La stéréo en FM
les décodeurs multiplex
MPX
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Les premiers essais de transmission stéréophonique ont eu lieu lieu avant la seconde guerre mondiale. On utilisait pour cela deux émetteurs travaillant sur des fréquences voisines et deux postes de radio accordés. Cela n'a jamais eu de succès, car ce système demande deux postes de radio identiques. Les émetteurs travaillaient en modulation d'amplitude (AM) avec une qualité sonore limitée.

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Mais avant d'avoir la stéréophonie, il faut avoir un récepteur.

Quelques exemples de récepteurs sont décrits ici
(récepteurs à lampes, récepteurs portatifs, récepteurs à transistors)

La modulation de fréquence lancée après la seconde guerre mondiale permet une transmission sonore de meilleure qualité. Les utilisateurs veulent la stéréophonie, à condition que les programmes puissent être reçus sur tous les récepteurs. Il faut un système qui soit “Stéréo compatible mono”, autrement il sera rejeté par le public.

Plus tard on aura même la télévision en stéréo analogique (zweikanalton ou A2). Mise en service assez tard (les premiers tests ont lieu à partir de 1981 en Allemagne), la coutume était d'utiliser le son stéréo de la radio pour les grands concerts. Cette technique n'est actuellement plus possible, à cause des délais de numérisation et de traitement dans le téléviseur: cela se remarque en écoutant simultanément un téléviseur à écran cathodique et un téléviseur à écran LCD, ou en suivant le même programme transmis via deux systèmes (cable et antenne).

Stéréo multiplex

Bonjour aux nombreux visiteurs du rétro-forum!
(article décodeur stéréo à lampes ECC81 + pont à diodes)
Le signal stéréophonique gauche et droite

Le signal multiplexé envoyé à l'antenne en bleu

La résultante monophonique en bleu

La stéréo en petites ondes
c'est bizarre, mais c'est possible

Avant d'avoir la stéréo, les studios de cinéma avaient l'écran large pour concurrencer la télévision. Mais un écran large demande également un son "large". Mais à cette époque, juste après la seconde guerre mondiale, les studios avaient fort investi dans la couleur et l'écran large et ne savaient pas très bien comment utiliser la stéréo. La stéréo, c'est plus qu'un micro à gauche et un micro à droite. Pendant cette période de transistion, les films étaient produits en Perspecta Stereophonic Sound.


Le signal en provenance d'un décodeur FM est un signal de haute fidélité (du moins en comparaison avec le signal en AM ou modulation d'amplitude). La bande passante va de 30Hz à 15kHz (comparez cela à la bande passante qui ne va qu'à 4.5kHz en AM). De plus, il est possible de transmettre la stéréo, tout en restant compatible avec les programmes monophoniques.

Le premier graphique nous montre le signal à moduler: nous avons le canal de gauche et le canal de droite (choisissez vous-même vos couleurs).

Pour transmettre un son stéréo, on va envoyer un échantillon du canal de gauche, puis du canal de droite à l'émetteur. La fréquence d'échantillonage est si élevée (38kHz) qu'elle est totalement inaudible.

Le second graphique nous montre le signal multiplexé. On utilise souvent le sigle MPX dans les schémas. C'est le signal MPX (en bleu) qui est envoyé à l'antenne. Quand les deux canaux gauche-droit transmettent le même signal, il n'y a pas de signal à 38kHz. Quand les deux signaux sont en opposition de phase, la porteuse 38kHz est très présente.

Les radios avec décodeur stéréo vont démoduler le signal du canal de gauche et celui du canal de droite. Le signal démodulé passe par un filtre passe-bas pour éliminer les bruits de commutation.

Les radios monophoniques vont totalement ignorer le signal multiplex et uniquement reproduire le signal audio basse fréquence (30Hz - 15kHz), c'est le graphique 3, qui est en fait le signal MPX du graphique 2, mais fortement lissé.

On voit nettement qu'une partie de l'information sonore s'est perdue lors du passage à un signal monophonique. Pour éviter un tel phénomène lors de captations en direct, on devra utiliser un placement adapté des microphones.

Les premiers essais stéréophoniques (enregistrements de concerts) se faisaient avec deux microphones, situés à gauche et à droite de l'orchestre. Le rendu stéréophonique est bon, mais le résultat monophonique est médiocre à cause du déphasage qui élimine une partie du signal. Certains instruments disparaisent tout simplement en monophonie. Seul un double microphone directionel placé devant l'orchestre peut capter un signal stéréo qui ne se dégrade pas en mono ("STEREO COMPATIBLE MONO" qu'on pouvait lire sur les premiers microsillons stéréo).

On utilise actuellement un microphone monophonique placé près de chaque instrument et c'est le technicien à la table de mixage qui est chargé de "placer" l'instrument dans le paysage stéréophonique. Il n'y a pas d'annulation par déphasage, puisque chaque micro (hypercardoïde) ne capte le signal que d'un seul instrument. Ce placement individuel permet de réduire les bruits de la salle.

Pour assurer la commutation mono/stéréo, on n'utilise pas la fréquence d'échantillonage, mais une fréquence qui est de moitié (19kHz). Cette fréquence dite pilote se situe entre la bande audio (30Hz - 15kHz) et la bande multiplex (23-53kHz). La fréquence-pilote n'est donc pas perturbée, ce qui permet un fonctionnement correct du démodulateur, même avec une fréquence-pilote de faible amplitude (10% de modulation).

Quand la fréquence-pilote est présente, le récepteur enclenche les circuits de démodulation, autrement ceux-ci ne sont pas utilisés. Dans le récepteur, la fréquence-pilote est multipliée par 2 pour commander le démodulateur synchrone.

On place un circuit de lissage après le démodulateur synchrone pour éliminer les bruits de commutation (harmoniques). Pour réduire le bruit de fond, surtout audible dans les hautes fréquences, on va augmenter les aigues lors de l'émission et les réduire à la réception. Il s'agit d'une correction qui est aussi appliquée avec les disques (microsillon), les cassettes audio et même avec les premiers CDs (pre-emphasis et de-emphasis).

La bande passante disponible pour les émissions FM est d'environ 100kHz. Nous ajoutons une réserve, ce qui nous fait une bande de 2×150kHz: les émetteurs en FM sont donc espacés de 300kHz. Les récepteurs à affichage numérique utilisent des pas de 50kHz pour permettre le fonctionnement dans tous les pays (certains pays utilisent des canaux espacés différemment).

La partie basse de la bande passante (30-15kHz) est utilisée par le signal monophonique R+L. C'est le seul signal qu'utilisent les radios monophoniques.

La fréquence-pilote se trouve à 19kHz.

Entre 23 et 53kHz, nous avons le signal stéréophonique L-R. La fréquence porteuse n'est pas présente.

Plus haut en fréquences, nous avons le signal RDS, qui est un signal digital. La porteuse est de 57kHz; donc 3 fois la fréquence-pilote. Ici aussi la fréquence porteuse est supprimée puisque nous disposons d'une fréquence pilote bien pratique.

Le graphique à gauche nous montre la bande passante dans des conditions d'utilisation normale, donc avec relativement plus de basses que de fréquences élevées et un bruit de fond présent à toutes les fréquences.



Description du schéma électronique (utilisé dans un récepteur SABA). Il s'agit d'un module transistorisé qui pouvait être ajouté à une radio existante.

Le signal MPX en provenance du décodeur fm passe par le premier transistor qui amplifie le signal. Le collecteur contient un filtre qui élimine la fréquence pilote. L'émetteur de ce transistor contient un filtre accordé. Le transistor T2 amplifie le signal pilote. La fréquence est doublée par un redresseur double alternance. T3 amplifie le signal de 38kHz qui passe par un circuit accordé pour éliminer les harmoniques. Les diodes vont maintenant laisser passer le signal sonore soit vers T4, soit vers T5 (il s'agit d'une démodulation synchrone).

Le schéma suivant est similaire. Il utilise également la haute tension de 250V qui est stabilisée par une zener. Le premier transistor amplifie le signal multiplex. Sur l'emetteur on récolte le signal audio et sur le collecteur on a un circuit accordé sur 19kHz.

Le signal multiplex à l'entrée est d'environ 600mV, la fréquence de 19kHz a environ une amplitude de 50mV (10%). Le signal est doublé en fréquence et son amplitude est juste suffisant pour rendre le second transistor conducteur quand il y a une fréquence pilote. En effet ce transistor n'a pas de polarisation et n'est pas conducteur quand il n'y a pas de fréquence pilote.

Le second et le troisième transistor amplifient la fréquence de 38kHz. Sur le dernier transistor, l'amplitude du signal est d'environ 10V. Quand la fréquence pilote n'est pas présente, T2 ne fonctionne pas et T3 ne reçoit aucun signal à amplifier. Les deux diodes de détection par contre sont polarisées dans le sens de la conduction (alimentation positive et négative) et laissent passer le signal sonore.

Quand la fréquence pilote est présente, c'est l'une ou l'autre diode qui est en conduction et qui laisse passer le signal sonore. Le volume sonore chute de moitié quand une fréquence pilote est présente, puisqu'une diode ne conduit maintenant plus que 50% du temps (c'est l'inconvénient principal de ce circuit simple). Ce circuit produit un signal de très bonne qualité.

Le fonctionnement correct de ce shéma dépend de la polarisation correcte du premier transistor. La tension sur son émetteur doit être parfaitement symmétrique par rapport à la tension d'alimentation pour obtenir un signal similaire sur les deux sorties.

Il y a en plus un indicateur de stéréophonie: quand la fréquence-pilote est présente, la diode D3 produit une tension négative sur le condensateur C8. Cette tension négative s'ajoute à la tension positive présente sur l'autre connection du tube néon et celui-ci s'allume.

Un décodeur stéréo tout simple (kit à monter) se trouve sur la page consacrée à MBLE

Mais on a également fabriqué des démodulateurs stéréo à lampe(s). A l'époque, les radios étaient taxées selon le nombre de lampes qu'elles contenaient (ne rigolez pas: les voitures sont bien taxées selon leur puissance fiscale!). Voici un schéma ingénieux qui n'a besoin que d'un seul tube.

Il s'agit aussi d'un module indépendant qui peut être ajouté à une radio existante, cela se remarque aux connections
I haute tension,
lII sortie R,
III sortie L,
IV entrée multiplex,
VI masse audio entrée et sortie

Le signal FM multiplexé passe sans encombre par le premier circuit accordé. Ce signal se retrouve à basse impédance sur la cathode, permettant de commander les diodes pour la démodulation.

La fréquence pilote passe également par le tube, est amplifiée et se retrouve sur l'anode où se trouve un circuit accordé sur 19kHz. Les deux diodes multiplient la fréquence qui passe par un second circuit accordé. Le tube amplifie maintenant le signal à 38kHz qui va commander le démodulateur synchrone.

Il s'agit ici d'un montage reflex qui utilise un tube (ou un transistor) pour plusieurs fonctions (dans ce cas précis pour pas moins de trois fonctions!). Les tubes radio avec leurs nombreuses grilles se prêtent facilement à ce jeu. Je connais un circuit pratiquement identique, mais où la fréquence pilote est récoltée sur la grille écran (la seconde grille).


Les deux derniers circuits, utilisés dans les radios américaines sont équipés de filtres 67kHz (SCA ou Subsidiary Communications Authorization).

Le dernier circuit utilise deux tubes doubles. La séparation est meilleure et le réglage plus simple. Il s'agit d'un circuit indépendant (fourni dans un boitier avec une alimentation séparée). Ce circuit est branché sur la sortie MPX d'un récepteur mono et produit un signal stéréophonique. De nombreux récepteurs étaient équipés d'une sortie MPX dans les années 1960, ce qui permettait d'adapter une installation existante en ajoutant simplement un décodeur stéréo externe.

Actuellement, un seul circuit intégré suffit pour réaliser une radio complète: amplificateur haute fréquence pour toutes les gammes d'onde, oscillateur, fréquence intermédiaire, détection AM et FM et démodulateur stéréo. Il y a une sortie multiplex pour envoyer le signal a un décodeur RDS (la seule chose que le circuit intégré ne sache pas faire).

La partie numérique s'occupe de la syntonisation avec fonction stop et dispose d'une sortie de la fréquence pour indication sur un écran LCD. Et depuis que Saeco a été repris par Philips, le circuit intégré peut aussi faire le café.

Téléviseurs stéréo
(A2 stereo, Zweikanalton)

La stéréophonie en télévision n'a fait son apparition qu'à la fin des années 1980, alors que la stéréophonie en radio existait déjà près de 30 ans. Pour combler ce manque, on utilisait une retransmission simultanée en radio lors de concerts (simulcast). Actuellement, une retransmission simultanée n'est absolument plus possible à cause des délais de numérisation différents pour la télé et la radio (retard du son par rapport à l'image).

On utilise deux ondes porteuses indépendantes pour transmettre les deux canaux sonores (transmis en modulation de fréquence). L'avantage est une séparation pratiquement totale, ce qui fait qu'on peut transmettre deux programmes audio sans interférences. La première porteuse est la même que pour les émissions monophoniques et permet donc une compatibilité avec les téléviseurs existants.

La fréquence de la seconde porteuse est choisie de telle manière que le risque d'interférence est minimalisé: la fréquence se situe à 5.752Mhz, ou plus précisément à 242.187,5Hz au dessus de la porteuse principale. Les produits d'intermodulation s'éliminent d'une ligne à l'autre et d'une trame à l'autre et ne sont donc pas visibles à l'écran.

Il y a 3 possibilités:

Emission monophonique
Le second canal n'est pas émis.
Stereo
La première porteuse contient le signal L+R pour assurer la compatibilité avec les récepteurs existants et la seconde porteuse contient le signal R (et non pas L-R).
Bilingue
La première porteuse transmet la langue principale, la seconde porteuse la seconde langue.
Un signal pilote transmis sur la seconde porteuse indique qu'il s'agit d'un programme stéréo ou bilingue.

Stéréo Nicam

Le système Nicam Stereo qui est venu plus tard utilise également une seconde porteuse qui contient les deux canaux audio numériques. Le son original (en FM) est toujours disponible pour assurer la compatibilité avec les téléviseurs existants. Une émission ne peut pas être à la fois Zweiton analogique et nicam, puisqu'il n'y a de place dans le cnal de télévision que pour une seule seconde porteuse.

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