FREQUENTIE MODULATIE

Eigenschappen van de lange, midden-, korte en ultra korte golven

Tijdens de jaren twintig van de twintigste eeuw werden radio-uitzendingen verzorgd op de lange, midden- en korte golf. Men kwam er snel achter dat de ionosfeer de radioverbinding gunstiger maakte. Dit is een ruim deel van de bovenste atmosfeerlagen op een hoogte van 50 tot 2000 km boven het aardoppervlak. Deze laag wordt door de ioniserende werking van het zonlicht in mindere of in meerdere mate elektrisch geladen. De lange en middengolven worden weerkaatst door de onderste regionen van de ionosfeer. Aldus kunnen deze radiogolven afstanden van 1000 km en meer overbruggen.

De korte golven worden gereflecteerd door de bovenste regionen van de ionosfeer. Deze golven kunnen dan intercontinentale afstanden afleggen. Een overzicht van de 4 populaire analoge radiobanden wordt weergegeven in onderstaande tabel.

Kort voor de Tweede Wereldoorlog werd ook ontdekt dat radio-uitzendingen met hoge geluidskwaliteit mogelijk waren door de amplitudevariaties (verandering in maximum uitwijking ten opzichte van de nulstand) van het modulerende signaal om te zetten in variaties van het frequentiespectrum van het gemoduleerde signaal. Een groot voordeel was dat storingen en ruis, komende van externe bronnen zoals een draaiende motor werden onderdrukt.

Deze techniek werd omschreven als Frequentie Modulatie (FM). Men had wel een grotere bandbreedte nodig. De FM-radiogolven komen overeen met frequenties die dermate hoog zijn dat ze zich net als lichtstralen rechtlijnig voortplanten. Omdat deze signalen niet worden gereflecteerd in de ionosfeer heeft het geen zin om met zeer hoge vermogens uit te zenden.

Golflengtes kleiner dan 10 meter dringen ongehinderd door de verscheidene lagen van de ionosfeer zonder te worden teruggekaatst. Echter sommige weer- en luchtdrukomstandigheden kunnen echter er voor zorgen dat deze wel worden teruggekaatst en een goede duizend kilometer kunnen worden ontvangen.

De FM-band in het westen en het oosten

De FM band in Europa werd vastgelegd tussen 87,50 en de 108,00 MHz. In Rusland en enkele andere Oosterse landen is de FM-band bepaald tussen 65,90 MHz et 74,00 MHz en werd dit aangeduid met OIRT (Organisation Internationale de Radiodiffusion et de Télévision). Dit was een zet van de communistische regimes opdat hun onderdanen aan de grens de Westerse FM-uitzendingen niet zouden kunnen ontvangen. Oost-Duitsland was de enige uitzondering. Daar werd gebruik gemaakt van de gewone FM-band.

Sinds de val van het IJzeren Gordijn werd geleidelijk aan overgeschakeld naar de Westerse FM-band. In Japan werd gebruik gemaakt van het stuk tussen 76,00 MHz en 90,00 MHz.

Ook de plaatsing van de radiozenders werd anders georganiseerd. In Amerika bedraagt de spreiding tussen twee radiozenders steeds 0,400 MHz. Enkel in de grotere steden zoals New York zal men een spreiding gebruiken van 0,200 MHz. Omdat daar ook de frequentieband start op 87,50 MHz werden enkel de "onpare" frequenties gebruikt zoals 87,50 - 87,90 - 88,30 - 88,70 - ... In andere landen gebruikt men een spreiding van 0,100 MHz. Enkel in Oost Europa gebruikt men nog een spreiding van 0,05 MHz. Voorbeeld in Armenië is RFI te Erevan gelegen op 102,25 MHz.

Verdere eigenschappen van de FM-band

Omdat de FM-band een volledige bandbreedte van 20,500 MHz heeft, kon men de radiostations een grotere bandbreedte geven dan op de andere radiobanden. Men heeft de bandbreedte bepaald zodat het menselijk oor alle uitgezonden tonen kan waarnemen.

Om op FM te kunnen uitzenden zijn relatief weinig componenten nodig. Ook de omvang en de plaatsing van de antenne is veel eenvoudiger. Omdat de golflengte een drietal meter bedraagt is de antenne heel wat korter in vergelijking met de lange en de middengolf. Belangrijk punt is ook dat men door middel van de piloottoontechniek in stereo kan uitzenden.

Hier volgt een afbeelding van een dipoolantenne die slechts 1,5 m hoog is.

Stereo

Luisteren in stereo met twee luidsprekers werd populair tijdens de jaren 50 van de twintigste eeuw. In de Verenigde Staten liet de Federal Communications Commision (FCC) onderzoeken om stereo-uitzendingen mogelijk te maken op FM. Veertien systemen werden uitgetest in Uniontown via Radio KDKA-FM. Het systeem van General Electric en Zenith, dat praktisch identiek was, had de minste nadelen. Het werd op 24 april 1961 door de FCC aangenomen en werd overgenomen door andere landen.

Het belangrijkste was dat een stereo-uitzending ook door een mono ontvanger beluisterbaar moet zijn. Het systeem zit zo in elkaar dat de som van het linkerkanaal en het rechterkanaal (Links + Rechts) en het verschil van beide kanalen (Links - Rechts) tegelijkertijd worden uitgezonden op dezelfde draaggolf. Als men links en rechts samenvoegt, verkrijgt men een monosignaal. Dit signaal, dat wordt gemoduleerd op het stuk 0 kHZ - 15kHz, zal enkel door de mono-ontvanger worden gedemoduleerd. Het andere signaal (Links - Rechts) wordt gemoduleerd tussen 23kHz en 53 kHz. Een stereo-ontvanger zal beide signalen behandelen.

Het linkerkanaal wordt bekomen door beide signalen op te tellen en daarna te halveren.
(L+R) + (L-R) =L + R + L -R = 2L

Het rechterkanaal wordt bekomen door beide signalen van elkaar af te trekken en daarna te halveren.
(L+R) - (L-R) = L + R -L +R = 2R

Wanneer in stereo wordt uitgezonden, is het signaal wel gevoeliger voor storing. De storing kan zowel komen van reflectie, multipath storing, als storing veroorzaakt door andere nabijgelegen zenders. In mono is er detectie tussen 30Hz en 15 kHz. Bij stereo wordt er gededecteerd tussen 30Hz en 100kHz. Omdat er bij stereo een grotere bandbreedte is, is er meer kans op storing.

Pre-emphasis en de-emphasis

Stereo-uitzendingen zijn gevoelig voor ruis. De ruis gaat zich mengen met de hoge tonen. Er bestaat een techniek om de hoge tonen versterkt uitzenden. In de ontvanger worden deze dan met dezelfde hoeveelheid terug verzwakt. Het voordeel is dat een deel van de ruis ook wordt verzwakt. Deze techniek wordt pre-emphasis / de-emphasis genaamd.

In Europa en Australië wordt een pre-emphasis van 50µs toegepast. In de Verenigde Staten bedraagt de pre-emphasis 75µs. Een hogere pre-emphasis is beter om de ruis te onderdrukken maar verkleind de audio bandbreedte.

Nadeel van de twee standaarden is dat een Europees radio-ontvangsttoestel minder goed zal klinken als het wordt gebruikt in Noord Amerika en omgekeerd. In bepaalde professionele tuners kan men de emphasis selecteren tussen 50 en 75µs.

Extra: Eurosignal

Tijdens de jaren 70 en 80 was er aan het begin van de FM-band een " repeterend en elektronisch klinkend melodietje" hoorbaar. Velen hebben zich afgevraagd waarvan dit kwam en wat de bedoeling daarvan was.

Het ging om de Eurosignal-dienst, een analoge semafoondienst van de allereerste generatie. Dit systeem, ontstaan in 1973, werd gelanceerd door Deutsche Telekom. Ook België, Nederland, Luxemburg en Zwitserland bouwden een netwerk zodat de gebruikers eveneens konden worden bereikt in deze landen. De eerste generatie semafoon was een omvangrijk toestel. Het had de grootte van een dik boek. Kostprijs van het Eurosignal-ontvanger was ongeveer 40.000 BEF (1.000 €)

Tijdens de beginperiode bestonden de "boodschappen" uit gekleurde lampjes die op het toestel gingen branden. Bij een tweede generatie waren ook cijferboodschappen mogelijk. Vier signalen werden uitgezonden op frequenties tussen 87,275 en 87,500 MHz. Het repeterend melodietje dat men op de FM-band hoorde, ontstond doordat men meerdere signalen, op de verschillende smalband-frequenties maar dicht bij elkaar, door elkaar heen hoorde. De toonhoogte van het signaal bepaalde het cijfer dat werd doorgezonden.

In de jaren 90 besefte men dat het Eurosignal hopeloos verouderd was. De fabrikanten maakten geen toestellen meer, er waren steeds problemen met de frequenties en de wisselstukken voor de zendapparatuur waren nog zeer moeilijk te vinden. Op 12 augustus 1997 heeft Deutsche Telekom AG beslist om de dienst te stoppen op 31 maart 1998. De Duitsers waren toen nog de enigen die deze dienst aanboden. Er waren toen nog 90.000 gebruikers.

Met dank aan Luc Van Braekel.
Documentatie: stripheld Kuifje (c) werd gebruikt om het systeem te promoten. De twee afbeeldingen zijn een fragment van een promotiecampagne uit 1977.