Stereodekooder

Stereodekooder on elektroonikalülitus, mis eraldab stereofoonilise raadiovastuvõtja detektori väljundsignaalist vasaku ja parema kanali helisagedussignaalid.

Stereosignaali edastamise põhimõtted

Ringhäälingusaatjad edastavad stereofoonilist helisignaali peamiselt ultralühilainel (ULL) sagedusmoduleeritult (FM), kuid stereosignaali on edastatud ka amplituudmoduleeritult.

Stereofooniline helisignaali koosneb kahest signaalist - vasaku kanali signaalist L (ingl k Left) ja parema kanali signaalist R (Right, Recht). Need signaalid (L ja R) sisaldavad raadiosaate või helisalvestuse režiiga määratud viisil põhilise osa vastavalt vasakpoolsest ja parempoolsest edastatava helipanoraami osast.

Vasaku ja parema kanali helisignaalid edastatakse saatjast ühel ja samal kandesagedusel. FM-sagedusalal rakendatakse selleks ITU soovitusel BS:450 põhinevat edastussüsteemi, mis tagab ühilduvuse monovastuvõtuga.

Täielik stereo-mono-ühilduvus tähendab seda, et

• stereosaadet on võimalik kuulata ka monovastuvõtjaga (muidugi monofooniliselt);
• stereovastuvõtjaga on võimalik kuulata ka monosaadet (monofooniliselt).

Niisugune ühilduvus saavutatakse sel teel, et saatja kandesagedust moduleeritakse kompleksse stereosignaaliga ehk nn. multiplekssignaaliga (MPX-signaaliga). See signaal saadakse niiviisi, et modulaatori sisendisse antakse (lülitatakse) standardse sagedusliku korrigeerimise (frequency emphasising) läbinud vasaku ja parema kanali signaalid sünkroonselt vahelduva abikandesagedussignaaliga. Modulaatori sisendisse antakse lisaks (summeeritakse) veel ka väikese amplituudiga abikandesagedusest kaks korda madalama sagedusega piloottoon.

Selliselt tekitatud nn.kompleksne stereosignaal on spektri mõttes vaadeldav koosnevana kolmest osast:

Moduleeriva signaali sagedusspekter

• vasaku ja parema kanali summasignaal ½ (L + R), mida saab kuulata monovastuvõtjaga;
• vasaku ja parema kanali vahesignaal ½ (L – R), milles asub helipildile ruumilisust (stereofoonilisust) andev lisainformatsioon; selle signaaliga on moduleeritud abikandesagedus, mis on valitud nii kõrge (f_SC = 38 kHz), et madalama külgriba sageduste alumine piir jääb väljapoole kuuldepiiri; abikandesagedus f_SC ise on MPX-signaali sagedusspektris maha surutud (ja multipleksimise kasutamisel kandesageduslikku komponenti põhimõtteliselt ei tekigi);
• väikese amplituudiga (1/10 maksimaalselt lubatavast signaalist) abikandesagedusliku signaaliga täpselt sünkroonne piloottoon sagedusega 19 kHz, mis võimaldab stereodekoodris stereosignaali ära tunda ja on sageduse täpselt faseeritud kahekordistamise järel (2 ×19 = 38 kHz) kasutatav komplekssest stereosignaalist vahesignaali (L – R) või otse komponentide L ja R detekteerimiseks.

Märkus: joonisel peaksid "L – R" tähistusega külgribad olema kaks korda väiksema kõrgusega kui on "L + R" spektri osa; ka ei kajastu joonisel sageduslik eelmoonutus (pre-emphasis), mida sagedusmodulatsiooni puhul kasutatakse.

Stereodekoodri ülesanded ja põhimõttelised lahendused

Stereodekoodri ülesandeks on komplekssest stereosignaalist vasaku ja parema kanali signaalide (L ja R) eraldamine. See ülesanne täidetakse üldjuhul kahe alamülesande lahendamise teel. Need on järgmised:

• eraldada demoduleeritud MPX-signaalist piloottoon (sagedusega 19 kHz) ja moodustada selle sageduse kahekordistamise teel vahesignaali (L – R) abikandesagedus 38 kHz;
• eraldada selle abikandesagedusliku 38 kHz signaali abil komplekssest stereosignaalist (MPX-signaalist) vasaku ja parema kanali signaalid L ja R.

Selleks on tänapäeval kasutusel põhiliselt kaks võtet.

1. Esimene võte seisneb selles, et vasaku ja parema kanali signaalid L ja R eraldatakse MPX-signaalist demultipleksimise teel piloottooni abil taastatud abikandesignaali kasutades.
2. Teise võtte puhul demoduleeritakse amplituudmoduleeritud abikandesageduslikust komponendist vahesignaal ½ (L – R). Seda võidakse teha, näiteks, sünkroondetekteerimise abil. Seejärel moodustatakse summeerimislülituse abil summasignaalist ½ (L + R) ja vahesignaalist ½ (L – R) vasaku ja parema kanali signaalid neid omavahel summeerides ja lahutades:

  ½ (L + R) + ½ (L – R) = L

  ½ (L + R) – ½ (L – R) = R

Vanemates stereodekoodrites kasutatakse aga hoopiski kolmandat võtet, mis põhineb asjaolul, et kandesageduse taastamise korral osutub MPX-signaal polaarmoduleerituks. See aga tähendab, et vasaku ja parema kanali signaalid ilmnevad vastavalt signaali positiivse ja negatiivse (või siis vastupidi, negatiivse ja positiivse) poolperioodi tippväärtuste amplituudmodulatsiooni näol ja on seetõttu detekteeritavad tavaliste lihtsate amplituudmodulatsiooni või tippväärtuse detektorite abil. Detektorites kasutatavate dioodide ebalineaarse päripingelangu mõju vähendamiseks taastatakse kandesagedus sel juhul tavaliselt väga suure liiaga (mõnikord 10 ja enamgi korda algsest suuremana). Sellele vaatamata on seda tüüpi stereodekoodrite mittelineaarmoonutused kordades suuremad kui lülitirežiimis dekoodrite puhul, küündides harva 0,1% tasemeni. Amplituudi ülemäärasest kordistamisest tingituna kasvab mõnevõrra ka müratase. Meetodi eeliseks on see, et nõuded faseerimise täpsusele on väikesed.

Peamiselt Ida-Euroopas kasutusel olnud polaarmodulatsiooniga stereosüsteem erineb MPX-süsteemist vaid detailide poolest. Kuid need detailid, alates madalama abikandesageduse valikust (31,625 kHz MPX-signaali 38 kHz asemel) kuni selle vahesignaaliga (L – R) moduleerimise võteteni ei olnud stereosignaali edastamise kvaliteedi mõttes soodsa mõjuga. Kuna piloottooni ei kasutata, siis on abikandesagedus maha surutud vaid osaliselt (5 korda ehk 20% tasemeni). Abikandesageduse mahasurumine toimub ribafiltriga, mille hüvetegur on 100. See mõjutab signaali L – R spektrit madalate helisageduste osas. See on dekodeerimisel väga raskesti kompenseeritav. Lisaks tõstab kandesignaali taastamiseks vajalik 5-kordne võimendamine madalsagedusliku müra taset, mistõttu selle meetodi puhul stereofoonilise vastuvõtu müratase pole monofoonilise vastuvõtuga võrreldes mitte 2 korda (6 dB) halvem, nagu see tuleneb suuremast kasutatavast libalaiusest stereovastuvõtu puhul, vaid kuni 5 korda (14 dB) halvem.

Stereodekoodrist saadavad vasaku ja parema kanali signaalid peavad läbima sageduslikke eelmoonutusi korrigeeriva ahela (de-emphasis circuit), enne kui nad antakse edasi kahekanalilisse audiovõimendisse.

Monofoonilises vastuvõtjas jääb abikandja amplituudmoduleeritud signaal kõrgete sageduste alas asumise tõttu (üle 23 kHz) inimkõrva jaoks kuuldamatuks. Soodsalt mõjub siinjuures sageduslikke eelmoonutusi korrigeeriva ahela (de-emphasis circuit) olemasolu.

Tänapäeva FM-raadiotes on stereodekoodriks enamasti esimest liiki (demultiplekseeriv) seade, milles vasaku ja parema kanali signaalid eraldatakse demoduleeritud MPX-signaalist abikandesageduse (38 kHz) taktis dekoodri L ja R väljunditesse (helivõimendite sisenditesse) ümberlülitamise teel. Abikandesignaali taastamiseks kasutatakse piloottoonile lukustuvat faasiluku süsteemi sageduse kahekordistamisega varianti. Lukustumisele põhineb ka stereofoonilise saate äratundmise süsteem (indikatsioon ja/või mono/stereo-režiimi automaatlülitamine).

Signaaliprotsessori (DSP) kasutamise korral realiseeritakse dekodeerimine algoritmilisel teel, enamasti protsessori ressurssi säästvalt analoogdemultipleksimist jäljendaval viisil.

Stereofoonilises AM-raadioringhäälingus (USAs) on olnud kasutusel mitmeid süsteeme. Enamik neist põhineb raadiosagedusliku kandesignaali kahe omavahel kvadratuurse komponendi üheaegsel ärakasutamisel ühel või teisel viisil, näiteks nn kvadratuurse amplituudmodulatsiooni (QAM ehk QuAM) teel. Stereofoonilise helisignaali ülekande kvaliteet jääb alla FM-stereo puhul saavutatavale, seda eeskätt mittelineaarmoonutuste osas, kuid eeliseks oli AM sagedusala kuuldavus pikkade vahemaade taha.

Välislingid

• Raadiovastuvõtja lisaahelad