Proč měřit modulační parametry?

Rozhlasové vysílání se mj. řídí technickými normami, jejichž dodržení je nezbytné pro zajištění technicky kvalitního poslechu a vyloučení vzájemného rušení mezi vysílači pracujícími na blízkých frekvencích. V současné době se nezdá, že by analogové FM vysílání bylo na ústupu. Počet nově spouštěných analogových vysílačů u nás i ve světě, stejně jako opouštění nerentabilních digitálních technologií, mluví o opaku. V takové situaci vzrůstá potřeba kontroly modulačních parametrů. Přestože tato stránka slouží spíše jako ukázka, není pochyb o tom, že cestu si sem najdou i provozovatelé vybraných rozhlasových stanic.

Pro zjednodušení se v tomto textu nebudeme zabývat otázkami, zda má neustálé spouštění nových dokrývacích vysílačů nějaký smysl, zda je obsah vysílání vůbec něčím přínosný, nebo zda přidělování kmitočtů probíhá v souladu se zákonem, dobrými mravy a zdravým rozumem. Každý, kdo se trochu pohybuje v oboru, má už dávno jasno.

Přehled modulačních parametrů

Frekvenční zdvih (frequency deviation) je absolutní maximum rozdílu mezi frekvencí nemodulované nosné vlny a okamžitou frekvencí signálu. Frekvenční zdvih je základním parametrem frekvenční modulace (FM). Některé dokumenty zavádějí vhodnější pojem špičkový zdvih (peak deviation) ve stejném významu. Špičkový zdvih FM rozhlasového vysílání v pásmu 87,5-108,0 MHz nesmí překročit hodnotu 75 kHz (v USA se někdy zdvih měří v procentech, přičemž 100 % = 75 kHz, preferováno je ale použití jednotky kHz, vždyť hmotnosti, délky, teploty a jiné veličiny také neměříme v procentech).
Měření probíhá kontinuálně v intervalech dlouhých 50 ms (bez mezer). Hodnoty špičkového zdvihu zjištěné v každém časovém intervalu jsou ukládány do paměti. Na základě toho je možné sestrojit histogram frekvenčního zdvihu a graf kumulativního rozdělení frekvenčního zdvihu (jde o různé zobrazení stejných dat). Taková reprezentace naměřených dat má mnohem větší vypovídací hodnotu než prosté zobrazování maxima za určitý časový interval. Umožňuje také najít specifické technické problémy či porovnávat naměřené výsledky, včetně třeba míry komprese dynamiky zvuku (viz obr.).

Max at: Nejčastější hodnota frekvenčního zdvihu.
MIN: Minimální hodnota frekvenčního zdvihu. Prakticky se jedná o zdvih způsobený pilotním tónem (pokud je vysílán) s malým vlivem signálu RDS.
% above 77 kHz: Poměrný čas výskytu frekvenčního zdvihu nad stanoveným limitem. Mez 77 kHz je zvolena s ohledem na toleranci měření zdvihu. Hodnota do 3 % není důvodem ke znepokojení, neboť může být způsobena např. výskytem slabého impulzního rušení nebo mnohacestným šířením. Výraznější rušivé vlivy jsou měřicím přístrojem detekovány a měřené hodnoty jsou po dobu jejich trvání zahazovány. Překročení hodnoty 3 % je v ČR interpretováno jako přemodulování.

Úroveň pilotního tónu a signálu RDS - V případě stereofonního vysílání anebo vysílání služby RDS platí i pravidla pro frekvenční zdvih způsobený těmito složkami modulačního signálu. Hodnota frekvenčního zdvihu, způsobeného samotným pilotním tónem, by měla ležet v rozsahu 6,0 až 7,5 kHz. Doporučená hodnota je 6,8 kHz. V případě nižsí hodnoty "vypadává" stereo příjem již při nepatrném snížení kvality příjmu, v případě vyšší hodnoty zůstává stereofonní příjem zachován i při méně kvalitním příjmu, což má za následek zvýšený podíl šumu v reprodukci. Výraznější odchylka od doporučené hodnoty způsobuje také zhoršení separace kanálů.
Obdobně je stanovený rozsah přípustných hodnot zdvihu pro signál RDS, který je 1,0 až 7,5 kHz. Normou doporučená hodnota je 2,0 kHz, ta je však nedostatečná při vysílání dynamického PS. Nejčastěji je u nás používána hodnota okolo 3,0 kHz. V této souvislosti je třeba dodat, že rozhlasové přijímače s možností automatického přeladění mezi více frekvencemi jedné stanice využívají jako měřítko kvality příjmu také kvalitu signálu RDS. Nastavením úrovně signálu RDS na vysílači lze tedy současně nastavovat práh, kdy přijímač vyhodnotí příjem jako nevyhovující a pokusí se o přeladění na jinou frekvenci dané stanice.

Fázový rozdíl pilotního tónu a signálu RDS - Pro pilotní tón 19 kHz a subnosnou RDS 57 kHz je daný vzájemný fázový vztah 0 nebo 90 stupňů s tolerancí +/- 10 stupňů. Nedodržení této podmínky je poměrně časté, zřejmě z toho důvodu, že existuje jen málo přístrojů schopných přímo měřit tento parametr. Důsledkem je drobná neefektivita využití zdvihu a možnost zhoršené separace kanálů. Vzhledem k tomu, že přenos RDS je založen na změnách fáze subnosné, platí pro měření fázového rozdílu rovnost 90 stupňů = -90 stupňů.

Modulační výkon (modulation power) - Relativní výkon nesený modulačním signálem, není zde žádná souvislost s výstupním výkonem vysílače, zato je tu silná souvislost s mírou komprese dynamiky zvuku.
V oblasti rozhlasového vysílání se velmi rozšířilo zpracování zvukového signálu modulačními procesory. Tato zařízení měla zpočátku pouze zabraňovat překračování maximálního přípustného frekvenčního zdvihu 75 kHz. Postupně se ale dospělo do stavu, kdy modulační procesory zásadním způsobem mění původní charakter zvukového signálu, přičemž se využívá velmi silná komprese dynamiky, která vede k subjektivně hlasitější reprodukci. Tím ovšem narůstá rušení kmitočtově blízkých stanic. Uvádí se, že vzhledem ke stále rostoucímu počtu vysílačů se toto rušení stalo významné a je proto třeba jej omezit. Omezení spočívá ve stanovení maximálního relativního výkonu modulačního signálu integrovaného přes určitý čas.
V České republice do roku 2011 nebylo omezení modulačního výkonu zavedeno. Setkávali jsme se proto se stanicemi, které se vzájemně předháněly v hlasitosti vysílání až do extrémů, jejich modulační signál měl již blízko k obdélníkovému průběhu, zvuk byl výrazně zkreslený, bez dynamiky a připomínal spíše kontinuální proud hluku. K úpravě zvuku se někdy aktivně využívá dokonce i ořezávání kompozitního signálu (MPX), a to je docela čuňárna, neboť bez ohledu na rozšířené mínění má ořez MPX signálu sloužit pouze při situacích havarijního charakteru jako poslední ochrana před překračováním zdvihu, protože na zvuku vždy nadělá více škody než užitku.
Na druhou stranu původní normou navržené omezení modulačního výkonu na 0 dBr je v dnešních poměrech nesmyslné. Sice může zachovat věrnost zvuku, ale dnes téměř nikdo neposlouchá v klidné místnosti na špičkové aparatuře a se zaručenou kvalitou příjmu. Rozumné omezení leží někde v rozsahu 3 až 5 dBr. Hodnotu 3 dBr mají například Švýcaři. Čili zavedení omezení modulačního výkonu je určitě vítané, ale na hodnotu, nad kterou existuje všeobecná shoda, nikoli na hodnotu, která je výsledkem špinavé politiky a lobbistických zájmů.
V České republice je nyní bohužel stanoven limit modulačního na hodnotu 0 dBr (s tolerancí +0,2 dBr), přičemž až 10 % času může být tato hodnota překročena, nikdy však nesmí přesáhnout 1,5 dBr. Doba měření alespoň 15 minut.

Radio Data System

Je poměrně málo stanic, které vysílají všechny klíčové prvky RDS podle normy. Důsledkem jsou pak zejména problémy při mobilním příjmu, kdy nefunguje automatické přelaďování mezi vysílači jedné stanice nebo funguje neočekávaným způsobem, kdy je lepší jej vypnout. Vina ovšem není na straně vysílací technologie, nýbrž na straně provozovatele vysílání. Příčinou chyb bývá nevědomost, lhostejnost i s tím související snaha stlačit provozní náklady na úplné minimum.

Přehled častých chyb v nastavení RDS na straně vysílače:

Obecně je nejtragičtější situace na městských dokrývačích, kde se tyto chyby hojně vyskytují. Často se zde také setkáme s výpadky modulace či šumem v modulaci zásluhou nedbalého zajištění příjmu modulačního signálu. Vlivem mnohdy i několikanásobné retranslace je kvalita zvuku při stereo poslechu silně degradována a RDS funguje špatně, třebaže dokrývač je přijímán v plné síle. Na městské dokrývače se totiž obecně kašle. Důležité je, aby jejich frekvence byly zabrány, aby se mohl zahrát tyjátr před obchodními partnery, ale tyto dokrývače, resp. kvalita jejich technického zajištění, poslechovost nedělají.

Odkazy

http://www.phobosaudio.cz/documents.html
Achieving Maximum Loudness.pdf


(C) Pira.cz 2012