Radio FM, ¿hay futuro?

1992/02/01 Otaolaurretxi, Jon Iturria: Elhuyar aldizkaria

• Irudiak/Soinuak

Sin embargo, antes de comenzar a mencionar estas ventajas, es conveniente indicar brevemente el funcionamiento de los sistemas AM y FM. En ambos sistemas se utilizan ondas electromagnéticas para la radiodifusión, modulando la amplitud y la frecuencia de una de ellas. Tanto una como otra utilizan una onda electromagnética “portadora” para enviar señales de radio desde la emisora hasta el receptor. La diferencia es codificable. Al igual que cualquier otra onda, los electromagnéticos tienen frecuencia (número de vibraciones por segundo en los hertzios) y amplitud. La modulación consiste en modificar uno de estos parámetros en la onda portante.

Sistema AM

La mayoría de las emisoras actuales utilizan el sistema FM para la radiodifusión. ¿Hasta cuándo?

Cuando se modula la amplitud (en el sistema AM), la onda emitida se modula intensidad. Por ejemplo, la señal de sonido contenida en el micrófono induce tensiones eléctricas y la onda se modula en función de las variaciones de dichas tensiones eléctricas.

Las transmisiones del sistema AM son las más antiguas y técnicamente fáciles de conseguir. Ocupan una banda de frecuencias bastante estrecha, pero reciben muchos parásitos e interferencias. Las interferencias son debidas a todo lo que produce la onda electromagnética (lámparas fluorescentes, motores eléctricos, instalaciones eléctricas de automóviles, etc.). Por otro lado, a medida que se aleja del emisor se debilitan. Sin embargo, la emisión en am se escucha en el receptor de radio pero llena de parásitos.

Además, la presencia de parásitos en el sistema AM hace que el sonido que se recompone en los receptores tenga sólo frecuencias de 50 a 6.000 Hz y la capacidad de la audición humana de entre 20 y 20.000 Hz. Por tanto, se pierden principalmente los tonos altos del sonido.

Sistema FM

En el sistema en el que se modulará la frecuencia o FM quedan subsanados los siguientes errores. Aquí se modifica la frecuencia de la onda en función de las variaciones de tensión producidas por el sonido. La potencia de la onda emitida se mantiene constante y es más fácil transmitir las señales sin que se produzca la influencia de los parásitos.

La distancia entre la emisora y el receptor tampoco influye en la calidad del sonido que se oye si el receptor se encuentra en el recinto receptor. En teoría, las emisiones de FM se oyen muy bien o no se oyen. Esto es algo habitual en los receptores de automóviles. Cuando estás escuchando bien, la palabra se va. Además, en la fase de onda portante, la calidad de la transmisión puede verse afectada a veces, sobre todo cuando está a punto de pasar a cero.

Sin embargo, debido a que las frecuencias de fm son mucho mayores que las de am, se transmite un sonido más completo, es decir, abarcando todo el rango que abarca el oído humano entre 20 y 20.000 Hz. Además, en una frecuencia mayor se puede emitir una segunda onda portadora (o “subejemplar”) para transmitir un sonido estereofónico.

Hoy en día FM es el único sistema que permite escuchar correctamente el sonido, pero basta con accionar el sintonizador del receptor para darse cuenta de que hay demasiadas emisoras. Al tratarse de una banda estrecha de frecuencias para FM, los emisores se encuentran muy próximos entre sí y un emisor produce ruidos a su vecino. Por ejemplo, cuando viajas en coche, es difícil escuchar un programa durante todo el viaje (si es algo largo) con buena calidad. Para ello habría que aumentar la potencia de las emisoras actuales o añadir más repetidores. Sin embargo, el repetidor necesita una nueva frecuencia, ya que no puede emitir en esa misma frecuencia, lo que satisface aún más la banda de frecuencias ya llena.

CI o radiodifusión numérica

En radiodifusión numérica, estos obstáculos AM y FM son fácilmente superables. En este sistema no se afecta ni a la amplitud ni a la frecuencia. Se tiene en cuenta la existencia o no de señal. Es como un morse.

Además, las técnicas numéricas (o digitales) son cada vez más utilizadas en la producción y grabación de programas. Es interesante por tanto tener digitalizados las grabaciones, emisoras, transmisiones y receptores (toda la cadena desde la creación y emisión de sonido hasta la escucha en casa), obteniendo así la calidad de los discos compactos láser.

El CCETT (Centre commun d’etudes de télédifusion et télécommunications) de Rennes (Bretaña) ha preparado un sistema de estas características. Bautizada como DAB (Digital Audio Broadcasting) o difusión sonora numérica.

En este sistema, si es una onda portante, no se le modula ni amplitud ni frecuencia. La señal se codifica en numeración binaria y es una sucesión de “0” y “1” (0” = sin señal y “1” = si hay señal). De esta forma la distancia o el entorno del receptor no distorsionan. Aunque la onda es muy débil o parasitaria, si el receptor la identifica, reconstruirá el mensaje en alto y limpio.

Para codificar el sonido numéricamente hay que actuar como para grabar discos compactos. El sonido hay que dividirlo de alguna manera (unas 48.000 partes por segundo) y se mide cada parte. Cada parte o muestra es medido por un convertidor analógico/digital. Es decir, mide la tensión en voltios y da el resultado en números binarios.

El convertidor es una balanza para pesar. Los pesos que se colocan en el plato de la balanza pasan a ser fragmentos de voltios en lugar de kilos. Indica el “peso” que ha utilizado el conversor en cada medida. Los “pesos” están escalonados en las remodelaciones completas del número 2. La tensión es de 107 milivolts, por ejemplo, con números binarios da “1101011” indicando si hay potencias de 2 6 a 2 0 o no. Primero está “1”, por lo que hay que contar 26. Luego está “1”, por lo tanto también 2 5. A continuación se indica “0” por lo que no hay 2 4, etc. Por eso al final tenemos: 2 6 + 2 5 + 0 + 2 3 + 0 + 2 1 + 2 0 = 107. Para codificar nuestro número 107 hemos utilizado siete “pesos” o bits y para medir valores superiores es necesario utilizar más bits.

Utilizando ocho bits, los valores de 0 a 255 se pueden dar con el salto unitario. Se dice que la señal se ha codificado con una precisión de 1/256. Sin embargo, si se usaran más bits se obtendrían mayores precisiones.

Esta precisión se refiere a la relación señal/ruido, que normalmente se da en decibelios en los aparatos hifi. La aplicación en decibelios se realiza multiplicando el logaritmo decimal de la precisión por 20. Utilizando 8 bits en nuestro ejemplo se obtienen unos 48 decibelios. En discos compactos utilizan 14 bits y la precisión es de 1/32768. En decibelios, 90,3 (por eso los fabricantes de aparatos de audio dicen que la relación señal/ruido es “superior a 90 dB”).

Sin embargo, en este intento de mejorar la precisión y la calidad del sonido, la radio tiene sus limitaciones en cuanto al número de señales que se pueden transmitir. Al igual que el disco compacto, para la transmisión del programa estereofónico por el sistema numérico, se deberían emitir 768.000 bits dos veces por segundo (768 kilo-bit por canal). Codificados en 16 bits (14 en codificación y 2 en control) se debería pesar y emitir 48.000 muestras. Técnicamente esto se puede hacer, pero sólo un emisor debería quedarse con toda la banda de frecuencias y la red quedaría inmediatamente llena.

La señal de audio se envía como señal eléctrica en sistemas AM o FM de estudio a emisora. La onda portadora transmite las señales modulando la amplitud o frecuencia. El receptor desmodula estas ondas para que la señal de estudio se reconstruya lo mejor posible sin percusión. En radiodifusión numérica, el sonido se mide 48.000 veces por segundo. (1) es un muestreo. Cada muestra tiene un número de 16 bits (compuesto por 0 y 1 signos). Cada columna de 16 bits representa la amplitud de una muestra (2). De esta tabla se obtiene otra, en la que se indica la distribución del sonido por frecuencias. El espectro audible de hasta 24.000 hercios se divide en 32 ranuras de 750 hercios (3) y sólo se mantienen los bits correspondientes a los sonidos audibles. Esta selección da una secuencia numérica llamada Musicam trama (4). La emisora emite esta trama en “paquetes” de 256 bits, codificados de nuevo con otros 256 bits. El mensaje así emitido está protegido por pérdida de información durante la transmisión. Cada uno de estos 512 bits se convierte en una señal básica. Un codificador combina estas 512 señales formando una onda compleja para que luego se transmita como una radioonda (5). La onda recibida por el receptor se envía al decodificador (6). Descompone la onda y emite las señales básicas 512 formando 256 bits (7). Otro deco “descomprime” la parte de tramas, dando un cuadro de amplitud (8). Finalmente, el convertidor digital/analógico constituye la onda sonora (9). Entre el sonido emitido por la emisora y el escuchado en el receptor apenas se aprecia diferencia.

Nota: Para ver esta foto puedes ir al pdf.

Intentando comprimir las señales

El trabajo más importante de CCETT consiste en reducir o “comprimir” el número de señales emitidas en la radiodifusión numérica sin dañar la calidad del sonido. Para ello han partido de dos temas. Por un lado, las señales numéricas abarcan todos los sonidos recogidos por los micrófonos del estudio y, por otro, el oído humano no puede recibir todo tipo de sonidos. El oído humano se limita a las frecuencias comprendidas entre 20 y 20.000 Hz y aunque recibe dos sonidos consecutivos con un intervalo de centésimas de segundo, los siente como un solo sonido. Cuando recibe a la vez dos sonidos, uno de alta intensidad y otro de baja intensidad, tan sólo distingue al sonido, ya que el otro ha quedado disfrazado. En otras palabras, los investigadores del CCETT saben que a pesar de eliminar muchos tipos de señales, el oyente puede recibir un sonido de la misma calidad.

Por lo tanto, el trabajo más difícil que tienen ahora los ingenieros es la realización de un “compresor” electrónico que elimine los datos innecesarios (y sólo éstos). Sin embargo, en sus investigaciones han obtenido resultados sorprendentes: ¡el 85% de la información codificada es inútil! Por ello, el compresor bautizado como “Musicam” reduce el conjunto de señales de audio de 768 kbit/s a 128 kbit/s, manteniendo siempre la calidad del sonido frente a los discos compactos.

En una reunión celebrada en Estocolmo se reunieron cerca de sesenta profesionales de muy buena audición, que al escucharse la música grabada con Musicam, crearon en directo y apenas apreciaron diferencias respecto a lo escuchado.

También se puede decir que manteniendo la misma calidad de sonido en los discos compactos, se puede arreglar grabando hasta seis veces menos señales. Es decir, que el disco compacto con una hora de grabación puede tener una duración de seis horas.

Sin interferencias

En la radiotransmisión numérica los parásitos son fácilmente descartados, pero en este trabajo existen sus limitaciones. Normalmente son las ciudades las que presentan mayores dificultades, ya que al reflejar las ondas de radio en los edificios se producen parásitos.

Al igual que en la óptica, en función de la disposición y distancia entre edificios, se producen fenómenos de adición o sustracción de ondas. Si la onda de emisión y la reflejada están en fase, la amplitud se duplica, pero si están en oposición la amplitud se elimina. Además de estos dos casos extremos, por supuesto, se dan todos los casos intermedios. Por eso en las ciudades hay zonas en las que no se puede oír la onda, ya sea numérica o no. Esto se manifiesta claramente en el coche.

Sin embargo, esta interferencia sólo se produce en una frecuencia determinada en cada lugar de los edificios. Si hubiera ondas de dos frecuencias diferentes, no habría interferencias. Por eso quieren que en la radiodifusión numérica se utilicen varias frecuencias en lugar de una sola frecuencia. Separadas de forma que se eviten interferencias, existirían varias subcorrientes de onda. La información de una frecuencia se repetiría en la otra frecuencia, y si se perdiera todo el uno se obtendría la información completa.

La implantación de la radiodifusión numérica requerirá de un nuevo equipamiento para estudios.

Otra ventaja es que, a pesar de tener muchos repetidores, un emisor concreto siempre se puede tomar en la misma frecuencia. En radiodifusión numérica, el repetidor puede recibir y emitir señales en la misma frecuencia. Por un lado, la banda de frecuencias no se llena y por otro, la potencia de las emisoras puede ser menor. Pero quizá la principal ventaja, sobre todo para los receptores de radio de los automóviles, sea que sólo se utilice una frecuencia para todo el territorio que ocupa cada emisora de radio.

¿En el futuro qué?

En Francia este sistema está probado en Rennes y se espera que para 1995 se extienda a toda Francia. Para ello aún tienen que miniaturizar los circuitos integrados de descodificación de programas en los receptores, de manera que los aparatos sean de tamaño similar a lo que se ha hecho hasta ahora.

Dicen que la radiodifusión numérica estará muy extendida dentro de diez años. Inicialmente competirá con el sistema FM y durante un tiempo ambos permanecerán juntos. Después, como sucedió con el disco simple y compacto de música, prevalecerá el numérico. Y es que además de la función de la radio en la actualidad, también asumirá otras. El receptor de audio se convertirá en terminal de ordenador y la letra de la canción que está escuchando se podrá leer en pantalla. También se podrá imprimir la letra.

Otras opciones son poder ver en pantalla fotos y mapas junto con la noticia que se está emitiendo por radio, traducir programas extranjeros, etc.