, 한자 '필 터'에 대한 내용은 攄 문서
참고하십시오.1. 개요
필터(filter) 또는 여과기(濾過器)는 무언가를 걸러내는 도구, 즉 특정 성질을 가진 것은 차단하고, 그렇지 않은 것은 통과시키는 도구이다.필터는 '필터를 통과하려는 것'을 완전히 차단하는 것은 아니다. 모든 것을 차단하는 것은 필터가 아니라 벽이나 마개에 해당한다. 필터는 차단과 선별 기능을 동시에 수행할 수 있는 도구를 말한다.
제작 목적에 따라 이물질, 입자, 미세먼지, 수중의 분비물, 세균이나 바이러스, 광선, 음파, 전파 등등을 걸러내게 된다. 이런 동작을 수행하는 것을 필터링이라고 부르는데, 필터와 마찬가지로 더 넓은 의미로 쓰인다. 과학이 발전하며 단순히 입자를 걸러내는 것 이상의 의미를 갖게 되었는데, 음향, 광선, 전파 심지어 방사능까지도 포괄하는 개념이 되었다.
2. 불순물 필터
에어컨, 공기청정기, 정수기, 청소기, 방독면 등 입자를 걸러내어 매질을 깨끗하게 하는 기구에는 죄다 붙어 있고 이것이 핵심 역할이다. 마찬가지 의미로 담배(흔히 보는 궐련 갑담배)에도 필터가 존재한다.[1] 입자를 거르는 역할이라는 점에서, 요리에 쓰이는 체, 실험실에서 쓰이는 거름종이도 필터의 일종. 그 외에도 하수구 거름망도 필터라고 볼 수 있다. 또한, 황사나 미세먼지 마스크에도 필터가 있다.사람의 코털도 훌륭한 공기 필터다. 어찌 보면 세포막도 필터의 일종으로 볼 수 있다. 의외로 산업 전반에 많이 쓰이는데, 소독과정중에서도 가장 간단한 것이 필터를 이용하는 것이다. 0.2um 정도의 멤브레인 필터를 이용하면 바이러스 크기를 가지는 원시 미생물을 제외하고 그람 양성 음성이나 세포벽 여부를 막론하고 미생물이란 미생물은 싹 제거된다. 물론 화학물질을 이용하는 것이 아니므로 오염을 격정할 필요도 없이 완벽하게 소독된다. 완전용액이 아닌 우유 등의 콜로이드에는 이용하기 곤란하다. 완전 용액에서 바이러스나 이온 등을 분리하여 완전한 용매를 분리하려면 반투막을 이용하면 된다.
항공기나 자동차를 비롯한 기계류는 연료, 엔진 오일, 유압작동유, 공압계통의 압축공기 등 많은 유체를 다루기 때문에 이러한 유체류에 들어갈 수 있는 불순물을 걸러주기 위해 여러가지 필터가 장착되어있다. 연료나 엔진오일 등은 필터를 제때 교체해주지 않았거나 뭔가 사고 등으로 잘못되어 필터가 불순물로 꽉 막혀버리면 당장 엔진이 멎거나 할 수 있으므로 필터 옆에 일종의 우회로를 둔다. 일단 필터가 문제가 있다고 경고 장치 등으로 사용자에게 알려주되, 당장 엔진이 멎거나 하진 않도록 연료나 오일이 이 우회로를 통해서 어쨌거나 오염된 상태로라도 엔진으로 흘러가도록 하는 개념.
2.1. 방사능 물질 필터
셀라필드 원자력 단지 항목의 윈드스케일 사고 항목 참조. 참고로 이때 필터가 없었으면 영국에서 체르노빌급 참사가 벌어질 수도 있었다!2.2. 담배 필터
1950년대 이후 생산되는 궐련의 99% 이상은 모두 필터가 달려있다. 원래 담배를 처음 피웠던 중세시대부터 20세기 초반까지의 담배들은 필터가 없었는데, 시가와 파이프 담배는 물론이고 생산되는 궐련에도 필터가 안 달린 양절궐련 형태로 나왔다. 말보로가 담배 브랜드 중 가장 먼저 필터를 도입한 회사였는데, 당시만 해도 말보로는 여성용 담배로 홍보하고 있었기에 남성 흡연자들 사이에서 필터달린 담배를 피우는 건 나약한 사람이라는 인식이 박혀있어 큭 대중화되지 못했다. 심지어 게이들이나 피운다는 악담도 돌았었다고. 이렇듯 1950년대 이전까지 생산된 궐련에는 필터가 달려있지 않았고, 담뱃잎이 사람이 갖다대는 입술 부분까지 꽉 차 있는 형태로 되어있었다.그러나 1950년대 초반, 미국 보건당국에서 과학자들과 함께 담배가 인체에 유해한다는 연구를 진행하였다. 해당 연구결과의 발표로 인해 담배산업은 처음으로 불황기에 접어들었고 상당수의 흡연자들이 금연을 선택하며 담배회사의 매출이 급감하였다. 담배회사들은 이러한 매출하락을 막기 위해 필터 궐련을 판매하며 대대적으로 홍보하기 시작했는데, 자기 회사들의 필터가 담배의 불순물을 다 걸러주는 수준 높은 필터라고 광고를 내걸며 열성적으로 흡연자들의 마음을 돌리기 위해 노력하였다. 당시 미국에서 1/2위를 달리고 있던 카멜과 럭키 스트라이크를 포함하여 많은 담배 회사들이 필터 궐련을 발주하기 시작했고, 심지어 광고에 의사들까지 등장시켜 필터 궐련의 안전성을 홍보하였다.
이러한 필터담배의 열풍 속에서 가장 큰 이익을 본 회사는 말보로와 켄트였는데, 말보로는 말보로 맨이라는 캐릭터와 함께 자사 담배의 필터를 포인트로 내세운 광고를 적극적으로 밀어붙혀 기존 남성들까지 포섭하는데 성공하여 1960년대부터 미국 담배업계에서 판매량 1위로 올라서게 된다.[2]
켄트는 1952년 첫 제품을 발주하면서 "우리 회사 필터에는 마이크로나이트라는 특별 성분이 포함되어 있어 담배의 유해물질 상당수를 걸러준다"는 마케팅을 내세워 대성공했고, 심지어 금연했던 사람들까지 켄트를 피우기 위해 다시 담배에 손을 댔을 정도였다. 그런데 그들이 마르고 닳도록 예찬하던 마이크로나이트의 정체는 다름 아닌 석면이었고,[3] 결국 4년 뒤인 1956년 켄트는 담배의 필터 성분을 조용히 섬유제질로 바꾸게 된다. 당시만 해도 석면이 발암물질이라는 것이 밝혀지기 전이라서 많은 흡연자들이 켄트를 애용했지만, 몇십년 이상이 지난 뒤 켄트를 피웠던 흡연자들이 폐암에 걸리는 일이 속출하게 되었다. 이로 인해 켄트는 수많은 흡연자들에게 민사소송을 당했고 결국 회사가 부도나면서 브리티시 아메리칸 토바코에 합병까지 되었다. 이 소송은 2020년대 현재까지도 이어지고 있다고 한다.
1950년대부터 불티나간 필터 궐련은 1960년대~1970년대에 들어 전체 담배 시장의 절대다수를 차지하게 되었다. 여전히 일부 담배회사들은 필터 안 달린 양절궐련을 판매하고 있긴 하지만, 물량도 극소수인데다 높은 타르 수치로 인한 건강우려로 소비자들에게 외면당하고 있다.
담배 필터의 효능에 대해서는 여전히 말이 많은 편이다. 결론만 정리하자면 타르 수치를 낮춰주고, 담배의 유해물질 일부를 걸러주는 역할을 하는 건 맞지만 담배의 해악성을 완전히 제거하지는 못한다. 의사들이 밝힌 바에 따르면 필터가 걸러낼 수 있는 담배 속 유해물질의 한도는 그리 높지 않으며, 암에 걸릴 확률 역시 상대적으로 적을 뿐이지 여전히 비흡연자들보다 훨씬 높다고 한다. 즉 온전히 건강하게 살고 싶으면 금연이 가장 효과적이라는 것.
또한 다 피운 담배필터는 담배꽁초가 되는데, 이걸 흡연자들이 함부로 버려 환경문제를 낳고 있기도 하다.
시간이 흐르면서 기술의 발전으로 다양한 형태의 담배 필터가 생겨났다. 필터에 활성탄을 넣은 차콜 필터(Charcoal Filter)가 유행중인데, 이 필터는 기존 필터와 달리 아크롤레인, 크로톤알데히드 등 담배의 유해물질 상당수를 확실히 걸러준다고 하여 일부 담배회사에서 사용하고 있다.[4] 다만 이 역시 일반 담배 필터에 비하면 효능이 좋을지 몰라도 유해물질을 완전히 걸러주지 못한다는 것은 명심해야 한다.
멘솔 담배들은 필터에 박하향을 넣어서 시원한 맛을 내게 하며, 캡슐 담배들은 필터 부분에 캡슐을 달아놓고 흡연자들이 피울 때 터트려 여러 종류의 가향 맛을 나게 한다. 클래식한 고타르 담배를 불호하는 흡연자들, 특히 젊은 흡연자들은 멘솔이나 가향/캡슐 담배를 찾는 경우가 많다. 전 세계 보건당국에서는 이런 가향 담배들이 흡연을 조장한다고 하여 규제하려는 움직임을 보이고 있다. 만약 본인이 비흡연자인데 캡슐 담배의 맛을 보고 싶다면, 필터에 있는 캡슐 부분을 자른뒤 터트려서 맛 보면 된다. 캡슐에는 니코틴/타르 등 유해물질이 전혀 들어가있지 않다.
시가나 파이프 담배에는 필터가 달려있지 않은데, 이 두 담배는 보통 겉담배로 피우는 경우가 일반적이기 때문에 필터가 없다는 것이 큰 단점이 되진 않는다. 연기가 폐까지 넘어가지 않으므로 폐암의 위험은 적지만, 대신 구강암이나 설암이 발병할 확률이 높다.
롤링 타바코에도 필터가 있다. 보통 필터와 담뱃잎을 종이에 말아서 피우는데, 필터는 직접 구입해야 하며 가격은 저렴한 편이다. 기성 담배들과 마찬가지로 맨솔 필터가 있다. 필터는 보통 일반 궐련의 필터와 동일한 역할을 하는 편이지만, 롤타 자체가 대중화된지 얼마 되지 않아서 필터가 과연 얼만큼 유해물질을 걸러내주는지에 대한 효능은 정확히 입증된 바가 없다. 다만 롤링 타바코는 일반 궐련과 달리 화학물질이 거의 들어가있지 않아 필터 자체가 걸러내는 유해물질의 수는 궐련보다 적다.
대마초의 경우 보통 필터를 넣지 않고 피우는데, 담배 등과 섞어서 피울 경우 필터를 넣어서 피기도 한다. 대마초는 담배처럼 세팅된 궐련 형태로 나오지 않아 직접 대마 잎을 사서 롤링 타바코처럼 말아서 피워야 하는데, 보통 필터를 넣지 않는 대신 잎이 입으로 들어가는 걸 방지하기 위한 팁(Tips)라는 만 종이를 대신 집어넣는다. 이건 그저 잎이 입 안으로 들어가는 걸 막아주고 연기가 잘 통하게 하는 역할만 하는 지라 유해물질은 전혀 걸러내지 못한다.
2.3. 예시
- 담배의 필터[5]
- 체
- 싱크대의 배수구
- 거름종이
- 방독면
- 정수기의 여과 장치[6]
- 공기청정기[7]
- 필터홀더 - 에스프레소 머신에 쓰이는, 커피를 담는 체
- 인간을 포함한 다양한 동물의 콩팥, 코털[8], 귀지[9]
- 신장 질환 등으로 받아야 하는 혈액 투석 기기
- 반투과성막
- 관상어 어항에 설치하는 어항 여과기
- 자동차 필터
한반도[10]
3. 음향 필터
이어폰 등에서 볼 수 있다. 필터의 재질과 밀도를 조절해 특정 주파수의 양을 적절히 맞춰 음색을 조절한다. 주로 노즐에 들어가며 포낙, AKG K3003, Shure SE846, Etymotic Research 상위 모델들 등 일부 제품은 필터를 교환해 사용자가 원하는 소리를 정할 수 있다.위와 같은 필터 방식은 제진재라고도 불리는 음향적 저항을 적절한 자리에 적절하게 배치하는 방식을 통해 다양한 사운드를 표현할 수 있게 된다. 공기 입자의 운동 속도가 빠르면 빠를수록 제진재를 거치게 되면 더 많은 에너지를 잃게 되는데, 음향전달관 내부의 공기는 공진 주파수, 음향전달관의 출구면, 그리고 출구면 λ/2 거리에서 가장 빠른 흐름을 보이는데, 제진재를 적절한 부분에 위치시키게 되면, 공진 주파수에서의 출력은 감쇄하게 된다. 배치에 따라서 임피던스가 달라진단 의미로 해석할 수 있다.
결국 크게는 이물질에 따라서도 달라질 수도 있는 만큼 각별히 청결을 주의할 필요도 있다는 의미가 되겠다.[11]
이어폰의 필터는 소모품이다. 아무리 깨끗하게 관리한다고 하더라도 길면 6개월이 수명이라고 보면 된다. 보통 좌우 소리의 밸런스가 틀어지거나 이상하게 소리가 먹먹하다 싶으면 필터를 교체해주자 처음샀을때의 그 느낌으로 돌아올 것이다. 교체시에는 좌우를 같이 갈아주어야 한다. 이어폰에서의 에이징이라고 하는 부분의 대부분은 필터의 유무의 관계없이 먼지등의 이물질이 내부에 지속적으로 쌓여 물리적으로 소리가 변한 경우가 거의 대부분이다.
다른 방식으로는 네트워크에서 필터를 제작하는 방법이 있다. 종류는 로패스 필터와 하이패스 필터가 있다. 각각 크게 연결 방식에는 차이가 있지만 기본적으로 커패시터를 사용한 필터는 하이패스 필터, 인덕턴스는 로패스 필터로 볼 수 있다. 관련된 자세한 내용은 아래 3번 항목 참조.
4. 광학 필터
광선을 걸러내는 경우에는 광학 필터라고 부른다. 가장 널리 쓰이는 것은 카메라 렌즈에 장착하여 사용하는 '렌즈 필터'이다. 또한, 컴퓨터 모니터에 장착하여 보안 기능을 제공하거나, 빛반사 방지를 제공하는 모니터용 필터도 존재한다.광학 필터는 단순히 밝기를 감소시킬 수도 있으나 한 방향에 수직인 방향의 진동을 완전히 제거하여 한 방향으로만 진동하게 할 수도 있다. 이것을 편광 필터라고 부르며, 편광 필터로 인해 걸러지는 밝기는 편광 방향과 원래 진동 방향의 코사인만큼이다. 편광 필터는 자기를 띤 소재를 매우 간격이 좁은(~2*파장) 평행한 선으로 발라 만드는데, 이 선에 평행한 방향의 진동은 모두 제거된다.
특수한 파장에 대한 흡수율(색)을 가진 필터도 존재하는데, 이 경우 광선에서 특정 파장만을 걸러내는 것이 가능하다. 셀로판지 등이 대표적이며, 카메라 렌즈에 널리 쓰이는 UV 필터도 자외선을 차단하는 용도이다. 이를 응용하여 만든 것으로 색약자를 위해서 특정 색 파장을 강조하여 색 구분을 용이하게 만든 안경이 있다. 관련 제조사 홈페이지 또한 디지털카메라에는 일반적으로 일정 주파수 이하의 빛을 걸러내는 로패스 필터가 센서 앞에 부착된 경우가 많다.
넓게 해석하면 선글라스나 자동차 유리 선팅도 광학 필터라고 볼 수 있다.
5. 신호처리에서 필터
전기회로 및 전자 회로에서도 특정 주파수를 차단·통과시키는 목적의 회로를 필터라고 한다. 한국어로는 '여파기(濾波器)'라고 한다. 하지만 한국에서도 전공자든 현직자든 '필터'를 압도적으로 많이 쓰는 게 현실이다. 일단 2음절이라서 더 경제적일 뿐더러 더욱 익숙한 말이기 때문.
만드는 방법은 인덕터(코일)과 커패시터 등의 수동 소자(passive devices)를 이용하는 필터부터, 반도체(op-amp, 다이오드, 트랜지스터) 등의 능동 소자(active devices)를 이용하는 필터도 있다. 또한 DSP장치를 사용할 수 있는 경우 디지털 신호처리(Digital Signal Processing)를 사용하기도 한다. 전기회로 부품만을 사용하여 제작하는 필터는 '수동 필터(passive filter)', 반도체소자를 이용한 전자 회로 필터는 '능동 필터(active filter)'라고 칭한다. 능동 필터를 구축할 때는 트랜지스터 기반 증폭기를 필수적으로 이용한다. 아날로그 필터와 디지털 신호처리를 사용한 디지털 필터를 비교하면 디지털 필터의 복잡도가 아날로그 필터보다 높지만, 일반적으로 디지털 필터의 특성이 아날로그 필터보다 매우 우수하므로 널리 쓰이고 있다.
전기공학·전자공학에서 전자회로, 전기회로는 물론 음향이나 영상 같은 신호처리, 통신 시스템 등등 안 쓰는 분야를 찾기 힘들 정도로 필수적으로 쓰인다.
주파수 특성에 따라서 분류하면 아래와 같다.
- 저역통과 필터(Low-Pass Filter, LPF)
낮은 주파수 대역(저주파)는 통과시키고, 높은 주파수 대역(고주파)는 차단하는 필터. 샘플링 및 변조된 신호를 복원하는 과정에서 거의 필수적이라 현존하는 거의 모든 디지털 제품에 들어 있다. LPF가 없으면 샘플링을 할 수도, 디지털 신호를 다시 아날로그 신호로 바꿀 수도 없다.
- 고역통과 필터(High-Pass Filter, HPF)
LPF와 반대로 고주파를 통과시키는 필터
- 대역통과 필터(Band-Pass Filter, BPF)
특정 주파수 대역만 통과시키는 필터. 현대의 전자회로는 특정 주파수 대역만 잡아 내는 것이 아주 중요하다. 예를 들어 이퀄라이저와 같이 원하는 영역의 주파수만을 이용해 음향 효과를 주기도 하고 무전기, 라디오, 휴대폰 같은 것에서는 자신이 현재 사용중인 주파수 대역만 통과시키고 나머지를 차단하는 방법으로 주파수를 튜닝한다. 그래서 BPF(band pass filter)가 많이 쓰인다.
- 밴드스톱 필터(Band-Stop Filter, BSF)
대역저지 필터(Band-Reject Filter, BRF)라고도 부른다. 특정 주파수 대역만 차단하고, 나머지 대역은 통과시키는 필터. 그냥 BPF와 뭉뚱그려 취급하는 경우도 있다.
- 전역통과 필터(All-Pass Filter, APF)
모든 주파수 대역을 통과시키고 위상에만 변화를 주는 필터다. 물론 위상에도 변화를 주지 않는다면 필터를 사용하는 의미가 없으니 위상 부분은 conjugation을 꼭 해줘야 한다. 이 필터의 전달함수(transfer function)를 보자면, [math(|H(j \omega)| = 1)], [math(N(\angle H(j \omega))=D^{\ast}(\angle H(j \omega)))]를 만족시켜야 한다.
그 외에도 다른 기준으로 필터를 분류할 수 있는데, 아날로그 필터인지 디지털 필터인지를 기준으로, 디지털필터에서는 FIR(finite impulse response) 필터[12]인지, IIR(infinite impulse response) 필터[13] 인지를 기준으로, 필터의 통과특성인 Butterworth, Chebyshev 등의 기준으로[14], 필터의 차수를 기준으로 등 다양한 기준으로 필터를 분류할 수 있다.
더불어, 이상적인 필터라면 내가 지정한 특정 주파수만 딱 막아내고 나머지는 모두 통과시키겠지만, 현실에 존재하는 필터는 무조건 '가우시안 분포'를 따르므로 내가 지정한 특정 주파수의 주변 주파수도 일부 막아낸다는 사실도 명심하자.
6. 인터넷 채팅/게시판에서의 필터
인터넷 서비스에서 회칙을 위반하는 게시물을 자동으로 차단하는 기능이다.
7. 목록에서의 필터
수많은 목록이 나열되어 있는 곳에서, 자신이 원하는 설정의 목록만 띄우기 위하여 사용한다. 필요 없는 설정의 목록이 많을 때 매우 유용한 기능이다.예시로, 쇼핑몰에서 노트북을 살 때 필터를 70만 원대/3星/새 상품/회색/15인치/게임용
인터넷 쇼핑몰, 커뮤니티 게시글, 게임 내 상점·서버·방, 유튜브 등 목록이란 것이 있는 곳이면 자주 볼 수 있다.
Microsoft Excel에서도 필요한 항목만 추출해서 보여주는 기능을 '필터'라고 부른다.
와이어샤크에서도 필터가 있다. 네트워크 패킷을 걸러내기 위함이다.
8. 위상수학에서의 필터
집합족이 교집합, 더 큰 집합에 대해 닫혀있으면 필터라고 한다. 이 개념을 이용해서 티호노프 정리를 간단하게 증명할 수 있다.9. 케이블 방송의 필터
상품별로 채널을 제한하기 위한 필터.10. 기타
[1] 시가나 곰방대에는 당연히 없다. 그리고 그만큼 독하다...[2] 여성용 담배로 마케팅하던 시절에는 필터를 여성들의 입술을 보호한다고 홍보한 적도 있다.[3] 석면의 위험성이 부각되기 시작한 건 현재 기준으로도 얼마 되지 않은 일이다. 석면은 오히려 너무 효능이 좋아서 '기적의 물질' 이라는 애칭으로 불리며 각종 건설현장에서 부단히 사용되던 물질이었다. 대한민국에서도 2009년 이전에 지어진 건물 상당수는 석면을 자재로 사용했을 정도였다. 1930년대 초에는 영화 세트장에서 소품으로 사용하기도 했었는데, 오즈의 마법사에서 양귀비 밭에 쓰러진 주인공을 마녀가 눈을 내려 깨우는 장면에서 사용된 눈도 석면이다.[4] 대표적인 예가 럭키 스트라이크의 일본 정발판. 차콜 필터가 달려있어 11미리가 넘는 타르 함유량에도 목넘김을 굉장히 부드럽게 해준다.[5] 심지어 요즘에는 담배에 박하 향을 넣어 주는 필터까지 생겼다(...)[6] 숯 등이 여기에 사용된다. 간이 정수기에는 자갈,모래 등이 사용되기도 한다.[7] 종이 등의 원단을 사용한 EPA/HEPA 필터가 주로 사용되며 추가로 숯 등의 활성탄을 넣어 먼지 입자를 추가로 흡착시켜 걸러내기도 한다.[8] 세균 등 이물질을 걸러준다. 이물질이 걸릴 때 보통 재채기를 한다.[9] 귀지는 원래 인체에서 자연 생성된 후 귀에 들어간 이물질 등이 귀지에 들러 붙기 때문에 일종의 필터 역할을 한다. 이때 들러붙는 이물질 때문에 더러운 배출물 취급을 받는것. 따지고 보면 귀지는 파내는 것보단 자연 배출이 귀 건강에 더 좋다.[10] 중국에서 오는 미세먼지를 걸러준다 하여 미세먼지 필터라는 우스갯소리가 있다.[11] 물론 노즐에 크게 영향을 줄 만큼 지저분한 시점에서 이미 다른 부분이 망가졌을 가능성이 높다. 지주 점검하는 게 좋다.[12] 위상왜곡등의 아날로그적 특성이 없이 주파수의 변화를 정확하게 이끌어 낼수 있지만 처리속도가 느리고 정밀해질수록 계산량이 급격히 증가한다[13] 아날로그 필터를 시뮬레이션 하여 위상왜곡등의 다른 특성도 따라오지만 계산시간이 빨라 딜레이가 적다[14] 아날로그와 디지털의 구분이 아니며, 아날로그와 디지털 모두 사용가능