AM/FM predajnik za testiranje starih radio prijemnika (treći dio)


… Nastavak objave AM/FM predajnik za testiranje starih radio prijemnika (drugi dio)

 

 

Priprema audio signala za AM/FM modulaciju

Prilikom testiranja i traženja rješenja za izvedbu AM i FM modulatora za VFO, mogli smo vidjeti kako na širinu moduliranog RF signala u oba slučaja utječe audio frekvencijski opseg koji prenosimo, a jednako tako i jačina audio signala kojeg dovodimo na modulatore.

Što je audio frekvencijski opseg koji prenosimo širi to će naravno i kvaliteta audio signala biti veća, međutim, jednako tako će to biti širi i modulirani RF signal. U radio primopredajnoj tehnici postoji ograničenje glede maksimalne dozvoljene širine moduliranog RF signala jer ne može jedan odašiljač zauzeti proizvoljno velik dio ukupnog raspoloživog frekvencijskog opsega.

Tako su najširi dozvoljeni kanali kod komercijalnog UKV FM odašiljanja gdje se primarno traži najveća kvaliteta prijenosa zvuka (emitiranje muzike u Hi-Fi kvaliteti), uz stereo emitiranje, emitiranje raznih digitalnih informacija i slično. Tu se stoga prenosi puni audio opseg do 15 kHz, a maksimalna dozvoljena širina koju smije zauzeti jedan kanal je 200 kHz (u praksi je zauzeće 100-180 kHz ovisno o FM sistemu odašiljanja). U komercijalnom AM odašiljanju širina kanala više ne može biti toliko velika jer AM odašiljači rade na niskim frekvencijama (primjerice srednji val zauzima opseg od 540 – 1700 kHz) tako da bi tu uz veliku širinu modulacije na čitav opseg stalo jedva nekoliko kanala (odašiljača). Zato je kod komercijalnog AM odašiljanja širina kanala ograničena na svega 10 kHz (praktično 9 kHz) što znači da mora biti smanjen i audio opseg koji se prenosi na 4,5 kHz. Takav opseg je dovoljan za prijenos govora u dobroj kvaliteti i muzike u nešto slabijoj kvaliteti.

Kod različitih službenih AM i FM radio veza gdje se prenosi samo govorna informacija, kvaliteta prijenosa audio signala više nije od primarne važnosti, od veće je važnosti je da na određeni frekvencijski opseg stane što više kanala. S toga se audio opseg tu ograničava na 3 kHz jer je u tom opsegu govor još uvijek dobro razumljiv. Kod služenih FM radio veza teži se širini kanala od 11 kHz, a maksimalna dozvoljena širina je 12,5 kHz. Kod služenih AM radio veza pak je širina kanala oko 6 kHz jer je ispod toga jednostavno nemoguće prenijeti govornu frekvenciju maksimalne frekvencije do 3 kHz. Međutim, dvostruko niže zauzeće opsega od svega 3 kHz može se postići posebnim tipovima AM modulacije poput USB i LSB. Naime, AM modulacijom se istovremeno prenose dva jednaka frekvencijska pojasa (iznad i ispod noseće frekvencije) koji nose iste informacije. Ukoliko se jedan od tih pojasa filtrira, dobiti ćemo dvostruko manje zauzeće kanala.

Koliko god bilo ograničenje širine kanala za pojedine vrste AM i FM emisija, ono se vrlo lako može premašiti ako se ne ograniči frekvencija i amplituda audio signala koji se vode na modulator. To znači da signal jednog odašiljača neće ostati u granicama svojeg kanala, nego će se protezati i preko nekoliko susjednih kanala. To stvara razne oblike smetnji i onemogućava selektivan prijem radio postaja na nekom frekvencijskom opsegu.

Prevelika amplituda signala kod AM modulacije prekida envelopu noseće frekvencije što generira veliki broj jakih harmonika koji široko zagađuju frekvencijski opseg i izobličavaju demodulirani audio signal. Prevelika amplituda signala kod FM modulacije značajno povećava širinu zauzeća kanala.

To smo vidjeli kod testa FM modulatora sa čipom HS6760. Dok je sa ulaznim signalom amplitude 5 mVpp modulacija ostala unutar 180 kHz, sa ulaznim signalom amplitude 40 mVpp (pod istim ostalim uvjetima) modulacija se proširila na opseg od gotovo 1 MHz, dakle preko 5 kanala UKV FM opsega. To je svakako nije dopustiv način rada čak ni za naš testni predajnik dometa nekoliko metara.

 

 

Za naš predajnik nam dakle treba nekakav sklop koji će ograničiti maksimalnu frekvenciju i amplitudu audio signala prije nego se isti dovede na modulatore. Tome služe frekvencijski i amplitudni limiteri koji su u osnovi frekvencijski filtri i kompresori dinamike.

 

Analogno ili digitalno

Proračun i praktična izvedba preciznih audio filtara i kompresora dinamike nije posve jednostavna, pogotovo ako se želi potpuna kontrola nad strminom (Q-faktor) nisko-propusnih filtara i vremenima odziva ili reakcije kompresora dinamike. Za naš slučaj bi ti filtri trebali biti podesivi (NPF filtri za 3 kHz i 16 kHz) ako želimo imati mogućnost širokopojasnih i uskopojasnih modulacija.

Diskretna ili analogna izvedba takvih sklopova je svakako moguća i sa operacijskim pojačalima čak i ne bi trebala biti pretjerano složena. Međutim, vidjeli smo koliko je testiranja različitih kombinacija bilo potrebno da bi napravili učinkoviti tonski filtar primjerice za projekt modifikacije radio prijemnika Grundig 95 GW. Isto tako smo do sada već i na ovom projektu naučili da digitalno procesuiranje signala na kraju uvijek pobjedi. Zato se nadam da ću si ovdje uštedjeti trud i vrijeme ako odmah krenem na traženje digitalnih rješenja za audio filtre i kompresore.

 

Digitalni procesor signala BP1048B2

Praktički bez konkurencije što se tiče cijene i mogućnosti ističe se integrirani krug BP1048B2 kineskog proizvođača MV Silicon. To je 32-bitni digitalni audio procesor sa podrškom za Bluetooth koji je izašao na tržište 2019. godine. Može se kupiti zalemljen na gotov modul po cijeni 15-20 eura uz koji dolazi i besplatan softver (ACP Workbench) za konfiguriranje željenih parametara.

 

 

Softver omogućuje potpunu kontrolu pojačanja svih segmenata čipa, veliki broj mogućnosti odabira i podešavanja različitih filtara i zvučnih efekata, te konfiguriranje različitih upravljanja sa dva stereo kanala i jednog izlaza za bas (2.1 sistem). Ono što je od svega nama zanimljivo, to su mogućnosti podešavanja pojačanja (AGC, Gain Control), kompresora dinamike (Dynamic Range Compressor) i naravno ekvilajzera koji omogućuje izbor i precizno konfiguriranje praktično bilo kakvog frekvencijskog filtra koji može biti stavljen na ulazu i/ili na izlazu iz DSP-a. Gotovi filtri se mogu podešavati i kombinirati, a moguće je raditi i vlastite filtre. Jednom konfigurirani parametri se spreme u internu Flash memoriju i čip procesuira signal sukladno tome.

Modul također omogućuje spajanje četiri vanjska potenciometra i četiri tipkala. Kinezi su po običaju vrlo škrti u objašnjenjima što se tiče podataka za sam čip BP1048B2 ali i za gotov modul sa tim čipom. Koliko sam uspio prevesti kineske znakove, četiri potenciometra (100 kΩ) bi trebale biti tonske kontrole:

  • kontrola niskih tonova (bass) za bass izlaz
  • kontrola niskih tonova (bass) za mono/stereo izlaz
  • kontrola srednjih tonova (middle) za mono/stereo izlaz
  • kontrola visokih tonova (treble) za mono/stereo izlaz

Četiri tipkala služe za osnovnu kontrolu modula (ON/OFF, jačina zvuka) te za kontrolu opcionalno spojenog audio svirača preko Bluetootha (prebacivanje pjesama, pauza/play):

  • Type – uključenje i isključenje modula (dugi pritisak) i odabir audio ulaza: Bluetooth ili žično (kratki pritisci)
  • – prethodna pjesma (dugi pritisak) i stišavanje zvuka (kratki pritisci)
  • – slijedeća pjesma (dugi pritisak) i pojačanje zvuka (kratki pritisci)
  • Start – Bluetooth povezivanje (dugi pritisak) i pauza/play (kratki pritisci)

Sedam dodatnih konektora je za spajanje:

  • L – izlaz lijevi audio kanal
  • G – zajednička masa audio (GND)
  • R – izlaz desni audio kanal
  • X – izlaz bass (subwoofer)
  • MUTE
  • V- masa napajanje (GND, minus pol)
  • V+ napajanje 5 V plus pol

 

Audio utičnice 3,5 mm služe kao: stereo ulaz (AUX), bass izlaz (subwoofer) i stereo izlaz. Na pločici je još konektor za vanjsku Bluetooth antenu.

 

 

Prvi testovi

Prvi testovi su pokazali da modul prilično dobro radi. Svi efekti su dosta široko podesivi, najviše mi se svidio filtar za uklanjanje glasa pjevača iz pjesme tako da se čuje samo instrumental. Filtri za ovo rade prilično dobro. Ono pak što nas zanima, nisko-propusni frekvencijski filtar i amplitudni kompresor, također radi jako dobro. Frekvencijski filtar je moguće precizno podesiti za primjerice propuštanje opsega 300-3000 Hz. Kompresor također radi izrazito dobro i stišava sve pretjerane amplitude audio signala s odabranim vremenima reakcije.

 

Početni prozor programa ACP Workbench za selekciju audio ulaza i podešavanje analognih i digitalnih pojačanja.

 

Prozor za odabir različitih audio filtara i efekata.

 

Prozor za odabir i kreiranje frekvencijskih filtara.

 

Kompresor dinamike.

 

Međutim, postoje i loše strane. Čini se da je nemoguće potpuno razdvojiti lijevi i desni kanal tako da istovremeno rade potpuno nezavisno i da bi nam time jedan modul poslužio za dva predajnika. Vanjske kontrole su vrlo nespretne. Za tipkala nikad niste sigurni u kojem ste trenutno modu (Bluetooth ili žični ulaz) jer je za indikaciju ugrađena samo jedna LED. Desi se da pritisnete neku tipku, zvuk se ugasi, onda pogađate sa dugim i kratkim pritiscima kako se ponovno vratiti na određenu postavku. Potenciometarske tonske kontrole su dosta blage i jedva primjetno utječu na zvučnu sliku.

Najveći problem je što se preko softvera može memorirati do deset različitih postavki, no te postavke se ne mogu pozvati vanjskim kontrolama nego samo preko softvera. Nisam siguran ni da li se te postavke spremaju na internu Flash memoriju čipa ili su samo zapis unutar softvera.

 

Interna blok shema čipa BP1048B2. Jasno se vidi sa lijevi i desni stereo kanali nisu posve odvojeni i nezavisni.

 

Osnovna shema spajanja čipa BP1048B2.

 


 

Kasnije sam pronašao još jedan model sličnog digitalnog audio filtra koji dolazi sa daljinskim upravljačem i (vjerojatno) ima preko njega mogućnost pristupa različitim prethodno pomoću softvera snimljenim postavkama. Ovaj model košta isto oko 16 eura, no ima ugrađen mp3 plejer, kakav takav displej da se vidi koji je trenutni mod rada i ono što je najvažnije tipku EQ kojom bi se trebalo moći mijenjati do 20 različitih postavki spremljenih preko softvera.

 

 

Cijena oba modula je podjednaka oko 16 eura i na prvi pogled se čini kao neisplativa investicija. Iako filtri i kompresor rade savršeno, veliki broj drugih mogućnosti je ovdje neiskoristiv za naš projekt, a najgore je to što je vanjsko sučelje (mogućnosti upravljanja bez softvera) vrlo ograničeno. S druge strane, kvalitetno limitersko ili ARP (AGC) pojačalo može biti dosta složeno, a neophodno je i fino ugađanje nekih krugova. Jednostavna limiterska pojačala generiraju niz nedostataka, poput neujednačenih amplituda pozitivnih i negativnih poluperioda signala i visokih harmoničkih izobličenja. Isto vrijedi i za filtre.

Naravno da nema smisla imati 10 daljinskih upravljača za 10 modula naših testnih predajnika, no nekoliko kontrola koliko nam je potrebno sa daljinskog upravljača lako se izvedu fiksno na prednjoj ploči uređaja, a optički IC link se jednostavno prespoji žicom. Na kraju, iako ćemo za ovaj modul potrošiti više nego za sve ostale komponente testnog predajnika zajedno, vjerojatno je to ipak najbolje rješenje.

 

nastavit će se…

Leave a comment

Vaša adresa e-pošte neće biti objavljena. Obavezna polja su označena sa * (obavezno)