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filtro¹

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Lessico

sm. [sec. XVII; dal francese filtre, di origine germanica].

1) Qualsiasi corpo in grado di separare, trattenendole, impurità o particelle solide presenti in un fluido; in particolare, apparecchiatura idonea a effettuare la filtrazione. Per estensione, dispositivo atto a separare, assorbire, regolare un flusso di energia: filtro ottico. In particolare: A) nelle sigarette, per filtrare le sostanze nocive contenute nel tabacco e nel fumo si usano filtri a superficie, costituiti da un cilindretto di carta crespata spesso frammista a ovatta, oppure filtri ad azione multipla del tipo a superficie e ad assorbimento, costituiti come i precedenti ma con interposte sostanze filtranti (per esempio carbone attivo, resina sintetica, silicato di magnesio attivato, ecc.); tali filtri, preparati a parte, vengono inseriti automaticamente a una estremità della sigaretta durante la sua confezione. B) In metallurgia, filtro per colata, dispositivo di sezione circolare o quadrangolare e provvisto di fori di vario diametro, generalmente costituito da materiale ceramico refrattario o terra per anime, che viene posto all'inizio del canale di colata allo scopo di permettere una maggiore regolarità di efflusso del metallo liquido nella forma evitando l'erosione della forma stessa e i difetti conseguenti nelle fusioni. Può assolvere anche alle funzioni di fermascorie. C) In zoologia, apparato filtrante adibito alla filtrazione. Fungono da filtri, per esempio, appendici modificate in alcuni crostacei, il faringe perforato nei Cordati, veli di muco in alcuni policheti, l'apparato dei fanoni nei Cetacei Misticeti, le fitte branchiospine in alcuni pesci, ecc. D) In microbiologia, filtro molecolare o Millipore, filtro sintetico discoidale con pori di diametro uniforme, le cui dimensioni sono tali da trattenere i batteri. Viene usato per sterilizzare liquidi per colture cellulari, che non possono essere sterilizzati ad alta temperatura.

2) In anatomia umana, la depressione dalla base del naso al labbro superiore, detto anche solco sottonasale.

Elettronica: generalità

Circuito selettivo che trasmette le componenti di segnale comprese entro un determinato intervallo di frequenza, detto banda passante, e attenua fortemente le componenti esterne a questo. Secondo la localizzazione della banda passante, si distinguono filtri passa-basso, passa-alto, passa-banda e arresta-banda o elimina-banda; precisamente, dette f1 e f2 le due frequenze estreme della banda passante, il filtro è detto passa-basso se f1=0; se f2=∞ il filtro si dice passa-alto. Nei filtri passa-banda, f1 e f2 sono finite e diverse da 0; se il filtro trasmette solo le frequenze inferiori a f1 e superiori a f2 è detto arresta-banda o elimina-banda. Secondo il tipo di componenti utilizzati si possono avere filtri a induttanza e capacità (LC), a resistenza e capacità (RC) e a cristallo. Un filtro è detto attivo se contiene componenti attivi (per esempio amplificatori), passivo in caso contrario. Inoltre, secondo che il segnale entrante, quello uscente e tutte le grandezze elettriche che descrivono il comportamento del filtro siano funzioni continue o discrete del tempo il filtro si dice analogico o digitale. § Filtri analogici. Tra i filtri LC, che sono i più diffusi in elettronica e in radiotecnica, la configurazione più semplice consta di una sequenza di celle elementari a T (celle o cellule di Zobel) collegate in cascata. Detta

l'impedenza immagine della cella a T, dove Z e Z sono rispettivamente le impedenze del ramo serie e del ramo parallelo, il filtro si dice adattato quando l'impedenza di carico Z e l'impedenza interna del generatore Z sono uguali a Z. Nel filtro a k costante, così chiamato perché il prodotto k²=ZZ è indipendente dalla frequenza, tale condizione non può essere soddisfatta che per un ristretto intervallo di frequenza in quanto Z e Zsono di solito costanti. Una riduzione delle variazioni di Z, insieme a un'attenuazione infinita per una particolare frequenza f1 si ottiene nel filtro m-derivato, in cui Z e Z sono sostituite da m Z e Z/m e si introduce in serie a Z oppure in parallelo a Z un'impedenza che risuoni alla frequenza f1. Questa schematizzazione delle reti filtranti porta a un metodo di calcolo dei filtri, detto dei parametri immagine o di Zobel, che non fornisce in generale il miglior risultato a parità di numero di componenti utilizzati. Un procedimento di sintesi più raffinato è il metodo dei parametri effettivi o di inserzione, che consiste nell'approssimare la caratteristica di trasmissione con opportuni polinomi (polinomi di Čebyšev o di Butterworth). La procedura di calcolo che ne scaturisce è molto più laboriosa, ma può essere agevolmente eseguita per via numerica con i moderni elaboratori elettronici, che consentono di compilare esaurienti tabelle di valori standardizzati degli elementi dei filtri. Mentre nei filtri passivi sono necessari componenti ad alto coefficiente di merito come i gruppi LC e i cristalli per avere buone selettività, prestazioni equivalenti si ottengono nei filtri attivi pur con reti a bassa selettività come le RC. Queste sono inserite in reazione positiva a un amplificatore e permettono quindi di conseguire una riduzione della banda passante pari al guadagno d'anello. L'utilità dei filtri attivi RC è soprattutto nel campo delle basse frequenze, nel quale l'uso dei filtri LC è reso difficoltoso dalle notevoli dimensioni che questi dovrebbero avere. Nel campo delle microonde, le elevatissime frequenze di funzionamento richiederebbero apparati di dimensioni spesso proibitive; non vengono perciò usati filtri del tipo descritto (a parametri concentrati) ma filtri detti a parametri distribuiti, costituiti da cavità risonanti o da opportune discontinuità introdotte in guide d'onda. I filtri analogici sono impiegati per esempio nei radioricevitori come passa-banda, sia per ridurre la larghezza dello spettro dei segnali entranti, sia per sopprimere una delle due bande laterali derivanti da modulazione. Con la stessa funzione i filtri sono applicati nella trasmissione dei segnali televisivi. Nel campo telefonico sono applicati nei sistemi multiplex, come filtri passa-banda, per isolare le bande dei singoli canali. In generale sono applicati filtri passa-banda in tutti i circuiti nei quali occorre lasciar passare un'unica armonica (in particolare la fondamentale) di un segnale. Un'altra applicazione assai importante si ha in tutti gli analizzatori e spettrometri acustici, sempre come filtri passa-banda; in tal caso si distinguono filtri “a Δf costante”, cioè con larghezza di banda costante e filtri “a Δf/fcostante”, ossia con larghezza di banda proporzionale alla frequenza centrale, che si assume come frequenza nominale del filtro. § Filtri digitali. Sono sostanzialmente elaboratori, che rientrano nel campo degli elaboratori di uso generale quando il filtro non debba dare istante per istante i valori numerici caratteristici delle componenti trasmesse, ossia non debba funzionare in tempo reale; nel caso in cui il filtro debba funzionare in tempo reale, l'elaboratore deve essere progettato a tale scopo, con principio di funzionamento basato sulla possibilità di risolvere in modo pressoché istantaneo delle equazioni alle differenze finite. I filtri digitali sono applicati quando i segnali da filtrare sono già sotto forma numerica, per esempio nei sistemi di trasmissione a modulazione di impulsi codificati numericamente e quando si vogliono trasmettere segnali a frequenza assai bassa (inferiore a 10 Hz): in questo caso l'uso di filtri analogici comporterebbe infatti notevoli difficoltà.

Elettronica: filtri negli apparati per telecomunicazioni

Nel corso degli anni Novanta del sec. XX, gli sviluppi tecnici nella progettazione dei filtri elettrici in uso negli apparati per telecomunicazioni sono stati notevoli e hanno coinvolto le nuove tecnologie, in particolare la tecnica digitale e quella delle microonde. La realizzazione di tali dispositivi riveste un ruolo essenziale nello sviluppo di sistemi complessi, in quanto ciascun filtro permette di separare bande di frequenza adiacenti e, in tal modo, discriminare segnali o attenuare il rumore. Nel campo delle telecomunicazioni, si definisce un dispositivo detto filtro ideale, come un circuito due porte ipotetico in grado di permettere il passaggio del segnale nelle bande passanti senza alcuna distorsione di ampiezza e fase e di impedire la trasmissione nelle bande opache per mezzo di una attenuazione infinita. Sebbene un filtro ideale non sia realizzabile circuitalmente, molte considerazioni utili a ottenere il progetto di massima degli apparati sono sviluppate ipotizzando tale dispositivo. È evidente che un filtro reale (e cioè effettivamente realizzabile) sarà tanto migliore quanto più riuscirà ad approssimare il filtro ideale. La prima proprietà che deve avere un buon filtro è quella di avere bassa attenuazione in banda passante. Ciò è ottenuto realizzando il filtro per mezzo di una rete due porte reattiva e cioè priva, per quanto possibile, di elementi dissipativi. Nei filtri classici ciò si ottiene usando reti LC (e cioè contenenti solo induttori e condensatori) ovvero altri dispositivi, come i quarzi, schematizzabili con schemi equivalenti di tipo reattivo. Per comprendere su tali premesse il funzionamento del filtro, occorre allora supporre la presenza di un generatore (riferito allo schema di Thevenin di tutta la rete a monte del filtro) con impedenza interna puramente resistiva e un carico (corrispondente all'impedenza di ingresso di tutti gli apparati a valle del filtro), equivalente anch'esso a una resistenza. Sotto queste ipotesi, nelle bande passanti, il filtro si comporta come una rete due porte in grado di adattare perfettamente fra loro le due resistenze (da parte del generatore e da parte del carico), ottenendo così attenuazione vicino allo 0, mentre nelle bande opache, il forte disadattamento di impedenza provoca elevata attenuazione. Ciò permette di identificare in molti casi il filtro con un adattatore d'impedenza; in effetti tali dispositivi sono molto simili fra loro, specialmente nel campo delle microonde. Occorre notare che, al progredire della tecnica, la realizzazione di filtri costituiti effettivamente da reti LC chiuse su resistenze è apparsa sempre più onerosa, in quanto tali dispositivi risultavano di gran lunga i più ingombranti all'interno degli apparati. Inoltre l'uso degli induttori è incompatibile con la tecnica dei circuiti integrati, nei quali possono essere realizzati assai facilmente gli elementi attivi (BJT o MOSFET) e i condensatori, un po' meno i resistori, ma non gli induttori. § Filtri attivi. Sulla base di tali esigenze sono stati realizzati i cosiddetti filtri attivi, nei quali, in qualche modo, il ruolo degli induttori era sostituito da circuiti contenenti condensatori e transistori. Le tecniche in uso hanno riguardato l'ottimizzazione di celle filtranti opportunamente progettate (celle BIQUAD) ovvero l'uso di un particolare dispositivo due porte, realizzabile in forma integrata, detto giratore che, chiuso su un carico capacitivo, è in grado di presentare un'impedenza di ingresso con un andamento simile a quello di un induttore. I filtri attivi, per vari motivi, sono stati sviluppati soprattutto in bassa frequenza, intendendo con tale espressione frequenze non superiori al MHz. Filtri contenenti elementi piezoelettrici (quarzi) possono essere utilizzati anche per frequenze più elevate, sia per mezzo di cristalli risonanti, sia realizzando i filtri SAW (a onda acustica superficiale), costruiti su substrati di quarzo o di niobato di litio. Un'altra tecnica sviluppata per filtri in bassa frequenza è quella dei filtri elettromeccanici. Il segnale di ingresso viene inviato a un trasduttore piezoelettrico che lo trasforma in un segnale di vibrazione meccanica. Tale segnale è successivamente applicato a una complessa struttura meccanica, costituita da varie barrette metalliche calibrate, connesse fra loro da elementi sottili (le barrette e i fili sono realizzati in acciaio). La struttura meccanica è progettata in modo da produrre un filtraggio sul segnale di vibrazione applicato, così che, in uscita, un secondo trasduttore piezoelettrico permette di ottenere il segnale elettrico di uscita. Fra l'ingresso e l'uscita elettrica, il segnale (rappresentato dalla tensione presente) risulta filtrato come se ci fosse un filtro realizzato con soli componenti elettrici. Il numero di barrette è intorno alla decina e le dimensioni totali del dispositivo sono dell'ordine di qualche centimetro. Il vantaggio dell'uso di segnali di vibrazione intermedi risiede nell'elevatissima selettività ottenibile, in quanto la struttura meccanica metallica presenta fattori di merito (ossia capacità di oscillare con bassi smorzamenti) molto superiori a quelli ottenibili con una semplice struttura a componenti elettrici. § Filtri digitali. Lo sviluppo delle tecniche digitali ha reso obsoleti vari tipi di filtro e, in generale, ha dato luogo a tecniche di realizzazione molto differenti rispetto alle precedenti tecniche analogiche. Infatti, in questo campo, fermo restante la necessità di uso di filtri analogici antialising prima e dopo i convertitori analogico/digitali di ingresso e digitale/analogici di uscita, il filtraggio viene effettuato direttamente sul segnale numerico. Nel campo dei filtri digitali, il primo problema che si pone è quello di realizzare dispositivi che, in qualche modo, si comportino in modo analogo ai filtri analogici. Fra le varie possibilità di progetto in tal senso, la più importante è quella che fa uso della cosiddetta trasformazione bilineare. Detta w la pulsazione del dispositivo digitale e W quella del dispositivo analogico corrispondente, la trasformazione bilineare è definita dalla relazione

j WT /2=[1–exp(–jwT)]/[1+exp(–jwT)]

ove j è l'unità immaginaria e T è l'intervallo di campionamento. Dall'espressione precedente, si ottiene il semplice risultato

WT/ 2 = tan(wT/2)

che mostra l'esistenza di una relazione trigonometrica fra gli assi delle frequenze del dispositivo digitale e del dispositivo analogico corrispondente. Essendo w=2pf (essendo f la frequenza), si vede che l'intervallo di frequenze fra 0 e 1/(2T) del dispositivo digitale corrisponde all'intero asse delle frequenze (fra 0 e infinito), del filtro analogico corrispondente. Essendo 1/(2T) la frequenza di Nyquist del dispositivo digitale, si ottiene quindi che tale frequenza gioca un ruolo centrale nel progetto del filtro. In effetti al di là di tale frequenza, le caratteristiche di ampiezza e di fase del filtro digitale si ripetono periodicamente. Considerando, per esempio, un filtro digitale passa-basso, tale filtro presenta una banda passante fra la frequenza zero e la frequenza di taglio e una banda opaca fra la frequenza di taglio e la frequenza di Nyquist. Al di sopra di quest'ultima frequenza, si trovano successive bande passanti e bande opache, che non interessano ai fini del processamento del segnale digitale. Un filtro digitale passa basso viene caratterizzato sulla base del rapporto fra la frequenza di taglio e la frequenza di Nyquist. Per valori molto bassi di tale rapporto (considerando per esempio un filtro con frequenza di taglio pari a 10 KHz e frequenza di Nyquist pari a 500 KHz), la realizzazione risulta difficoltosa. Infatti, in questi casi, il filtro risulta molto sensibile alla precisione con cui sono effettuate le operazioni di somma e prodotto dei segnali all'interno del filtro e, quindi, alla lunghezza di parola (corrispondente al numero di bit per campione) del processore usato. Lo schema maggiormente usato per i filtri digitali è quello corrispondente al filtro trasversale. Si tratta di un filtro FIR (Finite Impulse Response), nel quale il segnale di ingresso viene fatto passare attraverso una lunga linea di ritardo, pari a un multiplo intero dell'intervallo di campionamento T. La linea di ritardo è normalmente realizzata con dei registri disposti come una memoria FIFO. Tale linea di ritardo dispone di prese intermedie, dalle quali i segnali sono estratti e inviati a un combinatore lineare. I coefficienti moltiplicativi (detti taps) sono calcolati sulla base della risposta impulsiva desiderata. Un filtro FIR può essere realizzato su un opportuno processore DSP, oppure su un hardware dedicato. Esistono in commercio dei circuiti integrati costruiti appositamente per tali tipi di filtri. Sono realizzati dispositivi con qualche migliaio di taps per frequenze fino a qualche centinaio di MHz. Un cenno particolare, fra i filtri IIR (Infinite Impulse Response), va dato ai filtri digitali a onda, che risultano particolarmente efficienti rispetto al rumore derivante dall'uso di aritmetiche finite. I dispositivi digitali sono poco usati a frequenze superiori al GHz, pur essendo presente una famiglia di dispositivi integrati detta gigabit logic. § Filtri per microonde. I filtri per microonde rappresentano un ulteriore capitolo in grande sviluppo. Come detto, essi sono soprattutto analogici. Rispetto ai tradizionali filtri in guida d'onda, i moderni filtri per microonde sono realizzati con la tecnica delle microstrisce, mediante le quali il filtro si presenta come un insieme di tronchi di linea di tipo planare connessi fra loro, in presenza di uno o più stub. Tale tecnica, per le doti di leggerezza e semplicità è particolarmente adatta all'uso per apparati per lo spazio. In questo caso, poiché a bordo dei satelliti devono coesistere varie apparecchiature in uno spazio molto ristretto, sono particolarmente onerosi i problemi derivanti dall'irraggiamento elettromagnetico delle strutture e dalle possibili interferenze fra apparati. Particolarmente difficile, in un filtro a microonde è l'ottenimento di bande passanti e di bande opache estese in frequenza (per esempio, un filtro a una o due ottave). Infatti, per la presenza di linee di trasmissione, il filtro tende, come nei filtri digitali, a presentare caratteriste periodiche o ripetitive delle proprie bande. Se il filtro è di tipo incommensurato, le bande superiori non sono mai una ripetizione esatta di quelle inferiori. In ogni caso è molto facile che, in una banda opaca molto estesa siano presenti dei campi ristretti di frequenza in cui l'attenuazione diminuisce molto sensibilmente. Questi problemi sono anche presenti negli adattatori d'impedenza, in uso per tali frequenze. Filtri o elementi di essi, sono usati come reti d'adattamento in amplificatori monoliti su arseniuro di gallio.

Acustica

Dispositivo, avente un'entrata e un'uscita, che consente il passaggio dell'energia di segnali acustici corrispondenti a un certo campo di frequenza, mentre ostacola il passaggio nel campo di frequenza restante. La forma d'onda del segnale acustico uscente dal filtro è diversa dalla forma d'onda del segnale d'entrata, in relazione alle caratteristiche del filtro. Le denominazioni particolari del filtro (passa-alto, passa-basso, passa-banda, arresta-banda o elimina-banda) sono corrispondenti a quelle dei filtri elettronici; analogamente, si definisce la frequenza di taglio come frequenza che separa la banda passante dalla banda attenuata. Dal punto di vista fisico le proprietà dei filtri acustici sono legate all'analogia fra circuiti elettrici e circuiti acustici. Un tubo lungo e sottile aperto a entrambe le estremità costituisce una massa acustica, analogo dell'induttanza elettrica: M=m /A, dove m è la massa volumica del fluido interno, l la lunghezza del tubo, A l'area della sezione. Analogamente una cavità di volume V è l'analogo di una capacitanza elettrica. C=V/m c², dove c è la velocità del suono. Una resistenza acustica R è facilmente realizzabile mediante una griglia. È quindi possibile fabbricare un dispositivo, avente un'entrata e un'uscita, che simuli un filtro elettrico passivo e che ne abbia le stesse proprietà filtranti nei confronti del campo di frequenza del segnale entrante, con l'avvertenza che le dimensioni trasversali utili rispetto al passaggio dell'onda sonora siano piccole rispetto alla minima lunghezza d'onda. In pratica il filtraggio acustico è eseguito con filtri elettrici, con due trasduzioni del segnale, da acustico in elettrico prima del filtro e da elettrico in acustico dopo il filtro.

Ottica: generalità

Sistema ottico atto a eliminare parzialmente le radiazioni incidenti, sia nel campo del visibile, sia nel campo dell'infrarosso, sia nel campo dell'ultravioletto. Si possono suddividere in quattro categorie: filtri di colore;filtri d'interfenza; filtri birifrangenti; filtri polarizzatori. I primi si basano sull'assorbimento della luce da parte delle sostanze; infatti, il colore che una sostanza assume, per trasparenza o riflessione, è complementare al colore corrispondente alla gamma di lunghezze d'onda che la sostanza assorbe. Tra questi sono compresi i filtri neutri, costituiti da vetri, gelatina, plastica, soluzioni contenute in celle trasparenti, che trasmettono una vasta gamma di lunghezze d'onda, e i filtri colorati, detti anche filtri passa-banda, che trasmettono soltanto un determinato intervallo di lunghezze d'onda. I filtri del secondo tipo, cioè i filtri d'interferenza, sono generalmente basati sull'interferenza delle onde luminose, prodotta da sottili strati di sostanze depositate su vetro; l'interferenza della luce trasmessa si ha per determinati valori della lunghezza d'onda, valori legati allo spessore dello strato depositato e all'inclinazione del fascio incidente; tali filtri assorbono soltanto ristrette bande di lunghezze d'onda. Appartengono a questa categoria anche i filtri olografici in cui il fenomeno dell'interferenza viene prodotto da un retino olografico inciso sul vetro del filtro. I filtri birifrangenti sono dispositivi ottici, di uso prevalentemente astronomico, che utilizzano il potere birifrangente di alcuni cristalli (calcite, quarzo). Sono destinati di norma alla visione degli strati gassosi esterni del Sole, cromosfera, corona e fenomenologie associate. In essi, la banda passante, mediante il controllo termico degli spessori dei cristalli, può venir ridotta ed essere sintonizzata con la rotazione di filtri polarizzatori, su di un discreto numero di lunghezze d'onda d'interesse astrofisico (riga dell'idrogeno, del calcio, del ferro, ecc.). I filtri polarizzatori, infine, si basano sul fatto che la riflessione su superfici levigate, non metalliche, determina la polarizzazione del fascio luminoso incidente. Essi sono pertanto costituiti da dispositivi analoghi ai polarizzatori che assorbono parzialmente o totalmente la luce polarizzata.

Ottica: fotocinematografia

I filtri sono largamente usati in fotografia sia ponendoli davanti alla sorgente che illumina la scena da riprendere sia, più frequentemente, davanti all'obiettivo: in questo caso, per non influire sfavorevolmente sulla qualità dell'immagine, il filtro deve essere sottile e con facce lavorate otticamente e perfettamente parallele. Nella fotografia in bianco e nero i filtri colorati servono esclusivamente per modificare la resa del contrasto quando si riprendono oggetti diversamente colorati ma che, per la sensibilizzazione cromatica della pellicola impiegata e per la loro luminosità, verrebbero riprodotti con uguali toni di grigio. Per esempio, i filtri gialli o arancione, bloccando il colore blu, aumentano il contrasto tra il cielo azzurro e le nuvole. I filtri più usati sono di colore giallo o giallo-verde, ma si usano anche filtri arancione, rossi, azzurri e verdi. Vengono prodotti in diverse intensità di colore, dalla quale dipende il fattore di prolungamento del tempo di posa, necessario a causa dell'assorbimento del filtro. Il fattore di posa viene generalmente indicato sulla montatura del filtro. Nella fotografia a colori i filtri non hanno la funzione di modificare il contrasto bensì una funzione correttiva della resa cromatica. I filtri correttori di luce servono per modificare la temperatura di colore della luce usata per la ripresa, adattandola alla temperatura di colore per cui è tarata la pellicola; particolari filtri correttori di luce sono i filtri di conversione per utilizzare con luce artificiale una pellicola per luce diurna e viceversa. I filtri compensatori di colore servono invece per correggere, in ripresa o in stampa, dominanti dell'immagine dovute a imperfezioni nella fabbricazione o nello sviluppo della pellicola. Anche i filtri per il colore vengono prodotti in diverse densità e necessitano di un prolungamento del tempo di posa. Peraltro, non trattandosi di filtri di contrasto, la loro densità è, in genere, nettamente inferiore a quella dei filtri per bianco e nero. Alcuni filtri vengono usati sia nel bianco e nero sia nel colore. Il filtro ultravioletto (UV) è un vetro incolore che blocca la radiazione ultravioletta, non percepita dall'occhio, ma alla quale le emulsioni fotografiche sono molto sensibili; funzione analoga svolge il filtro skylight, leggermente rosato, che, nel colore, serve contemporaneamente a rendere più caldo il tono dell'immagine. I filtri diffusori sono dei vetri che recano incisioni circolari concentriche e servono per la ripresa di immagini flou. I filtri grigi o neutri, di diversa densità, servono a diminuire l'intensità della luce che passa attraverso l'obiettivo senza alterarne la composizione cromatica. Vengono usati soprattutto in cinematografia, quando l'illuminazione è eccessiva oppure quando si desideri impiegare un diaframma più aperto o un tempo di posa più lungo di quanto richieda l'illuminazione esistente. Il filtro polarizzatore serve per eliminare la luce riflessa da superfici speculari non metalliche; nella fotografia a colori ha anche una funzione analoga a quella del filtro giallo o arancione nel bianco e nero. Nella fotografia con pellicole sensibili all'infrarosso si usano filtri speciali che trasmettono solo questa radiazione e sono quindi di colore nero. Nei proiettori fotocinematografici e negli ingranditori si trovano spesso dei filtri atermici che bloccano la radiazione infrarossa e trasmettono invece quella visibile, in modo da limitare il riscaldamento della pellicola. Nei videoproiettori si trovano dei filtri dicroici o olografici che separano le componenti fondamentali della luce (rosso, verde e blu) prima che attraversino i pannelli che generano l'immagine. Nei sistemi di proiezione a tre pannelli questi filtri sono generalmente abbinati a prismi che ricompongono le tre immagini monocromatiche prima di inviarle all'obiettivo di proiezione. Esistono anche dei filtri degradanti, con densità variabile da punto a punto. Filtri grigi trasparenti ai margini e più scuri al centro sono stati usati per correggere la vignettatura di certi obiettivi grandangolari. Altri filtri degradanti colorati si usano quasi esclusivamente in cinematografia per ottenere particolari effetti. Infine i filtri di sicurezza usati per l'illuminazione della camera oscura devono assorbire tutte le radiazioni cui sono sensibili le emulsioni con cui vengono utilizzati. Per esempio, con i materiali non sensibilizzati, sensibili nel viola e nel blu, si utilizzano dei filtri giallo-verdi; con i materiali ortocromatici, non sensibili al rosso, si impiega un filtro di tale colore.

Ottica: fotografia digitale

L'avvento della fotografia digitale ha aperto una nuova strada all'uso dei filtri per la correzione delle imperfezioni o per la creazione di immagini artistiche. La ripresa digitale permette infatti di utilizzare sia le tecniche di filtraggio elettronico, già note nel campo delle telecomunicazioni, sia gli algoritmi sviluppati per ripulire e migliorare la qualità delle immagini ricevute dai satelliti. Le macchine fotografiche digitali possono fare a meno dei filtri ottici da anteporre all'obiettivo e usare gli algoritmi di filtraggio incorporati nel processore della fotocamera. I più diffusi filtri digitali incorporati nelle fotocamere sono il "bianco e nero" che elimina le informazioni colore, il viraggio seppia che consente di eseguire foto "antichizzate" e alcuni filtri creativi per ottenere effetti speciali. Dal momento che un filtro, ottico o digitale, elimina comunque una parte dell'informazione, si tende a evitare l'uso di filtraggi eseguiti al momento della ripresa. Si registra quindi l'immagine con tutte le sue componenti spettrali e si differisce l'operazione di filtraggio alla fase di fotoritocco, fase più o meno equivalente alla lavorazione in camera oscura delle fotografie tradizionali. L'unico tipo di filtro che deve necessariamente essere utilizzato in fase di ripresa è il filtro polarizzatore, di tipo ottico, in quanto non esistono algoritmi capaci di riprodurne l'effetto. Qualsiasi altra operazione, come viraggio di colore, sfumatura, mascheratura, effetto cross-screen, ecc., può essere eseguita in digitale su una copia dell'immagine. In questo modo, al contrario del filtraggio realizzato in fase di ripresa, si può ripetere l'operazione più volte, con filtri e parametri differenti fino a ottenere il risultato desiderato.

Tecnica

I filtri usati nelle applicazioni industriali sono di diversi tipi: il principio su cui operano è in generale quello di far attraversare da parte del mezzo da filtrare un certo numero di elementi costituiti da materiali che permettono il passaggio del fluido da filtrare, trattenendo però le impurità solide. I filtri sono caratterizzati dalle dimensioni minime delle impurità che riescono a trattenere e dalla quantità di impurità asportate nell'unità di tempo. Dal punto di vista del funzionamento, i filtri sono detti continui se possono funzionare senza interruzione, discontinui se è necessario sospenderne periodicamente l'attività per eseguire operazioni di pulizia. Inoltre si distinguono filtri in pressione, nei quali il fluido ha una pressione superiore a quella atmosferica, sia all'entrata sia all'uscita (e quindi anche entro il filtro), e filtri a vuoto, nei quali la pressione del fluido all'entrata non è superiore a quella atmosferica: il fluido all'uscita è quindi certamente in depressione rispetto all'atmosfera. I principali tipi di filtro sono: A) filtri a superficie, in cui il fluido viene costretto ad attraversare una superficie costituita da una rete metallica o da un tessuto o anche da un foglio di carta robusta. I filtri di questo tipo permettono una filtrazione particolarmente efficiente e una facile sostituzione dell'elemento filtrante. Possono trattenere particelle con dimensioni variabili tra un centinaio e una decina di micron. Filtri di questo tipo sono utilizzati sugli autoveicoli, per esempio: quello inserito nel circuito di lubrificazione, a valle della pompa, per depurare l'olio da impurità carboniose e metalliche, generalmente costituito da un involucro metallico (cartuccia) forato e ripieno di cascami di cotone; quello per depurare l'aria di alimentazione del carburatore, costituito da un filtro a pacchetto di carta senza colla o da un filtro metallico contenente paglia metallica o crine animale imbevuti di olio; quello per depurare il carburante, generalmente costituito da una semplice reticella metallica molto fitta. B) Filtri a lamelle, costituiti da un pacco di dischi metallici o di carta con interposte delle lamine di vario spessore e con fori di varie dimensioni. Lo spessore delle lamine e i diametri dei fori in esse ricavati determinano la capacità operativa di questo tipo di filtro. Il fluido affluisce dall'esterno e viene scaricato attraverso un canale interno ricavato lungo l'asse longitudinale del pacco di lamine. Le impurità vengono allontanate per mezzo di appositi raschiatori senza che il flusso del fluido venga interrotto. A questo tipo appartengono i filtri ad aria degli impianti di condizionamento che vengono realizzati all'interno dei canali di distribuzione: constano di condotti che presentano bruschi cambiamenti di direzione o stretti passaggi i quali fanno depositare le impurezze sospese nell'aria. I filtri di questo tipo possono trattenere particelle di dimensioni comprese tra 100 e 0,5 micron. C) Filtri ad assorbimento, possono essere chimicamente inattivi o chimicamente attivi. I filtri chimicamente inattivi sono costituiti da materiali di vario tipo (fibre tessili, feltro, polpa di legno, lana minerale, asbesto, terre fossili, ecc.) che costituiscono il mezzo filtrante capace di trattenere le impurità. Per ottenere una filtrazione più efficace si ricorre spesso all'impiego di materiali ceramici o a speciali metalli sinterizzati. I filtri chimicamente attivi sono analoghi a quelli inattivi, ma i mezzi filtranti impiegati in questo caso sono tali da abbinare all'azione meccanica della filtrazione un'azione chimica di attrazione di alcune sostanze indesiderate. I materiali impiegati possono essere: terre attive, carboni, argilla attivata, carte opportunamente trattate. La capacità di filtrazione di questo tipo di filtro è molto elevata. D) Filtri centrifughi, costituiti da piccole centrifughe che operano secondo il principio della turbina a reazione. Uno dei vantaggi nell'uso di questi tipi di filtro è costituito dalla possibilità di mantenere costante la portata del fluido, che invece negli altri tipi di filtro diminuisce con l'accumularsi delle impurità sugli elementi filtranti. Le dimensioni minime delle particelle asportate con questi filtri arrivano a un paio di micron. E) Filtri a letto granulare , usati negli impianti per la depurazione delle acque, sono costituiti, in generale, da diversi strati sovrapposti di materiale (sabbia silicea, coke, antracite macinata, quarzo, ecc.) di dimensioni crescenti dall'alto verso il basso, che vengono attraversati dall'acqua da depurare. A questo tipo appartengono la fontana filtrante e il filtro di Chamberland utilizzati per la depurazione di piccoli quantitativi di acqua potabile: il primo è costituito da un recipiente a doppio fondo di gres poroso con uno strato di carbone o sabbia fra i due fondi; il secondo da un recipiente cilindrico all'interno del quale si trova un tubo in porcellana porosa attraverso le pareti del quale deve passare l'acqua immessa nel primo a pressione. Per la demineralizzazione dell'acqua si usano anche filtri costituiti da due recipienti, il più interno contenente una resina granulare che demineralizza l'acqua che l'attraversa mediante scambio ionico. Esistono inoltre filtri il cui funzionamento si basa su principi differenti; oltre ai filtripressa, alle candele filtranti e agli elettrofiltri si hanno i filtri magnetici, usati per fluidi contenenti in sospensione particelle ferrose: sono costituiti da un insieme di maglie in acciaio, attraversate dal liquido, che vengono magnetizzate provocando la deposizione delle particelle fino a dimensioni dell'ordine del micron.