5.4 Ειδικοί τύποι διαμορφώσεων
5.4.1 Στερεοφωνική διαμόρφωση
Η στερεοφωνική διαμόρφωση ή, όπως συνηθέστερα αποκαλείται, διαμόρφωση Stereo αφορά τη διαμόρφωση συχνότητας ενός φέροντος από δύο ανεξάρτητες πηγές ακουστικού σήματος.
Στη συνέχεια συμβολίζουμε α(t) και δ(t) τα δύο ακουστικά σήματα, ως απλή υπενθύμιση ότι οι δύο πηγές (στην εφαρμογή της ραδιοφωνίας) είναι το αριστερό και δεξιό κανάλι ενός στερεοφωνικού ενισχυτή, μιας ορχήστρας (σχήμα 3.2.5) κλπ.
Τα δύο ακουστικά σήματα καταλαμβάνουν την ίδια φασματική ζώνη από μερικά Hz έως 15 kHz. Πρέπει λοιπόν να προετοιμαστούν κατάλληλα και να μεταδοθούν με τρόπο, που ο στερεοφωνικός δέκτης FM να καταφέρει να τα διαχωρίσει εκ νέου με κατάληξη δύο ανεξάρτητες εξόδους, προς το αριστερό και το δεξιό ηχείο αντίστοιχα. Από την άλλη πλευρά πρέπει να εξασφαλιστεί η συμβατότητα μιας στερεοφωνικής εκπομπής με τον απλό μονοφωνικό δέκτη, ο οποίος στη μοναδική έξοδο που διαθέτει πρέπει να μπορεί να αποδώσει μια σύνθεση πληροφορίας και από τις δύο πηγές.
Ο διάταξη που υιοθετήθηκε γι’ αυτή τη διεργασία φαίνεται στο σχήμα 5.4.1. Αρχικά γίνεται μίξη των δύο σημάτων α(t) και δ(t) και δημιουργούνται δύο νέα σήματα:
s1(t) = α(t) + δ(t) και s2(t) = α(t) – δ(t) (18)
Οι φασματικές ζώνες των δύο νέων σημάτων είναι ίδιες με αυτές των αρχικών. Με διαμόρφωση DSBsc ενός υποφέροντος σήματος 38 kHz μετατοπίζεται η φασματική ζώνη του s2(t) και προκύπτει σήμα s2΄(t) (σχήμα 5.4.1, 5.4.2).
Σχήμα 5.4.1: Διαμορφωτής στερεοφωνικού σήματος.
Το αποτέλεσμα s(t) = s1(t) + s2΄(t) στην έξοδο του προσθετή είναι το σήμα διαμόρφωσης, το οποίο θα διαμορφώσει κατά συχνότητα το τελικό φέρον. Η φασματική φυσιογνωμία όλων των σημάτων διαδοχικά αποδίδεται στο σχήμα 5.4.2.
Για να διευκολυνθεί η διαδικασία αποδιαμόρφωσης και επαναπροσδιορισμού των αρχικών σημάτων α(t) και δ(t) στο δέκτη, στο φάσμα του σήματος s(t) ενσωματώνεται και η φασματική ακτίνα 19 kHz (από την οποία δημιουργήθηκε το υποφέρον των 38 kHz). Στο δέκτη η συχνότητα 19 kHz θα χρησιμοποιηθεί ως αναφορά για την αναγέννηση του υποφέροντος των 38 kHz, που είναι απαραίτητο για την αποδιαμόρφωση DSB. Η διάταξη αυτή ονομάζεται στερεοφωνικός κωδικοποιητής ή απλά κωδικοποιητής stereo.
Σχήμα 5.4.2: Διαδοχικά η φασματική επεξεργασία και το τελικό φάσμα στην έξοδο του στερεοφωνικού κωδικοποιητή.
Στη λήψη μετά την αποδιαμόρφωση FM του φέροντος με κατάλληλα φίλτρα ζώνης θα διαχωριστούν τα σήματα s1(t) και s2΄(t) (σχήμα 5.4.3). To s2΄(t) θα υποστεί αποδιαμόρφωση DSB από όπου θα προκύψει το σήμα s2(t). Στη συνέχεια προσθέτοντας και αφαιρώντας τα σήματα s1(t) και s2(t), θα προκύψουν τα αρχικά σήματα α(t) και δ(t). Το τμήμα του δέκτη μέσα στη διακεκομμένη γραμμή στο σχήμα 5.4.3 ονομάζεται αποκωδικοποιητής stereo.
Σήμερα τις διατάξεις του στερεοφωνικού κωδικοποιητή και αποκωδικοποιητή τις συναντούμε και υπό μορφή ολοκληρωμένων κυκλωμάτων.
Σχήμα 5.4.3: Αποκωδικοποίηση στερεοφωνικού σήματος.
Από το σχήμα διαπιστώνεται αμέσως ότι ένας απλός μονοφωνικός δέκτης ο οποίος δε διαθέτει στερεοφωνικό αποκωδικοποιητή αποδίδει στην έξοδο μόνο το σήμα s1(t) = α(t) + δ(t), δηλαδή το προσθετικό αποτέλεσμα της μίξης της αριστερής και δεξιάς πηγής.
Η φασματική ζώνη του σήματος που προέκυψε στην έξοδο του στερεοφωνικού κωδικοποιητή, όπως φαίνεται και στο σχήμα, είναι: (20 Hz - 53 kHz).
Άρα από τον τύπο του Carson προκύπτει ότι το φασματικό εύρος μιας στερεοφωνικής εκπομπής FM είναι:
Β = 2.(53 + 75) = 256 kHz
5.4.2 Διαμόρφωση υποβαθμισμένης πλευρικής ζώνης (VSB)
Η διαμόρφωση υποβαθμισμένης πλευρικής ζώνης, γνωστότερη με τον αγγλικό όρο VSB (Vestigial SideBand modulation), θεωρείται παράγωγη της κλασικής διαμόρφωσης ΑΜ με φέρον. Η φασματική φυσιογνωμία της διαμόρφωσης VSB αποδίδεται στο σχήμα 5.4.4α. Εφαρμόζεται στην περίπτωση που το σήμα διαμόρφωσης s(t) έχει ευρύ φάσμα που εκτείνεται από 0 Hz έως και μερικά MHz. Είναι η περίπτωση του φάσματος Video ή τηλεοπτικού φάσματος από 0 Ηz έως 5 ΜΗz με βάση τις θεσμοθετημένες διεθνώς προδιαγραφές. Διαμόρφωση ΑΜ θα απαιτούσε μεγάλο εύρος ζώνης (διπλάσιο, δηλαδή 10 MHz). Από την άλλη πλευρά είναι ουσιαστικά αδύνατη η αξιοποίηση διαμόρφωσης SSBsc.
Σχήμα 5.4.4: α) Φάσμα στη διαμόρφωση VSB. β) Το φάσμα της εικόνας στην περίπτωση μονόχρωμης τηλεόρασης.
Πράγματι, καθώς η συχνότητα του φέροντος είναι πολύ μεγάλη και οι πλευρικές ζώνες εφάπτονται μεταξύ τους, ο διαχωρισμός τους με φίλτρα είναι πρακτικά αδύνατος. Υιοθετήθηκε λοιπόν για τα τηλεοπτικά σήματα η διαμόρφωση VSB όπου το φασματικό αποτέλεσμα είναι η επιλογή της πάνω πλευρικής ζώνης και υποβαθμισμένου τμήματος της κάτω πλευρικής. Το φάσμα αυτό εξασφαλίζεται με ειδικό φίλτρο, σαν αυτό του σχήματος, γνωστού με το όνομα φίλτρο Νίκουιστ (Niquist). Παρατηρώντας το σχήμα διαπιστώνουμε ότι για τις συχνότητες f> fo + FN έχουμε ουσιαστικά διαμόρφωση SSB. Για τις συχνότητες fo – FN < f < fo + FN η διαμόρφωση είναι διπλής ζώνης με άνισες πλευρικές, των οποίων το άθροισμα είναι σταθερό. Με τη διαμόρφωση VSB εξασφαλίζεται ότι το διαμορφωμένο φέρον στην εφαρμογή της τηλεόρασης περιορίζεται σε φασματική ζώνη εύρους περίπου 6 MHz, όπως φαίνεται στο σχήμα 5.4.4β όπου σημειώνονται οι ακριβείς τιμές των ορίων του φάσματος.
Στο τηλεοπτικό φάσμα θα επανέλθουμε σε επόμενη παράγραφο.
Και στην περίπτωση της VSB, όπως και στην SSB, η διαμόρφωση πραγματοποιείται αρχικά με χαμηλή φέρουσα συχνότητα και ακολουθούν διαδοχικά ένα ή δύο στάδια μετάθεσης συχνότητας, έως να προκύψει η τελική φέρουσα.
Εφαρμογή 1: Σ’ ένα στερεοφωνικό κωδικοποιητή οι συχνότητες της αριστερής και δεξιάς ηχητικής πηγής είναι αντίστοιχα Fα = 2 kHz, Fδ = 4 kHz.
Να προσδιοριστούν όλες οι φασματικές συνιστώσες στην έξοδο του κωδικοποιητή.
Λύση: Από το δομικό διάγραμμα του κωδικοποιητή προκύπτει :
Συχνότητες σήματος s1 : 2 kHz , 4 kHz.
Συχνότητες σήματος s2 : 2 kHz , 4 kHz.
Συχνότητες σήματος DSBsc (s΄2): 34 , 36, 40, 42 kHz.
Σύνολο συχνοτήτων: 2, 4, 19, 34, 36, 40, 42 kHz.
Εφαρμογή 2: Να αποδειχθεί ότι, όταν ένα ημιτονικό σήμα πολλαπλασιαστεί με τον εαυτό του, προκύπτει σήμα στη διπλάσια συχνότητα.
Λύση: Πράγματι, αν s(t) = Sosin(ωt) και ο συντελεστής του πολλαπλασιαστή k = 1 V-1 τότε έχουμε:
s΄(t) = So2 sin2(ωt) = (So2/2)[1 + cos(2ωt)] = (So2/2 ) + (So2/2)cos(2ωt).
Αν με πυκνωτή στην έξοδο του πολλαπλασιαστή αποκοπεί η συνεχής συνιστώσα, τότε παραμένει μόνον το ημιτονικό σήμα στη διπλάσια συχνότητα.