Используем ли мы радиоприемник лишь для комфортного прослушивания или же в качестве средства приема сложных DX, большое значение имеет фильтрация ПЧ. Большинство радиоприемников прошлого не имели достаточного количества фильтров ПЧ, их качество сильно различалось, и во всеволновых радиоприемниках приходилось идти на жесткие компромиссы.
Благодаря появлению "цифровой" фильтрации и недорогих портативных приемников с DSP мы стали избалованы богатым выбором настроек полосы пропускания, которые сопровождались некоторыми особенностями, с которыми я сначала должен был разобраться, а именно с новым способом обозначения некоторых (цифровых) фильтров.
Путаница с полосой пропускания
В режиме AM обе боковые полосы содержат одинаковую звуковую информацию; это означает, что полоса звуковых частот, соответствующая сетке средних волн 9 кГц (зоны ITU 1 и 3) или 10 кГц (зона 2), составляет приблизительно 1/2 ширины полосы модуляции — это 4,5 или 5 кГц. На коротких волнах сетка частот 5 кГц подходит только для 2,5 кГц звукового спектра.
"Физические" фильтры ПЧ классифицируются по полной полосе пропускания (ПЧ или IF), а не по полосе звуковых частот (AF). Чтобы насладиться полнотой звукового спектра, который может (обычно) передавать АМ-станция, вам нужен фильтр шириной 10 кГц на средних волнах в США (и 9 кГц в остальном мире) или фильтр 5 кГц на коротких волнах. Более опытные SWL и радиолюбители среди нас очень привыкли к этой классификации, поэтому концепция "цифрового" фильтра, предлагающего максимальную полосу пропускания только "6 кГц" или даже меньше, выглядит разочаровывающей, даже несмотря на то, что это был стандартный "широкий" фильтр на многих настольных и портативных SWL-приемниках прошлого.
Когда я получил свой первый типичный (Silicon Labs 473x-) портативный DSP-приемник, я начал задаваться вопросом о выборе полосы пропускания: самая большое значение показывало на дисплее знакомые "6 кГц", но по звучанию полоса пропускания была намного шире! Проверив звуковой спектр, я увидел, что фильтр "6 кГц" имел полосу звуковых частот в 6 кГц, а другие значения полосы пропускания обозначались по этому же принципу. Другими словами, настройки были названы в соответствии с полосой звуковых частот или полосой пропускания "на одну боковую полосу" и не соответствовали обычной спецификации аналоговых фильтров. Настройка полосы "6 кГц" фактически эквивалентна фильтру ПЧ 12 кГц в "старом" обозначении!
Точно так же ультрапортативные приемники "Белка" (хотя и не построены на основе SiLabs DSP) тоже используют принцип обозначения "полоса звуковых частот", при этом самый широкий фильтр обозначен как "4 кГц". Это было бы эквивалентно "старому" фильтру ПЧ 8 кГц, и на самом деле он даже шире, но такой принцип обозначения иногда приводит к ненужным опасениям по поводу "слишком узкой" полосы пропускания фильтров в этих радиоприемниках.
На "классических" радиоприемниках такое переименование может быть просто способом упрощения, но насколько я знаю, это явление ограничивается портативными DSP-приемниками на базе SiLabs и "Белками", но в то время как некоторые SDR-программы (SDR Sharp, SDR Uno) используют обычную "полосу пропускания ПЧ", SDR Console использует "AF". Неудивительно, что это сбивает с толку — но, к счастью, только в режимах модуляции с обеими боковыми полосами.
В режиме SSB предполагается, что только одна боковая полоса проходит через фильтр, поэтому указанная полоса пропускания фильтра в любом случае равна возможной полосе пропускания звука, здесь не существует данной проблемы с обозначениями.
Демонстрация и практические (как бы) измерения на некоторых радиоприемниках
В попытках сделать скриншоты для иллюстрации проблемы у меня возникла идея проверить характеристики фильтров своих радиоприемников. Чтобы это сделать, мне пришлось немного схитрить: вместо того, чтобы пытаться измерить характеристики фильтров, к которым у меня нет прямого доступа, с помощью оборудования, которого у меня нет, я просто проанализировал сигнал на аудиовыходах радиоприемников. Хотя такой способ может показать приближенно фактическую форму фильтра, здесь будет иметь влияние каждое изменение сигнала, происходящее после фильтров, например, из-за регуляторов тембра. Не имея генератора сигналов, я настроил радиоприемники на сигнал DRM с полосой 10 кГц из Кувейта на частоте 15110 кГц, чтобы иметь на входе приемника настоящий широкополосный сигнал и обойти любые манипуляции типа автоматической полосы пропускания на основе уровня сигнала или же шумоподавления, которые могут присутствовать в радиоприемниках с DSP.
Tecsun PL-660
PL-660, к сожалению, мой единственный пример (почти) олдскульного аналогового портативного приемника, оснащенного двумя обычными недорогими керамическими фильтрами неизвестной спецификации, и не использующего технологию DSP. Обозначения моделей немного напоминают обозначения фильтров MuRata, но они не соответствуют результатам, показанным ниже. "CXE455IU" может быть "широким" фильтром. Однако, в конце концов, разница между широким и узким... ммм… не то чтобы разительная:
Похоже, что полоса пропускания одинакова для обоих из них, просто спад АЧХ, кажется, более крутой в узком фильтре. Разница между двумя фильтрами не является какой-то особенной, но, безусловно, более заметна в реальной жизни, чем на графике анализатора, а также является частым предметом жалоб на более поздние модели PL-660. Но форма полосы пропускания выглядит довольно хорошо (плоская вершина), не слишком сильное падение до 2 кГц, 3 кГц — это середина, а звук в этой точке на ~12 дБ мягче.
XHDATA D-808
D-808 является отличным примером класса небольших DSP-радиоприемников, которые не имеют сложной (и дорогой) схемотехники и предлагают особенно богатый набор (AF-) полос пропускания для AM, даже очень необычных, таких как "1 кГц".
Форма вершины характеристики немного более пологая, чем у PL-660, но крошечный динамик, вероятно, сглаживает этот фактор. Большим сюрпризом является то, что спад АЧХ такой плавный, что даже керамические фильтры PL-660, кажется, имеют немного лучшую крутизну. Я не уверен, является ли преднамеренным или просто ограничением чипов Silicon Labs, тот факт, что эти фильтры как будто имитируют форму недорогих керамических фильтров, равно как и в следующем DSP-приемнике этого класса:
Tecsun S-8800
Учитывая, что в этом радиоприемнике используется тот же чип DSP в качестве "третьей ПЧ", разница поразительна: склон в форме АЧХ гораздо более выражен, чем у D-808, и на 20 (AF-) децибел ниже в правом/верхнем краю. Спад снова удивительно широк для "цифрового" фильтра — и то и другое заметно в реальном звучании этого приемника, оно часто одновременно немного приглушенное и "слишком широкое".
Белка против Icom IC-705
Обратите внимание, что IC-705 использует "олдскульную" (IF-) схему обозначения полосы пропускания, а Белка — "на боковую полосу". Так как оба приемника позволяют индивидуально настраивать нижнюю/левую границу полосы пропускания, я намеренно оставил нижнюю частоту среза минимальной на обоих из них (мне нравится слышать бас как в голосе, так и в музыке!). В отличие от портативных DSP, здесь форма правого/верхнего края АЧХ — это то, что я ожидаю от "идеального" "цифрового" фильтра.
На приведенном выше графике также показано, что настройка "4 кГц" на Белке на самом деле немного шире; у Icom спад - на 5 кГц, а у Белки — на 4,5 кГц (идеально соответствует европейской средневолновой сетке частот 9 кГц). В действительности, у Белки реальная полоса пропускания шире на величину от 500 Гц до 1 кГц, чем показано на дисплее, чтобы лучше соответствовать требованиям AM-приема. В SSB значения отображаются правильно, просто те же самые символы отображается на дисплее в режиме AM.
А вот почему у Белки присутствует заметно больше шума в полосе пропускания: я сделал эти графики дома, используя антенну для приема сигнала (вместо генератора сигналов)… и помех; вы можете видеть импульсы от соседского PLC-модема - сверхширокополосный сигнал покрывает все короткие волны (за исключением любительских диапазонов). Причина, по которой этих помех нет на Icom, заключается в том, что он имеет довольно эффективный и регулируемый подавитель шума ПЧ, предназначенный для минимизации воздействия этих импульсов. В других радиоприемниках нет шумоподавителя, и эта наглядная демонстрация показывает, почему мне хотелось бы, чтобы он у них был.
Тем не менее, дополнительное присутствие истинно широкополосного сигнала было полезно - тестовый сигнал должен быть более широкополосным, чем самый широкий тестируемый фильтр. Но все графики по-прежнему рассказывают каждый свою историю, даже если небольшая часть шума в полосе пропускания, наблюдаемая на других радиоприемниках, вызвана этими импульсами.
Сверхширокие фильтры — необязательно, но звучит приятно?
Помимо неудачных или не совсем удачных попыток по усовершенствованию и возрождению аналогового средневолнового вещания некоторые AM-станции увеличивают полосу пропускания (намеренно или нет) и потенциально могут иметь немного более четкий звук; есть также экспериментальные передачи в режиме AM с шириной до 32 кГц на коротких волнах - вот причины, по которым спрос на широкие фильтры ПЧ, возможно, увеличился (помимо желания лучшей точности воспроизведения на средних волнах).
Проблема с более широкими, чем необходимо, фильтрами (или настройками полосы пропускания) заключается в том, что они приносят больше вреда, чем пользы, на станциях с обычной (не широкополосной) модуляцией, соответствующей стандартам. Более широкий, чем нужно, (или некачественный) фильтр может пропускать дополнительную полосу частот, в которой могут находиться другие станции, но в этом случае приемник не сможет воспроизводить высокие частоты, которые такая станция попросту не передает. В этом случае избыточная полоса пропускания фильтра ПЧ только добавит шум/шипение и потенциальные помехи от соседних станций, но не повысит точность воспроизведения.
Тем не менее, несколько реальных широкополосных AM-передач, которые я слышал у себя в лесу, были весьма впечатляющими:
1. Radio China International является или было (насколько мне известно) единственной коротковолновой радиовещательной компанией, регулярно проводящей экспериментальные сверхширокополосные (до 32 кГц) передачи.
2. Radio Romania Actualitati осуществляет передачи с полосой 16 кГц на средневолновой частоте 1152 кГц, фактически занимая два канала Зоны 1 ITU по 9 кГц, оставляя немного места слева и справа. Они вещают с мощностью 400 кВт (в 8 раз больше разрешенной мощности станции класса А в США), и в результате:
Это прием ранним вечером на расстоянии 820 миль, звучит почти как соседняя FM-станция! И мне уже хочется, чтобы моя любимая станция тоже вещала в таком качестве! Однако оправдывают ли такие станции-исключения покупку SDR-радиоприемника?
Бумер грозит кулаком… посредственным фильтрам
С учетом вышеприведенной информации из этой статьи, я не мог не вспомнить еще раз, насколько хорошая ситуация сегодня, ну, по крайней мере, в плане фильтров ПЧ:
Кажется, что это было еще вчера, когда многие "классические" приемники с обзорными диапазонами и большинство многодиапазонных портативных аппаратов имели в лучшем случае 2 (керамических) фильтра с "компромиссной" полосой пропускания, чтобы от них был хоть какой-то толк на коротких волнах с сеткой частот 5 кГц, на средних - 9 или 10 кГц, а также в SSB. "Узкий" фильтр должен был подойти как для SSB, так и для узкополосной AM, поэтому на некоторых приемниках было выбрано значение 3 кГц, чтобы хоть как-то соответствовать обоим назначениям, а на большинстве всех SWL-радиоприемников "широкого" фильтра 6 кГц (предназначенного для коротковолновой сетки частот 5 кГц) должно было хватить и для средних волн.
Немногие из более дорогих настольных аппаратов также поставлялись с фильтром шириной 12 кГц: Kenwood R-1000 и Yaesu FRG-7700, вероятно, являются наиболее известными примерами; что любопытно, их собратья R-2000/5000 или FRG-8800 его не имели. Насколько я могу судить, ни один из классических Icom'ов не имел фильтров, действительно хорошо подходящих для приема местных средневолновых станций, но в аппаратах JRC, начиная с NRD-505, это было сделано. Этот список может оказаться неполным, но он уже охватывает большинство из них - точность воспроизведения звука на средних волнах или широкая полоса не были достаточно важны для большинства производителей SWL-приемников.
Поскольку поставляемые фильтры не всегда полностью удовлетворяли даже своему прямому назначению, комплекты для модификации фильтров после продажи были довольно популярны в свое время; некоторые дилеры даже продавали готовые модифицированные версии популярных радиоприемников.
Мой излюбленный пример радиоприемника, который должен был работать только с одним фильтром, - это Yaesu FRG-7, который поставлялся с керамическим фильтром с полосой пропускания 6 кГц (по уровню -6 дБ) и 14 кГц по уровню -50 дБ. Этот факт, а также довольно большой динамик, сделали FRG-7 репутацию отлично звучащего приемника… с ужасной избирательностью. Один и тот же фильтр должен был работать на средних и коротких волнах и в SSB, где часто в полосу пропускания 3 кГц попадали две мешающие друг другу станции, со свистами, заглушающими станцию, которую вы хотели услышать. Вот почему многие экземпляры FRG-7 были доработаны с помощью одного из комплектов модификации фильтров, предлагаемых несколькими компаниями, наиболее популярным из которых, вероятно, был комплект, предлагаемый Gilfer в Нью-Джерси.
Вероятно, нет нужды говорить, насколько удивительным это кажется в свете высказываний "бумеров" о том, что "у нас ничего не было, и нам приходилось в разы тяжелее", ведь даже самые недорогие DSP-приемники поставляются с 5 различными настройками полосы пропускания, эквивалентными керамическим фильтрам с полосой 2, 4, 6, 8 и 12 кГц. Мой элементарный анализ может подтвердить мнение, что их цифровые замены не обязательно лучше, однако ни один из DSP-приемников не оставит вас без фильтра, достаточно широкого для комфортного прослушивании на СВ и КВ, и нескольких узких фильтров для сложных условий приема.
По материалам SWLing Post
Компонент комментариев CComment