Qu'est ce que la modulation de fréquence ?
L'émission en modulation de fréquence (FM) utilise une onde radio d'amplitude constante, dont la
fréquence varie dans une faible proportion appelée excursion. Cette variation de fréquence
est obtenue à partir du signal de modulation (BF) et varie avec l'amplitude et le fréquence du signal
de modulation, elle est appelée l'excursion
Une émission en modulation de fréquence est caractérisée par:
- La fréquence d'émission
- La puissance d'émission
- L'excursion
En radio diffusion l'excursion est limitée à 75Khz.
Relation entre la puissance émise et la portée d'un émetteur
Voici une des données les plus difficile à appréhender, car elle va dépendre essentiellement
de la hauteur des antennes, de la puissance émise, de la sensibilité du récepteur, et surtout
du relief du terrain.
La station de radiodiffusion ne peut maîtriser que la hauteur des antennes et la puissance émise.
Par puissance émise il faut entendre la puissance apparente rayonnée (PAR) qui est le résultat
de la puissance nominale de l'émetteur, de la perte dans le câble reliant les antennes, et du gain
des antennes.
Pour le récepteur de l'auditeur, l'élément déterminant, sera l'intensité du
champ dans lequel se trouve l'antenne de son récepteur. Elle peut s'exprimer en fonction de la puissance
disponible en cet endroit.
La puissance reçue par notre auditeur peut se calculer en fonction de la puissance émise, la fréquence
d'émission, la distance entre l'auditeur et l'émetteur:
Ou Pr est la puissance reçue en watts, Pe la puissance PAR en watts, f la fréquence en mégahertz,
d la distance en mètres entre l'émetteur et le récepteur.
Par exemple un émetteur de 1Kw PAR sur 100Mhz à 10Km donne une puissance reçue de 0.00000008W.
Un calcul qui ne sera pas détaillé ici, permet de convertir cette puissance en valeur de champ reçu
ce qui donne un champ d'environ
65 dBµV ce qui sera tout à fait confortable.
Il faut noter que la puissance reçue décroît comme le carré de la distance, ce qui signifie
que si l'on souhaite doubler la puissance reçue à un endroit donné, ou ce qui revient au même
la portée utile d'une émission, il faut multiplier la puissance apparente rayonné par 4.
L'excursion de fréquence
Lorsque l'auditeur se situe dans une zone de réception confortable, c'est de l'excursion que dépend
le niveau sonore qui sortira du récepteur pour un réglage de volume constant.
Le diffuseur aura donc intérêt à moduler au maximum, pour offrir à son auditeur, un
niveau d'écoute important.
Toutefois la réglementation impose de ne pas utiliser une excursion supérieure à 75Khz, pour
éviter la gêne aux émissions de fréquence voisine. Il faut aussi savoir que les récepteurs
ne peuvent pas admettre une excursion trop importante et que ceci se traduit par de la distorsion.
On se trouve devant la nécessité d'utiliser au mieux les 75Khz d'excursion disponible en y mettant
le maximum de modulation.
Voici trois exemples de modulations relevés en réel sur trois radios différentes.
Ce graphique montre une excursion dépassant fortement les 75Khz. Le résultat sera une distorsion
importante sur certains récepteurs et une gêne sur les fréquences voisines. Son auteur peut
s'attendre à un rappel à l'ordre du CTR et à ce que les auditeurs se détournent rapidement
suivant la qualité de leur récepteur.
Ici, les pointes de modulation donnent de la distorsion avec en plus un phénomène de sifflantes important
et gênant. Pour les mêmes raisons que précedemment le CTR risque d'intervenir, et les auditeurs
de se fatiguer.
Ce relevé correspond à un signal pratiquement parfait techniquement et auditivement. Il fidélise
l'auditeur.
L'étude de ces trois graphiques permet de constater:
- Le premier signal est compressé avec un traitement de son destiné à la radiodiffusion, mais
est surmodulé. La modulation moyenne se situe aux alentours de 105Khz. Certains récepteurs et auditeurs
ne vont pas aimer.
- Le deuxième signal , est obtenu sans traitement de son ou avec un simple compresseur de sonorisation.
La modulation moyenne se situe aux alentours de 95Khz et donnera un son fort mais avec des distorsions. L'auditeur
potentiel risque de se lasser rapidement. Le CTR réagira un jour ou l'autre.
- Le signal du bas est obtenu avec un traitement de son destiné à la radiodiffusion, et est modulé
correctement. C'est lui qui garanti dans tous les cas la meilleure écoute. La différence de niveau
sonore par rapport aux deux signaux précédents est infime et largement compensée par le confort
d'écoute.
Une étude approfondie de ces graphiques permet d'analyser le travail des processeurs de son, et d'améliorer
leur fonctionnement. Ceci nécessite des moyens de mesure et reste l'affaire d'un spécialiste.
Petite astuce:
Beaucoup de radios ont des problèmes pour respecter la limite de modulation à 75Khz. Si vous disposez
d'une table avec un Vumètre de pré-ecoute à leds, brancher un tuner directement sur une entrée
ligne. Sur le tuner, régler des mémoires sur des fréquences de station réseau et bien
entendu une mémoire sur votre fréquence.
En basculant de l'une à l'autre vous pourrez observer votre modulation sur le Vumètre et comparer
par rapport aux réseaux qui sont généralement bien réglés. Ceci doit se faire
fader baissé, en pré-écoute, avec même réglage de gain d'entrée. En aucun
cas il ne faut se fier au niveau sonore à l'écoute.
Avec un peu d'attention on peut en observant le Vumètre retrouver une agitation des leds correpondant aux
graphiques ci-dessus.
Qu'est ce que la PAR?
La PAR (puissance apparente rayonnée) est le résultat de la puissance sortant de l'émetteur,
diminuée de la perte dans le câble d'antenne, et multipliée par le gain des antennes.
Les techniciens utilisent comme unité de gain ou de niveau de signal le décibel (dB).
Suivant le cas, gain, niveau de signal, puissance, ce n'est pas le même décibel !!!
Alors qu'est ce qu'un décibel ? Monsieur de La Palisse répond: "C'est le dixième d'un
Bel" . Nous voilà bien renseignés…
Le Bel, donc le décibel exprime le rapport de deux grandeurs de même nature. Mais pour corser le tout,
on utilise le logarithme du rapport de ces valeurs. Cela permet par la suite de procéder à des additions
plutôt que des multiplications, c'est plus simple non?
le gain en puissance se calcule avec 
le gain en
tension se calcule avec 
Donc si l'on néglige les pertes dans le câble (vous avez bien sûr un câble et des connecteurs
d'excellent qualité) et connaissant le gain des antennes, on va pouvoir calculer la PAR avec une table de
logarithmes décimaux (car il y a aussi des logarithmes népériens) (voir calculette scientifique
ou bonne vieille règle a calcul)
L'émetteur délivre 100W
Antenne:
1 dipôle gain 0 dB
facteur de multiplication 1 PAR:100W
2 dipôles gain 3 dB
facteur de multiplication 2 PAR:200W
4 dipôles gain 6dB
facteur de multiplication 4 PAR:400W
8 dipôles gain 9 dB
facteur de multiplication 8 PAR:800W
Miracle, à part le prix des antennes cela ne coûte rien !!!
Peut -on mettre autant d'antennes que l'on veut?
Réponse de normand "p'tet ben qu'oui, p'tet ben que non".
Si la zone à couvrir est plate sans relief, on peut aller jusqu'à 8 dipôles.
Si la zone est faiblement accidentée, 4 dipôles fonctionneront très bien
En zone de montagne deux dipôles seront le maximum.
En effet le gain de l'antenne est obtenu par compression du faisceau rayonné. On peut faire une analogie
en comparant le faisceau rayonné à un ballon. Dans le cas d'un dipôle le ballon n'est pas écrasé,
mais plus on ajoute des dipôles plus on écrase le ballon.
La réception de la FM
On peut recevoir la FM sur différents types de récepteurs:
- Un autoradio
- Un récepteur transportable (transistor, baladeur)
- Une chaîne HI FI
Dans l'un ou l'autre cas les résultats seront différents, à cause de la sensibilité
de ces différents types d'appareils. Les autoradios sont plus sensibles que les chaînes HI FI prévues
pour fonctionner avec une antenne extérieure.
Les récepteurs FM sont basés sur le principe du superhétérodyne à changement
de fréquence. Cela signifie que le signal reçu par l'antenne dans la bande 88 à 108Mhz est
converti en signal à fréquence intermédiaire (FI) à 10.7Mhz, et c'est sur cette FI
que va s'effectuer la restitution du signal sonore.
Pour cela le signal FI est amplifié au maximum par un étage appelé limiteur. Il a pour effet
de supprimer les variations de niveau du signal reçu et de supprimer les parasites éventuels. Toutefois,
si le signal reçu par l'antenne est insuffisant, le limiteur ne pourra pas jouer son rôle efficacement.
Ensuite le signal est démodulé dans un circuit spécial appelé discriminateur qui peut
être une boucle à verrouillage de phase dans les récepteurs modernes.
Trois cas peuvent se présenter:
- Le signal reçu est suffisant pour que le limiteur joue parfaitement son rôle: le signal démodulé
est parfait, il n'y a pas de parasites, pas de variation du niveau de sortie BF, l'image stéréo est
parfaitement restituée.
- Le signal reçu est un peu faible: le niveau BF diminue, du souffle apparaît pouvant aller jusqu'aux
parasites, l'image stéréo est amoindrie.
- Le signal reçu est encore plus faible, le souffle augmente, les parasites sont importants, la stéréo
peut disparaître.
Que faire?
La seule solution dans le cas d'une mauvaise réception est d'augmenter le niveau de signal reçu.
Il faut donc disposer d'une antenne bien dégagée, en ajoutant si besoin un préamplificateur
d'antenne, bien que celui-ci ne soit pas la panacée universelle.
Il faut encore signaler lors de la réception en intérieur, sur un récepteur portable avec
antenne télescopique, que la position de l'antenne et du récepteur peut avoir une grande influence
sur la qualité du signal reçu à cause des réflexions du signal.
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