La diferencia más obvia entre las dos formas de onda es que la primera es asimétrica (básicamente, está viendo la carga del condensador y las curvas exponenciales de descarga, que invierten la dirección en cada inversión de polaridad). El segundo tiene un patrón simétrico.
Esto se debe a que, independientemente del "orden" del filtro, son producidos por diferentes tipos de filtros.
El primer filtro es un filtro de respuesta de impulso (de hecho IIR, respuesta de impulso infinito), que modela un comportamiento visto en sistemas físicos comunes en el mundo. En este filtro, la señal de salida se basa en valores pasados de la señal de entrada, no en valores futuros. Esto hace que se creen formas sesgadas. Si tuviera que sintonizar ese filtro para permitir el ingreso de frecuencias más altas, comenzaría a ver una salida que se parece a la segunda en algunos aspectos, pero no será simétrica. Verá una onda "cuadrada", pero con decaimiento" timbre ", como en esta pregunta . Los sistemas físicos como los circuitos RC y las suspensiones de vehículos son filtros de este tipo. Reaccionan a lo que está sucediendo y no tienen información sobre el futuro. Por ejemplo, la suspensión de un vehículo no sabe que un golpe de velocidad o un agujero de bote está subiendo en la carretera, y un circuito RC no sabe que se está produciendo un pico de voltaje.
La segunda forma de onda se puede formar por superposición aditiva de señales sinusoidales: armónicos impares que están en fase. Alternativamente, puede ser el resultado de un filtro aplicado a una onda cuadrada. Pero ese filtro no es un filtro de respuesta a impulsos. Más bien, es un filtro cuya salida, en cada punto, se basa en los puntos circundantes. Es decir, valores futuros y pasados de la señal. Estos valores circundantes son ponderados simétricamente. Esta es la razón por la que las "jorobas" más pequeñas parecen agradables y simétricas.
Ahora vamos a discutir brevemente el orden del filtro. Los filtros de paso bajo no simplemente cortan frecuencias por encima de cierto valor; ellos "ruedan" las frecuencias por encima de cierta "rodilla". Un filtro de "primer orden" se despega a una velocidad de -6dB por octava. Esto significa que la componente de señal al doble de la frecuencia de la rodilla disminuye en 6 decibelios. A tres veces la frecuencia de la rodilla, se corta en 12 decibelios y así sucesivamente. Como puedes ver, esto sigue así. Según el modelo matemático puro, ninguna frecuencia, sin importar cuán alta sea, se elimina por completo. Un filtro de paso bajo de segundo orden se despega más rápido, a -12dB por octava.
Esta es la razón por la que la primera gráfica aún tiene discontinuidades: la curva de carga y descarga repetida tiene pequeñas "cúspides" nítidas cada vez que la onda cuadrada invierte la dirección. ¡Estos puntos afilados representan componentes de alta frecuencia que pasan a través del filtro!
La segunda curva (si se toma como resultado de filtrar una onda cuadrada) es un filtro de orden muy alto. Puede pasar por varios componentes de baja frecuencia y luego cortar estrictamente todo lo anterior. Si no fuera un filtro de alto orden, también podría producir una forma de onda con artefactos afilados debido a las altas frecuencias que no se atenúan por completo.
El sesgo o la simetría también pueden entenderse o considerarse como un efecto de fase. El filtro de respuesta al impulso aplica un cambio de fase a la señal, pero el cambio de fase depende de la frecuencia. Las frecuencias muy bajas, muy por debajo de la "rodilla", que pasan a través del filtro no cambian de fase. Las frecuencias que están muy atenuadas también se desplazan en fase hasta noventa grados. Y, por supuesto, lo que significa "noventa grados" (en términos de duración absoluta o longitud de onda) también depende de la frecuencia. Este desplazamiento de fase dependiente de la frecuencia se correlaciona con la forma sesgada. La forma de onda simétrica "ideal" que ve en su segundo ejemplo está libre de cambio de fase entre los armónicos. Podemos producir esa forma de onda de manera aditiva, sumando una sinusoidal fundamental junto con unos pocos armónicos impares de bajo orden que están perfectamente en fase.
