Этот материал может быть интересен пользователям звуковых карт в составе квадратурных SDR-трансиверов или в составе программно-аппаратной обработки звука на PC...

ред.30.05.2020

27.05.2020

С момента использования самодельного SDR-трансивера, программы PowerSDR и звуковой карты ASUS XONAR D1 я заметил проблему неравномерности амплитуды формируемого сигнала в заданной полосе (как правило, до 3кГц). Выглядело это примерно так (некоторые картинки кликабельны):

Здесь и далее тестирование проводилось с помощью генератора белого шума в программе PowerSDR. Графики на скриншотах отображают усреднённое значение АЧХ в полосе передаваемого сигнала 3кГц. Абсолютные уровни не имеют значения - важны относительные значения уровней, которые можно определить по вертикальной шкале справа.

Т.е. на скриншоте выше, спад АЧХ начинался примерно от частоты 170Гц и на частоте первой гармоники моего голоса (около 93Гц) составлял более 12дБ. Соответственно, "вытянуть" АЧХ в НЧ области не удавалось с помощью программного эквалайзера в PowerSDR или с помощью стандартных регулировок в микшерном пульте, что по определению не может быть правильным решением...

Данное обстоятельство изначально перечёркивало саму идею предпринимать какие-либо попытки в области формирования НЧ-сигнала с претензией на eSSB.

Долгое время я мирился с данной проблемой, в эфире часто слышал о том, что в моём сигнале наблюдается дефицит низких частот и т.п.. Наконец, в какой-то момент я решил попробовать определить источник проблемы и чуть было не стал "ковырять" передающий тракт трансивера. Однако, потом решил посмотреть исходный сигнал с выхода звуковой карты, чтобы действовать методом исключения.

Для экспериментов было задействовано два компьютера схожей производительности с одинаковыми звуковыми картами ASUS XONAR D1, одинаковыми версиями ОС и драйверов. Выход со звуковой карты первого компьютера, на котором была запущена программа PowerSDR, подавался на линейный вход звуковой карты второго компьютера, на котором была запущена программа Adobe Audition 1,5. Уровни по входу и выходу были подобраны и далее не изменялись.

В процессе перебора возможных вариантов режима записи в программе Adobe Audition было определено, что при выборе частоты дискретизации 11025Гц на спектре можно видеть диапазон частот приблизительно до 5,5кГц, т.е. половину от выбранной частоты дискретизации. Эта частота была выбрана потому что она позволяла видеть низкочастотную область (менее 100Гц) достаточно отчётливо. При более высоких частотах дискретизации данная область получается скрытой, а сам сигнал отображается в малой части спектра, что неудобно и неинформативно.

Далее, у нас остаётся ещё выбранная частота дискретизации звуковой карты первого компьютера. На скриншоте выше она составляла 192кГц при разрядности 24бит. Именно с такими параметрами я, в основном, работал в эфире все эти годы.

Из немногочисленного инструментария, которым я располагал - различные варианты частоты дискретизации в настройках системы звуковой карты (44,1кГц/48кГц/96кГц/192кГц) и аналогичные настройки в программе PowerSDR (48кГц/96кГц/192кГц). Причём, приоритетными являются настройки именно в PowerSDR. В результате, оказалось, что минимальный спад в НЧ области и максимальная крутизна спада в верхней области (прямоугольность программного фильтра на передачу) формируемого SSB-сигнала получились при минимальной частоте дискретизации 48кГц!

Иными словами, выбирая в настройках PowerSDR максимальную частоту дискретизации звуковой карты, мы имеем максимальный обзор, однако, в НЧ области нашего формируемого SSB-сигнала увеличивается спад АЧХ и крутизна спадов на границах полосы становится более пологой... 

Как многие знают, де-факто, стандартом для квадратурных SDR типа SDR-1000 и его клонов является звуковая карта M-AUDIO Delta 44. В программе PowerSDR она входит в список рекомендованных карт. Я всегда хотел иметь такую карту, но в силу определённой её дороговизны и максимальной частоты дискретизации 96кГц сделал свой выбор в пользу карт ASUS XONAR D1/DX. 

После выясненного обстоятельства, мне стало вдвойне интереснее, как поведёт себя карта Delta 44, а тут ещё подвернулось объявление о продаже запечатанной карты на известной торговой площадке по достаточно гуманной цене. Карта была приобретена и проведён ряд экспериментов с ней.

Вот результат тестов с родным драйвером карты:

Ниже, выкладываю три скриншота для основных вариантов настройки частоты дискретизации в PowerSDR:

Обратите внимание, что не смотря на максимальную аппаратную частоту дискретизации карты 96кГц, с родными драйверами карты в программе PowerSDR можно включить и режим 192кГц.

А вот картинка сразу с тремя вариантами частот дискретизации, выбираемых в программе PowerSDR:

Здесь записан один и тот же тестовый сигнал "белый шум" с одним и тем же дискретным уровнем выхода, но с разными частотами дискретизации - 48кГц/96кГц/192кГц. Заметна разница в выходном уровне, разница границы спада АЧХ в НЧ области и небольшая разница в прямоугольности спада на ВЧ границе полосы.

Думаю, что на представленных выше скриншотах отчётливо видно, что наилучший результат получается при минимально возможной частоте дискретизации тракта воспроизведения - 48кГц. Дополнительно, видно, что при этом и уровень выхода со звуковой карты при идентичных настройках в системе - максимальный.

Есть ещё одна настройка в PowerSDR, которая влияет на крутизну спадов (прямоугольность формы) на границах полосы:

По умолчанию установлено значение 2048бит. При большем значении буфера увеличивается ресурсоёмкость, но если машина справляется - лучше использовать максимальный размер буфера.

О соединительных кабелях.

Вот два скриншота. Первый - соединение трансивера с картой стандартным метровым кабелем:

А вот скриншот при установке ферритового кольца марки 2000НМ в качестве фильтра:

Обратите внимание на область нулевой ПЧ. В данном примере, на частоте настройки работает калибровочный генератор.

Здесь уже выбран драйвер ASIO:

При этом, уровень калибровки остаётся идентичный, но шумовая полка (в сравнении с драйвером ММЕ) опускается ниже примерно на 8дБ.

А вот так выглядит соединительный кабель с ферритовым кольцом:

Второй кабель сделан аналогично.

Что касается сравнения данных карт между собой, то согласно полученным результатам, Delta 44 является более подходящим вариантом с точки зрения рассматриваемого аспекта, т.к. при любой частоте дискретизации наблюдается меньший спад амплитуды сигнала в НЧ области, нежели у карты XONAR D1/DX при той же частоте дискретизации.

У карты Delta 44 есть ещё очевидный плюс с точки зрения практического использования: соединительный кабель между выносным коммутационным блоком и внутренней PCI-платой карты позволяет убрать системный блок с рабочего стола. 

Продолжение следует...