了 解 度

2014年6月6日 掲載
　
ＡＭで色々やっていると、「了解度」と言う言葉が非常に気になってきます。ＳＳＢに比較してどうもピシッと決まらないＡＭで、どうやれば相手によく伝わるのか。
色々考えられると思うのですが、
といった独立した切り口があり、これらの考察を、受信機や送信機、あるいは マイクプロセッサーなどの性能にブレークダウンしてゆけば、 着実に一歩ずつ進む（了解度が向上する）のではないかと思います。
そこで、私のホームページの中でも、①声の極性 に関連するＡＭ送信の問題、②帯域×電力で表した声の伝送エネルギーから見た 音作り に関連する問題　の２つをすでに取り上げており、前者では、極性を正しく設定した場合 としなかった場合とで、実に5倍ものピーク電力の差（私の声の場合には5倍。別のヒトでは 別の値になると思われる）が出ることを指摘しました。
こういったことに日々関心を持っていましたところ、 特に通信リンクの物理性能に強く関連すると思われる「通信のＳ／Ｎ」について、 すばらしいページを見つけました。 ここではこのページを共有させていただくとともに、ＡＭでのブレークダウンを 考えてみたいと思います。

すばらしいページ

通信のS/Nについて書かれたこのページ：
　http://homepage3.nifty.com/jj1grk/am__ssb.htm
筆者は、JJ1GRKさんでしょうか？　
このarticleは、「到達距離の差」と表題付けされていて、「久しぶりの超大作です」と冒頭に書かれていますが、この具体的な課題に対しこれだけまとまった記述は、本当にホームページにも本にもないです（GRKさんに私も同意、「ない」です。）。
私も、このどこかに、「120WのＡＭでも50ＷのＳＳＢにもかなわないが、帯域利得もあるので少しは何とかなるかも」　と言うようなことを書いた記憶がありますが、このようにまとめていただくと、まさに目から鱗です。

さて、注目すべきは、第2節。

「これを送信側に置き換えて言えば、ＡＭの10WとSSBの4Wが同等であると言えます。」
の部分。
この第2節の記述は、①ＳＳＢの電力と等しい片方の側波帯電力をもつＡＭ波を比較したとき、受信側でＳＳＢとＡＭでどのくらいの感度差（Ｓ／Ｎ差）があるか　から入り、②同じ感度（Ｓ／Ｎ）にするには、送信電力にどのくらいの差が必要か　を、キャリヤ電力で定義したＡＭの電力とＳＳＢのＰＥＰ電力（いずれも一般的な定義のとおり）に換算して示したものです。
その過程では、ＡＭには２つの位相が合った側波帯があるのでＡＭ検波出力はＳＳＢに比較して倍になることと、帯域が広い分Ｓ／Ｎが低下することを考慮に入れ、結論として、
　ＡＭの10WとSSBの4Wが同等
とされています。

ところで この前提は、「正弦波」。10ＷのＡＭは、合計5Ｗの側波帯電力であるとの前提です。
一方現実は、このページに記載したように、音声の極性処理をうまく行えば、同じキャリヤ電力でも、音声の側波帯電力合計は正弦波の場合の倍にもできる。
この度合いは人によって異なると思われますが、私の場合は、上記ページの値を参照すると、67 X2 / 30 X2 ＝2.23倍。よって極性を勘案した条件だと、ＡＭの4.47Ｗ(10/2.24)と、４ＷのＳＳＢが同じ　といえそうです。
結局、上述参考文献の第2節までに関する解釈で言うと、音声の極性管理をうまくやれば、受信側で同じＳ／Ｎとなる送信パワーは、「呼び値」という意味でもＡＭとＳＳＢはそんなには違わないようにできる　といえるでしょう（註：人に依存しますので、当然ながらコマーシャルサービスにはこの考え方は適用しにくい）。

さて、さらに参考文献を読み進めます。

第3節、第4節はよいとして、第5節。受信機のＡＧＣ動作に関する記述の部分。
ここには、「ＡＭの10WとSSBの4Wが同等」　と言いながら、受信機内部のAGCは信号の尖頭値に反応（今の10ＷのＡＭの例では40Ｗの信号に反応）するので、実際のＡＭ波では検波出力が1/4に低下してしまう。これはアンプで簡単に補える　といったことが書かれています。
これを上記、極性を管理したＡＭ波に適用するとどういったことになるか。
勿論人によって違うわけですが、私の場合は、声の極性に着目した処理を行うと、ＰＥＰ電力はキャリヤの6.25倍、4.47Ｗのキャリヤだと27.9Ｗ(PEP）にもなる。そこでＡＧＣが効いてしまって検波出力は落ちるが、結局同じことで、ボリュームを少しあげてやればＯＫ　と言うことになるでしょう。もちろん、平均値型ＡＧＣを備えたＡＭ用受信機ではこういうことは考慮する必要なし。ＡＦ段がひずむ　とか、そういうのも無しで。

ということで、

先のページに述べた「音声の極性に注意」すれば、ＡＭとＳＳＢ、両者 ほとんど同じ呼び値の送信電力で（ＡＭはキャリヤ、ＳＳＢは側波帯のＰＥＰで定義）、ＡＭでもＳＳＢ並の通信品質を確保できる見込みがあります（紙の上では）。
一方、ＳＳＢでは、音声の極性を活用してPEP出力を増すような手段は使えないから（もともとPEPで定義され、ALCで管理されているから）これ以上何ともいたし方ない。
また、低電力変調＋リニヤアンプ方式のＡＭでも、如何とも対応困難か（ＡＬＣでピーク管理されてしまうから）。

結局、この「音声の極性に注意」するワザは、 終段で高電力変調するＡＭ「だけ」に許された、 SSBに対抗して "通信品質を向上する" 「究極の秘技」 といえるのではないでしょうか。

それと、もう一つ大事な、ＡＭでの結論。
ここでは、 了解度という観点からは積極的には書きませんでしたが、極性を正しく設定した場合 には、しなかった場合に比較して数倍ものピーク電力 （私の声の場合は5倍）をとり得る。
「キャリヤは強いけど声はどうもしゃっきりしない」　とか、「信号はカスカス なのによく聞こえる」　など、ＡＭをやっていると、よく分からない様々な 経験をしますが、ひょっとして、この「数倍」が影響している可能性 ありませんでしょうか。

皆さん、実験してみませんか～。。。　いや～、究極の自己満足 でありま～す！

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冒頭に、３つのポチョで「了解度」に関する方針を示しました。
ここに述べたことは最初のポチョに関連するものですが、もちろんこれだけで終わりではないです。まずはとにかく、思いついたところから色々やってみる　っと・・・

そしてその上に、２つ目のポチョの、コンプレッサー処理やらｆ特処理の技術とやらを乗っけて、ビンビンの了解度が得られる信号を作っていこうとするわけですが、しかし思うに、こういう技術は、「電話」で、1920年代とか30年代にベル研あたりががっちり基礎研究を固めてるんじゃないでしょうか。IREの古い論文を探したりすると、いくらでも出てきそう。。。
これについては、私は音作りという切り口で、一つ目のポチョとも関連させて（電力×帯域という物理指標を提案して）やろうとしています。

3つめは自分の世界。受信側だけで工夫できそうです。




2010 年度第6 回情報処理学会東北支部研究会(山形大学) 資料番号10-6-B2-1
仮想音響空間内の音声了解度推定に用いるひずみ尺度の検討∗
○小林洋介, 近藤和弘(山形大)

JAIST　2010.3　森田　音声明瞭度回復を目的とした雑音・残響除去にカンする調査研究


ＡＭによるハムの通信は、声による通信だから、
声をいかに了解度よく伝えるか、その際にhifiさをいかに保つか、あるいは、声を聞くと言うことの心地よさを如何に表現するか　などがポイント。


了解度
経験的なパラメータとしては、
　搬送波送信パワー（受信機のＡＧＣに関連して）
　声の成分の送信パワー（搬送波出力、変調度）
　雑音
　声の周波数分布
　受信機の帯域