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Dal rapporto RS alla scala in decibel: cosa misura davvero il nostro ricevitore e perché un semplice numero non basta a descrivere la qualità di un collegamento.
«Sei cinque nove, fortissimo!»
Chi frequenta le bande radioamatoriali conosce perfettamente questa frase.
«Grazie per la chiamata, sei cinque nove, cinquantanove, ottimo segnale!»
La sentiamo durante i QSO in fonia, nei contest, durante le attivazioni e perfino quando un corrispondente è appena comprensibile.
A volte il rapporto arriva prima ancora che l’operatore abbia completato il proprio nominativo.
E allora viene spontaneo porsi una domanda.
Ma siamo davvero tutti cinque nove?
Possibile che una stazione distante dieci chilometri, una collegata via propagazione ionosferica a ottomila chilometri e una che emerge a fatica dal rumore arrivino tutte con lo stesso identico rapporto?
Naturalmente no.
Il problema non è il rapporto 59 in sé, ma il fatto che molto spesso sia diventato un automatismo, una formula di cortesia pronunciata senza particolare attenzione al segnale realmente ricevuto.
Dietro quei due numeri, invece, esiste un sistema di valutazione con una storia, una logica tecnica e uno scopo preciso.
E vale la pena riscoprirlo.
Che cosa significa realmente 59?
Il sistema tradizionale di valutazione dei segnali radioamatoriali prende il nome di RST.
Le tre lettere indicano:
- R – Readability: leggibilità del segnale.
- S – Strength: intensità del segnale.
- T – Tone: qualità della nota, utilizzata principalmente in telegrafia.
Nelle comunicazioni in fonia utilizziamo normalmente soltanto i primi due parametri, ottenendo il rapporto RS.
La leggibilità viene valutata su una scala da 1 a 5.
L’intensità, invece, su una scala da 1 a 9.
Pertanto un rapporto 59 significa:
R5: segnale perfettamente comprensibile.
S9: segnale di intensità molto elevata.
I due parametri descrivono caratteristiche differenti.
Ed è proprio qui che iniziano gli equivoci.
Un segnale debole può essere perfettamente leggibile
Immaginiamo di ricevere una stazione HF con il nostro S-meter fermo a S3.
La propagazione è stabile, il rumore di fondo è molto basso e il nostro corrispondente utilizza una modulazione chiara.
Comprendiamo ogni parola senza difficoltà.
Qual è il rapporto corretto?
53.
Non 59.
La leggibilità è massima, ma l’intensità del segnale rimane modesta.
Ora immaginiamo una situazione opposta.
Una stazione arriva con S9, ma un disturbo intermittente copre parte della comunicazione.
Dobbiamo chiedere ripetutamente alcune parole.
In questo caso il segnale è forte, ma la leggibilità non è perfetta.
Un rapporto come 39, se rispecchia ciò che effettivamente ascoltiamo, può essere più appropriato di un 59.
Questo esempio evidenzia un principio fondamentale:
la potenza con cui riceviamo un segnale non coincide necessariamente con la qualità della comunicazione.
Ed è una distinzione che diventa ancora più importante quando utilizziamo ricevitori moderni, filtri DSP e sistemi di elaborazione digitale.
Che cosa misura realmente l’S-meter?
Sul pannello dei nostri ricetrasmettitori troviamo uno strumento apparentemente semplicissimo.
Una scala che va generalmente da S1 a S9, seguita da indicazioni come:
S9+10 dB
S9+20 dB
S9+40 dB
S9+60 dB
Ma che cosa rappresentano questi valori?
L’S-meter fornisce un’indicazione del livello del segnale ricevuto, secondo il metodo di misura e la calibrazione adottati dall’apparato.
Per rendere confrontabili le letture, la IARU Regione 1 ha definito una raccomandazione tecnica per la scala S.
Secondo questa raccomandazione, un punto S corrisponde a una differenza di 6 dB.
In termini di potenza, 6 dB rappresentano approssimativamente un fattore quattro.
Pertanto, in uno strumento correttamente calibrato:
- passare da S7 a S8 significa ricevere una potenza circa quattro volte maggiore;
- passare da S7 a S9 corrisponde a una differenza di 12 dB, ovvero circa sedici volte la potenza;
- un’indicazione S9+20 dB corrisponde a cento volte la potenza associata al riferimento S9.
Naturalmente stiamo parlando di rapporti di potenza all’ingresso del ricevitore, non necessariamente di variazioni della potenza trasmessa.
Tra trasmettitore e ricevitore intervengono antenne, perdite, propagazione e numerosi altri fattori.
Quanto vale realmente un S9?
La raccomandazione IARU definisce due importanti riferimenti.
Sulle bande inferiori a 30 MHz, un segnale S9 corrisponde nominalmente a una potenza di:
−73 dBm, equivalenti a circa 50 microvolt efficaci su 50 ohm.
Per le bande VHF superiori a 144 MHz, il riferimento previsto è:
−93 dBm, equivalenti a circa 5 microvolt efficaci su 50 ohm.
Esistono precisazioni normative e storiche per la fascia compresa tra 30 e 144 MHz, ma il principio rimane quello di associare la scala S a livelli elettrici di riferimento.
Facciamo un esempio sulle HF.
| Lettura | Livello nominale |
|---|---|
| S5 | −97 dBm |
| S6 | −91 dBm |
| S7 | −85 dBm |
| S8 | −79 dBm |
| S9 | −73 dBm |
| S9+10 dB | −63 dBm |
| S9+20 dB | −53 dBm |
| S9+30 dB | −43 dBm |
La tabella rappresenta il comportamento teorico di un S-meter conforme alla scala raccomandata.
E qui emerge un altro problema.
Gli S-meter non sono tutti uguali
Due ricetrasmettitori collegati alla stessa antenna possono mostrare letture differenti.
Uno indica S5.
L’altro S7.
Un terzo S8.
Quale dei tre dice la verità?
Non possiamo stabilirlo semplicemente osservando il display.
Molti S-meter non rispettano rigorosamente la progressione di 6 dB per ogni punto S.
Alcuni apparati forniscono indicazioni sufficientemente accurate nella parte alta della scala, ma meno precise con i segnali deboli.
Altri modificano sensibilmente la lettura quando attiviamo il preamplificatore.
In numerosi ricevitori la misurazione è collegata al comportamento dell’AGC, il controllo automatico di guadagno.
Nei sistemi SDR, invece, il livello può essere stimato attraverso elaborazioni digitali, con risultati dipendenti dall’architettura e dalla calibrazione.
Per questo motivo confrontare direttamente i valori S indicati da apparati differenti può essere fuorviante.
Un S7 letto su una radio non rappresenta necessariamente lo stesso livello elettrico di un S7 letto su un’altra.
L’S-meter è uno strumento utile, ma non dobbiamo attribuirgli una precisione che potrebbe non possedere.
Il preamplificatore migliora davvero la ricezione?
Questa è una delle situazioni più interessanti da osservare.
Siamo sulle HF.
Il segnale del nostro corrispondente arriva con S4.
Attiviamo il preamplificatore.
L’indicatore sale a S6.
Fantastico! Abbiamo guadagnato due punti S.
Oppure no?
In realtà abbiamo aumentato il guadagno della catena ricevente.
Ma insieme al segnale utile potremmo aver amplificato anche il rumore.
Se il rapporto tra segnale e rumore rimane sostanzialmente invariato, il nostro corrispondente potrebbe continuare a essere comprensibile esattamente come prima.
In determinate condizioni, un preamplificatore può migliorare realmente la sensibilità complessiva del sistema ricevente.
In altre, specialmente su bande HF già dominate dal rumore esterno, può risultare inutile o persino peggiorare le prestazioni in presenza di segnali molto forti.
Questo significa che un’S-meter che sale non dimostra automaticamente un miglioramento della ricezione.
La domanda corretta non è:
«Di quanti punti S è aumentato il segnale?»
Ma:
«Riesco a comprendere meglio il mio corrispondente?»
Segnale e rumore: il rapporto che conta davvero
Nelle comunicazioni radio esiste un parametro spesso più significativo della semplice intensità del segnale.
È il rapporto segnale/rumore, comunemente indicato come SNR, dall’inglese Signal-to-Noise Ratio.
Supponiamo di ricevere un segnale utile a −100 dBm e un rumore di fondo a −110 dBm, misurati nella stessa larghezza di banda.
Il rapporto segnale/rumore sarà di 10 dB.
Ora immaginiamo un’altra stazione che riceve lo stesso segnale a −90 dBm, ma con un rumore di fondo a −85 dBm.
Il segnale utile è dieci volte più potente rispetto al primo caso.
Eppure il rapporto segnale/rumore è di −5 dB.
In questa seconda situazione il segnale si trova sotto il livello del rumore complessivo considerato.
L’effettiva possibilità di demodularlo dipenderà dal modo utilizzato, dal ricevitore e dall’elaborazione disponibile.
Il punto importante è che un segnale elettricamente più forte può essere molto meno utilizzabile di uno più debole.
È anche per questo che una stazione installata in un ambiente radioelettricamente silenzioso può ricevere segnali che una stazione cittadina, pur dotata di apparecchiature costose, fatica a distinguere.
E nei modi digitali?
Con l’arrivo di FT8, JS8Call e di numerosi altri modi digitali abbiamo iniziato a utilizzare sempre più spesso rapporti espressi direttamente in decibel.
Possiamo ricevere indicazioni come:
−5 dB
−12 dB
−20 dB
Ma attenzione.
Questi valori non sono equivalenti ai punti S di un ricetrasmettitore.
Nel caso di FT8, per esempio, il software fornisce una stima del rapporto segnale/rumore secondo una specifica convenzione di larghezza di banda.
Non possiamo quindi trasformare automaticamente un rapporto FT8 di −15 dB in un rapporto RS tradizionale.
Stiamo utilizzando sistemi di misura differenti per descrivere fenomeni correlati, ma non identici.
La tecnologia digitale permette di decodificare segnali estremamente deboli, talvolta non distinguibili all’ascolto umano.
Questo rappresenta un progresso straordinario.
Ma richiede anche di comprendere esattamente che cosa stiamo misurando.
Perché nei contest siamo tutti 59?
Arriviamo a un argomento che molti radioamatori conoscono bene.
Durante un contest, i collegamenti devono essere rapidi.
Ogni secondo conta.
Le stazioni cercano di completare il maggior numero possibile di QSO nel tempo disponibile.
In questo contesto il rapporto 59, o 599 in CW, è spesso utilizzato in maniera convenzionale.
Non necessariamente perché il segnale sia davvero fortissimo, ma perché il rapporto diventa una parte standardizzata e prevedibile dello scambio.
È una pratica diffusa, comprensibile nella logica delle competizioni.
Naturalmente bisogna rispettare lo scambio richiesto dal regolamento del singolo contest.
Tuttavia, sarebbe un errore considerare un 59 convenzionale come una misura attendibile della qualità del collegamento.
Il problema nasce quando la stessa abitudine si trasferisce indiscriminatamente nei normali QSO.
Durante una conversazione senza particolari esigenze di velocità, quale motivo abbiamo per comunicare un rapporto che non corrisponde alla realtà?
Se il corrispondente arriva con S4, perché dovremmo dirgli S9?
Se dobbiamo chiedere tre volte di ripetere un’informazione, perché dovremmo dichiarare che la leggibilità è perfetta?
La cortesia non richiede di alterare le informazioni.
Anzi.
Un rapporto sincero è spesso molto più utile di un complimento automatico.
Il rapporto radio può diventare uno strumento tecnico
Immaginiamo un radioamatore che sta sperimentando una nuova antenna.
Ha appena modificato l’altezza del dipolo.
Oppure ha sostituito un sistema di adattamento.
O ancora sta confrontando due antenne differenti.
Chiede a un corrispondente:
«Puoi darmi un rapporto di segnale?»
La risposta è:
«Sei cinque nove, fortissimo!»
Cambia antenna.
«E adesso?»
«Sempre cinque nove!»
Che cosa abbiamo imparato?
Praticamente nulla.
Se vogliamo ottenere informazioni tecnicamente significative dobbiamo utilizzare criteri ripetibili.
Per esempio:
- mantenere costante la potenza trasmessa;
- evitare variazioni non controllate di filtri, preamplificazione e impostazioni del ricevitore;
- confrontare i segnali nello stesso intervallo temporale, riducendo l’effetto della variabilità della propagazione;
- utilizzare, quando disponibili, letture calibrate in dBm o misure relative in decibel;
- documentare le condizioni della prova.
Sarebbe ancora meglio utilizzare un ricevitore di riferimento o una misura strumentale adeguata.
In questo modo potremmo scoprire che un’antenna offre un miglioramento di 3 dB rispetto a un’altra, anche quando entrambe producono un rapporto soggettivo di 59.
Tre decibel possono rappresentare una differenza importante.
Ma un rapporto 59 distribuito automaticamente non ci aiuterà mai a individuarla.
Il vero significato di un rapporto
Nel radiantismo siamo giustamente affascinati dagli strumenti.
Analizzatori di spettro.
Ricevitori SDR.
Analizzatori vettoriali di rete.
Misuratori di potenza.
Oscilloscopi.
Eppure talvolta finiamo per utilizzare lo strumento più elementare della nostra stazione, l’S-meter, senza chiederci quale grandezza stia realmente rappresentando.
Anche questo fa parte della cultura tecnica radioamatoriale.
Non dobbiamo necessariamente trasformare ogni QSO in una sessione di laboratorio.
Non dobbiamo comunicare valori in dBm durante una tranquilla conversazione serale.
E non dobbiamo diventare ossessivi nella valutazione di ogni singolo punto S.
Ma possiamo certamente evitare che i rapporti radio perdano completamente il loro significato.
Dire a un corrispondente che arriva 55, quando effettivamente lo riceviamo 55, non costituisce una mancanza di rispetto.
È una valutazione.
Dire che un segnale arriva debole ma perfettamente comprensibile può essere un’informazione preziosa.
E spiegare che un’interferenza rende difficoltosa la ricezione può aiutare il corrispondente a capire la situazione reale.
Il rapporto radio dovrebbe essere uno strumento di comunicazione.
Non una semplice formalità.
Conclusioni: meno automatismi, più consapevolezza
La radioamatorialità è fatta di collegamenti, sperimentazione, studio e conoscenza.
Ogni volta che accendiamo un ricetrasmettitore utilizziamo strumenti costruiti intorno a principi fisici precisi.
La scala S è uno di questi.
Il rapporto RS è un altro.
Il rapporto segnale/rumore è un parametro ancora differente.
Conoscerne il significato non serve soltanto a migliorare le nostre competenze tecniche.
Serve anche a utilizzare con maggiore consapevolezza il linguaggio radioamatoriale.
Non esiste nulla di sbagliato nel comunicare un rapporto 59.
Quando è appropriato.
Il problema è farlo sempre, indipendentemente dalle condizioni reali.
Perché se tutti i segnali sono cinque nove, allora il cinque nove non ci sta dicendo più nulla.
E forse, in un hobby che dovrebbe avere proprio nella sperimentazione e nella conoscenza tecnica alcune delle proprie ragioni d’essere, vale la pena recuperare il significato delle cose più semplici.
A cominciare da quei due numeri che pronunciamo decine di volte durante un collegamento.
La prossima volta che qualcuno ci chiederà un rapporto, prima di rispondere automaticamente «cinque nove», guardiamo davvero lo strumento. E soprattutto ascoltiamo davvero il segnale.
Perché essere radioamatori non significa soltanto trasmettere.
Significa anche sapere che cosa stiamo ricevendo.
73 de IZ1XBB
Fonti e approfondimenti
- ARRL – Quick Reference Operating Aids: The RST System
- SDR-Radio – S-Meter e raccomandazione IARU R.1
- PianetaRadio – S-meter: scala, valori e riferimenti