FM-Stereo

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Unter FM-Stereo versteht man das analoge Übertragungsverfahren für stereophone Signale zur Übertragung über frequenzmodulierte Sender, wie sie im UKW-Band (Radio) zum Einsatz kommen. Das Verfahren ist in der ITU Empfehlung BS.450 (englisch Transmission standards for FM sound broadcasting at VHF) festgelegt.[1] Die Stereotonübertragung bei analogem terrestrischen Fernsehen bei Zweikanalton und bei AM-Stereo unterscheidet sich von dem hier erläuterten FM-Stereo für UKW-Radio.

Allgemeines[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Eine der Hauptforderungen für das FM-Stereo-System war eine volle Kompatibilität mit Monogeräten, weshalb die naheliegendste Möglichkeit, für jeden Tonkanal einen Sender zu verwenden, ausschied.

Spektrum eines FM-Stereo-Signals vor der Modulation auf den Träger

Stattdessen wird das Pilotton-Multiplexverfahren (FM MPX) verwendet. Somit besteht das Basisbandsignal aus drei Teilen:

  • Das Summensignal aus linkem und rechtem Kanal (L+R) im Basisband.
  • Das Differenzsignal aus linkem und rechtem Kanal (L−R) wird nach dem Verfahren der Amplitudenmodulation mit unterdrücktem Träger auf einer Frequenz von 38 kHz, die dem Sender aufmoduliert wird, übertragen.
  • Zusätzlich wird noch ein 19-kHz-Signal, der sogenannte Pilotton, aufmoduliert. Er dient den Empfängern zur Erkennung des Stereosignals und zur Demodulation des Differenzsignals und wird später durch einen Kerbfilter entfernt. Manche Geräte bieten diesen Filter zusätzlich ausdrücklich als sog. MPX-Filter zuwählbar an.

Dieses Basisbandsignal als Summe wird direkt mittels Frequenzmodulation im UKW-Band übertragen.

Die Frequenz des Pilottons beträgt genau die Hälfte der Frequenz des unterdrückten Trägers für das Differenzsignal:

Der Pilotton mit 19 kHz wird als Ersatz für den unterdrückten 38 kHz Träger gesendet. Er benötigt nur max. 10 % des gesamten Modulationshubes des UKW-Senders und damit viel weniger, als bei direkter Übertragung des Trägers mit 38 kHz erforderlich wäre. Dies erhöht zwar den Aufwand für die Kodierung und Dekodierung, aber nur so erhält man einen guten Signal-Rauschabstand des NF-Signals (ein auf „Mono“ geschalteter Empfänger erreicht fast die gleiche Signalqualität wie bei einem gleich starken Mono-Sender).

Spektrum eines FM-Stereo-Signals mit Erweiterungen um RDS, DirectBand und Audos

Auf der Empfängerseite erhält man im Stereodecoder den Träger zur Gewinnung der Differenzsignale von linkem und rechtem Kanal durch Frequenzverdopplung. Für eine gute Stereo-Trennung muss ein möglichst geringer Phasenfehler zwischen dem Pilotton und 38-kHz-Träger im Decoder eingehalten werden.

Die Signalverarbeitung erfolgt analog zur Dekodierung von MS-Stereofonie: Mit Hilfe von Summierschaltungen im Stereodecoder werden nach der Gewinnung des Summen- und Differenzsignals die Signale für den linken und rechten Kanal gebildet:

(L + R) + (L − R) = (2) L
(L + R) − (L − R) = (2) R

Ein Mono-Empfänger gibt alle Signale wieder; Das Differenzsignal ist aufgrund seiner hohen Frequenz unhörbar und auch der Pilotton wird von den meisten Menschen wegen der Frequenz nahe der Hörschwelle und seinem geringen Schalldruckpegel nicht wahrgenommen.

Spektrum eines deutschen FM-stereo-Senders mit RDS

Mit dem ARI-System, bzw. dessen Nachfolgesystem, dem Radio Data System (RDS), wurde ein weiterer Unterträger auf 57 kHz eingeführt, der zur Übermittlung von nicht akustischen, digitalen Informationsdaten mit niedriger Bandbreite wie dem Sendernamen verwendet wird. Je nach Radiostation und Senderegion befinden sich über den RDS-Träger noch zusätzliche weitere Dienste wie bis 2012 im nordamerikanischen Raum DirectBand auf Unterträger von 67,65 kHz mit einer Bandbreite von 9 kHz. DirectBand wurde zur digitalen Ausstrahlung von mobilen Daten von Softwareunternehmen wie Microsoft genutzt.

Geschichte[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Stereodecoder Blockschaltbild TDA7040 (PHILIPS NXP Semiconductors, 1986)

In Deutschland hatte sich bereits die Reichs-Rundfunk-Gesellschaft (RRG) versuchsweise mit der Produktion von Stereosendungen befasst. In Fortsetzung dieser Tradition nahm der Sender Freies Berlin in der Mitte der 1950er-Jahre dieses Thema wieder in Angriff und strahlte ab dem 26. Dezember 1958 versuchsweise Stereosendungen aus. Bei den ersten Versuchen wurden die für die beiden Lautsprecher des Rundfunkhörers bestimmten Modulationen noch über zwei getrennte UKW-Sender ausgestrahlt und mit zwei normalen Empfangsgeräten empfangen. Die Versuche fanden großes Interesse bei den Berliner Hörern. Man war sich aber von vorneherein darüber klar, dass endgültig nur ein Verfahren in Frage kam, bei welchem ein einziger UKW-Kanal benutzt wird, dessen Trägerfrequenz doppelt moduliert wird.

Für diese Doppelmodulation gab es eine Reihe von Vorschlägen amerikanischer und europäischer Fachleute. Gegen Ende der 1950er-Jahre setzten verstärkt Bemühungen ein, in Europa einheitliche Normen für die Ausstrahlung stereophoner Sendungen zu schaffen. Die Technische Kommission der Europäischen Rundfunkunion (EBU) gründete eine Arbeitsgruppe, die unter Beteiligung von Experten des Rundfunks, der Postverwaltungen und der Industriefirmen aus einer Reihe europäischer Länder die technischen Fragen der Rundfunk-Stereophonie theoretisch und experimentell studierte und die verschiedenen vorgeschlagenen Verfahren auf ihre Eignung prüfte. Es ging dabei vor allem um zwei Probleme: Erstens um die Vermeidung des Übersprechens, das heißt die möglichst gering zu haltende gegenseitige Beeinflussung der beiden Modulationskanäle, und zweitens um die Mono-Kompatibilität. In der Bundesrepublik wurden die zur Lösung dieser Probleme erforderlichen Untersuchungen vom Institut für Rundfunktechnik (IRT) in Zusammenarbeit mit den Rundfunkanstalten, der Bundespost und der Industrie durchgeführt.

Als bestes Verfahren erwies sich bis heute das von den US-amerikanischen Firmen General Electric und Zenith Electronics Corporation entwickelte, in diesem Artikel oben beschriebene „Pilotton-Multiplexverfahren“, das schließlich 1962 von der EBU als Norm empfohlen und in den meisten Ländern Westeuropas eingeführt wurde.

Einzelnachweise[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

  1. BS.450 : Transmission standards for FM sound broadcasting at VHF. Internationale Fernmeldeunion, abgerufen am 9. Februar 2013.