19. HANGMŰSORSZÓRÁS

A rádió-műsorszórás célja az emberek informálása és szórakoztatása. Ennek megfelelően a hangműsorszóró rendszerek és a vevőkészülékek minőségi mutatóinak a meghatározásához az emberi hallás jellemzőiből kell kiindulnunk. Hangként érzékeljük a kb. 16 Hz és 20 kHz közötti frekvenciasávba eső légnyomás-ingadozásokat. Fülünk az említett frekvenciasávon belüli, a hallásküszöbnél nagyobb, de a fájdalomküszöbnél kisebb intenzitású légnyomás-ingadozásokat érzékeli hangnak. (A fájdalomküszöb és a hallásküszöb közötti átfogás kb. 100…120 dB). Tömeges véleményvizsgálatokkal kiderítették, hogy ennél kisebb frekvenciatartomány és dinamika (a leghangosabb és leghalkabb hangintenzitás viszonya) átvitelével is majdnem élethű hangérzet kelthető. Ezen véleményvizsgálatok alapján megállapítható, hogy az élethűnek tekinthető hangjelenséget 30 Hz…15 kHz közötti frekvenciasáv, 40…60 dB dinamika, kb. ugyanekkora jel–zaj-viszony és 1%-nál kisebb nemlineáris torzítás jellemzi. Az emberi hallásra az említetteken kívül az irányérzékenység is jellemző. A felsorolt minőségi paraméterek és az irányérzékenység együtt magas szintű művészi élmény létrehozását teszi lehetővé. Ezt pedig – főleg gazdasági okok miatt – nem tekinthetjük követelménynek az összes műsorszóró rendszer számára. A rendszerek többségénél megelégszünk szerényebb minőségi mutatók megvalósításával is. A magas szintű igényeket a digitális hangátvivő rendszerek és az analóg rendszerek közül az FM (frekvenciamodulációs) elégíti ki. Az analóg elven működő AM (amplitúdómodulációs) rendszer hangátviteli jellemzői szerényebbek.

19.1. AM rendszerű átvitel

19.1.1. Az AM rendszerű műsorszórás alapparaméterei

Az AM rendszerű műsorszórás nemzetközileg elfogadott hullámsávjai a következők:

hosszúhullám (HH), 150 kHz…300 kHz,
középhullám (KH), 520 kHz…1600 kHz,
rövidhullám (RH), 2,3 MHz…26,1 MHz (ezen belül 12 db 0,1…0,5 MHz sávszélességű összefüggő sáv van).

A szinuszos vivőhullám lineáris modulációi közül AM rendszerű műsorszórásra az AM-DSB rendszert használják. Az AM-DSB rendszer sávszélességigénye (B) a moduláló-jel maximális körfrekvenciájának (ω_m) a kétszerese, tehát B = 2·ω_m. Ily módon, ha sávszélesség tekintetében a maximális igények kielégítésére törekednénk, akkor a szükséges sávszélesség 2·15 kHz = 30 kHz lenne. Ilyen nagy sávszélesség mellett pl. a középhullámú sávban egy adott földrajzi térségben legfeljebb 40 adót lehetne üzemeltetni. Többek között ez a tény indokolja azt a nemzetközi megállapodást, amely az AM műsorszórásban 4,5 kHz maximális modulálófrekvencíát engedélyez. Ezzel az értékkel a szükséges sávszélességigény 2·4,5 kHz = 9 kHz értékűre csökken, és így az egy földrajzi körzetbe tartozó adók száma is lényegesen több lehet. A 4,5 kHz maximális modulálófrekvencia már következtetni enged arra, hogy a jó minőségű zeneátvitel megvalósításáról le kell mondanunk. (Megjegyezzük, hogy éppen emiatt a legtöbb országban nem tartják be a nemzetközi megállapodást és lényegesen nagyobb, 12 kHz…15 kHz maximális modulálófrekvenciáig is elmennek.) Az AM rendszerű átvitel sajátosságai miatt az átvitel jel–zaj-viszonya és dinamikája max. kb. 30 dB lehet. Zeneátvitelnél jelentős dinamikakompresszióra van szükség, mivel egy zenekari műsor dinamikája 80 dB körül mozog. A dinamikakompresszió pedig rontja a hangminőséget.

19.1.2. Az AM rendszerű adó felépítése

Az AM-DSB jel előállításához a modulátornak egyrészt szinuszos vivőfrekvenciás jelre, másrészt hangfrekvenciás modulálójelre van szüksége. A vivőfrekvenciás jelet nagy frekvenciapontosságú oszcillátor állítja elő, és teljesítményerősítő fokozaton keresztül jut a modulátorra. A stúdióból kiinduló, modulátorhálózaton átmenő hangfrekvenciás jel a modulátorerősítőn keresztül jut a modulátor másik bemenetére. A modulátor kimenetén megjelenő AM-DSB jel a lineáris teljesítményerősítő után az antennacsatoló egységbe kerül. Végül az antenna kisugározza a nagyteljesítményű AM jelet.

Az adókkal szemben támasztott egyik legfontosabb követelmény a névleges adási frekvencia, tehát a vivőfrekvencia értékének igen nagy pontosságú tartása. Ez nagyságrendileg 10^-6…10^-7 relatív frekvenciapontosságot jelent. Ilyen pontosságot biztosítani csak termosztátba helyezett, kristállyal vezérelt (kvarc-) oszcillátorokkal lehet. Az ilyen oszcillátorokkal elérhető frekvenciapontosságot döntően a kvarckristály paraméterei határozzák meg. A rezgőkvarc frekvenciastabilitását a lapka lineáris hőmérsékleti tényezője szabja meg. A kvarc kristálytani tulajdonságai olyanok, hogy a kristálytengelyekhez viszonyított különböző irányú lapkametszetek hőmérsékleti tényezői eltérőek. A legkedvezőbb irányú lapkametszetek (ún. DT-irányú metszet) hőmérsékleti tényezője 10^-9 nagyságrendű, amely lehetővé teszi az előírt frekvenciapontosságú oszcillátor megvalósítását.

A félvezető-technika rendkívüli fejlettsége ellenére, a kisugárzásra szánt igen nagy teljesítmények miatt (pl. a Solton telepített Kossuth adó 2 MW teljesítményű), még napjainkban is elektroncsövekre épülnek az adók nagy teljesítményeket feldolgozó egységei. A nagy teljesítményű erősítőkben még viszonylag jó hatásfok esetén is igen nagy hőteljesítmények keletkeznek, amelyeket el kell vezetni. (100 kW kimenő teljesítmény esetén az elvezetendő hőteljesítmény 20…40 kW nagyságrendű.) Az elmondottak kiemelik az adó hűtésének elsőrendű fontosságát. Az alkalmazott hűtési eljárások (áramoltatásos léghűtés, áramoltatásos vízhűtés, párologtatásos hűtés) mindig alkalmazkodnak a helyi természeti, földrajzi lehetőségekhez, valamint az adó kimenő teljesítményéhez.

19.1.3. Az AM rendszerű vétel alapelvei

Elsőként vizsgáljuk meg, hogy milyen alapvető feladatoknak kell eleget tenniük akár az AM, akár az FM vevőknek. Ezek a következők:

szelektálás;
erősítés;
demodulálás;
szinttartás.

Egy vevőkészülék antennájára nemcsak a venni kívánt modulált jel érkezik, hanem számos más, venni nem kívánt zavarójel. A vevő szelektáló tulajdonságán azt értjük, hogy "mennyire" képes kiválasztani a hasznos jelet a sok egyéb zavarójelből. Az egyik legfontosabb szelektáló tulajdonság, hogy a zavarójelek közül a közvetlen (frekvenciában) szomszédos jeleket mennyire tudja elnyomni a vevőkészülék megfelelő egysége. AM vevők esetén ez azt jelenti, hogy a venni kívánt vivőfrekvenciától ±9 kHz-re levő frekvenciákon lévő jeleket milyen mértékben nyomja el a vevő a venni kívánt frekvenciájú hasznos jel szintjéhez képest. A vevőnek ezt a kiválasztó tulajdonságát közelszelektivitásnak nevezik. Igen fontos az is, hogy a venni kívánt jel modulációs tartalmában milyen változást, pontosabban milyen torzítást okoz a szelektálás.

Igen fontos, hogy a vevőkészülék a szelektálást és a végső célt, a jó minőségű demodulálást minél kisebb szintű beérkező jel mellett tudja elvégezni. Ez csak akkor lehetséges, ha a vevőkészülékben nagyértékű erősítésre lehet számítani. A vevőkészülék erősítését legjobban a jelhatárolt és a zajhatárolt érzékenységgel lehet jellemezni. AM műsorvevők jelhatárolt érzékenységén annak a 30% mélységben 1 kHz-es szinuszos jellel modulált nagyfrekvenciás jelnek az effektív értékét (vagy teljesítményének értékét) értjük, amelynek hatására a vevő kimenetén (a hangszórókapcsokon) 50 mW teljesítményű hangfrekvenciás jel jelenik meg. Zajhatárolt érzékenységen azt a nagyfrekvenciás effektív jelszintet (vagy teljesítményt) értjük, amelynek hatására a vevőkészülék kimenetén 26 dB jel–zaj-viszonyú jel jön létre.

A zaj- és jelhatárolt érzékenységnél jellemzőbben mutatja a vevőkészülék erősítési és zajtulajdonságait, ha a nagyfrekvenciás bemenőjel szintjének függvényében ábrázoljuk a demodulált hangfrekvenciás jel (modulálójelként egyetlen szinuszos jelet feltételezve) szintjét és a bemenetre adott modulálatlan vivőhullám esetén a kimeneten mérhető zaj szintjét. A 19.1. ábrán egy AM vevőre jellemző diagram vázlata látható.

19.1. ábra. A demodulált jel és zaj szintje a bemenő nagyfrekvenciás jelszint függvényében

A demodulálás minőségére és egyben az egész vevőkészülék minőségére jellemző a 19.2. ábrán látható diagram. A diagram azt mutatja, hogy a bemenő nagyfrekvenciás jelszint függvényében hogyan változik a demodulált jel nemlineáris torzítása. (Modulálójelként egyetlen szinuszos jelet feltételezve.)

19.2. ábra. A demodulált jel nemlineáris torzításának változása

A felsorolt alapvető feladatok közül még szólnunk kell a szinttartás kérdéséről. Egy vevőkészülék antennakapcsain egymástól akár több nagyságrenddel is eltérő bemenő nagyfrekvenciás jelszint jöhet létre, amelynek okai a következők lehetnek:

a vevőkészüléktől különböző távolságra levő, különböző teljesítményű adók vétele;
a hullámterjedés zavaraiból (különböző fading jelenségek) származó időbeli szintingadozás a vétel helyén;
az adó és a vevő közötti távolság és a hullámterjedést befolyásoló terepviszonyok folyamatos változása (pl. autórádiónál).

Egy jó vevőkészüléknek biztosítania kell – az antennára érkező bemenős nagyságától függetlenül – a jó minőségű szelektáláshoz és demoduláláshoz szükséges jelszintet. Sőt az is kívánalom, hogy a demodulált jel szintje lehetőleg közel állandó legyen, a bemenő nagyfrekvenciás jel nagyságától függetlenül. Ezek a kívánalmak akkor teljesíthetők, ha a bemenő nagyfrekvenciás jel függvényében változik a vevőkészülék erősítése. Az erősítés automatikus változtatását az ún. AVC (Automatic Volume Control: önműködő hangerő-szabályozás) áramkör biztosítja.

19.1.4. Az AM vevőkészülékek rendszertechnikája

Ebben a pontban alapvetően az AM vevőkészülékek rendszertechnikai kérdéseivel foglalkozunk, de az elmondottak többsége FM vevőkészülékek esetén is helytálló, így az FM vevőkészülékek tárgyalásánál csak a fontosabb különbségekre fogunk kitérni.

Az AM vevők rendszertechnikai szempontból alapvetően két csoportra oszthatók:

egyenes vevőkészülék;
transzponáló típusú vevőkészülék.

Időrendileg az elsők az ún. egyenes vevőkészülékek voltak (19.3. ábra). Az antennáról egy hangolható vivőfrekvenciás erősítőbe kerül a venni kívánt nagyfrekvenciás jel. A felerősített jel innen közvetlenül a demodulátorra, majd a hangfrekvenciás erősítőn keresztül a hangszóróra jut. Az egyenes vevőknek számos kedvezőtlen tulajdonsága van:

kis érzékenység;
az érzékenység jelentős változása a vételi sávban;
gerjedékenység;
viszonylag rossz és a vételi sávban változó közelszelektivitás;
bonyolult kezelhetőség.

Egyenes vevőt napjainkban egyáltalán nem használunk, csak a történeti fejlődés kedvéért szóltunk róla. A transzponáló típusú vevők megjelenésével a vevőkészülékek minőségi mutatói ugrásszerűen megjavultak. (A transzponáló típusú vevő szakszerű elnevezése a szuperheterodin vevő, vagy egyszerűbben szuperrendszerű vevő.)

19.3. ábra. Az egyenes vevő felépítése

A szuperrendszerű vevő tömbvázlata a 19.4. ábrán látható. A minőségi mutatók uerásszerű javulását az teszi lehetővé, hogy a különböző frekvenciájú bemenőjeleket egy előre meghatározott, állandó értékű frekvenciára transzponálják át. Ezt az előre meghatározott, állandó értékű frekvenciát középfrekvenciának (KF) nevezzük. Tehát – a venni kívánt beérkező jel frekvenciájától függetlenül – mindig az állandó frekvenciájú középfrekvenciás jelet kell erősíteni, és ezen a frekvencián kell elvégezni a szelektálást is. Ezt a feladatot az ún. középfrekvenciás (KF) erősítő látja el. Az egyenes vevő kedvezőtlen tulajdonságaival nem kell számolni, hiszen most csak egyetlen frekvenciára kell stabil, gerjedésmentes, nagy erősítésű, elegendően nagy sávszélességű, jó szelektivitású erősítőfokozatot készíteni. Ez lényegesen egyszerűbb feladat, mint ugyanezt biztosítani széles frekvenciatartományban, különböző venni kívánt vivőfrekvenciákra.

19.4. ábra. Szuperrendszerű AM vevő felépítése

A középfrekvenciás jelet keveréssel hozzuk létre. A keverés lényegében nem más, mint két különböző frekvenciájú elektromos jel szorzása. A keverés szó alkalmazását a rádiótechnika iránti hagyománytisztelet indokolja. A keverőt megvalósító szorzóáramkör egyik bemenetére a venni kívánt vivőfrekvenciás jelet, a másik bemenetére pedig a vevőben lévő oszcillátor jelét vezetjük. Különböző frekvenciájú adók vételéhez természetesen a keverőt és az oszcillátort közösen kell hangolni. (Erre utal a 19.4. ábrán a keverő és az oszcillátor szaggatott vonallal való összekötése.) A keverés lényegét a 19.5. ábra szemlélteti. Ha egy f_v vivőfrekvenciájú modulált jelet és egy f₀ frekvenciájú modulálatlan szinuszos jelet szorzóáramkörre vezetünk, akkor a szorzó kimenetén f₀+f_v és f₀−f_v vivőfrekvenciájú jelek jelennek meg az eredeti modulációs tartalommal (f₀ > f_v esetén). A modulált jellel tehát nem történt más, mint frekvenciában áthelyeződött (transzponálódott). Általában a frekvenciák különbségeként létrejött összetevőt szokás kiválasztani egy sávszűrővel a keverő kimenetén. Tehát, ha f_v a venni kívánt jel frekvenciáját és f₀ a vevő helyi oszcillátorának a frekvenciáját jelöli, akkor a középfrekvencia f_KF = f₀−f_v lesz. A keverés természetesen elképzelhető úgy is, hogy az oszcillátor frekvenciája kisebb, mint a venni kívánt jel frekvenciája. Ha f₀ > f_v, akkor felső keverésről, ha f₀ < f_v, akkor alsó keverésről beszélünk. (AM vevőkben általában felső keverést alkalmaznak.)

19.5. ábra. A keverés lényegének szemléltetése

19.2. FM rendszerű átvitel

19.2.1. Az FM rendszerű műsorszórás alapparaméterei

Az FM rendszerű műsorszórás nemzetközileg elfogadott hullámsávjai Európában a következők:

OIRT, 65 MHz…73 MHz,
CCIR, 87 MHz…108 MHz.

Az USA-ban a 88 MHz…108 MHz-es sávot használják. Az utóbbi néhány évben a helyzet lényegesen árnyaltabbá vált, de azelőtt jellemző volt, hogy az OIRT ajánlások a szocialista országok, a CCIR ajánlások pedig a nyugat-európai országok számára voltak mérvadóak.

Látható, hogy az FM rendszerű műsorszórók az ultrarövidhullámú (URH) tartományban dolgoznak. Ezt többek között az indokolja, hogy az FM jel kis nemlineáris torzítású átviteléhez viszonylag nagy sávszélesség szükséges. A modulálójel sávszélességének (30 Hz…15 kHz) és az alkalmazott szabványos frekvencialöketnek (50 kHz) az ismeretében az FM jel sávszélessége meghatározható. Ez mono átvitelt feltételezve kb. 180 kHz-re adódik. Ezért nem lehet a középhullámú és a rövidhullámú sávokban gazdaságosan megvalósítani FM rendszerű összeköttetéseket.

Az FM rendszerű műsorszórásnál alkalmazott 15 kHz-es maximális modulálófrekvencia már utal arra, hogy a magas szintű igényeket ez az adásmód tudja kielégíteni. Ugyancsak ezt támasztja alá az a tény, hogy az URH tartományban, FM rendszerű átvitellel lényegesen jobb jel–zaj-viszony és így nagyobb dinamika érhető el, mint AM rendszerű átvitelnél. Kimutatható, hogy minden lehetőséget kihasználva az FM rendszerű átvitellel mintegy 45…50 dB dinamika érhető el. Ez azt is mutatja, hogy sokkal kisebb mértékű dinamikakompresszió szükséges, mint AM átvitelnél.

Az előnyösek mellett hátrányos tulajdonsága is van az URH tartományban való FM átvitelnek. Az ultrarövidhullámok egyenes vonalú terjedése miatt a jó vételhez a vevő- és adóantenna közötti optikai rálátás megléte szükséges. Ezért a vételkörzet lényegesen beszűkül pl. a középhullámú vételkörzethez képest. Ez azt jelenti, hogy még egy ilyen viszonylag kis ország, mint Magyarország teljes műsorellátottságához is nagyon sok adót kell telepíteni, ez pedig igen költséges dolog. (Különösen igaz ez sztereoműsorok sugárzása esetén, mert a kedvezőtlenebb zajviszonyok miatt még jelentősebb a vételkörzet beszűkülése.)

19.2.2. Az FM adó felépítése

Az adástechnika néhány általános alapproblémáját (pl. frekvenciastabilitás, hűtés) az AM adó felépítésének tárgyalásakor már megemlítettük. Ily módon ebben a pontban csak néhány, még nem említett kérdésre térünk ki.

19.6. ábra. FM adó felépítése

Egy szokásos FM adó egyszerősített blokkvázlatát mutatja a 19.6. ábra. Az előző fejezetekből már ismert, hogy FM modulátor kétféle elven épülhet fel. Az egyik az ún. közvetlen (direkt) típusú, a másik az ún. közvetett (indirekt) típusú FM modulátor.

19.7. ábra. Közvetett (indirekt) típusú FM modulátor felépítése

FM adókban a szükséges adási frekvenciastabilitás érdekében a közvetett típusú FM modulátorokat (19.7. ábra) alkalmazzák. Tekintettel arra, hogy a közvetett típusú FM modulátorok kimenetén csak kis frekvencialöketű FM jel hozható létre, az (OIRT ajánlásnak megfelelő) 50 kHz értékű frekvencialöket eléréséhez n = 10³ körüli frekvenciasokszorozás szükséges. Ez egyetlen sokszorozófokozattal nem oldható meg. (Blokkvázlatunkban csak az egyszerűség kedvéért jelöltük a valóságban több fokozatból felépített sokszorozót egyetlen egységként.) A frekvencia n-szerezése természetesen a közvetett FM modulátor kvarcoszcillátorának a frekvenciáját is n-szeresére változtatja. A kisugárzandó vivőfrekvencia azonban minden adónál más és más, ezért a végleges vivőfrekvenciákat transzponálással hozzuk létre. A transzponálást a 19.7. ábra szorzóáramköre és a hozzá tartozó kvarcoszcillátor végzi. Lényeges megjegyeznünk, hogy az adó vivőfrekvencia-stabilitását a modulátoroszcillátor és a transzponáló oszcillátor frekvenciastabilitásai közösen határozzák meg. (A sokszorozás nem változtatja meg a frekvenciastabilitást.) Ezért lényeges, hogy mindkét, oszcillátor nagy frekvenciastabilitású (10^-7…10^-8 ) legyen. Ez a stabilitás termosztátban működő, kristályvezérlésű oszcillátorokkal valósítható meg.

19.2.3. Az FM vevők felépítése

A transzponáló típusú, tehát szuperrendszerű FM vevőkészülék rendszertechnikai felépítése nagy hasonlóságot mutat a szuperrendszerű AM vevőkészülék felépítéséhez. Természetesenazért van közöttük néhány lényeges és kevésbé lényeges különbség. Az azonosságok és a különbözőségek vizsgálatát a 19.8. ábrán látható FM vevő blokkvázlata alapján végezzük el.

19.8. ábra. Szuperrendszerű FM vevőkészülék felépítése

Az URH tartományban általában hangolt antennákat használunk. Ezek szokásos kivitele a szimmetrikus félhullámú, egyenes vagy hajlított dipól. A hangolt antennát követő első előszelekciót megvalósító egységet általában úgy alakítják ki, hogy néhány dB-es ingadozással az egész URH műsorszóró sávot átfogja, ily módon állomásválasztásnál ezt nem kell hangolni. Az antenna impedanciaviszonyai és a zajtényező szempontjából kedvező ez a megoldás. FM vevőkészülék keverőjét mindig megelőzi a nagyfrekvenciás előerősítő. A zajhatárolt érzékenységet ezzel a fokozattal jelentősen tudják növelni.

Az FM vevő keverőjére és oszcillátorára lényegében igazak az AM vevő hasonló egységeinél elmondottak. Lényeges különbségként talán annyi emelhető ki, hogy FM vevőnél a helyi oszcillátor frekvenciastabilitását AFC (Automatic Frequency Control) áramkör alkalmazásával biztosítják.

Az FM vevők KF erősítőinek a tervezési szempontjai, a velük szemben támasztott követelmények, a középfrekvencia értékének megválasztási kritériumai nem térnek el lényegesen az AM vevőknél leírtaktól. Értelemszerű különbséget jelent persze a sokkal nagyobb középfrekvencia és átviteli sávszélesség. Talán csak annyit érdemes hozzátenni, hogy FM vevők KF erősítőjének nemcsak az amplitúdókarakterisztika-menetére kell előírást adni, hanem a fáziskarakterisztikára vagy az ezzel egyenértékű futásiidő-karakterisztikára is. Megjegyezzük, hogy jó minőségű térhatású átvitelhez alapvető követelmény az FM vevő KF erősítőjének futásiidő-karakterisztikájával szemben, hogy a szükséges átviteli sávban a futásiidő-ingadozás maximális értéke kisebb legyen 2 µs-nál.

19.3. Térhatású (sztereo-) hangátvitel

A következőkben az analóg megoldású térhatású hangátvitel lényegi kérdéseivel fogunk foglalkozni anélkül, hogy kitérnénk a térhallás fizikájára, valamint az emberi hallás fiziológiai kérdéseire.

A térhatású hangátvitel megköveteli a műsorszóró adótól, hogy egyidejűleg két, elvileg egymástól független információt, a bal fülnek szóló B(t) és a jobb fülnek szánt J(t) jelet továbbítson a sztereo-vevőkészülékhez. A sztereoátvitelnek olyannak kell lennie, hogy a már meglévő monovételre készült vevők vételét semmilyen formában ne zavarják. Emellett nem szabad megváltoznia az adók csatornakiosztásának, valamint biztosítani kell, hogy a monovevőkkel venni lehessen a sztereoadásokat (természetesen monoban), és a sztereovevőkkel venni lehessen a monoadásokat (természetesen szintén monoban). Ezeket a követelményeket együttesen úgy lehet megfogalmazni, hogy a kialakítandó sztereoátviteli megoldások legyenek összeférőek (kompatibilisek) a már meglévő monoátviteli rendszerekkel akár AM, akár FM átviteli rendszerről van is szó.

19.3.1. FM térhatású átvitel

Különféle kompatibilis elvi megoldást dolgoztak ki, de igen kevés kivételtől eltekintve csak az ún. pilotvivős sztereomultiplex eljárás terjedt el. A pilotvivős sztereokódolási eljárással nyert összetett alapsávi jel képét a frekvenciatartományban a 19.9. ábra szemlélteti.

19.9. ábra. Összetett sztereojel a frekvenciatartományban

A mono- és sztereovevők részére a kompatibilitást az biztosítja, hogy a mono-vevőkészülékek az M(t) = B(t) + J(t) jel által hordozott információt, a sztereo-vevőkészülékek pedig az M(t) és az S(t) = B(t) − J(t) jelek által hordozott információt használják fel. A pilotvivős sztereojel előállítására különböző eljárásokat dolgoztak ki. Ezek közül csak egyetlen megoldást, az ún. frekvenciaosztási elven működő kódoló felépítését fogjuk bemutatni (19.10. ábra). A bal fül számára szolgáló információt hordozó B(t) jel és a jobb fülnek szánt információt hordozó J(t) jel egy-egy előkiemelő (preemfázis) áramkörön keresztül jut a mátrixáramkörre, amely létrehozza az M(t) = B(t) + J(t) és az S(t) = B(t) − J(t) jeleket. Az összegjel további átalakítást nem igényel, és így közvetlenül jut a végső összegezőre. A különbségi jel, mint a 38 kHz-es segédvivő modulálójele, rákerül az AM-DSB–SC jelet előállító szorzóáramkörre, amelynek a másik bemenetét a 38 kHz frekvenciájú segédvivő táplálja. A szorzóáramkör kimenetén létrejövő elnyomott vivőjű, kétoldalsávos amplitúdómodulált sztereojel ugyancsak a végső összeadóra kerül. Az ismertetett sztereomultiplex jel harmadik összetevője a 19 kHz-es pilotvivő, amelyet a 38 kHz-es vivőjelből 2:1 arányú frekvenciaosztással és megfelelő értékű csillapító beiktatásával állítunk elő.

19.10. ábra. A sztereokódoló felépítése

Az összetett sztereomultiplex jel dekódolására alapvetően két különböző megoldás alakult ki:

frekvenciaosztású elven működő dekódoló,
időosztású elven működő dekódoló.

A két lehetséges elvi megoldás közül csak a frekvenciaosztású elven működő dekódolóra mutatunk be egy lehetséges megoldást (19.11. ábra). A blokkvázlat alapján az első teendő, hogy a frekvenciatartományban három különböző határfrekvenciájú szűrővel szétválasztjuk az összetett sztereojelet három összetevőjére:

egy 15 kHz határfrekvenciájú aluláteresztő szűrővel leválasztjuk az M(t) = B(t) + J(t) mono-jelösszetevőt,
egy 23 kHz és 53 kHz határfrekvenciákkal rendelkező sávszűrővel kiválasztjuk a [B(t) − J(t)]·cos(2πf_sct) modulált sztereo-jelösszetevőt,
egy 19 kHz-re hangolt tűszűrővel kiválasztjuk az áthallásmentes dekódoláshoz feltétlenül szükséges referenciafrekvenciájú és -fázisú pilotvivőt.

A mono-jelösszetevővel nincs további teendő, viszont a modulált sztereo-jelösszetevőből szorzóáramkörrel létre kell hozni az alapsávi sztereo-jelösszetevőt, a B(t) − J(t) jelet. A szorzóáramkör másik bemenetét (frekvenciakétszerezés után) a leválasztott referencia-pilotvivő táplálja. Ezután mátrixolóval, azaz összeadóval és kivonóval már egyszerűen képezhető a B(t) és a J(t) jel. A dekódolási folyamat végén az alapsávi B(t) és J(t) jelek egy-egy utóelnyomó áramkörön haladnak át, amelyek egyrészt gondoskodnak a kódolóoldali előkiemelés kompenzálásáról, másrészt jelentékeny jel–zaj-viszony javulást okoznak.

19.11. ábra. A sztereodekódoló felépítése

19.4. Digitális hangátvitel

Egy analóg jel digitális csatornán való átviteléhez először az analóg jelet digitális jellé kell átalakítani. Az A/D átalakítás legfontosabb lépéseit a 19.12. ábra szemlélteti. Az analóg jelet – jelen esetben a hangjelet – egy aluláteresztő szűrőn keresztül vezetik a mintavevő egységre. Az aluláteresztő szűrő határfrekvenciájának értéke a minőségi igényektől függ. Ha csak beszédátvitelt (telefónia) akarunk megvalósítani, akkor az aluláteresztő szűrő határfrekvenciája 3,4 kHz, de ha jó minőségű zeneátvitelt akarunk, akkor az aluláteresztő szűrő határfrekvenciája 15 kHz és 20 kHz közötti értéket vesz fel. A mintavételezés elméletéből (Shannon–Kotelnyikov-tétel) tudjuk, hogy a jel torzítatlan visszaállításához szükséges, hogy a mintavételi frekvencia az alapsávi analóg jel sávszélességének minimum kétszerese legyen. Ennek megfelelően a mintavételi frekvencia értéke 8 kHz, ha csak beszédátvitelről van szó, és pl. 32 kHz, ha jó minőségű zeneátvitelről van szó, 15 kHz-es alapsávi sávszélességet véve figyelembe. A mintavevőt követő kvantáló (l. a 3. fejezetet) szintjeinek a számát szintén az elérendő minőség (kvantálási jel–zaj-viszony) szabja meg. Beszédátvitelnél 8 bittel, zeneátvitelnél pedig 12…16 bittel jellemeznek egy-egy mintát. (Redundanciacsökkentő eljárások alkalmazása esetén ezek az értékek jelentősen csökkenthetők.) A kvantálót követő kódoló feladata a megfelelő hosszúságú bináris kód kialakítása.

19.12. ábra. Az A/D átalakító felépítése

Befejezésül bemutatunk néhány digitális hangátvivő rendszert. A megvalósított rendszerek viszonylagos bonyolultsága miatt nem tudunk részletesen foglalkozni velük, csak rövid, lényegi ismertetésükre szorítkozhatunk.

A DSR (Digital Satellite Radio) rendszer, mint ahogyan az elnevezése is mutatja, műholdas hangműsorszóró eljárás. Egy műhold 16 különböző, jó minőségű sztereoműsort sugároz. Az alkalmazott mintavételi frekvencia 32 kHz. Egy-egy mintát 16 bites szóval ábrázolnak, de a bitsebesség csökkentése érdekében a kisugárzott jel 16/14 arányú kompressziónak van alávetve.

A DAB (Digital Audio Broadcasting) rendszer földi és műholdas átvitelre egyaránt alkalmas. Egy 3,5 MHz sávszélességű sávban 12 kiváló minőségű sztereojel vihető át. A mintavételi frekvencia 48 kHz, és az alkalmazott szóhosszúság 16 bit. Ebben az átviteli rendszerben nagymértékű adatkompressziót alkalmaznak, de ez nem csökkenti érzékelhetően a hangminőséget. Az adatkompresszió 6:1 arányú.

A MAC-packet (Multiplexed Analogue Components) családot szintén műholdas (DBS: Direct Broadcasting Satellite) műsorszórás céljára fejlesztették ki. Ez ugyan alapvetően televízió-műsorszórás, de a képhez tartozó hangcsatornák mellett lehetőség van a képtől független hangjelek átvitelére is. A család C-MAC változatában a hangcsatornák jeleit 751 bitből álló csomagokba (packet) gyűjtik. Az egyidejűleg továbbítható csatornák száma (8 nagy hanghűségű mono-, 4 nagy hanghűségű sztereo- vagy 16 közepes minőségű monojel) függ a mintavételi frekvenciától (32 kHz vagy 16 kHz), a lineáris (14 bit) vagy kompandált (10 bit) kódolástól, ill. az alkalmazott hibajavító kódolástól. A család D2-MAC változatánál az előbb említett hangcsatornák darabszámának csak a fele vihető át, igaz, hogy a C-MAC változathoz képest kisebb a sávszélességigénye.

A NICAM (Near Instantaneously Companded Audio Multiplexed) rendszer szintén a televízió-műsorszóráshoz kapcsolódik. A rendszer lehetővé teszi a televízió-képátvitelhez tartozó szokásos FM hangműsor mellett egy digitálisan kódolt (32 kHz-es mintavételi frekvencia és 14/10 bites kompandált szóhosszúság) sztereo-hangcsatorna átvitelét.

Ellenőrző kérdések

Milyen hullámsávokban történik az AM és az FM műsorszórás?
Milyen rendszertechnikai felépítésű AM vevőkészülékeket ismer?
Milyen előnyös tulajdonságai vannak a transzponáló típusú vevőkészülékeknek?
Hogyan épül fel a transzponáló típusú FM vevőkészülék?
Milyen digitális hangátvivő rendszereket ismer?

Rövidítések

AFC	Automatic Frequency Control	automatikus frekvenciaszabályozás
AM	Amplitude Modulation	amplitúdómoduláció
AVC	Automatic Volume Control	automatikus hangerő-szabályozás
CCIR	Comitč Consultativ International des Radiocommunication	Nemzetközi Rádió Tanácsadó Bizottság
DAB	Digital Audio Broadcasting	digitális hangműsorszórás
DBS	Direct Broadcasting Satellite	közvetlen műholdas műsorszórás
DSB	Double Sideband	két oldalsáv
DSR	Digital Satellite Radio	műholdas digitális hangműsorszórás
FM	Frequency Modulation	frekvenciamoduláció
HH		hosszúhullám
KF		középfrekvencia
KH		középhullám
MAC	Multiplexed Analogue Components
NICAM	Near Instantaneously Compounded Audio Multiplexed
OIRT	Organisation International Radiocommunication et Television	Rádió és Tv Kommunikáció Nemzetközi Szervezete
RH		rövidhullám
URH		ultrarövidhullám