Migliorare l'uso del DNR, riduzione digitale del rumore, nello YAESU FT-950


Questo ricetrasmettitore è stato sviluppato dalla YAESU traendo esperienza dai progetti di precedenti apparati, come il noto FT-2000, ed implementando nel contempo alcune soluzioni tecniche originali. L'FT-950 si caratterizza a livello hardware e gestionale per una equilibrata distribuzione delle molte funzioni e relativi comandi, tali scelte hanno incontrato il favore di una parte dei radioamatori ma non di altri. In effetti la filosofia dell'interfaccia utente dell'apparato, a suo modo completa e ben organizzata, richiede a quanti lo usano di essere coscienti di come le impostazioni vanno ad incidere sull'elettronica interna. In altri termini il ricetrasmettitore da il meglio di se a quanti possiedono un adeguato background tecnico e ciò equivale a dire che utilizzatori occasionali che magari si limitano acriticamente a premere dei bottoni difficilmente predispongono alla ottimale funzionalità alcune opzioni soprattutto in ricezione dove l'FT-950 propone una nutrita serie di variabili.


Ricetrasmettitore FT-950 della YAESU, HF/50 MHz, 0.03-56 MHz in ricezione, 100 Watt out

Tra le diverse funzioni la DNR, ovvero la riduzione digitale del rumore tramite filtri adattivi, viene proposta al pari di tutti gli apparati recenti come importante possibilità per elaborare l'emissione sintonizzata al fine di migliorare il rapporto segnale/rumore nelle ricezioni in fonia prevalentemente nel modo SSB. Alcuni possessori dello FT-950 lamentano tuttavia una scarsa efficacia di tali filtro, tale giudizio negativo pare comunque legato al non coretto impiego del DNR che se ottimizzato è in grado di esprimere prestazioni di livello adeguato alla fascia di mercato cui si rivolge il ricetrasmettitore YAESU. Le note a seguire sono il risultato di test realizzati dagli autori e descrivono le modalità per ottenere il massimo nella ricezione di comunicazioni affette da noise.

Considerazione iniziale: attivando il DNR l'ascolto non sembra migliorare di molto, perche?

L'FT-950 utilizza sedici differenti profili di intervento che vanno ad agire sugli algoritmi matematici per analizzare e sopprimere il rumore che va a sommarsi al parlato, scegliere tra questi profili (via più incisivi impostando progressivamente il comando tra OFF,1...15) dovrebbe automaticamente evidenziare un significativo vantaggio del segnale utile. Qui vi è già un primo errore poiché si considerano uguali tutti i tipi di rumore da una parte e tutti i tipi di parlato dall'altra. La realtà è ben diversa, poniamo il caso ideale che si stia ascoltando una nota pura immersa in un rumore omogeneo. Gli algoritmi hanno modo in questo scenario di riconoscere facilmente il segnale utile, ovvero il picco di potenza alla frequenza della nota audio, predisponendo una azione passa-banda che va ad attenuare tutte le componenti spettrali inferiori e superiori. Il risultato inserendo il DNR è una migliore qualità di ascolto. Questo esempio è illustrato nella figura che segue.

Prestazioni del filtro DNR (Digital Noise Reduction) in presenza di una singola nota audio a 1500 Hz e noise a larga banda. In colore rosso il rumore con il filtro disinserito, in colore arancio e giallo i livelli di rumore attenuato con il DNR impostato su livelli di intervento progressivamente più elevati. La differenza media nell'intensità tra la funzione disattivata / attivata è ben apprezzabile. L'algoritmo svolge correttamente il proprio compito.

Come intuibile i segnali in fonia nelle HF hanno caratteristiche diverse dall'ideale singolo tono citato ad esempio. La voce umana è complessa e si compone di tonalità relativamente forti e stabili miste a componenti variabili in ampiezza e frequenza. L'uso delle vocali e delle consonanti nelle diverse lingue moltiplica inoltre tale dispersione. Lo stesso accade tra voce maschile e femminile, tra parlato chiaro o con tratti gutturali. Il DNR ricordiamo agisce identificando le frequenze che hanno ampiezza maggiore rispetto il noise medio a larga banda, attorno a tali frequenze vengono quindi costruiti dei filtri che evolvono nel tempo seguendo lo spostamento dei picchi nello spettro audio. Per quanto detto i DNR non sono in grado di separare il messaggio dal rumore quando tali componenti non differiscono in modo significativo. Questo accade a volte per la natura stessa del segnale ma altre per una inadeguata impostazione del ricevitore da parte dell'utente.

Considerazione pratica: su quali segnali il DNR è allora utile?

Per tradurre i concetti esposti è utile porre la domanda in termini generali ponendo l'accento su quelli elementi, facilmente riconoscibili, che determinano situazioni estreme dove la funzione di riduzione digitale del rumore se attivata porta a risultati soddisfacenti da una parte oppure deludenti dall'altra.

Questi i fattori positivi:

  • Voce femminile, tono chiaro, predominanza di vocali
  • Brani musicali, singolo o pochi strumenti, frequenze medio-alte
  • Impostazione della larghezza di banda > 2500 Hz
  • Rumore di tipo omogeneo entro la banda audio
Questi invece i fattori negativi:
  • Voce maschile, parlato con suoni gutturali e borbottii, predominanza di frequenze basse
  • Impostazione della larghezza di banda < 2100 Hz
  • Rumore variabile e/o concentrato su una parte della banda audio

Nel concreto è facile sperimentare queste situazioni sintonizzando in SSB una broadcasting che trasmette in AM. Se la programmazione è mista, parlato e musica, agendo sui profili del DNR si avrà modo di misurare la diversa efficacia in relazione ai contenuti dell'emissione. Va notato l'importanza di impostare la selettività dell'FT-950, comando WIDTH, in funzione sia del parlato, ribadiamo che voce maschile e femminile sono diverse, che del rumore. Se questo non è omogeneo l'uso abbinato del filtro CONTOUR si dimostra assai utile. WIDTH e CONTOUR vanno regolati dall'utente a seconda della situazione quando si attiva il DNR, in caso contrario non è l'apparato a funzionare male ma l'utilizzatore che non lo gestisce al meglio delle sue potenzialità. Per completare il quadro alcuni suggerimenti generali sull'impostazione dei profili:

  • DNR 3~4 > generalmente ottimale nelle medie situazioni
  • DNR 5~7 > generalmente ottimale in presenza di voci con parlato ben scandito
  • DNR 8~15 > da sperimentare solo in situazioni di noise a larga banda e parlato con toni chiari

Per rigore puntualizziamo che il miglioramento nel rapporto segnale rumore (S/N) e miglioramento della comprensibilità non sono tra loro sinonimi diretti. Ridurre il rumore di 20 dB non significa affatto che la comprensibilità di un messaggio aumenta con uguale misura.

Considerazione d'uso: il DNR funziona bene ma distorce la dinamica audio, perchè?

Nuovamente una circostanza che richiama l'esperienza dell'utente. Se rammentate in precedenza si è detto che risulta errato limitarsi ad attivare delle funzioni per poi aspettarsi un risultato perfetto. Nell'FT-950 ad esempio al pari di molti altri apparati il DNR opera dopo l'anello di controllo AGC che dunque segue l'inviluppo del segnale comprendendo le componenti che poi vengono attenuate dal filtro adattivo. Richiamiamo per comodità lo schema interno del ricetrasmettitore:


Schema a blocchi del ricetrasmettitore YAESU, parte ricevente

Come certo saprete nella ricezione SSB è preferibile, situazione on-air permettendo, impostare la costante di tempo AGC su SLOW al fine di dare continuità al fattore S/N altrimenti degradato dall'aumento del guadagno nei momenti di pausa sul parlato con la percezione di maggiore rumore ed instabilità a breve termine nella voce di chi si ascolta. Con il DNR attivo, che sostanzialmente aumenta la dinamica tra i diversi momenti del parlato, tale effetto si incrementa in proporzione. Si tratta di un aspetto importante, sottovalutarlo significa sacrificare di fatto buona parte dell'operato del filtro. L'operatore può in ogni modo regolare l'AGC considerando sia le esigenze del DNR che richiede un segnale di ampiezza media stabile nel tempo quanto le situazioni presenti in banda come fading, interferenze, QRN impulsivo, eccetera. Il comando su cui agire è dunque RF-GAIN che va impostato in modo minimizzare a circa 9 dB le variazioni di intensità. Questo è illustrato nella figura che segue.

Il comando RF-GAIN, normalmente ruotato completamente a destra, è un utile supporto per migliorare la comprensibilità audio. Abbinato al DNR permette di esaltare la riduzione del rumore senza causare distorsioni alla dinamica del parlato. Per questo va ruotato a sinistra in modo che l'intervento dell'AGC come appare sull'S-METER sia grossomodo un punto e mezzo inferiore rispetto il valore di intensità di picco del messaggio che si sta ascoltando.

Adottando questa strategia, connaturata al funzionamento dei ricevitori per HF ma a volte dimenticata o posta in secondo piano anche dai radioamatori esperti, si compensa la deleteria sensazione sonora di "flutter" restituendo alla funzione DNR dell'FT-950 le prestazioni che effettivamente è in grado di esprimere.

Articoli di interesse

Scanner no-limits. L’enciclopedia delle radiocomunicazioni dai 26 MHz fino 3600 MHz.

Migliaia di frequenze attive nel servizio aeronautico civile tra 2-30 MHz.

I circuiti per radio analogiche e digitali (Software Defined Radio). Con progetti, note tecniche e sui componenti.

Ferriti appositamente sviluppate per agire al massimo rendimento sulle bande HF e fino 70 MHz quali componenti per la soppressione dei disturbi.