Hitem roku 2015 v ČR je mono. V současnosti už je kompletně monofonní jedna komerční celoplošná stanice, několik malých vysílačů privátních stanic, velký počet lokálních vysílačů Českého rozhlasu, těsně před spuštěním je další monofonní vysílací síť stejného provozovatele a dosažené výsledky po očku sledují i jiné soukromé stanice. Co je k tomu vede?

1. Monofonní vysílání na FM - důvody, chování přijímačů

1.1. Proč je mono opět v kurzu?

Že stanice z vlastního rozhodnutí omezí stereofonní vysílání, jsme v jednom z našich článků předpovídali už v létě roku 2012, v souvislosti s chystaným zavedením limitu modulačního výkonu 0 dBr, ke kterému došlo o pár měsíců později. Uvádím to hned na začátek jako doklad toho, že mezi zavedeným limitem modulačního výkonu a přechodem části stanic na monofonní vysílání je zcela zřejmá kauzalita, tedy že tento přechod není nějakým výstřelkem nebo překvapením, nýbrž logickým a předvídatelným důsledkem legislativního omezení modulačního výkonu ze strany ČTÚ.

Omezením modulačního výkonu na hodnotu 0 dBr došlo ke zhoršení odstupu signálu od šumu při příjmu FM rozhlasu i o více než 10 dB. Tím se znatelně zkomplikoval příjem rádia v okrajových oblastech pokrytí, dále též příjem za jízdy a příjem na přijímače s prutovou anténou uvnitř budov i v oblastech považovaných za kvalitně pokryté. Ve starší literatuře lze nalézt minimální požadavky na přijímací anténu a úroveň signálu pro nerušený stereofonní příjem. Tyto požadavky jsou dnes splněny už jen ve zlomku případů. Skutečnost, že stereo ještě donedávna hrálo všude doslova jen na kus drátu, není v žádném případě důsledek náhlé neplatnosti fyzikálních zákonů, nýbrž zásluha zpracování zvuku v moderních modulačních procesorech a s tím souvisejícího vyššího modulačního výkonu. Vinou rozhodnutí ČTÚ je tomu konec.

Je všeobecně známo, že při monofonním vysílání lze dosáhnout přijatelné kvality příjmu i v podmínkách, kdy je stereofonní příjem pro velký podíl šumu nemožný. Podrobnější pojednání o důvodech, proč tomu tak je, přesahuje rozsah tohoto článku, proto jen ve stručnosti:

Obr. 1 - Spektrum MPX signálu.

Nejprve je třeba se podívat na spektrum modulačního signálu (MPX) stereofonního vysílání. V této podobě jej najdeme na modulačním vstupu vysílače nebo za demodulátorem v přijímači. Nejnižší frekvence, do 15 kHz, obsazuje součtový zvukový kanál. Součtový proto, že obsahuje prostý mix levého a pravého zvukového kanálu. Důvodem tohoto řešení je zejména kompatibilita s monofonními přijímači, které umí přehrát právě jen součtový kanál. Na subnosné 38 kHz je pomocí amplitudové modulace s potlačenou nosnou přenášen rozdílový kanál, vzniklý odečtením pravého kanálu od levého. Stereofonní přijímač si pomocí jednoduchých operací levý a pravý kanál zase dekóduje zpět, s využitím nezbytné synchronizace na pilotní tón 19 kHz.

Obr. 2 - Vliv šumu při slabém příjmu.

Z teorie FM modulace plyne, že šum při příjmu narůstá spolu s demodulovanou frekvencí. Při monofonním příjmu je reprodukován pouze součtový kanál, který je zatížen šumem méně než kanál rozdílový (viz obr. 2). Svou roli hraje i fakt, že rozdílový kanál má dvojnásobnou šířku pásma oproti součtovému, výkonová spektrální hustota užitečného signálu je zde menší, avšak šum pěkně sbíráme z celého kanálu. Poměr signál/šum je tedy v tomto kanálu vždy podstatně horší. Stereofonní dekodér tento šum rozdělí do levého a pravého zvukového kanálu ve stejné intenzitě, ale s opačnou fází. Tento fakt dále přispívá k rušivému vjemu, neboť šum je subjektivně rozprostřen v prostoru, přichází jakoby "ze všech směrů", kvůli čemuž je hůře maskován vlastním zvukovým signálem.

1.2. Chování přijímače na hranici příjmu

Na hranici příjmu, tedy na okraji pokryté oblasti, kde již intenzita signálu neumožňuje plnohodnotný poslech, se přijímače chovají rozdílným způsobem. Provozovatel rozhlasového vysílání chce obvykle dosáhnout uspokojivých výsledků na všech typech přijímačů.

Rozhlasové přijímače si z tohoto pohledu můžeme rozdělit do tří skupin:

• Čistě monofonní přijímače
• Stereofonní přijímače bez možnosti včasného přepnutí na monofonní příjem
• Stereofonní přijímače s možností včasného přepnutí na monofonní příjem

Jednotlivé skupiny si rozebereme podrobněji:

Čistě monofonní přijímače neobsahují dekodér stereo, při příjmu stereofonního vysílání jsou schopné reprodukovat pouze součtový kanál, a to bez ohledu na kvalitu příjmu.

Stereofonní přijímače bez možnosti včasného přepnutí na monofonní příjem jsou všechny přijímače, kde příjem nelze jednoduchým způsobem ručně přepnout na mono a kde automatika přepíná na mono až ve chvíli, kdy už je míra šumu v reprodukci neakceptovatelná. Často bývá automatika nastavena tak, že přijatelně fungovala v době, kdy nebyl omezen modulační výkon, stanice vysílaly "hlasitěji" a šum byl tudíž ještě dobře maskován vlastním zvukovým obsahem. Přínos monofonního vysílání je u těchto přijímačů na hranici pokrytí natolik zřetelný, že je z dalších úvah již můžeme vynechat.

Stereofonní přijímače s možností včasného přepnutí na monofonní příjem umožňují snadno manuálně přepnout na monofonní příjem nebo přepínají automaticky ještě než začne být poslech příliš rušen šumem. Většina novějších autorádií dovedla tento proces k dokonalosti. Při slábnoucím příjmu, kdy začíná narůstat šum v reprodukci, nejprve přijímač plynule zavádí řízený přeslech mezi levým a pravým kanálem, jakési částečné mono. Jinými slovy postupně utlumuje rozdílový kanál, který je zatížen šumem mnohem dříve než kanál součtový. Při dalším slábnutí příjmu, kdy se objevuje šum i v součtovém kanálu, přijímač začíná plynule omezovat reprodukci vysokých tónů, čímž dochází i k potlačení šumu. Je-li příjem ještě slabší a stanice se zcela utápí v šumu, přijímač plynule snižuje hlasitost reprodukce. Tímto postupem se značně rozšiřuje oblast pokrytí stanic, tedy oblast, kde poslech není provázen nepříjemným rušením.

2. Výhody monofonního vysílání při limitu modulačního výkonu 0 dBr

Smyslem omezení stereofonního vysílání je vypuštění těch složek modulačního signálu (MPX), které se v přijímači nepřeměňují na zvuk buď vůbec a nebo jen omezeným způsobem. Dílčí výkony těchto složek se samozřejmě do výsledného limitu započítávají, čímž zbývá méně prostoru pro užitečný zvukový signál, dostáváme horší odstup signálu od šumu a menší pokrytí. Nyní budeme trochu počítat, přece jsme na technickém webu. Pokud se nechcete zatěžovat výpočtem, klidně přeskočte na kapitolu 2.3.

2.1. Zvýšení hlasitosti vypuštěním pilotního tónu

Vypuštění pilotního tónu je zajímavé mimojiné z toho důvodu, že pilotní tón se nijak nepodílí na výsledné hlasitosti vysílání. Slouží pouze k synchronizaci stereodekodéru v přijímači, ovšem nese určitý výkon, o který je nutné snížit výkon vlastního zvukového signálu.

Výpočet je celkem triviální, je však potřeba si trochu osvěžit školní znalosti. Jistě všichni znáte následující vzorečky pro výpočet odporu, resp. výkonu:

R = U / I

a

P = U . I

Pro sdělovací techniku, kde se nepracuje s hodnotami proudů, potřebujeme ten třetí, nejdůležitější vzorec, který se paradoxně obvykle neučí, no dá se z předchozích dvou lehce odvodit, a sice:

P = U ² / R

Prostě výkon roste s druhou mocninou napětí. Jasně, vždyť to není nic nového.

A teď už v rychlosti:

Frekvenční zdvih pilotního tónu je dle normy 6,8 kHz. Jeho relativní výkon tedy můžeme spočítat třeba jako 6,8 ² = 46. (Komu to není jasné, ať si zdvih představí jako napětí ve Voltech, odpor o hodnotě 1 Ohm a výsledný výkon ve Wattech. Jde nám jen o nalezení poměru výkonů, takže nás nezajímají jednotky ani převod na efektivní hodnoty napětí.)

Celkový výkon, který máme k dispozici, je dle definice určen výkonem sinusového signálu, který vyvolá zdvih 19 kHz. Takový výkon odpovídá požadovanému limitu modulačního výkonu 0 dBr. V praxi ovšem nelze držet vysílání přímo a trvale na limitu, protože jednak by to znělo divně, ale hlavně by tam nebyla žádná rezerva a žíznivé hlídky ČTÚ by hned měly plné ruce práce. Také jsme dosud neuvažovali výkon signálu RDS, který pár desetin dBr "sebere". Řekněme, že se tedy pohybujeme v průměru na -1,5 dBr. To je fér, ne? Hlavně je to dost blízko realitě. Takový relativní výkon generuje sinusový signál se zdvihem 16 kHz. A už se chýlíme ke konci:

Celkový výkon, který je k dispozici pro zvukový signál, pokud nevysíláme pilotní tón: 16 ² = 256

Výkon, který je k dispozici pro zvukový signál, pokud vysíláme i pilotní tón: 256 - 46 = 210

Rozdíl v decibelech: 10 * log (256 / 210) = 0,9 dB

Vypnutím pilotního tónu tedy vznikne prostor, který dovolí zvýšit hlasitost asi o 1 dB, při stejném modulačním výkonu. To je možná trochu překvapivě málo, ale pozor, tím ještě nekončíme.

2.2. Zvýšení hlasitosti vypuštěním rozdílového kanálu L-P

Rozdílový kanál se na výsledné hlasitosti podílí stejně jako hlavní kanál součtový. Zdánlivě tedy jeho vypuštěním nic nezískáme. Jenže pozor, to platí jen pro stereofonní přijímač. Monofonní přijímač rozdílový kanál nezpracovává a energie v něm obsažená je potom zbytečně vyplýtvaná. Teď si jistě řeknete, co sem zase pletu nějaký monofonní přijímač, když všechny vaše přijímače hezky umí stereo. Je to prosté. Celou dobu tu řešíme chování přijímače, který se nachází na hranici příjmu, a v takovém případě je poslech monofonní. Kdo už to zapomněl, honem si znovu přečíst kapitolu 1.2. Dále samozřejmě platí, že vypneme-li pilotní tón, nemá žádný smysl přenášet signál v rozdílovém kanálu L-P, protože bez pilotního tónu je tento kanál pro jakýkoli přijímač nezpracovatelný.

Rozdílový kanál je to, co dělá poslech skutečně stereofonní, neboť informace v něm přenášená popisuje okamžitý rozdíl mezi levým a pravým kanálem. Čím více energie nese rozdílový kanál, tím více je zvuk subjektivně rozprostřen do prostoru. V rozhlasové praxi i v nahrávacích studiích se postupně ustálil poměr mezi součtovým a rozdílovým kanálem na hodnotě zhruba 1 / 0,8. Tento poměr je modulačními procesory udržován, přestože na jeho vstupu může být zrovna odlišný. Říká se tomu optimalizace stereofonní šířky báze. Jedná se o poměr napěťových úrovní. My ale pracujeme s výkonem, je tedy třeba tento poměr umocnit na druhou:

1 ² / 0,8 ² = 1 / 0,64

Takže je to zase podobný postup:

Výkon součtového kanálu před vypuštěním rozdílového kanálu: 1

Celkový výkon, který máme k dispozici: 1 + 0,64 = 1,64

Rozdíl v decibelech: 10 * log (1,64 / 1) = 2,1 dB

Pouhým vypuštěním rozdílového kanálu (např. "monofonizací" zdroje zvukového signálu již ve studiu) lze zvýšit hlasitost vysílání při monofonním příjmu až o 2 dB, při stejném modulačním výkonu.

2.3. Shrnutí

Přechod na monofonní vysílání umožní zvýšit hlasitost (dynamiku, odstup signálu od šumu) celkově o 3 dB (u stanic mluveného slova méně). To je navýšení, které lze již sluchem dobře poznat, na hranici příjmu obzvláště. Hlasitost je poté srovnatelná s hlasitostí stereofonního vysílání při limitu modulačního výkonu +3 dBr, což je hodnota, kterou považuji za téměř optimální. To je jeden z důvodů, proč za daných legislativních podmínek považuji přechod na monofonní vysílání za přínosný, samozřejmě pokud to není v rozporu s programovou náplní vysílání. K tomu se dostaneme hned vzápětí.

Výhody a nevýhody přechodu na monofonní vysílání lze shrnout do následující tabulky

Za nevýhodu monofonního vysílání, která však souvisí s obsluhou přijímače, nikoli se zvukovou reprodukcí, lze považovat absenci indikace příjmu stereo. Ta je posluchačem mnohdy chápána obecněji jako indikátor správného naladění stanice. Jedná se však o dočasný nedostatek, za kterým je pouze zvyk z doby, kdy ještě byly všechny stanice stereofonní, a který s jistotou odezní s přechodem dalších stanic na monofonní vysílání :o)

3. Mono versus obsah vysílání

Zatímco doteď jsme si víceméně vystačili s kalkulačkou, při hodnocení vlivu monofonního vysílání na programový obsah a subjektivní kvalitu vysílání se dostáváme do oblasti, kde vstupují do hry individuální preference každého posluchače a kde občas vládnou i silné emoce (dle mého názoru zbytečně).

Především je třeba odmítnout tvrzení, že na FM přichází "doba monofonní". Většina stanic zřejmě na monofonní vysílání nikdy nepřejde. Nelze přijmout ani názory, že přechod části stanic na monofonní vysílání je krokem zpět, úpadkem, výsměchem, ostudou, diletantstvím, technickým odpadem, návratem na stromy apod. U stanic mluveného slova je přechod na monofonní vysílání naopak žádoucí, neboť u nich nemá stereo žádný význam. Spíše je s podivem, že všechny takové stanice nebyly monofonní odjakživa, zjevně to při vyšším modulačním výkonu nebylo potřeba řešit. Předmětem sporu zůstávají stanice tzv. hudební.

Zádrhel je v tom, že prosté rozdělení na stanice mluveného slova a na stanice hudební hází všechny hudební stanice do jednoho pytle. Přitom je velký rozdíl, zda poslouchám rádio kvůli plnohodnotnému hudebnímu zážitku nebo jen jako zvukové pozadí, nanejvýš kvůli melodii a slovům. Nároky na reprodukci jsou v těchto případech zcela odlišné a spousta stanic je jasně vyprofilována buď jedním nebo druhým směrem. Stereofonní vysílání původně vzniklo jako doplněk (nikoli náhrada!) k monofonnímu vysílání pro stanice se specifickým obsahem vysílání, jako snaha přiblížit poslech hudby (příp. divadelní hry) skze rádio živému poslechu, zkrátka vytvořit iluzi, že se nacházím přímo před pódiem. Stanic, které cílí na skutečný hudební požitek, je dnes jen několik, a kromě nezbytného stereofonního vysílání je vhodná i patřičně vybavená poslechová místnost. Kdo dnes ještě něco takového provozuje a udělá si na to čas? Mainstreamová hudební produkce je nahrávaná ve stereu spíše jen pro samotný efekt umělého prostorového "roztáhnutí" než že by prostorová lokalizace měla nějaký umělecký podtext či alespoň vztah ke skutečnosti.

Lze snad pociťovat jako významnou újmu "monofonizaci" stanice, jejíž náplň vysílání tvoří ohraný normalizační popík, kapely jako Kryštof nebo Chinaski, ü-vol-ně-ný "zpěvák" Hrůza a jiné hrůzy, prokládané hlášeními "agentů"? Ačkoli nemohu a ani nechci mluvit za všechny posluchače tohoto koktejlu, nemyslím si, že důvodem poslechu je právě touha po hudbě v původním slova smyslu. Ba co víc, taková představa mi přijde absurdní. Nároky na reprodukci se zde spíše blíží stanicím mluveného slova, což je ještě podtrženo většinově používanými přijímači a prostředím poslechu.

Nelze zkrátka jednoznačně prohlásit, že preference prokazatelně lepšího pokrytí nad stereofonní reprodukcí je úpadkem kvality. Může to být klidně i naopak. Konečná volba je zejména na provozovateli. Je to on, kdo by měl mít největší zájem vyhovět posluchačům a zhodnotit přínos případných změn. Pokud se vydám se na procházku internetovými diskuzemi, nelze si nevšimnout, že největšími kritiky monofonních stanic jsou ti, kteří tyto stanice stejně nikdy neposlouchali. Úsměv na rtech pak budí pisatelé, kteří vítali limit modulačního výkonu v očekávání lepší kvality zvuku a teď situaci hodnotí ještě ostřejšími výrazy než před zavedením limitu :o)

4. Závěr

Hlavní příčinou přechodu na monofonní vysílání je zavedení limitu modulačního výkonu v roce 2012, který v některých případech minimálně, v jiných případech výrazně zmenšil oblast nerušeného příjmu. Pro stanice, u kterých je to z hlediska programové skladby smysluplné, je monofonní vysílání efektivní způsob, jak zlepšit kvalitu pokrytí. Přechod na monofonní vysílání primárně není návratem do starých časů a žádný provozovatel z přechodu na mono není nadšený. Řešit je potřeba příčinu, nikoli následek. Kvalitu českých rádií ani vkus většinového posluchače nepozvedneme opětovným rozsvícením indikátoru "STEREO".