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聲頻濾波器專稿:
你需要聲頻濾波器嗎?

No.39   1996 Apr.   p30~32,   林茂榮 Paul Lin, BV5OC, P.O. Box 23-575 Changhua



    在 CW 通訊時,是不是會因為被鄰頻的強大訊號干擾,而打斷了你的通訊呢?如果常發生這種情況,也許你就要考慮準備一只聲頻濾波器,你可以買現成的,也可以自行製作。

    當電波傳導情況欠佳、波段內訊號擁擠、或是充滿雜訊時,一部聲頻濾波器對於通訊情況,應該會有很大的幫助。為了能夠理解聲頻濾波器的運作,必須要先了解一般接收機內的訊號濾波原理。


接收機內的訊號濾波

    目前一般的接收機都採超外差原理設計,天線拾取到的訊號,要與接收機內產生的訊號做混頻,這兩訊號混頻的結果,產生了中頻訊號。要經過檢波線路時,中頻訊號要先經過幾次的放大。就在檢波器內,訊號被檢波還原成聲頻訊號,這訊號要能夠以耳朵收聽,一般是經過聲頻放大器,並且由喇叭出聲。

    每部接收機都設計有適當的頻寬,其大小決定一次可以讓多少的訊號通過;如果把接收機的頻寬想像成一條道路,有些道路是好幾線道,同時可以容納好幾輛車並行,有些道路則很窄,像是典型的產業道路或單線道一樣,一次只能容納一部車。

■ 接收機頻寬大小由中頻濾波線路決定

通常接收機的頻寬大小,是由中頻線路來決定的,對於中頻線路而言,牽扯到電子線路,一般沒有經驗的人,很難去更改中頻線路以取得不同的頻寬,然而,你可以更換中頻線路上的濾波器,來改變頻寬。實際上,接收機的頻寬幾乎可以說是由中頻濾波器來決定的,由中頻濾波器來限制接收機的頻寬大小,避免接收的訊號受到上下頻率的干擾。

然而並不是所有的接收機都可以更換中頻濾波器,如果你的接收機頻寬也受到限制,或者是根本沒有選擇的餘地,那麼你是不是就被頻寬限制死呢?答案是「是」,也可以說「不是」,你雖然無法改變中頻頻寬,那麼從聲頻頻寬下手如何?

■ CW 訊號使用聲頻濾波器效果好

接收機的聲頻線路也有頻寬的限制,也就是普通講的高音與低音;相信你一定有操作過音響,不論是家用型或者是手提型,音響上常有高音 (TREBLE) 與低音 (BASS) 控制鈕,調整這兩個控制鈕,可以讓你在喇叭內聽到你想要加強的音域,或者是抑制掉不想要的音域;如果對高低音的控制還不滿意的話,就要使用所謂的等化器 (EQUALIZER),而不論是高低音控制鈕或者是等化器,不也都是聲頻濾波器嗎?對的,那就是聲頻濾波器。

利用特殊設計的聲頻濾波器,就可以限制某些頻率,不讓這些音域內的訊號出現在喇叭或耳機,尤其是操作 CW 時,因為我們只需要很窄的頻寬,所以利用聲頻濾波器,可以得到很好的效果。


我使用聲頻濾波器的經驗

    我喜愛收聽短波,對於電子製作也有很濃厚的興趣,考取業餘無線電執照是我的夢想,而後來也實現了。第一次上機,運氣很好,碰上了許許多多的國外電台,而當時也正逢電波傳導狀況高潮。第一次上機就碰到這麼熱鬧的情況,使我享受到追逐 DX 遠距離通訊的樂趣。

    後來漸漸地電波傳導走下坡,情況一日不如一日,這就使我想到利用 CW 追逐遠距離通訊。於是也就常出現在每個開放波段的底端,這一進去,才發現,原來 CW 世界是這麼地擁擠,使我常常深陷在 CW 洪流中,覺得茫然,實在是太多電台了,根本分不清哪一台是哪一台,但是總覺得他們的彼此 CW 對話好像很順利的進行著。

    後來我把 IC-735 的窄頻濾波器也裝上了,這才恍然大悟,原來 CW 與 SSB 單邊帶話務是完全不一樣的世界。後來我在幾部通訊型接收機上,收聽 CW 訊號,又發現那種混亂的局面,而這些通訊型接收機,有些已經是老古董了,根本無法找到合適的中頻濾波器,於是心想,何不試試聲頻濾波器看看。


Fig 01
圖 1:圖底部是一部非常專業的聲頻濾波器,WAVETEK 的 852。
Fig 02
圖 2:自製的 CW 濾波器,它的頻寬是 400Hz 左右。

我使用的聲頻濾波器

    我的聲頻濾波器是現成的,它是一部非常專業的聲頻濾波器,是 WAVETEK 的 852,參看圖 1,在 VHF 飛航監聽系統下方,就是這部濾波器。整部聲頻濾波器分成兩邊,可以獨立操作,當我把一邊設定成低通,另一邊設定成高通,兩邊串連起來,就是帶通濾波器了。

    試用之後,還覺得滿意,於是自己也設計了一部固定窄頻的聲頻濾波器,中央頻率固定在 850Hz,頻寬只有 120Hz。另外我也自製了一部頻寬稍大些的濾波器,參看圖 2,這部濾波器的頻寬是 400Hz 左右。另外在昔日拆船舊貨攤上,我也買到一部可以在 DC 到 10KHz 之間使用的濾波器,線路非常高級,中央頻率可以用旋鈕設定,頻寬可以低到 10Hz。


準備購買聲頻濾波器

    在一般的電子刊物上或者是書籍上,都很容易可以找到聲頻濾波器的設計或是製作,你可以依此資料自行製作,如果你並不喜歡或是不方便自製聲頻濾波器,也可以從雜誌的廣告上,找到許多聲頻濾波器商品。


聲頻濾波器的種類

    傳統的聲頻濾波器設計,是採用電阻、電容等元件為主的網路,配合其他元件,如放大器或是開關等組合而成。調整聲頻濾波器的控制鈕,你可以有很窄的頻寬,讓你要收聽的訊號頻率範圍,變成很尖銳。

    也有許多聲頻濾波器是採用電容開關式設計的,這類聲頻濾波器大多是以 IC 積體線路為主要架構;電容開關式聲頻濾波器因為是利用電容開關作為取樣,來控制濾波器的頻率反應特性,因此只要控制電容開關動作就可以了,而這類線路的標準做法是以脈衝來控制電容的開關動作,因此這種類型的聲頻濾波器,是以控制脈衝頻率來調整濾波器的頻率特性。


數位濾波器 (訊號處理)

    最近幾年,又有新興的技藝應用在聲頻濾波器方面,那就是「數位訊號處理」,英語簡稱為 "DSP" (Digital Signal Processing)。

    數位訊號處理是把接收機的聲頻類比訊號轉為數位訊號,因為數位訊號處理本身包含有微處理機,這些取樣後的數位訊號,就由特殊程式來處理,把資料做快速運算,去除不必要的成份資料之後,再轉回成聲頻的類比訊號。數位訊號處理因為技術成熟,運用領域不斷擴大,現在已經很普遍地應用在新興的收發機線路內,而成為標準的配備,所以數位訊號處理器雖然貴了些,但是日漸普遍的結果,價格與傳統的聲頻濾波器也就日益接近。


聲頻濾波器的功能

    有些聲頻濾波器是針對特殊應用而設計的,例如「自動陷波濾波器」是針對去除固定的音調而設計的。有時候常會發現無心的測試訊號,干擾到通訊,例如調整天線或是線性放大器等動作,就容易出現這種情況。還有接收機因為採用超外差設計,有時候也會出現所謂的超外差干擾,那是一種固定音調的聲音,這也可以利用自動陷波濾波器來去除它。而自動陷波濾波器會隨時保持警戒狀態,只要出現固定音調,就會自動加以去除,也許自動陷波濾波器無法完全去除這類音調,但是至少可以壓低到幾乎是不存在的樣子。而有些以數位訊號 處理器為基礎的自動陷波濾波器,甚至是可以同時處理掉好幾固定音調。

    完全要以你的預算來決定購買聲頻濾波器的種類,可以先看一些書面資料,例如雜誌上頭的廣告等,或者是跟商家要目錄。要提醒你的是,聲頻濾波器也可以應用在單邊帶的話務通訊上,使用聲頻濾波器也可以把鄰頻的干擾聲音濾掉,這樣就可以讓你更清楚地聽到通訊對方的聲音。

    聲頻濾波器可以讓你把電台搞得更健全些,但是可別誤會聲頻濾波器會產生如魔術般的效果,因為要是干擾源的頻率糾纏在一起,聲頻濾波器還是發揮不了什麼效果的。


聲頻濾波器與自動增益控制

    使用聲頻濾波器也與接收機的自動增益控制 (AGC) 有關,接收機的自動增益控制線路,主要的功能是改善訊號強度起伏變化很大的情況,接收機要是沒有自動增益控制的話,訊號強度起伏變化會相當大,一下子很弱,突然又變得很強。

    當你使用聲頻濾波器時,有時會發現莫名其妙的聲音強弱變化,這是什麼原因造成的呢?事出有因,只是造成的跡象不明顯而已,這其實是因為接收頻率附近有很強的訊號所造成,這些干擾訊號雖然被加裝的聲頻濾波器除掉,但因為接收機的自動增益控制線路會受到這強訊號的影響,因為接收機的自動增益控制訊號取自中頻,從聲頻雖然聽不出有強訊號在,但卻影響自動增益控制線路,使接收機靈敏度隨著訊號強弱變化而升高或下降。


結論

    對於高頻領域的通訊活動,聲頻濾波器是有很好的發揮空間,尤其是在千變萬化的高頻環境裡,聲頻濾波器有時可以決定你會是在可以清晰通訊的狀況,或者是沉淪在滿是干擾聲的惡夢中。

    最近的數位訊號處理技藝精進,使得聲頻濾波器也跨出了一大步,尤其是數據通訊、影像通訊,針對這些特殊通訊模式設計出來的聲頻濾波器,效果更是驚人。 END



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