Někteří z nás ještě pamatují dobu, kdy rádio nehrálo stereo a už vůbec ne na velmi krátkých vlnách. Od té doby již uplynula spousta let, technické parametry vysílání se zlepšily a najednou se dalo poslouchat stereo na rádiu. Byl to revoluční objev, nicméně stereo vysílání s sebou nese také mnohá omezení a mnohé nepříjemnosti.

Dnes je situace na komerčním pásmu FM rádií taková, že nelze počítat s kvalitou vysílání, tedy alespoň tou technickou. Hifisti toto pásmo opustili už dávno a navíc s úsvitem Loudness War (válka o hlasitost) v roce 1999 začala být kvalita zvuku v éteru mnohem horší vlivem zvýšené dynamické komprese.

Toto je také jeden z důvodů, proč se vracím zpátky do mono vysílání, protože prakticky není nutné zavádět kompresi dynamického rozsahu jako je tomu u stereo vysílání, neboť SNR (poměr mezi užitečným signálem a šumem) je mnohem větší, ale o tom až za chvíli.

Situace s redukovaným dynamickým rozsahem (DR) se však zdaleka netýká jen rádia, od roku 2000 se zhoršuje kvalita zvuku CD jenom proto, aby byla hlasitější a tudíž na první poslech zaujala, aby nestála za hlasitostí ostatních alb ve stejném žánru a aby se dobře prodávala. Ovšem praxe ukázala, že „hlasitější“ alba se prodávají stejně a někdy dokonce i méně než „méně hlasitější“. Doufejme, že se situace zlepší a mohutná komprese dynamiky skončí, jak někteří předpovídají, rokem 2020.

Proč vysílat mono?

To může být otázka mnoha z vás. Důvodů může být několik. Třeba že

• nechcete jít s davem
• chcete vysílat kvalitní obsah s plnou dynamikou
• chcete pokrýt větší území bez změny vysílacího výkonu
• nemůžete snést pilotní 19 kHz tón, který stále vychází z rádia naladěného na stereo vysílání
• chcete lepší frekvenční odezvu
• chcete méně šumu
• chcete stabilnější signál
• chcete se vlézt do menších mezer mezi stanicemi

Není to zpátečnictví vysílat mono?

Ani náhodou. Právě naopak, díky zprostředkování lepších technických parametrů vysílání můžete doručit posluchačům po těch nočních můrách v komerčním vysílání konečně skutečně kvalitní přenos. Zkombinujte to s dobrou atmosférou a vhodným výběrem písniček a třeba se zase podaří přilákat hifisty na FM pásmo a popsat příslušníkům mladé generace, jak jednou zněla skutečná hudba.

Zkusíme se nyní ponořit do světa, kdy bude hrát jen jedna bedna a kdy bude hrát skladba jen uprostřed hlavy s nasazenými sluchátky.

Pojďme si tedy projít praktické i teoretické výhody mono vysílání...

Výhoda č. 1 - Lepší frekvenční odezva

Obr. 1 – Struktura běžného FM stereo broadcastu.

Pokud se rozhodneme vysílat stereo, jsme spoutání rozsahem 30 Hz – 15 kHz tak, abychom přenesli oba kanály, které se následně složí. Mnozí by namítli, že to jako stačí a že stejně většina populace víc než 15 kHz neslyší. Pokud se ale odpoutáme od toho, že naše vysílání poslouchá jen „většina populace“, proč bychom neposkytli i alikvóty nad 15 kHz, které zjemňují zvuk například u smyčcových partů. Technika nám to umožňuje.

Pokud vysíláme mono, nemusíme se o nějaký multiplexing starat. Tudíž se nám otevírá plný rozsah 30 Hz – 23 kHz (pokud nám jej neoseká přijímač). Lze tedy v plné odezvě přenést například písničku z CD bez dolnofrekvenční propusti. Tedy s jednou jedinou vyjímkou. Aby stereo přijímač omylem nerozpoznal aktivitu na 19 kHz a nevyložil si to jako že stanice vysílá stereo, je dobrý nápad odfiltrovat ze vstupního signálu rozsah nejbližší 19 kHz pomocí bandstop či výřezového filtru.

Výhoda č. 2 - Méně šumu

Posloucháte-li FM rádio i v oblastech s horším signálem a máte-li na svém přijímači přepínač mono/stereo, nejspíš jste zaznamenali rozdíl v množství šumu mezi poslechem mono a stereo. Nebudu napínat ty, kteří v takových oblastech nebydlí. Mono má méně šumu.

Čím je to způsobeno? Tak především tím, že abychom skutečně byli schopni poslouchat stereo, musí se demodulovaný signál rozložit na několik částí, ze kterých se pak stereo získává. V první části spektra vysílání je mono signál získaný sečtením levého a pravého kanálu, následuje devatenáctikilohertzová bolest hlavy ala pilotní tón a okolo 38 kHz se tyčí rozdíl levého a pravého kanálu a sahá od 23 kHz do 53 kHz. No a jestli máme součet a rozdíl, můžeme z toho jakousi matematickou magií vykouzlit levý a pravý kanál.

Taková operace s sebou ovšem nese vedlejší účinky. Totiž jak si můžete všimnout v obrázku 1, rozdíl L-R je posazen na frekvencích nad akustickým pásmem, je tedy o dost více poznamenán šumem, který u FM demodulace vzrůstá s frekvencí. Tudíž tento kanál sbírá šum nebo rušení mnohem lépe než smíchané mono na začátku pásma a to se ve výsledku projeví zvýšením celkového šumu na přijímači.
O kolik dB se zlepší SNR při použití mono nelze úplně přesně říci, ale lze předpokládat lepší SNR přibližně o 6 – 18 dB. S dobrým transmitterem se tak dostaneme na 75 dB SNR! Navíc s dobrým přijímačem na druhé straně klidně i na 79 dB, což už je docela blízko CD kvalitě.

Výhoda č. 3 - Není třeba kompresoru

Tato výhoda vyplývá z předchozí. Vzhledem k tomu, že se nám značně rozšířil odstup signálu od šumu a tedy také možný dynamický rozsah, není třeba ve většině případů zavádět jakoukoli dynamickou kompresi a tudíž znehodnocovat zvuk. Této výhodě bude věnováno trochu více, protože jde o značný rozdíl mezi stereo vysíláním.

Obr. 2 – Rozdíl v amplitudě šumu mezi mono (vlevo) a stereo přenosem (vpravo). Odpovídá asi 6 dB, jelikož je měřen přímo u vysílače a přijímač neměl dobré SNR (tak 55 dB)

Co je to dynamický rozsah (DR)?

Jednoduše řečeno je to rozdíl mezi úrovní šumu a maximální amplitudou signálu. Obvykle se udává v decibelech a značí, v jakém rozsahu se může signál měnit, aniž by zanikl v šumu.

U běžného stereo vysílání se pohybuje od 60 dB dolů a klesá velmi rychle čím víc se vzdalujeme od vysílače. U mono vysílání se může pohybovat od 79 dB dolů a klesá mnohem pomaleji čím jsme dál od vysílače. V obou případech ale lze počítat s tzv. „mobil efektem“. Tedy že signál bude v některých místech slabší a v některých silnější.

Díky tomu, že u stereo je DR docela značně omezen, jednou z možných kompenzací je dynamická komprese signálu. Zkrátka zesílení méně hlasitých částí skladby na úroveň hlasitých částí. Toto je bohužel snad ten nejhorší způsob jak se vypořádat s omezeným DR, protože hudba, pokud se takto ještě dá označit výstup, tím značně trpí.

Tento fenomén ovšem není jen na rádiu, kde má alespoň elementární opodstatnění. Na komerčních CD se vyskytuje zcela běžně, přestože CD má teoretický DR 90 dB.

Následující ukázky demonstrují použití limiteru, který pokud se použije neuváženě, tak jako na spoustě dnešních stanic, učiní hudbu neposlouchatelnou. Pro účely demonstrace jsem nahrál krátký smyčcový part uvozený pizzicatem a po něm následovaným forte spiccatem, kde kontrabas hrál fortissimo. Cílem bylo vytvořit maximální rozdíl mezi nejnižší a nejvyšší hlasitostí.

První ukázka je originální stereo záznam, který není přetahován přes FM: stac.mp3

Další ukázka je záznam smíchaný do mono a přenesený přes FM. Nahrávka má více šumu než by mohla mít kvůli horšímu přijímači. Zatím nebyla aplikována žádná komprese DR: mono_stac.mp3

Třetí ukázka je stereo záznam s lehce komprimovaným DR a přenesený přes FM, aby se kompenzovalo zvýšení šumu oproti mono. Nicméně i tak se to projeví zejména na kontrabasovém fortissimu: ste1_stac.mp3

Poslední je záznam s hodně komprimovanou dynamikou asi tak, jak by to udělalo rádio Impuls. Všimněte si, že zde už kontrabasové fortissimo splývá s počátečním pizzicatem. Tedy dynamika žádná: ste2_stac.mp3

Jak lze slyšet, rozdíl je markantní. Tím však nechci nikoho odrazovat od použití limiteru. Pokud se nastaví správně, tak má své opodstatnění. Příkladem použití je právě ochrana proti překročení maximálního zdvihu. Zde se dá použít tzv. hard limiter, který začne ořezávat špičky, až když se přiblíží maximu.

Ptáte se, jak jsou na tom komerční stanice? Nic moc. Měřením průměrného dynamického rozsahu (rozdíl nejvyšší špičky a průměru za 10 s) jsem došel k číslu 8 dB. To je, co si budem říkat, nic moc. Navíc D/A převodníky na straně vysílacích stanic bohužel poněkud zkreslují výsledky. Reálný DR bude tedy přibližně na polovině.

------------------------------------------
DR      Peak         RMS        Frequency
------------------------------------------

DR9    -4.18 dB    -14.93 dB    100,5MHz
DR9    -5.14 dB    -14.90 dB    101,1MHz
DR9    -4.46 dB    -14.34 dB    88,1MHz
DR8    -3.86 dB    -13.23 dB    89,0MHz
DR7    -3.38 dB    -11.66 dB    89,5MHz
DR9    -3.23 dB    -13.15 dB    91,0MHz
DR8    -4.38 dB    -14.72 dB    92,1MHz
DR8    -4.90 dB    -14.04 dB    92,8MHz
DR12   -5.45 dB    -19.35 dB    93,3MHz
DR8    -4.72 dB    -14.30 dB    93,8MHz
DR8    -5.11 dB    -14.51 dB    94,1MHz
DR9    -3.44 dB    -13.21 dB    94,7MHz
DR8    -3.89 dB    -13.82 dB    95,1MHz
DR8    -5.66 dB    -14.51 dB    95,4MHz
DR9    -6.59 dB    -16.64 dB    95,8MHz
DR9    -4.35 dB    -14.62 dB    96,4MHz
DR9    -5.80 dB    -16.34 dB    96,8MHz
DR9    -2.42 dB    -12.12 dB    97,4MHz
DR8    -4.43 dB    -13.62 dB    98,4MHz
DR8    -6.16 dB    -15.49 dB    98,7MHz
DR9    -6.34 dB    -16.94 dB    99,0MHz
DR9    -4.73 dB    -14.22 dB    99,3MHz
-----------------------------------------

Official DR value: DR9 

Stanice na 93.3 MHz, u které by se mohlo zdát číslo 12 slušné, ovšem vysílala mluvené slovo (tuším, že to byl Český rozhlas), proto je výsledek zde také zkreslený.

Výhoda č. 4 – Menší náchylnost k zarušení

S počítačovou evolucí 21. století se průměrné domácnosti začaly zaplňovat množstvím elektronických výrobků, které vyzařují velké množství elektromagnetického šumu. Když si vezmete malé středovlnné rádio a přiblížíte jej prakticky ke kterémukoli el. spotřebiči, který je v provozu, uslyšíte šum a rušení. Nejvíce elektromagnetického šumu překvapivě produkují ethernetové routery a switche. Dalším výrazným rušitelem je jakákoli televize.

Vzhledem k tomu, že běžný stereo broadcast se roztahuje na poměrně širokém pásmu, je velmi náchylný k zarušení. Navíc stylem, jakým je demultiplexován, se ve stereo módu už se prakticky rušení nedá z případné nahrávky dostat. Mono, vzhledem k jeho úzkopásmové povaze lze podstatně hůř zarušit domácími spotřebiči, které navíc ruší na velkém rozsahu.

Další výhody souvisí z užším pásmem, proto se jim pověnuji jen krátce.

Výhoda č. 5 – Lepší pokrytí se stejným výkonem

Tato výhoda opět souvisí z úzkopásmovým přenosem signálu. Díky tomu, že se veškerá energie nosné použije na užší pásmo, je tedy vyzářeno z větší intenzitou. I když toto nemám ověřeno v praxi. Teoreticky by to však možné být mělo, podmínkou je však nejen úzkopásmové vysílání, ale i úzkopásmový příjem.

Výhoda č. 6 – Lze se vlézt do menších mezer mezi stanicemi

Toto se jeví jako docela zásadní výhoda ve větších městech, kde najít jedinou volnou frekvenci pro nízkovýkonové vysílání je velmi obtížné až nemožné. Pro stereo vysílání je totiž doporučený spacing 300 kHz z každé strany vysílací frekvence. U mono si ale vystačíme se 100 kHz, což už není až tak nerealizovatelné.

Poslední výhodou je sice „taková blbost“, ale i to má zde své místo:

Výhoda č. 7 – Menší náchylnost k přebuzení

Mnozí z vás kteří už zkoušeli něco málo s Belkinem jistě víte, že když se to přehnalo z hlasitostí, začalo vypadávat stereo. To je způsobeno překročením maximálního rozsahu. Přijímač už prostě v té změti nenašel pilotní tón. To se u mono ovšem nestane. Přestože dojde na přijímači ke zkreslení, toto zní úplně běžně jako například přebuzení zesilovače pro reproduktory. Není to tedy zase až tak hrozné.

Tak to bude nejspíš vše co mě napadlo. Může toho být klidně víc, možnosti jsou takřka neomezené. Najít ovšem takový vysílač, který by skutečně vysílal kvalitně, to je někdy skoro práce pro detektiva.

Ať si tedy zvolíte mono či stereo, to o co skutečně jde, je obsah. Vysíláte-li mluvené slovo, mono je pravděpodobně pro Vás. Proto je někdy lepší zapracovat nejdřív na obsahu a pak se teprv vrhnout na všechny ty technické nesmysly a nezaseknout se ani na jednom. :-)

Přeji Vám proto mnoho zdaru s FM vysíláním.

73!
Ondra

(Napsáno pro Pira.cz)

Diskuze