Usar o clipper composto produz maior volume – Loudness:
Comparado ao clipping tradicional esquerdo/direito, o clipping composto pode fornecer mais de 2 dB's de volume extra (loudness) sem sacrificar a qualidade e dinâmica do áudio no ar.
Sinal de Piloto e RDS ocupam espaço:
Se você tem um sinal que é clipado nos canais esquerdo/direito, e depois disso é modulado em estéreo, você tem um sinal com um nível de picos fixo.
Todavia ainda precisa adicionar o sinal de piloto e RDS, que juntos requerem cerca de 13,5% do sinal total (assumindo 9% piloto + 4,5% injeção RDS).
A imagem abaixo mostra o que acontece: O sinal de áudio modulado em estéreo
(no bloco cinza), e ainda precisa adicionar o sinal de piloto e o RDS (na linha verde).
A área verde ao redor do bloco cinza é uma área que foi desnecessariamente limpa pelo clipping esquerdo/direito - se soubéssemos de antemão que o sinal de piloto e o RDS combinados estavam se movendo na direção oposta, poderia ter aumentado os limites de clipping naquele ponto.
Espaço necessário para o RDS
Modulação em estéreo:
Considere a modulação de uma forma de onda que tenha um pico, muito mais alto em um canal, do que no outro. Veja a imagem abaixo
Na imagem acima, pode se ver a linha fina que é o centro da forma de onda, a linha azul grossa é o limite de clipping, se fosse clipado, assim obteríamos os resultados que se vê na imagem no canto inferior direito.
Na 2ªimagem , se pode ver o que pode acontecer com o L-R após a modulação em estéreo.
Se o pico for curto o suficiente, este pico tem 50% de chance de ir na direção oposta.
Na imagem à direita, você pode ver o que acontece após a modulação (sem clipping), quase não há mais overshoot, então o clipping ainda não tem muito impacto.
Porem fica pior. Considere uma forma de onda que atinge um pico muito mais alto em um canal do que no outro. Veja as 2 imagens no canto superior esquerdo. A linha fina é o centro da forma de onda, a linha azul grossa é o limite de corte.
Se clipasse assim, obteria esse resultado. Muito do sinal se foi, então você terá um som muito clipado, além disso, o resultado é quase em mono. O fato de um canal ser muito mais alto que o outro não é mais visível no resultado final.
Na 3ª imagem, pode se ver os sinais resultantes. o canal esquerdo mostra o áudio demodulado após o clipping composto. Os picos são muito mais altos que o limite (threshold) e os níveis são diferentes, sendo assim o efeito estéreo é bem mantido. À direita você pode ver como fica após o clipping tradicional L/R: Muito mais áudio foi removido e o resultado é quase mono.
Então, o que fazemos quando criamos um sinal composto? Em vez de trabalhar com o canal esquerdo e direito, vamos trabalhar com os sinais L+R (apenas o som mono) e L-R
(o som estéreo), a diferença entre os dois canais). Você pode ver como esses sinais se parecem à direita, (Normalmente usamos (L+R)/2 e (L-R)/2).
Vamos primeiro verificar o que acontece na modulação estéreo. Basicamente, o sinal LR é multiplicado por uma onda senoidal de 38 kHz. O que significa que há uma boa chance de que a forma de onda resultante seja menos alta (o valor médio da amostra é 3 dB menor), e se for curto o suficiente, há 50% de chance de que a forma de onda resultante aponte na direção oposta.
Se adicionar os sinais L+R e modulados L-R novamente, o resultado será sempre o mesmo ou menor que os picos do sinal esquerdo e direito, e muitas vezes em uma quantidade substancial. O clipping desse sinal resultante terá muito menos impacto no áudio do que o clipping dos canais esquerdo e direito separados.
É assim que o sinal composto clipado e demodulado se parece no exemplo acima. Como pode ver, está muito próximo do sinal original, e a diferença estéreo não foi reduzida como foi o caso do sinal clipado esquerdo/direito.
Usando a banda lateral inferior e superior (upper sideband).
Existe ainda outra forma de deixar o som final ainda mais alto e com mais loudness sem perder a dinâmica e aplicando menos clipper.
Normalmente, a área em torno de 38 kHz é perfeitamente simétrica: as bandas laterais superior e inferior são exatamente as mesmas, apenas espelhadas. É possível transmitir apenas uma das duas bandas laterais com o dobro do nível. Irá funcionar bem na grande maioria dos receptores de FM (há algumas exceções) em radios muito antigos.
Iremos analisar, as duas bandas separadamente e quando uma delas irá produzir um pico maior que a outra,
A imagem abaixo mostra a diferença entre as duas bandas laterais.
Se alternar rapidamente entre as duas isso reduzirá bastante a quantidade de clipping que está sendo aplicado; aumentando ainda mais o volume de saída e a dinâmica.
As setas na imagem abaixo mostram qual é a banda lateral ideal para escolher nesses momentos.
Usando as diferenças da banda lateral inferior e superior
Como alguns radios antigos realmente não aceitam transmissões de banda lateral única e começarão a se misturar ao mono, temos que limitar esse efeito. Normalmente, mantemos abaixo de no máximo 10% de alteração nos valores de amostras resultantes.
Em níveis abaixo de 20%, nenhum receptor parece sofrer quaisquer efeitos negativos. E ainda ganha cerca de 1 dB de volume extra em comparação com a transmissão de um sinal perfeitamente simétrico.
A imagem mostra uma quantidade muito pequena de assimetria na parte superior da área L-R.
Nesta imagem, toda a área L-R é claramente assimétrica.
Melhorando a Recepçao de FM:
O sinal de RF que está sendo transmitido fica mais amplo, isso tende a causar problemas de recepção, especialmente em áreas periféricas e quando há problemas de recepção de múltiplos caminhos (multipatch) e potencialmente interferência em estações com frequências próximas. A ITU publicou uma recomendação (ITU-R SM.1268) na qual o sinal de RF deve ficar dentro de um nível de modulação ideal e assim evitar produzir sobremodulação (mono).
Porem quando o sinal de piloto estéreo estiver modulado e as subportadoras e RDS são adicionados, não será mais o caso.
Se transmitir fora dessa máscara, estará transmitindo em uma área onde a maioria dos receptores não estará ouvindo - eles a filtrarão, assim irá produzir distorção no áudio.
O clipper composto tem acesso a todas essas subportadoras. É por isso que, no
Stereo Tool FM, foi adicionado um excitador FM baseado em software e um analisador de espectro. Eles analisam a saída do clipper composto e ajustam os parâmetros do clipper rapidamente para forçá-lo a permanecer dentro da máscara ITU. Isso adiciona uma pequena quantidade de clipping extra, mas apenas nos breves momentos em que o sinal excede a máscara ITU.
Este filtro pode ser habilitado ou desabilitado. No Stereo Tool FM é chamado de Stokkemask (ITU-R SM.1268). No Thimeo STXtreme, Omnia.9, Omnia,9sg e Omnia.
É chamado de "limitador de largura de banda de RF".
As imagens abaixo mostram a largura de banda de RF sem o Stokkemask (ITU-R SM.1268) habilitado e com o Stokkemask (ITU-R SM.1268) habilitado.
Sem proteção de largura de banda de RF. Cada linha horizontal é de 10 dB, então os overshoots são próximos de 15 dB.
Com proteção de largura de banda de RF. O sinal nunca excede a máscara.
Efeito Produzido no som do ar!
A Thimeo afirma que o clipping é muito vantajoso para o som do ar!
Em testes realizados com quantidades extremas de clipping aplicado no ruído branco,
foi verificado que as frequências altas eram 5 dB mais altas usando o clipping composto.
Os graves e médios não se beneficiam diretamente do clipping composto, eles se eles se beneficiam do fato dos agudos ficarem fora do caminho, então eles ficam um pouco mais altos também.
Em músicas com níveis "sadios" de clipping, o efeito é menos extremo, mas ainda há uma diferença muito clara no nível de áudio e na qualidade do áudio, também na quantidade de dinâmica no áudio.
As imagens abaixo mostram em várias músicas a saída demodulada do clipping no canal esquerdo/direito, clipping composto padrão e clipping composto com assimetria entre as bandas laterais superior e inferior, processadas no Stereo Tool FM. É claramente visível que os níveis de picos são muito mais altos e portanto, a quantidade de clipping é muito menor ao usar o clipping composto, e o efeito fica ainda maior quando a assimetria é adicionada.
Escrito por:
Jorge Faria
22/07/2022
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