Stereo op de FM band
met een multiplex decoder
MPX
Servers » TechTalk » Historisch perspectief » Audio » Radio » Stereo decoder

De eerste tests met stereo-uitzendingen gebeurden al voor de tweede wereldoorlog. Men gebruikte twee zenders op nabijgelegen frekwenties en twee ontvangers. Dit systeem werd nooit een succes, omdat men twee radio-ontvangers nodig had. Het systeem werkte op de middengolf (AM) en de geluidskwaliteit was niet optimaal.

Maar voor we de stereo-decoders uitleggen, misschien een paar voorbeelden van mono-radio ontvangers (toestellen met buizen, draagbare radios met buizen en uiteindelijk transistorradios).

-

-

Na de tweede wereldoorlog ging men FM (frekwentie-modulatie) gebruiken, waardoor men eindelijk een betere geluidskwaliteit kon bekomen. De gebruikers willen nu stereofonie, als het systeem compatibel kan worden gemaakt zodat alle ontvangers het signaal kunnen weergeven. Indien aan deze voorwaarde niet voldaan kan worden zou het systeem door het publiek verworpen worden.

Stereo multiplex


Het stereo-signaal: links en rechts


Het multiplexsignaal in het blauw


Het mono-signaal dat uit het multiplexsignaal afgeleid wordt

Het audio-signaal van een FM ontvanger is van goede kwaliteit (zeker in vergelijking met het signaal op de AM banden). De bandbreedte gaat van 30 tot 15kHz en het is zelfs mogelijk stereo te versturen zonder dat de compatibiliteit verloren gaat. Bij het ontstaan van kleuren-televisie heeft men ook gekozen voor een systeem dat compatibel was met de bestaande zwart-wit televisietoestellen.

Stereo op de middengolf - raar maar waar!

De eerste figuur toont ons het aangeboden audio-signaal met het linkse en rechtse kanaal (kies zelf je kleuren).

Om het signaal in stereo te versturen zal men alternerend een stukje links en een stukje rechts uitzenden. De omschakelfrekwentie ligt zo hoog (38kHz) dat die niet hoorbaar is.

De tweede figuur toont het multiplexsignaal dat naar de zender verstuurd zal worden. Vaak gebruikt men de afkorting MPX in schemas. Als beide kanalen hetzelfde signaal doorsturen is er geen 38kHz draaggolf zichtbaar. Als de kanalen een signaal in tegenfase versturen is de draaggolf maximaal.

Ontvangers met een stereo-decoder zullen het linkse en het rechtse deel splitsen en naar de juiste luidspreker sturen. Voor het versterkt wordt gaat het gedemoduleerd signaal door een laagdoorlaatfilter om de omschakelpulsen (harmonische frekwenties) te onderdrukken.

Ontvangers zonder stereo-decoder zien het multiplexsignaal niet, en geven enkel het laagfrekwent geluidssignaal weer (30Hz - 15kHz), dit is de derde figuur. Het mono signaal is in feite het sterk gefilterde multiplexsignaal.

Men merkt duidelijk dat een gedeelte van de geluidsinformatie verloren is gegaan. Om dergelijke fenomenen tegen te gaan zal men een speciale microfoonsopstelling moeten gebruiken.

De eerste opnames (concerten) gebeurden met twee microfoons, n rechts en n links. De stereo-weergave was goed, maar het mono-geluid was sterk gestoord door fase-verschillen tussen beide microfoons, die een deel van de audio-informatie onderdrukten. Enkel een dubbele richtingsgevoelige microfoon vr het orkest was in staat een stereo-signaal af te leveren, dat mono-compatibel was.

Tegenwoordig gebruikt men n mono-microfoon per instrument zodat minder omgevingsgeluid wordt opgevangen. Op de mengtafel "plaats" men manueel het signaal van de microfoon in het totaal stereobeeld. Er is geen geluidsonderdrukking door tegenfasige signalen, want iedere (richtingsgevoelige) microfoon pikt slechts het geluid op van n instrument.

Voor het synchroniseren van de omschakeling tussen L en R gebruikt men een piloottoon die de halve frekwentie van de multiplexfrekwentie is (19kHz). Deze frekwentie is ideaal gelegen boven de audio-band (30Hz - 15kHz) en onder de multiplexband (23 - 53kHz). De piloottoon kan dus niet gestoord worden zelfs als die met een lager vermogen uitgestuurd wordt (10% modulatie).

Als de piloottoon aanwezig is wordt de multiplexdecoder ingeschakeld, anders worden die niet gebruikt. In de ontvanger wordt de piloottoon verdubbeld in frekwentie om de demultiplexer aan te sturen (synchrone demodulator).

Na de demodulator plaatst men een laagdoorlaatfilter om schakelgeluiden te onderdrukken (deze vallen trouwen volledig buiten de gehoorband).

Om ruis te verminderen zal men de hoge tonen versterken bij de uitzending, en verzwakken bij de ontvangst. De ruis is aanwezig op alle frekwenties, maar is meer hoorbaar in de hoge tonen. Deze correctie wordt vaak toegepast: vinylplaten, audiocassettes en zelfs de eerste CD's hadden een zogenaamde pre-emphasis die gecorrigeerd moest worden door een de-emphasis.

De bandbreedte van een stereo-FM uitzending is ongeveer 100kHz. Men voegt een beetje reserve toe om mogelijke storing van een sterkere zender te vermijden, zodat men een FM-bandbreedte van 2×150kHz bekomt: de zenders liggen op een afstand van 300kHz van elkaar. Op digitale tuners is de stapgrootte 50kHz om in alle landen gebruikt te kunnen worden (bepaalde landen gebruiken een andere stapgrootte).

Het laagste gedeelte van de bandbreedte (30Hz - 15kHz) wordt ingenomen door het monosignaal L+R. Dit is het enige signaal die mono-ontvangers kunnen weergeven.

De piloottoon zit op 19kHz.

Tussen 23 et 53kHz hebben we het stereo-signaal L-R. De draaggolf is onderdrukt.

Nog hoger hebben we het RDS signaal, dat digitaal is. De draaggolf is 57kHz, dus driemaal de piloottoon. Hier ook is de draaggolf onderdrukt want men maakt gebruik van de piloottoon.

Het grafiek toont ons de effektieve bandbreedte bij een normale ontvangst. Er zijn relatief meer bassen dan hoge tonen en er is ruis aanwezig op alle frekwenties. De ontvangst op een electronica werkplaats is meestal niet goed wegens de taltijke storingsbronnen.



Beschrijving van het electrisch schema (afkomstig uit een SABA ontvanger): Het multiplexsignaal wordt door de eerste transistor versterkt. In de collector zit er een filter om de piloottoon uit te filteren. De emitter heeft een afgestemde kring om de piloottoon door te laten naar transistor T2. Na T2 passeert de piloottoon een frekwentieverdubbelaar in de vorm van een dubbelzijdige gelijkrichter. T3 versterkt het 38kHz signaal dat door een afgestemde circuit gestuurd wordt om de harmonischen te onderdrukken. De diodes laten nu het audiosignaal door naar ofwel T4, ofwel T5. We hebben hier te maken met een synchrone demodulator, gestuurd door de piloottoon.

Het volgend schema is gelijkaardig en krijgt ook zijn voeding uit de hoogspanning (250V). De spanning wordt door een zener beperkt op een lage waarde. De eerste transistor versterkt het multiplexsignaal. Op de emitter hebben we het audiosignaal en op de collector zit er een afgestemde kring op 19kHz.

Op de ingang heeft het multiplexsignaal een amplitude van ongeveer 600mV. De piloottoon van 19kHz heeft hierbij een amplitude van ongeveer 50mV (10%). Het signaal wordt verdubbeld en dient om de trweede transisor in geleiding te brengen als ert een piloottoon aanwezig is. Deze transistor heeft immers geen polarisatie en is niet geleidend als er geen piloottoon aanwezig is.

De tweede en derde transistor versterken het 38kHz signaal. Op de laatste transistor bedraagt de amplitude ongeveer 10V. Als er geen piloottoon is, dan is T2 niet geleidend en T3 krijgt geen signaal. De twee demodulatiediodes zijn echter zodanig gepolariseerd dat ze in geleiding zijn (positieve en negatieve voedingsspanning). Beide diodes laten dus het audiosignaal door.

Als de piloottoon aanwezig is, dan gaan de ene of de andere diode in geleiding om het audiosignaal door te laten. De amplitude van het signaal zakt met de helft, omdat iedere keer slechts n diode in geleiding is. Dit is het enig nadeel van deze schakeling die anders uitstekende prestaties levert.

De correcte werking van de schakeling hangt grotendeels af van de correcte voorspanning van de eerste transistor. Zijn emitterspanning moet immers goed symmetrisch zijn ten opzichte van de voedingsspanning om een gelijkaardige demodulatie van het L en R signaal te bekomen.

De schakeling heeft ook een stereo-indicator in de vorm van een neon-buisje. Als de piloottoon aanwezig is, dan veroorzaakt D3 een negatieve spanning op C8. Deze negatieve spanning wordt opgeteld bij de positieve voedingsspanning en doet het neonlampje branden.

Een eenvoudige transistor multiplexdecoder (bouwkit) is te vinden op de pagina van MBLE.

Er werden ook stereo-demodulatoren met lampen gebrouwd. Ontvangers werden vaak getaxeerd naargelang het aantal lampen en men gebruikte speciale ontwerpen om het aantal lampen tot een minimum te beperken. Lach niet: ook je autobelasting wordt berekend aan de hand van het aantal PKs van je motor.

Dit is eveneens een onafhankelijke module die ingebouwd kan worden in een radio die daarvoor voorzien is.

Het multiplexsignaal passert de eerste afstemkring en komt terecht op de stuurrooster van de buis. Het laagohmig signaal is aanwezig op de kathode en is sterk genoeg om de diodes te sturen.

De piloottoon passeert ook via de buis en komt versterkt tevoorschijn op de anode waar een afggestemde kring op 19kHz geplaatst is. De twee diodes verdubbelen de frekwentie. Dit signaal gaat nu door een afgestemde kring op 38kHz en komt weer terecht op het stuurrooster. De buis versterkt ook nog het 38kHz signaal dat naar een tweede afgestemde kring gaat. Het 38kHz signaal wordt gebruikt om de synchrone demodulator te sturen.

Deze schakeling is een reflexschakeling, waarbij n component verschillende signalen terzelfdertijd versterkt. Zowel buizen als transistoren kunnen in reflexschakeling gebruikt worden. De buizen, met hun talrijke roosters waren een geliefd experimenteerveld. Ik ken een gelijkaardige schakeling waarbij de versterkte piloottoon afgetapt wordt op het schermrooster.

Deze schakelingen die in amerikaanse toestellen te vinden zijn hebben een filter om de SCA (Subsidiary Communications Authorization) te onderdrukken. Dit is een tweede radioprogramma (mono) dat in handelszaken gebruikt kan worden.

De laatste schakeling gebruikt twee dubbele buizen. De kanaalscheiding is beter en de instelling eenvoudiger. Het is een losse schakeling die in een aparte behuizing geleverd wordt (met een aparte voeding). Het wordt aangesloten op de MPX-uitgang van een bestaande mono-tuner en levert een stereo-signaal af. Veel tuners uit de jaren '60 hadden een MPX-uitgang, zodat er naderhand slechts een stereo-dekoder nodig was om een complete stereo-installatie samen te stellen.

Tegenwoordig doet een IC alles, hoogfrekwente versterker en afstemkring voor AM en FM, oscillator en mengtrap, middenfrekwent versterker, detectie en stereo decoder. Er is een multiplex-uitgang om het signaal naar een RDS decoder te sturen (het enige wat niet aanwezig is in het IC)

Het processorgedeelte zorgt voor de afstemming met stop-funktie, data-out voor display, en sinds Philips Seaco overgenomen heeft zet het ook de koffie.

Stereo bij televisie
(A2 stereo, Zweikanalton)

Eind jaren 80 had men ook stereo op de televisie (toen de radio al 30 jaar stereo was). In afwachting werden er simultane uitzendingen op de radio gedaan (bij concerten en dergelijke). Tegenwoordig is een simultane uitzending via televisie en radio niet meer mogelijk vanwege de verschillende digitale vertragingen tussen radio en televisie (looptijdverschillen tussen beeld en klank).

Bij televisie gebruikt men twee onafhankelijke draaggolven om beide signalen door te sturen. Het voordeel is dat de kanaalscheiding zo goed is, dat men twee verschillende audioprogramma's kan doorsturen (bijvoorbeeld een tweede taal). De eerste draaggolf wordt bij alle televisieuitzendigen gebruikt. De frekwentie van de tweede draaggolg is zodanig gekozen dat er geen interferentie kan zijn met de beeldinhoud (interferenties die zouden optreden heffen elkaar op van raster tot raster).

Volgende mogelijkgeden zijn beschikbaar:

Mono uitzending
Het tweede kanaal wordt niet uitgezonden.
Stereo
De eerste draaggolf bevat het L+R signaal (om compatibel te zijn met mono-toestellen), de tweede draaggolf bevat het rechter kanaal (en niet L-R)
Tweetalig
De eerste draaggolf bevat de hoofdtaal, de tweede draaggolf de tweede taal.
Een piloottoon op de tweede draaggolf geeft aan of het een stereo of tweetalige uitzending betreft.

Nicam stereo

Bij Nicam stereo bevat een tweede draaggolf het volledige audiosignaal in digitale vorm, naast de eerste FM draaggolf die blijft bestaan (compatibiliteit met bestaande ontvangers). Analoge en digitale stereo zijn niet simultaan mogelijk.

Links to relevant pages - Liens vers d'autres pages au contenu similaire - Links naar gelijkaardige pagina's

-