FM 스테레오 - MPX 이야기

KM-60의 조정을 무사히 잘 마쳤더니 기대 이상으로 좋은 소리가 나와 저를 기쁘게 하고있습니다.
처음에는 수신상태가 엉망이어서 조정법을 하나둘씩 배우다보니 튜너에 대해 깊이 공부하고 있습니다.

이번에는 스테레오 튜너의 MPX에 대한 얘기를 해볼까 합니다.
MPX는 Multiplex Decoder를 말하며 FM을 Stereo로 구현해주는 장치입니다.
피셔의 여러 기기에 두루 적용된 WX/MPX-65를 기반으로 진행합니다.

FM은 최초에 모노방송으로 출발했다가 이후에 스테레오 기능을 추가하여 스테레오방송이 시작되었습니다.
그렇다보니 기존의 모노방송과 호환을 위해 스테레오 신호를 만드는 방법이 복잡해 졌습니다.

아래 그림은 FM 스테레오 복합 신호에 대한 개요입니다.

그림과 같이 0~15kHz는 모노를 위한 영역입니다.
모노일때는 단일신호가, 스테레오일때는 L+R 신호가 들어갑니다.

스테레오방송일때는 튜너에게 스테레오임을 알려주는 19kHz 파일롯신호가 들어갑니다.
튜너의 스테레오 미터가 이 신호를 보여주는거죠.

여기에 23~38kHz, 38~53kHz에 L-R 신호가 들어갑니다.
L-R 신호는 38kHz 부반송파로 진폭변조(AM)되어 있습니다.
19kHz 파일롯신호 전후로 4kHz 갭을 둔 이유는 파일롯신호가 L,R신호에 주는 영향을 최소화하기 위함입니다.

이런 L+R, 파일롯, L-R로 구성된 복합신호가 수신될때 모노로 선택하면 MPX를 바이패스하고 L+R(0~15kHz) 소리만 나오며 그 이상의 주파수는 가청한계를 넘어가므로 들리지 않게 됩니다.
스테레오로 선택하면 MPX에서 만들어낸 스테레오를 들을수 있는데 그 원리는 19kHz 파일롯신호를 2체배하여 기준신호 38kHz를 만들고 다이오드의 스위칭 기능을 이용하여 기준신호 38kHz의 파형이 +일때와 -일때 L,R신호를 복합신호로부터 각각 추출하면 스테레오로 분리되며 38kHz 찌꺼기(?)를 노치필터로 제거하고 LPF를 거치면 마침내 깨끗한 스테레오 신호가 완성됩니다.

FM 스테레오는 모노에 비해 잡음이 많은데요. 여러면에서 잡음에 불리하기 때문입니다.
L-R 신호영역이 높은 주파수 자리에 있다, 디엠퍼시스 효과가 적다, 파일롯신호의 존재 등등...
모노에 비하면 SN비가 열악할수밖에 없습니다.

여기까지는 구글에서 찾아보면 꽤 많은 정보를 찾을수 있습니다만
복합신호를 스테레오로 분리하는 구조가 글로는 궁금증이 해소되지 않아 시뮬레이션을 돌려보며 공부했습니다.

아래 그림중 복합신호는 목적이 스테레오 분리를 공부하는데 있다보니 19kHz 파일롯신호는 굳이 필요 없어서 생략했습니다. 이게 있다면 복합신호가 좀더 지저분하게 보이게 됩니다.

그런데 스테레오 분리 과정을 공부하다보니 디지털신호 처리와 진한 유사성이 느껴집니다.
CD가 44.1kHz로 샘플링된 신호라면 FM 스테레오는 38kHz로 샘플링된 신호입니다.
진폭(신호의 세기)이 CD는 16비트로 저장된 값이라면 FM 스테레오는 방송국에서 변조과정에서 특정된 값입니다.
즉, FM 스테레오는 아날로그 컴퓨터로 처리한 디지털음원인 셈입니다.

특히 FM 스테레오는 기준주파수가 38kHz로 낮다보니 44.1kHz 인 CD와 더욱 비교됩니다.
그러니까 디지털음원은 멀리 하는데 FM 스테레오는 즐긴다면 이게 모순이라고나 할까요?

아무튼 새로운걸 공부하니 재미있습니다.
하지만 RF는 너무 어려워서 접근이 잘 안되네요.
그냥 조정법이나 제대로 알아봐야 겠습니다.

어떻게든 되겠지 하고 아마추어에게 금지구역인 프론트앤드까지 만져 버렸는데...
조정매뉴얼대로 하면 변별력이 없어서 오실로스코프로 보면서 야매(?)로 조정했더니
소 뒷걸음치다 쥐잡은 격으로 제법 조정이 잘됐습니다.

지금은 FM 스테레오 소리가 이렇게 좋았구나 싶습니다.
들을만한 채널이 93.1MHz 하나뿐인게 아쉽네요.

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지난번 FM 스테레오 이야기에서 피셔 MPX 모듈 MPX-65를 기준으로 분석해봤었는데요.
이번에는 맥킨토시 MPX 모듈 MX1을 분석하는 겸 피셔 MPX와 간단하게 비교해 보겠습니다.

피셔 MPX-65가 상급기 FM-1000까지 두루두루 쓰였던것과 마찬가지로
맥킨토시 MX1 또한 맥킨 최초의 스테레오 튜너 MR65B부터 상급기까지 사용되었습니다.

맥킨 MX1은 피셔 PX-65와 다른듯 닮은 면이 있는데요.
서로간에 특허를 피하면서 제품을 개발해야 했으니 어쩌면 이런 현상은 자연스러운것이 겠지요.
산에 오르는 길은 다를수 있어도 결국 정상은 하나인것과 비슷한것 같습니다.

FM신호가 스테레오임을 알리는 19kHz 파일롯신호를 2체배해서 기준신호 38kHz를 만드는 과정은 회로가 조금 다를뿐 거의 유사한데요.
다이오드를 스위칭해서 복합신호로부터 좌,우신호를 추출해 내는 회로는 제법 큰 차이가 있습니다.

아래 그림은 피셔 MPX-65 인데요.
세계최초의 스테레오 튜너인 스캇 350의 스테레오 추출회로와 같은 방식입니다.
채널당 각각의 브릿지다이오드(다이오드가 4개)를 이용합니다.

반면에 아래 그림의 맥킨토시 MX1은 채널당 각각 2개의 다이오드를 사용합니다.
덧붙이자면 마란츠 10B도 동일한 방식을 사용합니다.

다이오드에서 좌,우신호를 추출한 직후의 파형을 비교하면 두회로가 확실히 서로 다른것임을 알수 있습니다.
필터를 거치고 나면 깨끗한 파형이 나옵니다만 피셔쪽이 조금 더 깨끗하네요.
이것은 시뮬레이션이라서 그럴지도 모르겠습니다.

맥킨은 필터가 먼가 부실(?)해 보입니다. 반면에 마란츠 10B는 맥킨과 같은 방식이면서도 필터가 빵빵합니다.
아무튼 시뮬레이션은 시뮬레이션일뿐이죠

오늘은 이렇게 다른듯 닮은 두가지 MPX를 비교해 봤습니다.