Splatter
De meest voorkomende (HF) transceivers hebben een uitgangsvermogen van 100W een vermogen dat kan worden bereikt door hard in de microfoon te fluiten of door de CW-sleutel in te drukken. Dat harde fluiten kan een manier zijn om na te gaan of uw SSB-transceiver de door de fabrikant geclaimde 100 watt werkelijk waar maakt, maar dat fluiten heeft verder niets van doen met het communiceren met mede-amateurs en daar is die transceiver eigenlijk voor gemaakt.
Staat uw transceiver voor spraak goed ingesteld dan zal dat harde fluiten een flinke overmodulatie ten gevolge hebben en dat is op de band goed merkbaar door 'zijbandsplatter' en andere 'rommel'. Het harde fluiten is misschien wel een methode om uw 'antennetuner' af te kunnen stellen maar is zeker niet geschikt voor het instellen van de niveaus voor het maken van verbindingen in SSB en spraak.
Laten we maar eens beginnen met het terugdraaien van de volumeregelaar van de microfoon. Als u begint te draaien zal het uitgangsvermogen dat u meet op de meter van uw set of met een SWR-meter (forward power) in eerste instantie niet afnemen. Maar naarmate u verder terugdraait begint de meter toch terug te lopen met zijn aanwijzing van het vermogen.
Bij een geringe afname, bijvoorbeeld van 100 naar 95 watt, kunt u stoppen met het terugdraaien van het microfoonvolume... zelfs in de hardste passages van uw audio (fluiten) is de zender nu niet meer overgemoduleerd.
Nu gaan we een verbinding maken met 'normale' spraak. We kijken op de outputmeter en lezen een vermogen af van circa 5 watt. Hoezo maar 5 watt? We hebben toch een 100W zender gekocht om met 100W een verbinding te kunnen maken!
Wat is hier aan de hand?
Om daar achter te kunnen komen sluiten we een scoop plus een dummyload aan op de antenne-aansluiting van de set en zien zo ongeveer het volgende beeld.
Fig. 2.
De spanning die we op de scoop maximaal kunnen aflezen bij een zender die een piekvermogen levert van 100W aan een dummyload van 500 is gelijk aan 70 volt effectief volgens de formule: P = u2 / R.
We werken echter met een sinusvormige HF-spanning; de spanning die de scoop toont is dan √2 (1,4) maal zo groot, kortom 100 volt bij een maximale uitsturing van de zender waarbij nog net geen vervorming van de modulatie optreedt en nog net geen splatter of andere narigheid.
We zouden de microfoongain nog iets kunnen opdraaien om aan die 100 volt in de pieken te komen, maar dat is gevaarlijk want wie weet verheffen we straks onze stem wel iets als het spannend wordt... voor dit betoog laten we de regeling van de microfoon verder maar even met rust.
In de pieken geeft de skoop iets meer dan 60 volt aan, maar gemiddeld? Als ik de figuur zo bekijk zal de gemiddelde amplitude niet meer dan 30 volt bedragen en als we die weer naar vermogen omrekenen dan komen we op een teleurstellende 8,8 watt uit; amplitude = 30V → u = 21 V → u2 = 441 →P = 441 / 50 = 8,8 W.
Op uw outputmeter leest u een nog kleiner vermogen af omdat de wijzer van het instrument de snelle wisselingen in de modulatie niet kan volgen; vermoedelijk leest u maar circa 5 watt af.
De verleiding is dan heel groot om de microfoonversterker maar eens flink open te draaien. Resultaat: ernstige ethervervuiling en een kwalitatief slechte modulatie!
Kunstgrepen
Gedurende tenminste de helft van de spraak komt de spanning op het scoopbeeld niet boven de 20 volt uit en we zouden al heel wat vermogen meer in de ether kunnen zetten als dat lage niveau zou kunnen worden opgetild. Maar daarmee moeten we uitkijken want de al hoge toppen van de audio mogen niet veel hoger worden.
Clippen
Het eenvoudigste systeem om dit te bereiken is het opvoeren van de versterking en de toppen die dan ver boven de 100 volt uit zouden komen te 'clippen'. Dit clippen moeten we niet aan de eindtrap van de zender overlaten want dat geeft HF-vervorming met alle ellende van dien. In de voorversterker van de microfoon kan het ook met bijvoorbeeld een diode en dat heeft in ieder geval het voordeel dat er weliswaar vervorming kan optreden, maar wel in het audiospectrum en niet in het uitgezonden HF-signaal.
Een vervorming van het audio vinden we uiteraard ook terug in het gemoduleerde HF-signaal en dat maakt het zendsignaal breder... gelukkig wordt de breedte van de zender voor een groot deel bepaald door de MF-filtering die we na het moduleren toepassen.
Fig. 2. Een zelfde soort audiosignaal maar nu met versterking van de lage amplitudes en een geringe clipping van de pieken. Duidelijk is te zien dat dit audiosignaal veel robuuster is met een gemiddelde spanning op de scoop die al gauw het dubbele is van die in figuur 1. Een dubbele spanning levert een vermogen dat 4x zo groot is.
De praktijk leert dat op deze manier een flinke verhoging van het gemiddelde vermogen kan worden gehaald bij een niet al te grote vervorming van de modulatie. Bedenken we dan dat het ons amateurs niet gaat om studiokwaliteit bij de modulatie maar om verstaanbaarheid dan is het 'clippen' in de microfoonvoorversterker een op-tie... een optie die in de praktijk toch nog wel wat voeten in de aarde heeft in het vinden van de juiste mix tussen clippen en versterken, in het vinden van de juiste balans tussen een hoger vermogen en een aanvaardbare modulatiekwaliteit.
Een spraakvermogen van 100 watt kan onmogelijk worden gehaald. Dat bereikt u alleen maar als er zover doorversterkt wordt en geclipt dat het hele scoopbeeld gevuld wordt... dan zijn er echter geen amplitudeveranderingen in de modulatie meer aanwezig en die moeten er zijn want dat is wezenlijk voor onze spraak.
Compressie
De band- en cassetterecorderfabrikanten worstelen al jaaaaren met dit probleem en hebben daar ook oplossingen voor gevonden. Ook de magnetische band is gevoelig voor overmodulatie maar het is niet de bedoeling dat zachte audiopassages ten ondergaan in de bandruis. De oplossingen liggen over het algemeen in de toepassing van een AVR, een automatische versterkings regeling, zoals we die ook in ontvangers aantreffen.
Bij deze systemen is de versterking bij lage niveaus aan de microfooningang hoog om bij sterkere ingangssignalen of te nemen en zelfs over te gaan op verzwalddng. Dit klinkt heel eenvoudig en het principe is dat ook... maar wie zich wel eens bezig heeft gehouden met het ontwerpen en bouwen van AVR-systemen voor SSB weet dat de praktijk weerbarstig is en uiterst cornplexe schakelingen oplevert.
Maar wat is er eenvoudiger dan het 'slopen' van een oude cassetterecorder? En met slopen bedoel ik dan het uitzagen van dat gedeelte van de print waarop de microfoonversterker met de sterkteregeling zijn aangebracht... voor de prijs behoeft u dat niet te laten, met een euroknaak komt u al een heel eind.
Een tweede optie is het om gebruik te maken van een kant en klaar IC dat speciaal voor dit doel is ontwikkeld. Een van de aardige kanten van de ontwikkeling van de elektronica is dat steeds meer zeer complexe schakelingen in een klein IC-tje worden gepropt. Een dergelijk IC is de SSM 2165-1 zoals dat wordt toegepast door Luc, F6BQU, in de verbeterde "Le Forty", een zendontvanger voor de 40m-band en beschreven in CQ-PA. De latere verbeteringen voor "Le Forty" hebben we niet gepubliceerd in CQ-PA maar voor de later toe te voegen 'compresser' maken we bij deze een uitzondering. Het betreft bier een klein printje waarop direct een microfoon kan worden aangesloten en waarvan de uitgang weer met de oorspronkelijke microfooningang kan worden verbonden.
Fig. 3.
Over de werking van deze compressor valt niet zo erg veel te vertellen. U sluit de microfoon aan op de aansluiting "Micro" en het IC versterkt en comprimeert het LF-signaal dat u kunt afnemen van de aansluiting "Sortie BF".
De mate van compressie kan worden ingesteld met potmeter P1 van 200 kΩ Met 200 kΩ is de compressieverhouding 1:12 maar zover moet u maar niet gaan vanwege de dan optredende vervorming. Met de potmeter op ⅔ wordt een compressieverhouding van 1:8 bereikt en dat is de ideale verhouding; een flinke vermogenstoename bij geringe vervorming. De schakelaar staat op "Avec" voor compressie en op "Sans" voor het uitschakelen van de compressie.
Met P2 regelt u de uitgangsspanning zodat deze overeenkomt met die van de oorspronkelijke microfoon zodat uw zender niet wordt overgemoduleerd.
De maximale voedingspanning die de SSM2165-1 verdraagt is 5 volt!
U heeft onlangs een moderne set gekocht en dus is dit verhaal niet op u van toepassing...
Was dat maar waar. Een moderne set is weliswaar uitgerust met een compresser maar dat is geen 'echte' audiocompresser! Modern zenders worden begrenst door de ALC, de automatic level control en die werkt op de eindtrap van de zender, dus begrenst de HF-uitgangsspanning.
U kunt dit printje ergens in uw transceiver inbouwen of in bijvoorbeeld een tafelmicrofoon die u dan met iedere willekeurige set kunt gebruiken.
Fig. 6. Een compleet printje met daarop rechts de microfoonversterker inclusief de compresser en links de audio-eindversterker, alles nog in ouderwetse germaniumtechniek. Het geheel is onderdeel van een experimenteel 80-meter AM-zendertje waarbij de eindversterker met de transformatorkoppeling gebruikt wordt voor het moduleren van de draaggolf.
Vervorming van het HF-signaal, die bij de compressie van de eindtrap wordt veroorzaakt, wordt niet meer begrensd door de MF-filtering. Hier rest slechts het rc-filter aan de uitgang en een eventueel toegepaste antennetuner maar daarmee kan men hooguit de rommel uit hogere HF-banden houden; deze filtering is te grof om de ongewenste producten te onderdrukken die in de amateurband waarop we werken worden opgewekt.
Bij het plotseling verheffen van de stem, en dat gebeurt nu eenmaal als een mens spreekt, moet de ALC zeer snel de versterking terugbrengen. Dat is niet gemakkelijk te bereiken en waarschijnlijk onmogelijk. Vrijwel altijd zal het 'even' duren voordat de versterking is teruggebracht en in dat 'even' is de versterking te groot waardoor de eindtrap 'even' over zijn nek gaat met een impulsvormige storing.
Stilte → hoge versterking.
Stem verheffen → lage versterking.
Maar voordat je het weet is de versterking nu te laag en laat het regelsysteem van de ALC het vermogen weer toenemen. Het kan langer dan 'even' duren voordat zich een nieuw evenwicht in de regellus heeft ingesteld; blijft het audio op hetzelfde niveau dan zou de HF wel eens vrij heftig van hoog naar laag en weer naar hoog kunnen gaan... dit uitslingeren van versterkingsregeling is ongewenst en geeft zelfs nogal eens een soort oscillatie in het laagfrequentgebied te zien.
Maar het kan nog erger, en dat is de praktijk, want voordat de regellus zich aberhaupt heeft kunnen inregelen is het stemvolume voor de microfoon al-weer anders... en daar holt het regelsysteem dan hopeloos achteraan.
Maar uw transceiver is getest in een van de radiobladen, vaak zelfs in meerdere bladen en de resultaten waren goed; de ongewenste uitstralingen lagen onder de daarvoor gestelde norm.
Helaas, de werkelijkheid is anders. Het testen gebeurt met een twee-toon signaal en dat verschilt op een aantal punten met de gewone spraak.
- De aangeboden twee-toon is van een constante amplitude en daarop kan het regelcircuit van de ALC zich gemakkelijk instellen. Spraak is echter zeer dynamisch en heeft beslist geen constante amplitude.
- De twee tonen waarmee wordt gemoduleerd zijn sinusvormig, spraak is dat zeker niet.
- Het aantal frequenties dat tegelijkertijd in spraak aanwezig is groter dan de twee van de twee-toon test. Hoe meer frequenties voor de modulatie... hoe meer rommel.
Leif Asbrink, SM5BSZ, heeft een dikke twintig moderne populaire transceivers getest en bemeten waarvan alleen over de TS-50 niet veel te mopperen valt en ook de IC-7800 goed scoort, mits bij deze laatste de ALC wordt uitgeschakeld. Is het niet droevig dat slechts 10% van de geteste apparaten een voldoende haalt?
Zie voor de meetgegevens en nader commentaar: DUBUS 2/2004 en 2/ 2005 of de website van sm5bsz, https://www.sm5bsz.com/
Op deze site worden ook een paar oplossingen en modificaties gegeven voor het verminderen van splatter.
Zo is het bij een aantal transceivers mogelijk om de FM speech processor ook voor SSB toe te passen... dit truukje is al meer dan twintig jaar geleden bedacht voor de FT-225 maar nog steeds niet door de fabrikanten van (VHF/UHF) transceivers doorgevoerd.
Met het uitschakelen van de ALC is ook veel ongein te voorkomen maar niet alle apparaten zijn van een uitschakelaartje voorzien. Wel is vrijwel altijd van een externe ALC-aansluiting aanwezig en door daar een negatieve spanning op aan te sluiten kan de ALC geheel of gedeeltelijk buiten werking worden gesteld.
We kunnen nog iets doen, namelijk het vermogen niet uitlezen op een traag wijzerinstrument maar met een LED-bar zoals dat ook bij de betere audiorecorders gebeurt. Als het bovenste (rode) LEDje even oplicht is van overmodulatie sprake. Met een LED ziet u dat meteen terwijl een meter zoiets niet laat zien.
Splatter geeft overlast bij uw medeamateurs en vervuilt 'onze' eigen ban-den. Doe er wat aan en denk niet te snel dat uw nieuwe dure transceiver geen rommel produceert.
Gebruik is gemaakt van gegevens uit:
- DUBUS 2/2005
- MEGAHERTZ 268 en 275
- QST June 2005
Bastiaan, PA3FFZ.