Voici un troisième article issu de ma collaboration avec Radioamateur-Magazine. Un petit commentaire pour ceux qui sauteront tout de suite à la conclusion, c’est que bien que mon TS-590s comporte un excellent circuit de “Speech Processor”, j’utilise toujours le RF Clipper en combinaison avec le Turner +3B qui m’offre de bien meilleurs résultats. On est dans le domaine du subjectif, mais en tous cas j’y crois!

Le RF Clipper de DF4ZS
Une BF sur mesure pour le DX et les pile-up

On parle beaucoup d’antennes et de transceivers, mais on oublie qu’en phonie pour la transmission, le premier élément c’est le micro et le traitement du son. Pour pouvoir être clairement discernable dans le bruit et le QRM, votre audio doit être absente de tout son parasite, faire clairement ressortir les syllabes mêmes plus faibles et mettre en relief la partie du spectre audio la plus efficace pour la transmission bande latérale unique tout en s’adaptant aux particularités de votre voix.

Petits retours sur la « théorie »

(http://xv4y NULL.radioclub NULL.asia/wp-content/uploads/2014/03/B2_Courbe_reponse NULL.jpg)En modulation d’amplitude, que ce soit en classe A3E (AM) ou J3E (BLU), la difficulté est d’avoir un niveau de modulation optimale garantissant à la fois une efficacité maximum et l’absence de distorsion. En A3E c’est ce qu’on appelle le taux de modulation de la porteuse, qui peut-être amélioré par différents moyens dont le compresseur audio et qui doit être contrôlé le plus souvent par un oscilloscope. En J3E, ce niveau de modulation est dépendant du niveau de la BF. Il est généralement contrôlé par le système ALC de votre transceiver et son optimisation passe par la mise en action d’une fonction nommée de manière assez sibylline « Speech Processor » (Traitement de la parole) ou « Compressor ».

En BLU, un gain BF du micro trop faible fera que votre émetteur ne sortira pas toute la puissance possible. Un gain trop élevé peut parfois être pire encore car il créera un étalement du spectre (je reviendrai sur le mécanisme exact plus tard) sur plus que les 2,4KHz habituels diminuant l’efficacité de votre transmission (étalement de la puissance inutile), diminuant l’intelligibilité de votre parole et ennuyant vos voisins (les biens connus « splatters » comme sur les amplificateurs 1kW mal réglés).

Avec un générateur deux tons comme source du signal BF, l’écart idéal entre la puissance moyenne transmise et la puissance crête est de 6dB. En pratique, sans traitement avec de la parole on est plus proche de 40dB. Ce qui veut dire qu’un poste BLU prévu pour 100W crête sortira au mieux 25W en moyenne. Si vous faites « aaaaaaahhhh » devant le micro et que votre wattmètre (non PEP) indique plus de 25W c’est qu’il y a manifestement un problème!

Le but, vous l’avez bien compris c’est d’augmenter le niveau moyen de puissance transmise d’une part en faisant que sur le « aaaaahhh » vous sortirez bien 25W ni plus ni moins, et que toutes les parties de votre discours seront transmises au niveau de BF optimal même si votre voix, elle, varie d’intensité.

Les solutions

Depuis le développement de la radiotéléphonie d’abord pour la radiodiffusion puis pour les communications, de nombreux techniciens se sont penchés sur le problème.

En AM on a trouvé une solution par l’utilisation de compresseurs audio. Un compresseur est en fait un amplificateur à gain variable dont le gain est asservi sur le niveau audio en sortie. Un compresseur efficace doit savoir « prédire » quel sera le gain juste pour la prochaine syllabe. Possible pour de la musique, vous vous douterez que c’est une mission difficile voire impossible si l’OM à une diction très variable. On a toutefois des systèmes qui fonctionne très bien et un circuit intégré comme le SSM2167 (remplaçant du SSM2165) d’Analog Device remplit très bien ce rôle.

Pour la BLU ce système est le plus répandu aujourd’hui, chaque équipement intégrant cette fonction avec plus ou moins de raffinement. Avec une implémentation en DSP soignée on s’approche de l’idéal au prix d’un léger retard dans la transmission, pas gênant en broadcast mais à éviter en communication. Le problème c’est qu’il occasionne parfois des pics de surmodulation car l’amplificateur n’a pas encore eu le temps de s’ajuster après une période de silence par exemple. Il peu aussi inutilement amplifier les bruits ambiants s’il n’est pas équipé d’un « noise gate » fixant un seuil aux signaux à amplifier. C’est un mieux mais pas l’idéal. A noter qu’un bon opérateur phonie ayant un bon micro (accentuant les plages de fréquences utiles à la parole) une diction claire et posée peut obtenir de très bon résultats avec un compresseur. Le problème c’est que dans la vraie vie on a tous tendance à hausser ou baisser le ton suivant les circonstances. En particulier après une heure passée à appeler un DX rare le contrôle de sa voix de vient plus hésitant.

D’autres solutions techniques existent comme les « Clipper » (écrêteurs) ou encore « Split-band clipper » (écrêteurs par bandes). Un clipper va amplifier le signal audio et l’écrêter au niveau désiré pour obtenir un taux de modulation optimal. Fonctionnant plutôt bien pour l’AM, ce système est une catastrophe en BLU. En effet, en écrêtant les signaux on transforme des sinusoïdes en signaux carrés. Ces signaux carrés sont riches en harmoniques et le signal HF modulé par ceux-ci va être très très étalé. Tant l’intelligibilité que l’efficacité spectrale qui en résultent sont très loin de l’idéal.

En découpant la BF en plusieurs bandes puis effectuant le clipping sur chaque bande et en les ré-assemblant à la fin on diminue cet effet et on optimise l’amplification sur les parties désirables du spectre audio. C’est aujourd’hui semble-t-il la solution la plus répandue dans l’industrie et pour la radiodiffusion en particulier. Je dis bien qu’on diminue seulement l’effet, et c’est pour ça que beaucoup de « Speech Processor » intégrés aux transceiver du marché ont une efficacité limitée. Ils augmentent bien le niveau de HF transmis moyen mais ils sacrifient l’intelligibilité.

Et alors, c’est quoi la bonne solution ?

La bonne solution a été étudiée dans QST dès 1967 William Sabin, W0IYH, puis 1969 par Harold G. Collins, W6JES. Il s’agit du « RF Clipper », qui effectue l’opération d’écrêtage sur un signal HF modulé et non plus sur la BF. Quel avantage ? Une suppression des harmoniques indésirables. Comment ? Je vais vous l’expliquer.

• Première étape, vous filtrez grossièrement la BF pour supprimer les fréquences trop basses ou trop hautes (la bande idéale pour le DX par exemple va de 300Hz à 2400Hz).
• Deuxième étape, avec l’aide d’un mélangeur équilibré (un NE602 est très bien), vous mélanger cette BF et un signal 455KHz (ou une autre FI de votre choix comme 5 MHz ou 10,7MHz) pour créer un signal DSB à 455KHz.
• Troisième étape, vous écrêtez ce signal 455KHz au niveau désiré.
• Quatrième étape, vous filtrez ce signal pour réduire les harmoniques indésirables. Effectuer ce filtrage sur une FI est plus facile que sur la BF car les produits d’intermodulation sont plus écartés du signal désiré et tombe plus facilement hors de la bande passante du filtre.
• Cinquième étape vous démodulez ce signal pour revenir à une BF et supprimer là aussi harmoniques et produits d’intermodulation qui tomberont hors de la bande du signal de sortie.

(http://xv4y NULL.radioclub NULL.asia/wp-content/uploads/2014/03/B1_Schema NULL.jpg)Un RF Clipper doit donc comporter un amplificateur, un oscillateur, deux mélangeurs équilibrés, des filtres passe-bande et un système d’écrêtage. Cela en fait un système relativement complexe, délicat à mettre au point et donc coûteux. C’est pour cela que peu de matériels commerciaux l’intègrent. A la différence des systèmes précédemment cités qui intéressent aussi les professionnels, seuls les radioamateurs férus de DX en BLU ont besoin du RF Clipper. Une implémentation en DSP est en théorie possible, mais apparemment personne ne s’y est penché…

Aujourd’hui, dans les gammes de produits grand public, il semblerait que seul Kenwood ait implémenté par le passé un RF Clipper sur ses transceiver haut de gamme. Des équipements externes en tant qu’accessoires sont aujourd’hui disponibles chez Ten-Tec, Idiom Press et bien entendu DF4ZS…

A utiliser avec modération

Avant de rentrer dans le détail du RF Clipper de DF4ZS, il faut noter qu’un tel circuit permet aussi de modifier la voix de l’OM. En effet, en agissant sur la fréquence de la FI on vient modifier la réponse du filtre passe-bande et donc changer la tonalité de la voix. Ce réglage existe aussi sur les transceiver Yaesu.
En augmentant le niveau d’écrêtage, on va aussi faire monter le niveau moyen, mais ceci se fait au détriment de la qualité.

Tout cela pour dire qu’un RF Clipper mal réglé peut vite produire une voix trop métallique et plus du tout naturelle! Peut-être qu’elle sera très efficace dans les pile-up pour sortir de la masse, mais la station DX qui vous entendra en sera pour ses frais.
Un réglage modéré doit permettre tout de même de reconnaître l’humain qui est de l’autre côté du micro tout en lui donnant toute ses chances de réussir un QSO.

Le RF Clipper de DF4ZS

(http://xv4y NULL.radioclub NULL.asia/wp-content/uploads/2014/03/A1_Clipper_dessus NULL.jpg)Joachim Münch propose ses circuits de traitement du son depuis plus de 10 ans maintenant. Il a eu le temps d’en élaborer plusieurs versions pour tenter de résoudre difficultés techniques, de diminuer le prix et d’en améliorer le fonctionnement. Actuellement deux versions sont l’aboutissement de ce travail : le Type E et le Type PEP (http://www NULL.jwm NULL.de/afu/index0 NULL.htm).

Le type E (ou Mini E) est prévu pour être monté dans un microphone à main de type Yaesu MH-31 et ainsi apporter une aide considérable au trafic QRP avec un FT-817 par exemple. Il est disponible à 63,72€ plus port. A noter que Joachim effectue le montage sans frais si vous lui envoyez le micro.

Le type PEP est une version externe prévue pour être ajoutée sur n’importe quelle installation fixe. Il dispose d’un compresseur BF utilisable avec Clipper ou seul pour le trafic local, de tous les réglages en façade, de filtres BF optimisés ainsi que d’un bargraph pour faciliter le réglage du niveau d’écrêtage optimal. Il est disponible pour 152,65€ port en sus.

Ma préférence serait allée vers un kit, mais aucun n’était disponible en cette fin d’année 2010. J’ai par la suite découvert que Tim Walford de G3PCJ en proposait un pour le prix de 24£ mais peu de retour est visible sur internet à son propos.

DF4ZS ne souhaite pas proposer le RF Clipper en kit car il estime qu’une mise au point mal faite peut s’avérer catastrophique. Son expérience lui a dicté d’envoyer ses circuits tout assemblé plutôt que de gérer des OM mécontents.

(http://xv4y NULL.radioclub NULL.asia/wp-content/uploads/2014/03/A2_Clipper_dos NULL.jpg)J’ai donc choisi le modèle Type E car la différence de prix est significative. De plus, je n’ai pas besoin de potentiomètres en façade (rien de tel pour saccager un bon réglage) et mon microphone de table Turner +3B dispose déjà d’un bon compresseur. Je savais donc qu’un peu de bricolage serait nécessaire pour l’adapter à mon installation comportant ledit micro et un transceiver Yaesu FT-100.

Le colis est arrivé rapidement et correctement conditionné. Le paquet comporte la platine principale prêt à être montée dans un MH-31. Quelques composants supplémentaires sont aussi livrés pour le montage dans le microphone en « bypass » mais aussi activer si vous le souhaitez un étage préamplificateur pour utiliser avec une capsule dynamique telle que la HC-4 de Heil Sound. Une documentation succincte en 2 pages écrit serré vous donne les indications de montage en allemand et en anglais ainsi que le schéma complet.

A propos de la documentation, elle pourrait être améliorée. Toutes les informations sont disponibles et cela ne pose aucun problème pour l’OM qui a un peu d’expérience. Pour le débutant, il faudra peut-être se faire aider, même pour monter le circuit dans un microphone Yaesu. Les textes en allemand et en anglais diffèrent un peu, et les termes utilisés en anglais sont parfois ambigües. Le schéma est quant à lui correct, mais l’implantation étant un peu serrée, ce n’est pas toujours évident de s’y retrouver.

Pour mon besoin, il me fallait d’abord retirer la cellule électret installée d’origine sur la platine. Rien de bien complexe. Ensuite j’y raccordais mon micro d’origine et je faisais repartir le signal BF traité vers le transceiver via quelques connecteurs et commutateurs pour retrouver un signal « pur » en cas de trafic local.

Tout comme le FT-817 le FT-100 fournit une tension d’alimentation sur le câble micro. Au lieu de +5V sur le FT-817 elle est de +9V sur le FT-100. Un peu trop pour le circuit RF Clipper qui n’accepte au maximum que 8V. J’ai donc ajouté un régulateur basse consommation 78L05 avec une diode 1N4001 entre sa patte centrale et la masse pour porter la tension å 5,7V. A noter que ces lignes d’alimentation micro sont prévues en principe pour alimenter les encodeurs DTMF, n’y connectez rien qui consommerait plus de 10mA, vous pourriez griller une résistance interne au transceiver et l’endommager irrémédiablement.

Pour finir, j’installais le tout dans un boîtier temporaire que j’avais sous la main. C’est un boîtier en plastique, mais le définitif sera celui d’un système de mémoires vocales (Voice Keyer) tout en métal. C’est mieux pour les risques de retours HF.

Mise sous tension et vérification des tensions : rien à signaler. Je passe donc à la mise en fonction du Clipper en transmettant à basse puissance sur une charge 50Ω. Le niveau de sortie BF doit être monté au maximum et le gain micro du FT-100 augmenté pour obtenir un réglage d’ALC correct. Je m’écoute ensuite sur un récepteur secondaire (le vaillant Bitx) et la modulation est bonne, dur de se juger soi-même mais en tous cas c’est compréhensible. Je fais différents essais de gain micro sur le Turner +3B pour finalement revenir à ceux d’avant. Je passe ensuite en émission sur l’antenne toujours à 10W et je m’enregistre avec le logiciel PowerSDR en réception sur le SoftRock. Je m’écoute avec différents réglage pour finalement revenir à ceux d’origine encore une fois. L’effet bénéfique du Clipper est audible et la modulation me paraît très bonne. Allons-y pour un test sur l’air!

Il est déjà un peu tard et la propagation moyenne. Je trouve tout de même un copain JA qui arrive très fort sur 20m. Tout de suite, celui-ci me fait remarquer avec beaucoup de patience que la BF est très « puissante » mais qu’il y a manifestement un problème. Je le constate aussi sur l’ALC et sur le wattmètre. Je passe sur 17m et 15m et là le problème disparaît. Ce n’est pas une nouveauté, j’ai un problème de retour HF sur 20m car ma ligne de transmission fait juste une demi-onde. Deux solutions : ajouter des ferrites et/ou trouver un boîtier acier. Il est tard, on verra ça demain.

Le lendemain pas trop le temps de bricoler, alors je me renseigne et j’étudie le problème et regardant ce qui se dit à propos des retours HF et surtout leurs solutions. La cause je la connais : je suis à 10m du sol donc ma terre HF est mauvaise, de plus ma ligne fait une demi-onde sur 20m et elle est quasi verticale sur 75% de la longueur. Des baluns n’y font rien ou presque…

Soudain, je ne sais plus trop comment, mais la solution devient claire (ou presque) : c’est moi qui par négligence ai mal filtré mon régulateur d’alimentation. Je rajoute donc une bonne capa de filtrage (2200µF) et des capas de découplage 100nF avant et après. Par acquis de conscience j’ai tout de même mis quelques grosses perles de ferrite sur le câble du Turner +3B (merci Malcolm VK6LC pour le cadeau). Et là fier d’avoir vaincu ma propre bêtise je savoure une audio exempte de tout intermodulation. En effet, c’était juste le 78L05 qui s’était transformé en étage mélangeur.

Et en pratique

Je ne vais pas vous dire comme certains « ça m’a donné 2 points S de plus chez le correspondant », je n’ai pas fait de comparaison A/B car d’autres personnes l’ont déjà fait auparavant et validé l’intérêt de la technique.

(http://xv4y NULL.radioclub NULL.asia/wp-content/uploads/2014/03/C1_PEP NULL.jpg)Ce que je peux vous dire, c’est qu’immédiatement mes premiers correspondants m’ont fait remarqué la qualité de ma BF, mais j’avais déjà parfois eu ce compliment. Nos signaux étaient corrects (55 réciproquement) mais les OM européens souffrent souvent d’un bruit statique ou d’un QRM atteignant S5. Là plusieurs m’ont fait remarqué que mon signal passait facilement au dessus du QRM, et ça c’était tout nouveau. Plus besoin de répéter trois fois mon indicatif!

Je pense aussi avoir pu faire quelques QSO dans de pile-up et qui n’auraient pas été possible auparavant. En particulier l’Afrique reste difficile pour moi car à plus de 10 000 km et souvent les stations sont tournées vers l’Europe. Les stations européennes arrivant bien plus fort que moi avec mes malheureux 100W et ma verticale, j’ai beaucoup de mal à me faire entendre même si la propagation m’avantage. Ces deux dernières semaines j’ai contacté 5H1Z et 3B8/EA3WL à chaque fois dans des conditions qui ne m’étaient pas favorables en principe.

En conclusion, je dirais que ce circuit est indispensable à tout opérateur QRP. Il fera le bonheur d’un propriétaire de Bitx, Bingo ou Forty. C’est aussi un atout non négligeable pour tout DXer sérieux en SSB, il apporte le petit plus qui fait la grosse différence dans les pile-up, que vous utilisiez 100W ou 1KW.

Aujourd’hui la plupart des transceiver moyenne ou haut de gamme récents comportent des circuits de traitement du son par DSP sur une FI qui sont plutôt de bonne facture. Pour les propriétaires de ceux-ci la différence se fera peut-être moins sentir surtout si en plus ils disposent déjà d’un bon micro. Beaucoup de DXer de pointe semblent toutefois ne jurer que par le RF Clipper analogique… à vous de juger mais le budget reste tout à fait abordable et l’essayer en vaut la peine.