出し方が出来ない上に、そもそも信号自体が微弱です。
こうなると、拾ってしまう事を避けられない上に被測定信号よりもはるかに大きい電源ノイズの影響を無くすには、そこの周波数帯域をばっさり切り捨てるしかないです。
その帯域が50Hzと60Hzということです。
ノイズありきの説明なので、商用電源の無い所で計れば良いじゃないかとお思いでしょうが、そもそも心電計もコンセントに刺さなきゃ動きません。（爆）
精密測定が必要な場合があるならば電磁シールドの中で測定すれば良いのでしょうが、私は詳しくないので、実際にはどうするのかはmyeyesonlyさんにお任せです。^^;

ちなみに、
電源ノイズ＝ハムノイズ
です。

No.2 ベストアンサー 回答者： myeyesonly 回答日時： 2000/12/18 16:09

おや、ご指名なのかな・・・？ふたたび myeyesonly です。

またまた、でしゃばりました。m(__)m

さて、marimo_cx さんが、大体答えてらっしゃるので、フィルタの原理をわかる範囲で・・・

心電計の時定数は、基本的にコンデンサーと抵抗でできています。この回路は、電子回路としては、ハイバスフィルター（ＨＰＦ）、もしくはローカットフィルタ（ＬＣＦ）と呼ばれる回路の基本形なのです。ですから、心電計の入力回路には、「あまり低い周波数をカットするフィルタが入ってる」ということになります。

さて、この回路のコンデンサーをコイルに入れ替えたものも時定数といわれるのですが、高い周波数をカットする性質になります。実際にはコイルを使うとノイズを拾ったり、ある程度の大きさが必要になるので、小型化できないなどの不便を生じるので、ＩＣを使った電子回路でやってます。

これらの回路の基本的な働きは、
コンデンサーと抵抗を直列につなぐと、コンデンサーは周波数の低い交流程、通しにくいので直列回路の両端にかかる電圧を分割する割合は、コンデンサーの方が大きく抵抗の方は小さな電圧になります。逆に高い周波数では、コンデンサーは通し安くなるので、抵抗にかかる電圧が大きくなります。

ですから、抵抗の両端から、電圧を取り出すと、周波数が高いほど、高い電圧が得られます。

この反対に、コイルを使った場合は、コイルは、高い周波数ほど通しにくくなるので、全く逆に、周波数が高いほど、抵抗にかかる電圧は低くなります。

この仕掛けを組み合わせると、一定の周波数幅を通さないとか、一定の周波数幅しか通さないという回路を作ることができ、それぞれ、ノッチフィルタ、バンドパスフィルタと呼ばれます。

なお、通常使用されているスタイラス（熱ペン）による心電計では、スタイラス自体が、そんな超高速では動かないので、記録計の部分自体がある程度時定数を持っています。

ハムフィルタは、その用途によって形状が大きく異なります。心電計では、スタイラスで書けないような高周波領域は必要ないので、前に書いたように、４５Ｈｚ位から上をカットする回路をさっき述べたように計算して入れます。

逆に、高い周波数が必要な、場合、例えば、ラジオや電話などの簡易的なオーディオ等では、一定の周波数より高い周波数しか通さない回路を使います。

また、本式の？オーディオ等、全部いるけど、ハムだけ取りたいときは、これらの回路をいくつもかさねて、特定の幅だけ除去するノッチフィルタを使います。

こんなところでいかがでしょう？

それから marimo_cx さんご指摘のシールドですが、病院では、通常、心電図はシールドされた部屋でとります。また、心電計の電極端子から心電計本体まで、シールドされており、電力は、ＡＣからとりますが、アースを共通にすることで、同相ノイズとなり、差動入力により除去されます。実際、シールドルームでは、ハムフィルタが必要になるのは、皮膚がかさかさになってる人（水分が少ないので、信号源インピーダンスが高くなる）などごくわずかです。

しかし病室ではそうはいかず、ＡＣはやらずにバッテリーで駆動しますが、アースをとっても同相ノイズにならない場合が多く、ハムフィルタのお世話になることがよくあります。

あと邪道なのですが筋電図混入をどうしても防げない場合もハムフィルタであるていど軽減できます。