DSP FILTER 數位式訊號處理濾波器No.30 1995 July p54~57, by 文伯詮 Frank Wen / KM2X (寄自美國紐約)
自有無線電以來,妨害收聽最嚴重的份子計有三項,即噪音 (NOISE)、他台干擾 (QRM)、自然界的影響 (QRN),稱之為通訊三大害,真是名符其實。 數十年來,有不少專家、學者、工程師,為要除此三害,絞盡腦汁,從研究電子在導線中流動時所產生的噪音,繼而改良收訊第一級高週波所用的電晶體和真空管內部的構造,與中間頻率 (IF)、成音頻率 (AF) 諸級間,加裝各式各樣的濾波器 (FILTER),特殊線路等,但效果都不大。直到最近,靠高科技之助,才得來一個革命性的突破。這便是本文所要介紹的「數位式訊號處理器」 (DSP, DIGITAL SIGNAL PROCESSING)。
工作原理簡單地說,DSP 的基本工作原理是將收訊機喇叭輸出端的成音音波 (AUDIO WAVE),予以數位化式處理 (DIGITAL PROCESSING),然後濾去不要的份子,最後才將有用的數位,還原成音波。 數位處理的方法,是先將一個音波切截成很多小段,這每一小段便是一個「樣本」 (SAMPLE),見圖一。這便是所謂「取樣」或「樣本收集」 (SAMPLING)。樣本收集越多,越能代表該波形的真實性。一般情形,每秒鐘內收集數千個樣本;再將這些樣本逐個轉變成數位 (DIGITS);然後將這些數位輸送進入 DSP 機內,依指定的程式處理。 DSP 能有此功能者,是因為它本身即是一具小型強力高速的電腦計算機,使用一枚特製的中央處理集成電晶片 (CPU CHIP)。表一是該晶片的品號和製造廠名稱。處理後的數位再還原成為音波,由喇叭放出。整個流程可由圖二簡單示意。
基本功能與優點DSP 的基本功能是它可以將背景噪音 (BACKGROUND NOISE) 壓低 20dB (有如自大叫大喊的聲音降至耳語的程度);以及可以很有效地自動追蹤,並消除因外差 (兩台干擾) 所產生的叫聲 (HETERODYNE TONES)。 DSP 的另一優點是可以依照設計人或使用人的特殊需要功能,如波段的寬度 (BAND WIDTH)、高低通濾波器 (HIGH/LOW PASS FILTERS)、鑿型濾波器 (NOTCH FILTER)、自動增益調整 (AGC, AUTOMATIC GAIN CONTROL) 等特殊線路,加設在 DSP 機內,而且效果很顯著。 鑒於 DSP 的功能一鳴驚人,因此,近日業餘市場上,如雨後春筍般,突然冒出很多不同廠商、不同型式的 DSP。有的自成單獨一座 (如圖三,略),可加接在現有的收訊機上。 在收發兩用機上也有新的品種,如美國名牌 TEN-TEC 廠的 OMNI-VI 機、日本 KENWOOD 廠的 TS-95OSDX 機、ICOM 廠最新的 IC-775DSP 等,都在出廠前,在機內已安裝有 DSP;更有些廠出售零件組 (PARTS KIT),供喜歡自己動手的火腿們,自行裝配 (註一)。 諸廠的 DSP,各有其優點,價格低的固然設計比較簡單,功能也有限;但是價格高的並不就此表示比較好。選擇 DSP 要做各人的需要和喜愛而定。綜合說來,DSP 的功能可包括:
改變發話人的原音 DSP 唯一的缺點是在 SSB 通話時,會將發話人的原音改變。這是因為濾波的關係。但是可以將談話的內容在無噪雜音及干擾的情形下,傳達給對方,所以這微小的失真損失是值得的。
趣聞三則本文既然談噪雜音,憶起真實故事二則和傳說一則。特誌於下,以娛我讀者。 大約十年前,在業餘波段內,不時可聽到一個強大的木魚聲,西人稱之為「啄木鳥」 (WOODPECKER),聲震全球,妨害他人通訊,莫此為甚,令人恨之入骨。紛紛向 FCC (美國政府的電訊署) 與其他國家相同機構投訴,請求「捉拿」這不法的啄木鳥,經調查後得知,這是蘇聯的一個強大的雷達站所發出的電波。但蘇聯一秉強硬的習性,對 FCC 及其他各國的請求、投訴相應不理。FCC 束手無策,只得繼續挨打。 這「篤、篤、篤」的木魚聲,聲聲打進耳鼓,有如挨打一般,極不好受。本文介紹的 DSP 消滅這類衝擊性的噪音,實是遊刃有餘。可惜發明得太遲;蘇聯解體後,這木魚聲也很少再聽聞。 第二個故事是美國一位火腿,他的收訊機每隔數分鐘,便為一電氣火花的噪音所打擾。三番數次勘察家中以及四鄰的電冰箱、冷氣器、電鬍刀等等,甚至換了一台新的收訊機,也查不出噪音的來源。山窮水盡之際,有一天,這位火腿無意中查到病源。 原來他的老祖母平日總坐在一張搖椅上,椅上放了數層毯子、椅墊之類;其中夾了一張尺餘見方的舊式電熱毯。老年人很喜用電毯,可舒解風濕等痛。老祖母插上電源後,也就忘了這回事,這電毯內的老式自動恆溫開關,在一開一關時所產生的火花,便是這噪音的來源。這位火腿做夢也沒想到,追蹤雜音,竟追到老祖母的搖椅上,亦奇聞也。 殿後的一則傳說,完全是一個捏造的故事。有位總督大人的公子,博學多才,醉心科學,並深深愛上業餘無線電。每當這位公子 ON AIR 的時候,隨從的副官會派勤務兵,四出關照鄰近所有的理髮店、工廠等,不准使用吹風機、馬達等會產生火花的電器用具。 這般正本清源式的雜音消除的方法,絕對保證有效,因為沒人膽敢去打擾這位少爺的玩興。據聞故事中的公子,於多年前移居美國,現在 QRT 中 (註二),希望能再度 ON AIR。 註一:「德州儀器公司」 (TEXAS INSTRUMENTS) 有一入門零件組 (DSP STARTER KIT),價在 100 美元左右,「土山包封業餘無線電公司」 (TUCSON AMATEUR PACKET RADIO, INC.) 有 DSP-93 組件。 註二:QRT 是關掉機器的意思。 SILENT KEY 是「靜止的鍵」,用於對逝去的火腿的一項尊敬、懷念的稱呼。每期美國業餘協會的月刊上,都有半頁刊登最近靜止的鍵。二者不可錯用。
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