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AFバンドパスフィルタ、ノッチ、ノイズリダクション試作

CW、SSB、AM(BCL)向けオーディオ帯域シグナルプロセッサ。主な機能は、BPF、ノッチ、ノイリズダクション。 Phone用とCW用とでスイッチで切り替えられる。もう少し詳しい話を生成AIにまとめさせた。

【Phoneモード機能(SSB / AM)】

  • 帯域幅コントロール: ツマミ一つで1500Hz〜8000Hzの範囲をシームレスに調整可能。約3000Hzを境界として、狭帯域側ではSSB向けの鋭い「チェビシェフ特性(低域カット200Hz)」、広帯域側ではAM向けの平坦な「バターワース特性(低域カット100Hz)」へと、低音域のカット周波数も含めて内部の特性が自動的に切り替わります。
  • マニュアルノッチ: 任意の周波数にノッチ(谷)を合わせ、特定の混信ビート音を手動で消去できます。
  • オートノッチ(ANF): 帯域内に現れる単一・複数のビート音を自動で検知して一括で抑圧します。
  • ノイズリダクション(NR): 適応フィルターにより耳障りな背景ノイズを低減し、目的の音声を浮かび上がらせます。

【CWモード機能】

  • 帯域幅コントロール: ツマミ一つで2700Hz〜70Hzの範囲を調整可能。約500Hzを境界として、広帯域側では平坦な「フラット特性」、狭帯域側では山型の「ピーキング特性」へと自動的に切り替わります。
  • 超狭帯域APF(オーディオ・ピーク・フィルター): 帯域幅を最小域(70Hz)まで絞り込むと、微弱信号の抽出に特化したAPFモードへ自動的に移行します。
  • フィルター特性の手動選択: 狭帯域(ピーキング特性)の領域を使用中、スイッチ操作により「フラット特性」へ強制変更したり、フィルターの段数を増やして「さらに急峻な切れ味(鋭いスカート特性)」にカスタマイズすることが可能です。
  • 中心周波数(ピッチ)調整: 受信したいCWトーンに合わせて、フィルターの中心周波数を300Hz〜1500Hzの範囲で任意に設定できます。

こういうことをやろうとしたらDSPチップが要るんだろうと思っていたのだけれど、なんと、マイコン(RP2350)一つで全部できてしまった。オーディオ出力もマイコンからPWMで出せる(一次試作ではそうした)が、せっかくなのでDACを載せることにした。

以下、特性。

まず、帯域制限等なしのスルー状態。テスト信号としてホワイトノイズなど生成機能も内蔵させた。高域が落ちているのはアナログフィルタによるもの。想定よりも落ちが大きい(落ち始めが早い)ので要調整。低域の低下はカップリングコンデンサによるもの。「低域重視」というわけじゃないので良しとしよう。

Phoneモードでの帯域幅最大。100~8kHzのつもり。そうなっていないのは上に書いた通り。

狭帯域モードでの最広帯域(表現が変だけど)。200~3200Hz。

最狭帯域。200~1700Hz。

ホワイトノイズに1kHzと3.7kHzのテストトーンを重畳させたもの。

マニュアルノッチ、1kHz。

同、3.7kHz。

オートノッチ。ビート二つくらいなら消せる。

ノイズリダクション。ツマミで半分くらい。ホワイトノイズの成分が下がっていることがわかる。もっと強く効かせることもできるが、音が不自然になる。

テスト用のマルチトーンを重畳。マニュアルノッチで一つだけなら落とせるが、こんなにたくさんあるとオートノッチはさすがに対処できない。

続いてCWモード。まずは最広帯域の2700Hz幅。300~3000Hz。

広帯域モードでの最狭幅の約500Hz(中心周波数は650Hzくらい)。

ここまでの広帯域モードではPhoneと同様にノイズリダクションが使える。これ以降の狭帯域モードでは使えない(通過特性を見るとわかるように、フラットではないのでノイズフィルタの効かせようがない)。

狭帯域モードでの最広幅の約500Hz(中心周波数は同じ)。中心周波数にフォーカスする。

最狭幅は200Hz。

さらに絞り込む超狭帯域モード70Hz(固定幅)。

中心周波数は可変。最高は1500Hz。4500Hzあたりなどの山は測定系由来のノイズかな?

最低は300Hz。幅が広く見えるのは横軸がLogのため。

狭帯域モードは通過特性を選択できる。

  • 通過帯域内フラット/中心周波数フォーカス
  • フィルタ特性ブロード/シャープ

この組合せで四種類。これは内部のDIPスイッチで選択する方式。

ちなみに、こちらは一次試作基板。前述のようにDACが載っていない分、シンプル。

自作
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