Multiplex FM stéréo
Ajoutez la stéréo à votre émetteur FM
TechTalk
Root » Serveurs » Electro-ménager » Electronique » Stéréo multiplex

Cet article fait suite à l'article sur un émetteur FM à fabriquer soi-même. Dans cette partie, on va transformer l'émetteur (mono) en émetteur stéréo.
-

-

Pour commencer, on vous recommande de lire la page consacrée aux décodeurs stéréo. Le circuit traditionnel d'un codeur stéréo est donné à droite. Non repris sur le schéma, c'est un filtre passe-bas qui coupe tout ce qui dépasse 15kHz et un pré-emphasis (augmentation des aigues) que nous allons réduire dans le décodeur (le poste de radio).

Tout d'abord, le signal gauche et droite sont sommés et on obtient la composante R + L, le signal mono. C'est ce signal avec une bande passante jusqu'à 15kHz qui peut être reproduit par tous les récepteurs mono.

Nous avons ensuite le signal L - R, le signal de différence. Pour ajouter ce signal au signal monophonique, mous allons le moduler. Nous utilisons pour cela un modulateur synchrone qui va multiplier le signal de différence par un signal pilote à 38kHz. La fréquence de ce signal doit être plus élevée que le double de la fréquence la plus élevée à transmettre (15kHz), 38kHz est donc une fréquence valable. Un multiplicateur correctement réglé ne transmet pas la fréquence pilote. Ce n'est pas un problème, car on veut justement réduire l'intensité du signal dans ces fréquences élevées.

Moins il y a de différences entre le signal gauche et droit et moins il y a une composante à 38kHz, puisque ce signal contient la différence. Il s'agit d'un signal modulé en amplitude par porteuse à 38kHz supprimée.

Par contre, dans le récepteur, il faut également un démodulateur synchrone (on peut utiliser le même circuit que pour le modulateur). Pour synchroniser le démodulateur, il faut la porteuse, or celle-ci n'est pas transmise pour des raisons techniques. Mais on peut remplacer cette fréquence par une fréquence à 19kHz (qui se situe parfaitement entre les fréquences mono (20 à 15kHz) et le signal modulé (23 à 53kHz). Cette fréquence est doublée et peut aisément commander notre démodulateur synchrone. Cette même fréquence de 19kHz est également utilisée pour synchroniser le décodeur RDS.

Si en pratique un multiplicateur ou modulateur synchrone est facile à réaliser, il nécessite des réglages assez pointus pour avoir une séparation suffisante entre les canaux. Le modulateur synchrone n'est utilisé que dans les émetteurs de radiodiffusion où le signal doit répondre à des normes très strictes.

Un système plus simple, c'est simplement un commutateur, qui va transmettre soit le signal de gauche, soit le signal de droite. Un récepteur mono fait la moyenne gauche et droite et donne le signal mono classique.

Ce système fonctionne très bien, par contre les pics à la commutation produisent des harmoniques qui se propagent à toute la bande attribuée au canal FM (voir plus loin). Les produits de la commutation se retrouvent dans la bande sonore, même si la commutation s'effectue à une fréquence ultrasonique.

Une analyse des harmoniques se trouve plus bas. Il existe plusieurs systèmes pour réduires ces harmoniques produites par la commutation.

Ce dessous un graphique qui explique tout: nous avons nos deux signaux audio, le signal de commutation et le signal multiplex en dessous. Le signal multiplex contient alternativement une tranche du signal gauche et droit. Il s'agit d'un multiplexage dans le temps (time multiplex).

Le type de commutateur qui fonctionne le mieux, c'est un transistor MOSFET qui cours-circuite le signal de gauche ou de droite à la masse. Le signal de droite ou de gauche est ainsi éliminé. la commutation à la masse fonctionne mieux qu'un transistor qui laisse passer ou non le signal.

Il y a un signal de commutation Q et -Q qui va mettre en conduction l'un ou l'autre transistor. On va également ajouter un signal pilote de faible amplitude. Le circuit est montré à droite.

Les différentes fréquences peuvent être réalisées par un circuit accordé sur 38kHz (oscillateur sinusoidal Wienbrug), un circuit inverseur pour produire -Q et un diviseur par deux pour la fréquence pilote de 19kHz.

Le signal ainsi produit peut être envoyé au modulateur. Seul le type II (avec oscillateur séparé) est suffisamment linéaire pour être utilisé, voir l'introduction sur les émetteurs FM à réaliser soi-même. C'est le type de circuit qui produit une déviation suffisamment linéaire.

Nous avons déja expliqué que le signal résultant contient de nombreuses harmoniques impaires. Ces harmoniques doivent être éliminées car elles tombent dans la bande utilisée pour les informations RDS et SCA. Même si elles ne sont pas éliminées par un circuit passe-bas, les harmoniques les plus élevées (fréquences supérieures à 200kHz) sont automatiquement éliminées à la modulation.

Nous retrouvons dans l'analyse du spectre les fréquences audio à 2kHz et 8kHz, les composantes R - L entre 30 et 46kHz, notament 30kHz (38 - 8), 36kHz (38 - 2), 40kHz (38 + 2) et 46kHz (38 + 8). Ce sont ces fréquences qui véhiculent l'information sonore. Ce signal contient de nombreuses harmoniques, même dans les fréquences qui ne sont pas modulables en FM (tout ce qui dépasse 200kHz).

Sur l'analyse du spectre, les amplitudes sont indiquées en mV après la fréquence.

Mais l'élimination forcée ou naturelle de ces harmoniques produit un déphasage du signal MPX par rapport à la fréquence pilote. Les harmoniques sont éliminées par un filtre passe-bas avant d'aller au modulateur.

Ce déphasage produit une réduction de la séparation gauche-droite. Dans le récepteur, le canal gauche va recevoir une partie de signal droit (et inversément) à cause du déphasage. Le signal stéréo est un signal time multiplex et le déphasage (=retard) produit un mélange. Le déphasage est bien visible dans le graphique suivant. Par contre, les harmoniques sont réduites.

Au lieu d'utiliser un signal de commutation carré, on va utiliser un signal sinusoidal, le transistor mosfet va alors agir comme une résistance variable. Les harmoniques sont alors tellement réduites que leur élimination ne produit plus de déphasage. Un simple petit condensateur de 1nF suffit pour le filtrage.

L'analyse du spectre des fréquences du signal MPX est donné ci-dessus. Attention, l'échelle des fréquences est étendue pour n'englober que la partie qui est effectivement envoyée au modulateur. Le signal MPX a perdu ses pics de commutation, mais on ne voit pas de déphasage du signal. Au milieu d'une période (quand le décodeur prend un échantillon du signal) le signal MPX correspond à la valeur du canal correspondand (gauche ou droit).

Si on remarque toujours aussi bien les fréquences principales, il n'y a plus de trou entre elles. Cela est causé par les non-linéarités des transistors quand ils sont utilisés avec un signal de commutation sinusoidal. Mais même un circuit de qualité broadcast avec modulateur synchrone produit de telles distortions.

Et dans le récepteur?

Notez encore que le décodeur dans le récepteur produit une réduction du rapport signal-bruit quand il est enclenché (par la présence de la fréquence pilote). Quand il fonctionne, il renvoie tous les parasites présents dans la bande de 23 à 53kHz dans la bande audible (effet de miroir électronique).

Les bons décodeurs stéréo ont une fonction high blend qui va mélanger les fréquences élevées gauche et droite (filtre léger qui agit par exemple à partir de 10kHz). Les hautes fréquences ne sont pas éliminées mais mélangées. Idéalement, le filtre doit avoir une pente variable qui dépend de la qualité du signal FM.

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

-