Принцип формирования ESSB сигнала.

Почему классический сигнал SSB звучит так как он звучит - мелко и "гнусаво"? Все просто - потому, что трансивер передает не полную информацию о голосе. У голоса отрезана основная форманта. Ее еще иногда называют первой гармоникой.

Для передачи информации - основная форманта - не нужна, а вот для сохранения полного тембра - крайне важна. Дальше я расскажу принцип построения ESSB сигнала.

Форманты голоса

Я буду излагать своими словами, без цитат из википедии.

Форманты - это опорные частоты нашего голоса. Их иногда еще называют гармониками.

Форманты - это основа построения сигнала eSSB.

Далее я запишу свой голос и на его примере буду излагать.

Запишем свой голос в микрофон с помощью VST-хоста и проведем анализ АЧХ.

Для этого я буду использовать MAnalayzer от MeldaProduction.

Произнесем протяжно букву "А" - сделаем анализ АЧХ и получим такой график.

Пики на графике и есть форманты. В данном случае можно гооворить, что для звука "А" используются форманты со следующими опорными частотами:

- 93 Гц - 1-я форманта, она же опорная, основная, несущая, первая гармоника и т.д. :) ;

- 584 Гц

- ~1000 Гц

- ~3000 Гц

На частоте 187 Гц - мы видим небольшой пик - это вторая гармоника основной форманты.

Все вместе они образуют звук "А", а их относительный баланс уровней - определяют тембровую окраску голоса

Сделаем тоже самое для буквы "Э"

Теперь для буквы "И"

Как мы видим на всех графиках - присутствуют вершины. Эти вершины являются нашими формантами. Голос формирует их по определенному закону для разных звуков. У разных голосов частоты будут разными (в небольших пределах).

Первая (если смотреть слева на право) форманта отвечает за полноту передачи тембровой окраски всего голоса. Стоит ее отрезать - как сигнал "обезличивается" - становится похожим на SSB или "голос в трубке старого телефона".

Первая форманта всегда присутствует в нашем голосе, является основной для любого звука. По аналогии с АМ - можно сказать, что первая форманта - это несущая частота.

Чем ниже основная частота первой форманты - тем "глубже" и "басист" звук голоса. У среднестатистичного мужского голоса основная частота первой форманты крутится вокруг 100 Гц. На АЧХ моего голоса плагин MAnalyzer показывает частоту 93,77 Гц. Это я использовал звукоизвлечение с грудным резонатором и говорил в комфортном положении. Вообще частота первой гармоники голоса гуляет даже в течении дня, так утром, когда голос не проснулся эта частота у меня опускается до 80 Гц, а к вечеру наоборот она сьезжает ближе к 100 Гц. Изменяются в течении дня и амплитуды формант. К вечеру амплитуда основной снижается - это обычно происходит с людьми с вечерней усталостью. Их голос не ясен, не так ярок как был утром.

В классическом SSB именно ее всегда отрезают - сначала ее давят и искажают по фазе с помощью микрофонов - которые низкоэффективны в этой области частот и вместо сигнала выдают "какую-то дичь", если вообще выдают, а потом еще входными фильтрами микрофонных усилителей классических трансиверов.

Отсюда первый вывод

Если восстановить в SSB основную форманту - мы получим eSSB.

Да да, вот так все просто. Дальше остаются детали. О которых ниже.

Пока давайте взглянем на суммарную АЧХ пиков выше представленных звуков "А", "Э", "И"

По сути они могут быть отправными точками в вопросах эквализации голоса в дальнейшем.

А пока...

Что произойдет если мы пропустим в передатчик основную форманту?

Природа звука такова: имеет затухание тем больше, чем выше частота.

В нашей АЧХ мы легко найдем усредненную корреляцию с розовым шумом.

Соответственно, если мы пропустили на модулятор основную форманту, а ФОС обрезал сигнал сверху на 3,5 кГц - мы получим достаточно низкочастотный звук с превалированием низких частот.

Это хорошо проилюстрированно на АЧХ после добавления фильтра трансивера в цепь Посмотрим вновь на звуки:

"А"

"Э"

"И"

И все вместе с увеличенным масштабом.

Обратите внимание на разность уровней формант. Для того что бы получить ясность в нашем ESSB - необходимо сократить разницу уровней между формантами.

Разница достигает 10 и более дБ.

При такой не широкой полосе такая разница в уровнях формант приводит к ощущению, которое наш мозг идентифицирует как "бунение".

Бороться с этим можно двумя способами.

Первый способ - простой

Первый способ - очень прост - взять фильтр и отрезать основную форманту. А может и ее вторую гармонику - голос лишиться самой енергитической составляющей - проблема с бубнением решится сама-собой и получится классический SSB сигнал :-) Возможно и скорее всего именно поэтому в средствах связи для простоты - широко используется именно этот метод. Это разумно для среды где нужно просто передать информацию.

Но мы ж простых путей не ищем, раз уж решили звучать в эфире красиво - поэтому мы пойдем вторым путем.

Второй путь - сложен и тернист Второй путь - это заняться обработкой низкочастотного сигнала с тем что бы подготовленным подать его на модулятор передатчика. Да так, что бы сохранилась основная форманта - отвечающая за естественность голоса и передачу полной тембровой картины сигнала (Насколько это возможно в полосе eSSB).

Основная задача обработки получить достаточную энергию от формант образующих разборчивость и ясность нашего голоса.

Если выразится проще, нужно выровнять общую АЧХ сигнала, так, что бы она коррелировала с характеристикой в промежутке между розовым и белым шумом.

Чем больше сигнал будет соответствовать белому шуму - тем более устойчив будет на малых уровнях приема и соответственно наоборот чем больше АЧХ сигнала будет коррелировать с розовым шумом - тем менее устойчив будет сигнал к бубнению.

Это и есть основной принцип формирования качественной eSSB модуляции. Остальное это лишь способы и средства достижения этой цели.

Ниже пример пиков АЧХ для исходного сигнала в начале статьи после обработки моего рабочего пресета.

Не спрашивайте как я перенес свою первую гармонику на частоту 70 Гц - я не скажу, что это был VST-плагин от Waves - LoAir. Но я предостерегаю Вас от его использования, ибо очень легко им уничтожить свой сигнал.

Пара слов о способах формирования ESSB

А что если просто взять и поднять эквалайзером все, что выше второй гармоники основной форманты? Можно поступить и так - и даже получится, но сигнал все равно не приобретет ESSB шарма.

Гораздо больший эффект дает многополосная компрессия. Сжатия динамического диапазона и удерживания его среднего уровня в разных частотных диапазонах - позволяет изменять пропорции уровней формант - настраивая таким образом АЧХ всего сигнала, что бы выполнялась корреляция с характеристикой белого шума, при этом иметь высокие енергетические показатели в этих полосах.

По сути многополосная компрессия лежит в основе всех вещательных процессоров. Изменяя уровни компрессированного сигнала в отдельных полосах - выравнивают амплитуды в диапазонах тех или иных формант.

В программном методе формирования при использовании многополосных процессоров (многополонсые компрессоры, динамические эквалайзеры) приобретается своеобразный "цифровой хруст" - результат работы фильтров с высокими Кп. Многим операторам этот звук нарвится.

В железных аппаратах так умее делать Behringer DEQ2496, но у меня его никогда не было, поэтому я ничего не могу сказать о тонкостях его настроек. (Если у Вас есть, что сказать об этом приборе и наличии желания поделиться - милости прошу, пройдите сюда )

Если из серии "в теории, просто словами" - то пожалуйста. Можно "проваливать" уровень между второй гармоникой основной форманты и 500-600 Гц - таким образом получится выделить отчетливо основную форманту с ее гармоникой и форманты которые участвуют во многих звуках таких как А, Э, Я и др. привносящих ощущение "ясности" в сигнал.

Работа динамической обработкой в областях 1,2 - 1,4 кГц и 2,5 кГц отвечает за яркость сигнала. Особенно коварна частота 2,5 кГц - ее очень легко можно перебрать - что привнесет в звук излишнюю "жесткость" и довольно раздражающий звук при длительном прослущивании. А коварство в том, что очень трудно впоймать границу меджу "достаточно" и "перебобр".

Что бы создать высокочастотное предискажение перед обрезкой ФОС трансивера - я использую в эквалайзере полосовой фильтр с низкой добротностью на частоте 4-5 кГц (за полосой ФОС) - это имеет свой эффект для оптимальности общих енергетических характеристик модулирующего сигнала.

В конечном счете, играя соотношением уровней всех формант между собой - формируем желаемый окрас сигнала.

Использование басс-процессоров, FX-процессоров всевозможных - это все "рюшечки" на сигнал.

Тут фантазия, чувтсво красивого, чувство меры и творчество каждого - индивитуальны.

Что нужно, а что нет - зависит от художественного ощущения оператора и от его художественной культуры. Вопросы уместности оставим для моралистов.

Самое важное - соблюдать вышеописанный принцип eSBB.

В заключении

В идеале конечно иметь сигнал с ярко выделенными, четкими формантами, максимально "оторванными" по амплитуде от "пола" или как еще часто говорят максимально "разогнанными".

И тут встает вопрос который поднимался в другой статье о микрофонах для ESSB. И встает вот почему - все, что Вы будете делать с сигналом путем динамической обработки, эквалайзером и др. приборами - это будет работа с уже имеющимся сигналом. Так например, если какая-то из формант мало "оторвана от пола" в исходном сигнале - то разгоняя ее - вы будете тянуть шум в сигнал, а все потому, что в исходном сигнале не было полезной информации (или ее было мало), за-то был шум.

Именно поэтому, если говорить о eSSB - очень важно получить изначально все составляющие с максимальным соотношением полезная информация/пол.

Это сродни понятию сигнал/шум в трансиверах. Когда Вы станцию слышите на уровне шума, включение УВЧ не поднимает соотношение сигнал шум - оно просто делает громче смесь шума и станции.

То каким будет это соотношение - зависит от микрофона. Насколько он сможет вытянуть из Вашего голоса полезный сигнал с максимально точной формой всех формант - настолько чистым по ощущениям будет сигнал в эфире, после всех обработок.

Желаю успехов и до встречи на чистых волнах КВ эфира с хорошим звуком! 73.