1ELECTRONICA radio-grfica

ESTEREOFONIAY MULTIPLEXAJE

DE AUDIO ENTELEVISION

Introduccin

A pesar de los avances evidentes que ha alcan-zado la tecnologa de la televisin, an seguimosutilizando el estndar desarrollado en la dcadade los 40s por el Comit Nacional de Sistemasde Televisin, mejor conocido por sus siglas eningls: NTSC.

Y no obstante las prestaciones que se le hanaadido a esta serie de normas, hasta mejorarde manera sustancial la calidad de las imgenesobtenidas, existe un punto despus del cual laseal recibida llega a su lmite y ya no es posibleincrementar ms la resolucin y fidelidad de lasmismas. No es el caso del audio, el cual ha pasa-do de ser una simple frecuencia monofnica aun sistema de transmisin de audio multiplexadoen estreo. Qu es este mtodo y cmo se llevaa cabo dentro de un receptor de televisin mo-derno, es precisamente de lo que nos ocupare-mos en este artculo.

ESTEREOFONIAY MULTIPLEXAJE

DE AUDIO ENTELEVISION

Leopoldo Parra Reynada

Aunado a los avances en losreceptores de TV color, como laintegracin del control remoto,funciones y despliegue de datosen pantalla, cinescopios planos ycada vez ms grandes, efectosdigitales en pantalla, etc., seencuentra la estereofona. Cmofue posible el manejo electrnicode una seal de audio con doscanales sin alterar el estndarNTSC? De ello hablaremos en elpresente artculo.

2 ELECTRONICA radio-grfica

Un repaso a la seal deaudio convencional

Para ubicarnos en el tema del audio en televisin,y notar claramente las diferencias que existenentre el audio monofnico tradicional y la trans-misin en estreo, hagamos un rpido recor-datorio de la forma en que se incorpor el audioen el sistema original de televisin NTSC.

Cuando se cre el formato NTSC, los dise-adores del sistema tuvieron que considerar unacuestin tcnica que poda causar ciertos pro-blemas en el manejo de las frecuencias: el espec-tro sonoro que es capaz de escuchar el hombre,el cual va de los 20 Hz hasta los 20,000 Hz; si aeste ancho de banda se le trata de manejar deforma directa, causara serias interferencias conla seal de imagen. Veamos.

En figura 1 podemos apreciar unas grficasen las que se muestra el espectro audible y elespectro correspondiente a la seal de video; esclaro que si se montara directamente el audioen la informacin de video, el sonido ocuparauna zona insignificante aunque podra interferircon las seales de baja frecuencia del propiovideo y, por consiguiente, afectara la calidad dela imagen obtenida en el punto de recepcin.

Esto es especialmente crtico, debido a quelas bajas frecuencias de video son las que repre-sentan grandes reas dentro de la imagen (uncielo azul despejado, una pared de un solo color

de fondo, etc.); en este caso, el audio enviadoen banda base podra ocasionar que el tono deestas reas cambiara siguiendo la amplitud delsonido, lo que obviamente se traducira en unaimagen muy desagradable.

Ante ese panorama, la informacin de audiose coloc en un punto del espectro donde nointerfiriera con el ancho de banda del video, que-dando modulada de tal forma que ocupara la zo-na inmediatamente superior en frecuencia a lainformacin de imagen (figura 2); esto es, se mo-dul en frecuencia (FM) con una portadora de4.5 MHz y con un ancho de banda de 0.5 MHz, loque significa que en su extremo inferior el audioapenas toca el lmite de 4.25 MHz del video y ensu parte superior alcanza como lmite mximo4.75 MHz.

Combinadas las informaciones sonora y deimagen, el conjunto est listo para enviarse hacialos circuitos de transmisin y, por ltimo, a laantena emisora, de la cual viaja por medio deondas electromagnticas hasta las antenas re-ceptoras de los televisores ubicados en el reade alcance de la estacin.

Como ya sabemos, la seal recibida por la an-tena es sintonizada por el bloque respectivo, elcual la expide en forma de frecuencia intermediay, dentro del bloque del mismo nombre, se filtray demodula de tal forma que a su salida se tieneseparada la informacin de video y la de audio,para entonces dirigirse cada una a sus procesoscorrespondientes.

A su vez, la seal de audio monoaural reci-be un proceso que en realidad es muy sencillo.En la figura 3 se muestra el diagrama a bloques

Figura 2

Figura 1

Amp Espectro de la banda de audio

Amp

20 Hz 20.000 Hz

Frec.

Banda de audiodentro de la seal de video

4.25 Mhz

Frec.

A

B

Amplitud

Informacin de video

4.5 Mhz

Informacin de audio

Frecuencia

4.75 Mhz4.25 Mhz

Seal de video NTSC original, con la informacinde imgen extendindose desde 0 hasta 4.25 Mhzy el audio montado en una frecuencia de 4.5 Mhz.

3ELECTRONICA radio-grfica

de una etapa de audio monoaural incluida en untelevisor en color tpico: un Samsung modeloTC9895TB (Chasis CKA50V). Puede ver que laseal proveniente del sintonizador entra por laterminal 9 de IC101 (LA7520), el cual es un cir-cuito integrado donde se llevan a cabo las fun-ciones de FI, deteccin de video y deteccin deaudio, de tal modo que en su terminal 5 ya seexpide procesada la seal de audio monoauralque se recibi, junto con la imagen. Observe queesta seal se dirige hacia una configuracinamplificadora formada por dos transistores tipoNPN, en donde se le da la amplificacin final yse enva hacia un transformador de acoplamien-to, en cuyo secundario encontramos, finalmente,la bocina que transforma la seal elctrica enondas sonoras.

Es evidente la sencillez del sistema de audiomonoaural. Veamos ahora las adaptaciones quetuvo que sufrir el componente de audio paraaceptar la incorporacin del sonido estreo yalguna otra informacin adicional.

Audio estreo mltiplex (MPX)en la televisin moderna

A pesar de que durante casi 30 aos el audiomonoaural cumpli satisfactoriamente con losfines para los que fue creado, en la dcada delos 80s las compaas transmisoras y los fabri-cantes de televisores plantearon la posibilidadde incluir la modalidad de audio estereofnicoen los receptores de TV.

De este modo, los integrantes del NTSC sereunieron con diversos fabricantes de televi-sores a nivel mundial y con las principales cade-nas televisoras de Estados Unidos y de otros pa-ses (como Japn, tambin afiliado al NTSC), paraque de comn acuerdo se rediseara el formatoque habra de incluir la transmisin del audioestreo y, de ser posible, algunos otros datosadicionales.

Como resultado, se decidi utilizar la tcni-ca de audio mltiplex estreo, lo cual llev arepartir el ancho de banda disponible para latransmisin del audio, de manera que pudieraincorporarse la informacin de un segundo canalsin que se perdiera compatibilidad con los recep-

Figura 3

L 17

1L

104

R 1

1110

00C1

1322

pFN

PO

R11

022

00

C603

.01

R60

210

00Z6

014.

5Mhz

filter

C608

47pF

C601

27pF

L601

1.0N2

20

R60

122

0

C105

.00

1

R61

033

0 R611

2700

+

C656

10F

R61

410

00

.5v

C606

.00

1O60

1KS

C233

0Ya

udi

o ou

tD

601

1N41

4843

.3v

O60

2KSC

2330

Ya

udi

o ou

t

R61

568

k

C654

10

FR

616

150k R6

0956

0C6

07.00

1

500v

# R61

312

k1w

12.3

v2

# R61

218

01w

2

117v

160V

C655

4.7

F16

0v

C657

3.3

F# T6

0111

21.

3PA

11 1PA

11W

601

8z3

C114

27O

pF

17 9.8

V4.

1V4.

1V

1821

2019

2827

1125

54

22

23

2324

71

626

3015

1629

1214

1013

98

R10

715

00

C104

.00

1

R10

810

00C1

0701

510

0v

R10

215

00

C151

.47F

VR10

1AG

C DE

LY10

k

C652

4.7

F

C110

5pF

NPO L1

05

C604

27pF

N22

0(.0

01)

R60

622

00

C602

.01

R60

722

0Z6

024.

5Mhz

Filte

rC1

0806

863

v

R60

356

C651

220

F11 12

.3v

11 12.3

v C65

310F

R60

856

00

C605

.02

2

R17

727

00

R11

827

0L2

021.

0

Z201

4.5M

hzFi

lter

3.6V

3.6V

3.6V

2.8V

2.8V

4.1V

4.1V

11.7

V4.

6V4.

2V

8.3V

6.9V

2.1V

.2V

3.5V

3.5V

5.6V

2.8V

4.7V

7.3V

11.7

V2.

7V2.

8V5.1V

# IC10

1LA

7520

VIF-

SIF

4 ELECTRONICA radio-grfica

tores existentes. Esta tcnica se inspir en elformato que se sigue hasta nuestros das para elmanejo de las seales de radio FM-estreo, conel cual seguramente est usted familiarizado. Decualquier manera, como recordatorio, en la fi-gura 4 se muestra grficamente en qu consistedicho proceso.

En esta figura encontramos, alrededor de lafrecuencia de modulacin, una banda (R + L) quecombina el sonido de los canales derecho (R, porright) e izquierdo (L por left); a continuacin deesta banda se observa una frecuencia nica a laque se le denomina piloto, y todava ms allencontramos otra banda de frecuencias dondenuevamente se han combinado las seales de loscanales L y R, pero ahora como una resta (L - R).

Bajo tales circunstancias, si una personaposee un receptor FM monofnico, simplementese recupera la primera banda de frecuencias ypor la nica bocina del radio salen combinadosambos canales de audio (L + R). Pero si posee unreceptor estreo, el aparato podr detectar si una

estacin de FM est transmitiendo en estreo,con slo localizar la seal del piloto; si no la en-cuentra, significa que dicha estacin slo trans-mite en monoaural; pero si el piloto existe, lgi-camente se debe a que la transmisin es estereo-fnica (y entonces pueden recuperarse amboscanales).

Para llevar a cabo el proceso de recuperacinde audio estreo, se recupera (demodula) de for-ma independiente la seal (L - R) y se hace pasarjunto con la seal (L + R) a travs de una matrizde suma y resta (figura 5). Determinamos, al mo-mento, que de la suma de ambas seales se ob-tiene tan slo la seal del canal izquierdo (L), yque la resta de las mismas da como resultadoslo la seal del canal derecho (R). Mediante estesencillo mtodo es posible transmitir una sealestereofnica, guardando una total compatibi-lidad con los receptores que no son capaces demanejar dos canales de audio independientes.

Ahora bien, el mtodo que se aplica en televi-sin para conseguir la transmisin del audio enestreo es bsicamente el mismo; en efecto, pue-de advertir en la figura 6 que inmediatamente alos costados de la frecuencia de portadora de 4.5MHz, se encuentra la informacin de los canalesde audio izquierdo y derecho combinada porsuma (L + R), extendindose hasta una frecuenciade 15 KHz; y en la frecuencia de 15.734 KHz (fre-cuencia H), encontramos una seal portadoraque sirve como piloto.

En un televisor con audio estreo, al sinto-nizarse un canal y, por ende, al demodular el au-dio, un circuito especial monitorea la presenciade la seal piloto; si la detecta, interpreta queese canal enva su seal con audio estereofnicoincluido, en cuyo caso lo indica al usuario por

Figura 5

Figura 4

L+R L-R L-R

LPF

HPF Demod

+

-

L

R

Matriz

Amp.

Amp.

Portadora Piloto

L+R L-R L-R

19 Khz

38 Khz

Frec.

Estacin FM-estreo

Amp.

5ELECTRONICA radio-grfica

medio de un LED o un despliegue en pantalla,de modo que sea l quien decida si desea escu-char el sonido en estreo o en monofnico (hayreceptores de TV que al detectar el piloto, de for-ma automtica se colocan en modo estreo);en cambio, si en una estacin de televisin nose detecta dicha seal piloto de 15.734 KHz, esindicacin de que el audio que se recibe tan sloes monofnico.

Arriba de la seal piloto se encuentra la infor-macin de los canales izquierdo y derecho, ytambin estn combinados no por suma sino porresta (L - R). Al pasar ambos conjuntos de infor-macin [(L + R) y (L - R)] por un circuito que lassuma y por otro que las resta (figura 7), se obtieneen la salida por un lado la seal del canalizquierdo y por otro la del derecho.

Una vez recuperados ambos canales, cadauno se maneja de la misma forma en que seprocesa una seal monoaural comn, la cual sefiltra, amplifica y enva a los altavoces respec-tivos para su salida en forma de ondas sonoras.

Figura 6

Figura 7

Para aclarar este punto, en el apartado si-guiente analizaremos un circuito de recepcinde audio MPX estreo. Pero antes veamos en quconsiste la modalidad SAP (Second AudioProgram o programa de audio secundario), cuyaseal correspondiente se mostr en la figura 6.

Hay naciones o regiones geogrficas en lascuales viven varios grupos de poblacin quehablan distintos idiomas; por ejemplo, en elestado de California, en Estados Unidos, unelevado porcentaje de los habitantes tiene comolengua principal el espaol, lo que se convierteen una barrera que puede impedir que esaspersonas sintonicen canales en ingls.

Para enfrentar esa situacin, cuando se for-maliz el mtodo para la transmisin de TV conaudio estreo, tambin se incluy la posibilidadde enviar una segunda seal de audio distintade la principal, con el objeto de que, por ejemplo,el audio bsico se enviara en ingls, pero se pu-diera transmitir el mismo programa doblado alespaol a travs de la banda SAP. En tal caso, eltelevisor cuenta con un circuito integrado espe-cial capaz de procesar el audio MPX, lo cual sig-nifica que si el receptor capta la presencia de lainformacin correspondiente al audio secun-dario, el usuario solamente tiene que presionaruna tecla para elegir el idioma en que deseaescuchar un determinado canal.

Con ese estndar, los circuitos en el receptoractan de la siguiente manera: en primer lugar,reciben la informacin de audio que ya viene enbanda base desde el bloque de FI; buscan (y ensu caso, detectan) la seal piloto de 15.734 KHz.De ser encontrada, rastrean y demodulan labanda correspondiente a la resta de los canales

Piloto

L+R L-R L-RAmp.

Detectorpiloto

DemoduladorL-R Amp.

+

-

Amp.

Po

tenc

ia

L

R

50

25

15

530

Monoestreo(L+R)

Estreo(L-R)

Estreo(L-R)

Second audio program

Telemetra

fH 2fH 3fH 4fH 5fH 6fH 6.5fH

15.7342 KHz 31.4684 KHz 78.671 KHz 102.2723 KHz

Frecuencia de la banda base (fH=15.7342 KHz)

6E

LEC

TRO

NIC

A radio-grfica

Fig

ura

8

A-Board

Tuner SawIf 19

20

33 28 24 12

6

28 15 16

2 3

26

25

1

7

10

3

8

4

1

8

11

13

3

2

9

10

22

+

1

11 12

-

+

14

9

5 7

2 12

3

9

12 7

5

6

4

H

H

L

L

5

4 5

VCJ1C101 AN5165K

VCA

Stereofilter

SAPDemod

NoiseDet

Pilotfilter

L+RDemod

L-RDemod

SAP/L-RSW R L

DBX

MTSIC2201 AN5819KI

2C

SDA SCL

X201

Video

Sound AGC

AiSound

IC2451 AN5285K

L

R

ON OFF

ON OFF

Off

Off

On

On

Audio TV/AV SWIC2402

Audio-Control SurroundIC2321 CXA2021S

BASSVOLTREBALSURROUND

I2C

L

R

Q 2405Q 2406

Q2403Q 2404

AudioOut

L

AudioOut R

Audio AmpIC2301 AN7147N

For NA6D Chassis

L

R

L

R

Mute

Vol

Vol

IC2304

IC2303

AidioIn

L

R

FOR NA6L chassis

V1:H

V2:L

V1:H

V2:L

AV1-L

AV1-R

AV2-L

AV2-R

AV1/AV2 SWIC3031

FOR NA6D chassis

12

6

1

3

9

1

3

9

8

14

11

VIFDET

SIFDET

A 1-7 X 1-7

A 1-8 X 1-8

X1-3 A1-3

X1-4 A1-3

SP-4

SP-1

SP-4

SP-1X-Board

5

M

A

T

R

I

X

NP

NPNP

7ELECTRONICA radio-grfica

L y R, para posteriormente pasar tanto dichaseal como la recuperada de la banda de L + Rpor la matriz de suma y resta, de donde final-mente se obtiene el audio estereofnico.

En el caso especfico de la informacin de SAP,el receptor tambin busca la seal en dichabanda de frecuencias; en caso de detectarla, loindica al usuario para que, si as lo desea ste,conmute entre el audio estreo y el SAP. Dadoque el audio SAP es monofnico, no hay ningunaseparacin de componentes.

Etapa de audio MPX estreo tpica

Como reafirmacin a lo dicho anteriormente, enla figura 8 se muestra el diagrama a bloques dela seccin de audio de un televisor Panasoniccon chasis NA6D/L, capaz de recibir e interpretarla informacin de audio MPX estreo SAP.

Notamos que la seal de TV llega a travs dela antena hasta el bloque sintonizador, dondese selecciona el canal que se desea recibir; laseal resultante se enva a travs del filtro SAWhacia el bloque FI, y en ste se demodula la infor-macin de video compuesto y se enva hacia suproceso respectivo; sin embargo, parte de estaseal a la salida del detector de VIF atraviesa unfiltro que deja pasar tan slo la banda alrededorde 4.5 MHz (componente de audio), mientras quela seal resultante, luego de pasar por un detec-tor de seal de sonido (SIF detector), es finalmen-te enviada hacia el circuito encargado del pro-cesamiento de audio.

Esta seal entra por la terminal 12 y llega has-ta un amplificador controlado por voltaje (VCA),el cual hace una funcin de AGC o amplificadorde ganancia controlada. La salida de este bloquellega simultneamente a tres etapas internas;veamos el recorrido de cada una de ellas.

En primer lugar, la seal se enva hacia unfiltro estreo, que deja pasar nicamenteaquella porcin de seal que corresponde a lasseales L + R y L - R, eliminando las componentessuperiores en donde viene la informacin deSAP; a su salida encontramos un filtro de piloto,que se encarga de detectar la seal piloto queavisa al receptor si la seal que est llegandoviene codificada en estreo o es monoaural.

Tambin llega al demodulador L + R, donde serecupera la informacin de audio monoaural (Ly R combinados), pero tambin pasa por undemodulador L - R, donde se obtiene el compo-nente indispensable para la decodificacin delsonido estereofnico. Estas dos seales lleganhasta un circuito matriz, donde se hacen las su-mas y restas necesarias para que a su salida setengan las seales de audio L y audio R que irnhacia la etapa de amplificacin de potencia.

Siguiendo otro camino de salida del VCA, en-contramos al demodulador de seal SAP, el cualrecupera exclusivamente la banda en donde seincluye el audio en un segundo idioma. Estaseal se enva hacia un switch conmutador entrela seal L - R y SAP (mismo que est controladodirectamente por el microcontrolador del tele-visor) y se enva hacia el circuito matriz. Estecircuito sabe que cuando el microcontroladorselecciona la seal SAP, debe darle prioridad aeste audio, expidindolo por sus salidas L y R,de modo que la seal estreo no interfiera conel audio secundario. Finalmente, la ltima salidadel VCA se dirige a un detector de ruido, que escapaz de cancelar la operacin del demoduladorde SAP (la seal SAP no funciona adecuadamen-te si la recepcin de la seal de TV es demasiadoruidosa), limitando al televisor a utilizar exclu-sivamente la seal de audio principal.

Las salidas L y R se envan a un circuito ampli-ficador de audio AGC, a un bloque selector deentradas (audio de sintonizador o externo) yllegan al circuito de control de audio, donde sedefine el volumen, el nivel de bajos y agudos, elbalance entre bocinas y el efecto surround (todoesto lo controla el microcontrolador, siguiendolas instrucciones del usuario); finalmente, estaseal se enva hacia el amplificador principal deaudio que le da la potencia adecuada para en-viarse a las bocinas, donde la seal elctrica setransforma en el sonido ambiente que acompaaa la seal de video.

Como pudo apreciar, este proceso es muchoms complejo que el de la etapa de audio mono-fnico; afortunadamente para el tcnico en elec-trnica, casi todos estos manejos se hacen dentrode un circuito integrado nico, lo que simplificael diagnstico y la reparacin.