Подготовка низкочастотного сигнала перед подачей его на передатчик

UR4Lxx

Читатель
Сообщения
23
Баллы
0
Всех приветствую.
Сразу хочу отметить тема не о ESSB.
Знаю что у ESSB много противников и много ворчунов. Ворчат от непонимания предмета. Поэтому хотелось бы поговорить об этом в другой плоскости.
Итак, зачем это нужно нам.
Обратимся к профессиональным радиовещательным станциям.
Независимо от контента, независимо от того какой голос говорит в микрофон, на профессиональной станции хоть АМ, хоть ЧМ (FM) - на входе в передатчик стоит т.н. эфирный процессор.
Какова его основная функция - максимально на сколько это возможно уменьшить пикфактор сигнала, с целью более высокого КПД использования передатчика!

Давайте возьмем речь, всем известно такое выражение как "стрелочная болезнь". Анамнез этой болезни таков - речь имеет кратковременные пики, которые очень малы по времени и стрелки на выходном усилителе не успевают их отрабатывать.
Стрелки на выходном усилителе показывают примерно усредненную мощность, то есть они не являются пиковым индикатором. Так вот наш пациент со стрелочной болезнью, желает видеть отклонение стрелок на максимум и добавляет мощности с драйвера. Но ведь пики наши кратковременные никуда не делись - и эти пики вводят усилитель в режим когда он начинает "пылить по сторонам", ну или, если в усилителе встроенная защита - она начинает срабатывать. И первое и второе не является желательным, согласитесь.

Правда в том, что действительно, голосом мы получаем средней мощности порядка 50% от максимальной (не подводимой!). КПД усилителя составляет 60-70% для ламп и 50-55% для транзисторов от подводимой мощности в телеграфном режиме, добавим сюда высокий пикфактор для случая речи (SSB) и наш КПД снизится до 25-30% - если смотреть на среднюю мощность.
Выход из этой ситуации - очевиден - нужно снижать пик фактор. Функцию снижения пик-фактора выполняет компрессор.
Компрессор работает по следующему принципу.
Задается точка на передаточной характеристике (это точка в профессиональных терминах называется Treshold), если сигнал по уровню не доходит до этой точки - он не подвергается сжатию - т.е. коэффициент передачи со входа на выход составляет 1к1, или как это обозначается 1:1. Если сигнал по уровню доходит до выбранной точки, компрессор уменьшает коэффициент передачи на заданное значение степени сжатия (соотношение в профессиональных терминах так и называется Ratio). Например если степень сжатия (Ratio) выставлена 2:1, это будет означать что на каждые 2 дБ выше точки Treshold на выходе из прибора сигнал будет увеличиваться только на 1 дБ. Если Ratio=4:1, соответственно на каждые +4дБ выше точки Treshold, на выходе сигнал увеличится на 1 дБ.
Таким образом получается, что слабый сигнал прибор не трогает, а сильный ослабляет, в итоге на выходе прибора мы получаем сигнал тише по уровню (все громкие звуки компрессор уменьшил), это легко компенсируется ручкой выходного уровня, но самое главное, что на выходе прибора мы получаем сигнал с уменьшенным пик фактором. Тут правда есть нюансы с временными характеристиками - то есть в компрессоре можно задать через какой промежуток времени после превышения входным сигналом точки Treshold он начнет ослаблять. Этот временной параметр называется Attack. Так же есть временной параметр который отвечает за то через какой промежуток времени компрессор восстановит свой коэффициент передачи после того как сигнал уменьшился по уровню и стал ниже точки Treshold - этот временной параметр называется Release. Есть еще Hold - время удержания между атакой и релизом, но сейчас это не важно. В общем случае напрашивается вывод о том, что чем меньше время атаки и востановления - темболее точнее работает компрессор, и в общем случае - это так и есть. Хотя там есть свои нюансы, и если вести речь о том, что б не превращать сигнал в плоский кирпич - то и атака должна быть порядка 7-12 мс, и релиз должен быть меньше 100 мс. Но на данном этапе временные характеристики - можно опустить.
Вроде бы с компрессором все просто - превысили сигнал - ослабили, уменьшился сигнал - восстановили коэффициент передачи. Но есть один маленький подвох, заключается он в том, что компрессор реагирует на суммарный сигнал во всей полосе частот которого поступает к нему на вход. А человеческая речь да и не только она по своей природе имеет частотную характеристику со спадом в области высоких частот. Максимальной энергией обладают нижние частоты голоса. В этом легко убедиться, если взять и записать свой голос через микрофон и посмотреть его АЧХ с помощью программ анализаторов(например Adobe Audition (далее АА)). Таким образом наш компрессор будет срабатывать больше от низких частот, но уменьшать коэффициент усиления он будет для всей полосы. Что делает процесс компрессии не очень эффективным для наших условий, и вот почему. Ширина спектра радиостанции составляет как известно 3 кГц (или меньше). Наше ухо так устроенно, что максимальную разборчивость речи оно получает при наличии всех формантных составляющих звуков, так сложилось эволюцией (слышим мы в диапазоне 60-16000 Гц - если брать реальный диапазон, а не общепринятый 20-20000Гц, вот эволюционно мы и адаптировались к слуху во всем диапазоне частот, а тут ему подсовывают сигнал в полосе 100-3000гц, или уже...). Поэтому для максимального сохранения разборчивости в радиоэфире с его помехами, нам необходимо, что бы те не многие высокочастотные форманты которые вмещаются в диапазон до 3 кГц никак не ослаблялись, что мы получаем в случае работы с широкополосным компрессором. Вообще по практике могу сказать следующее, сигнал тем живучее на слабых уровнял, чем его АЧХ точнее коррелирует с АЧХ белого шума. Однако при этом всем, форманты расположенные в высокочастотной области все же имеют свой пикфактор, уменьшать который имеет смысл по причинам описанным выше. Как же поступить, что бы компрессор не реагировал на низкочастотную составляющую ослабляя равномерно весь спектр? Ну ответ напрашивается такой - а давайте мы перед подачей на компрессор уменьшим низкочастотную часть сигнала с помощью эквалайзера, приблизим АЧХ сигнала к белому шуму, тем самым заставив компрессор реагировать не на низкочастотную часть, а на всю полосу равномерно - и это будет выходом из ситуации. но еще более эффективнее будет применение многополосного компрессора, который будет отдельно компрессировать низкочастотную составляющую, среднечастотную составляющую и высокочастотную составляющую. Именно это и делают профессиональные эфирные процессоры на радиостанциях. Вся их работа основана на многополосной компрессии. Что это дает?
Более высокое КПД использования передатчика (сигнал имеет малый пикфактор, а значит средняя мощность без искажений может быть выше относительно сигнала без обработки). Более высокую "живучесть" сигнала в условиях помех, если сигнал правильно сформирован - вся его полоса будет находится над уровнем шума до последнего. В случае же применения, как многие любят говорить, дэмше-подобных сигналов, на малом уровне над шумом мы получаем только высокочастотный пик, который уменьшает разборчивость (разборчивость тем лучше - чем больше частотной информации о сигнале получает мозг). То есть и профессиональные радиостанции и мы решаем одну и туже задачу - увеличение зоны уверенного приема (для нас - что б дальше слышали) и повышение КПД использования передатчика.

Ну и почему я решил создать тему в данном разделе - очень просто.

Когда - то давно обработку сигнала перед подачей на передатчик могли себе позволить только профессиональные вещатели, по причине дороговизны. Любительская же связь довольствовалась парой КТ315 в микрофонном усилителе. А те не многие, кому удавалось сделать компрессор по ПЧ - просто были в захваті від нього. И это правда - компрессор эффективное средство, но не гибкое в случае применения на ПЧ.
Сегодня эти технологии стали доступны, причем как в железе, так и в софте.
Я лично пользуюсь для своих задач ПО Stainberg Cubase, кто-то использует Adobe Audition. Это хорошие программные комплексы, в которых можно использовать плагины, в том числе многополосных компрессоров и т.п. Но вникать в эти программы, дело долгое для новичка. Но есть одно ПО, которое является совершенно бесплатным и является именно эфирным процессором. Запустив которое, даже вообще ничего не настраивая - вы сразу получите сигнал от которого стрелки на усилителе будут просто стоять. Это ПО называется Sonos вот ссылка -

Пожалуйста, Войдите или Зарегистрируйтесь, чтобы просмотреть ссылку


ПО критично к звуковой карте (минимальные задержки обязательно поддержка ASIO). Для работы необходима качественная звуковая карта. Увы, если заниматься предэфирной подготовкой сигнала (а я всех к этому призываю) без качественной звуковой карты с поддержкой ASIO просто невозможно. Если будут возникать вопросы по данной программе - с удовольствием буду отвечать по мере своих знаний.
На борту данного ПО имеется автоматический регулятор входного сигнала AGC, эквалайзер (EQ), многополосный компрессор (multiband compressor), многополосный лимитер (multiband limiter), широкополосный лимитер. ревербератора - нет. Вообще ревербератор это сугубо радиолюбительское, привнесенное в эту сферу. Ни в одном профессиональном процессоре нет никаких ревербераторов и они не нужны для работы в эфире. Хотя, повторюсь, что многие любители им пользуются.
В данном ПО настроек миллион, я далеко не все из них знаю.
Если будут люди которые так же занимаются обработкой НЧ сигнала перед подачей на трансивер - буду рад общению. Людей которые зайдут поплеваться, а таковых хватает - вот чисто по человечески прошу - проходите мимо. Как говорил один знакомый юрист - если вы чего-то не знаете, самообразовывайтесь, а не показывайте скудоумие.
Я не люблю ссориться, по жизни очень позитивный человек, чего и Вам желаю.