SABA 스테레오 디코더의 동작 - 빈티지 오디오 콘텐츠와 판매, 오디오퍼브

글쓴이 : SOONDORI

다음은, JK LEE 님과의 대화에서 언급되었던 SABA Stereo-Decoder 설명문의 일부이다.

일반 설명 | FM 스테레오 다중화

송신기 또는 수신기와 관련된 FM 스테레오 전송 기술은 부반송파 시스템 또는 시분할 다중화 시스템으로 동일하게 이해될 수 있습니다. 각 경우 FM 송신기는 소위 복합 신호로 변조됩니다.

1) 부반송파 시스템에서 복합 신호는 합 신호(L+R), (L-R) 신호로 변조된 38-Kc 부반송파의 두 측파대(부반송파 자체는 억제됨), 그리고 19-Kc 파일럿 반송파로 구성됩니다. 스테레오 수신기에서 38-Kc 부반송파는 19-Kc 파일럿 반송파를 두 배로 늘려 재생성됩니다. 38-Kc 부반송파를 복조하여 얻은 (L-R) 신호는 (L+R) 신호와 더하고 빼서 두 채널을 분리합니다

(L+R)+(L-R)= L-l-R-I-L-R=2L
(L+R)-(L-R)= L+R–L+R=2R

(SABA 멀티플렉스 어댑터 12의 서비스 지침도 참조하십시오.)

2) 시분할 다중화 시스템에서 L 및 R 스테레오 채널은 시간적으로 혼합됩니다. 즉, 송신기 변조는 두 채널 간에 38Kc의 속도로 전환됩니다. 수신기에서는 동기식으로 작동하는 스위치가 두 채널을 분리합니다. 물론 송신기와 수신기 모두 전자 스위칭을 사용합니다. 38Kc 스위칭 주파수는 19Kc 파일럿 캐리어를 두 배로 주파수를 높여 재생성됩니다

FM 스테레오를 전송하는 이 두 가지 방법은 언뜻 보기에 완전히 다른 것처럼 보이지만, 그럼에도 불구하고 동일한 합성 신호를 생성합니다. 이는 부반송파 시스템에서 합성 신호가 어떻게 도출되는지 보여주는 그림 1에서 명확하게 드러납니다. 더 명확하게 설명하기 위해 개별 신호는 직사각형 모양으로 표시되었지만, 물론 실제로는 사인파입니다. 파일럿 반송파는 작동 방식을 이해하는 데 필요하지 않으므로 생략되었습니다.

두 스테레오 채널 R(오른쪽, 곡선 a)과 L(왼쪽, 곡선 b)은 먼저 동일 위상으로 함께 스위칭되어 합 신호 L+R(곡선 c)을 얻은 다음, 반대 위상으로 함께 스위칭되어 차 신호 LR(곡선 d)을 얻습니다. 합 신호는 일반적인 모노포닉 신호에 해당합니다. 차 신호는 38KHz 부반송파를 진폭 변조하는 데 사용되며, 부반송파 자체는 억제됩니다(곡선 e).

합성 신호(곡선 f)를 얻기 위해 합 신호(곡선 c)를 38-Kc 신호(곡선 e)와 혼합합니다. 억압된 반송파를 사용한 진폭 변조로 인해 38-Kc 신호는 차 신호(곡선 d)를 나타내며, 이 차는 위상 벡터가 38-Kc 비율로 180° 회전합니다. 따라서 차 신호는 합 신호에 교대로 더하고 뺍니다. 위 방정식에서 볼 수 있듯이, 합산 신호는 L 신호를, 차산 신호는 R 신호를 생성합니다. 따라서 합성 신호는 L 신호와 R 신호로 구성되며, 38-Kc 비율로 번갈아 가며 혼합됩니다. 결과는 시분할 다중화에서 얻은 결과와 동일합니다.

일반적인 모노포닉 수신기는 복합 신호의 평균값을 생성하며, 이 값은 비율 검출기의 출력에서 이용 가능합니다. 곡선 f에서 볼 수 있듯이, 이는 (L + R) 신호로 구성됩니다. 그러나 스테레오 수신기에서는 멀티플렉스 회로가 두 채널을 분리합니다. 이는 R 신호의 경우 곡선 g로, L 신호의 경우 곡선 h로 표시됩니다.

● 다음은 실물 회로. 동작은,

1) 컴포지트 신호(=(L+R) ± (L-R) ) 신호가 T1 트랜지스터에 전달된다. 그 컴포지트 신호는, 우측에 있는 두 조 Ring Diode의 공통 접속점까지 쭉~ 흐른다 → 그리하여, <아날로그 사칙연산이 처리되는 구간> 즉, 물리적 연결점에서 대기 중이라고 가정한다. 물론, 아날로그 차리이기 때문에 Step 동작에서나 필요한 ‘대기’는 없는 개념이다. 아무튼, 커다란 주방 그릇 안에 식재료(=식재료)를 잠시 넣어 놓은 상태로 가정하고…. (중간에 SCA 채널 제거 등 목적으로, LC 필터가 배치되어 있다. 별로 중요한 것 아니므로 Pass)

2) 요리할 재료가 확보되었고 잘 정리되어 주방 그릇 안에서 있으므로, 이제는 아무 때나 칼질하면 된다. 그런데, 칼이 없으니까 칼을 만들어야 한다. 방송국이 보내 준 컴포지트 신호에서 Control Command이자 Time Sync. 펄스로 간주되는 19Khz를 추출한다 → R6에 연결된 필터 덩어리로 19Khz 추출 → 두 개 다이오드가 있는 <Frequency Doubler>를 써서 19Khz × 2 = 38Khz로 변환.

3) 방송국이 보내 준 19Khz로 38Khz가 생성되었으므로, 38Khz 펄스는 방송국 송출 시스템에 정확하게 동기화되는 셈이다. 절대로 틀어질 일 없음. 참고로, 동기화라는 것은 다음과 같은 19Khz 싸인파와 더블-업 38Khz 싸인파에 있어서, 양의 값, 0V(=Zero Crossing), 음의 값 변화 주기가 무조건 일치한다는 뜻이다. 전 세계 모든 FM 튜너는 방송국이 보내는 제어 펄스만 바라보고 있음에 유의.

(▲ 방송국 송출 = 튜너 수신 19Khz는 제어 명령 또는 시각 동기화 신호의 관점에서의 정보이고, 두 종류 정보를 담고 있다. a) 주기, b) 양에서 음으로 변하거나 음에서 양으로 패턴. 그 속성은 38Khz에서도 그대로 유지된다. 파형 등락은 곧 전류 흐름의 변화이니까 전류흐름에 댛나 방향성을 갖는 Diode를 배치함으로써 모종의 스위칭할 수 있는 것)

4) 38Khz를 취급하는 트랜스포머는, 중간에 센터-탭이 있고 구조상 양끝 전압의 절대 전위는 같고 끝부분 위상은 정반대가 된다. 위상이 정반대라고 함은, 전류흐름이 정반대라는 것과 같다. 전류흐름 정반대는 곧 다이오드의 단방향 전류흐름에 연결된다.그러므로 38Khz 등락 신호로 RIng Diode의 38kzh 스위칭을 통제할 수 있다는 뜻이 된다.

5) 38Khz 스위칭이라고 함은, 아래 시뮬레이션 회로에서 OP.AMP +와 -핀에 대응하는 -(L-R) 또는 +(L-R)을 38Khz 주기로 바꿔주는 것과 같다.

그리하면, 수학 풀이와 똑같은 그리고 실시간 변하는 L+R, L-R이 전위 변화 관점에서 바라보는 연산 결과물로 나온다. 아래 그림의 결과는, SABA가 그림으로 정리한 L Only R Only 추출의 결과와 같다. 양자 논리가 같으니까 결과도 같은 것.

● 다음은 FM 스펙트럼 그래프 내 위치가 각기 다른, 그러니까 마치 높낮이가 엄격하게 정해진 것처럼 인식되는 (L+R), (L-R) 성분과 “그릇 안에 담겨있다” 및 “칼로 자른다”는 언어적 묘사의 상관관계.

1) 긴 대파가 있다고 상상하기. 스펙트럼 그래프의 위치가 낮은 뿌리 부분을 L+R, 높은 쪽 이파리 부분을 두 개의 L-R이라고 정의한다.

2) 두 개의 (L-R)이 존재하는 것은 방송국에서 (L-R) 신호와 서브 캐리어 38Khz를 섞을 때 생기는 이미지 주파수 효과 때문이다. 송출 전력을 줄일 요량으로, 그렇게 섞은 후 38Khz를 고의 삭제하였다.

3) 칼질 처리 즉, 연산 관점에서 보면, 모든 것은 그저 ‘주방 그릇 안에 담긴 식재료’일뿐. 즉, 푸리에 변화 그래프인 FM 스펙트럼 그래프의 (주파수 기준) 높낮이 개념은 사라지고, 마치 2D 평면 위에 놓인 멍텅구리 식재료처럼 된다.

4) 칼로 마구 자르면, 모든 것은 그릇 안에 있으니… 이파리 부분이 뿌리 부분과 마구 섞이게 됨. 어떤 문서의 묘사로는, “위쪽에 있는 L-R을 아래쪽으로 끌어내리는…”이었다. 뭘 끌어내린다기 보다는 그냥 속성이 다른 몇 가지 정보가 처음부터 주방 그릇 안에 있는 것이다.

동태나 명태나, 생선은 생선. 스펙트럼 그래프의 위치와 분류 그런 것과 그릇 안에 신호가 담겨 있다는 약간 관점이 다르다. 정확하게는, 어디에서? 사바 예시 회로도의 <아날로그 사칙 연산이 처리되는 구간>에서. 그곳이 주방 그릇.

● 이쯤에서 몇 가지 참조 사항을 정리해 보면,

1) 싸인파를 쓰는 이유는? → 예를 들어, 캐리어로 방형파를 쓰면 사각 모서리 부분의 FFT적 해석에 의해, 수많은 통제 불능의 파생 주파수가 생긴다. 대비되는 (완벽한) 싸인파에서는… FFT 적 해석에서 단 한 개의 Peak 주파수만 생성됨. 방송국에서 굳이 방형파를 또는 삼각파를 또는 톱니파를 쓰면서 온갖 고조파(하모닉)를 무릅쓰고 정보를 송출한다는 것은 말이 안 되는 일.

(▲ Sine Wave = Pure Wave)

* 관련 글 : 싸인파와 삼각파와 톱니파와 방형파

다른 관점으로 상상해 보면, 방송국에는 어마어마하게 정교하고 어마어마하게 정밀한 주기의 싸인파 발생기가 있어야 한다. 그것이 고장나면, 수신기가 엉뚱 동작을 하게 될 것. 한 마디로 모든 FM 수신기는 방송국이 거느리는 종자형 전자장치.

2) RIng Diode 회로의 다이오드를 둔한 것, 빠른 것, 기타 속성의 것으로 바꾼다면? → 정교한 스위칭과 둔한 스위칭의 결과물은 다를 것이다. 즉, 논리만으로는 변화가 있을 것임. 예를 들어, 1950년대에서 쇼트키 다이오드는… 없었다고 보는 게 맞을 것.

3) 스위칭을 한다고 하니, 모종의 단절 효과가 연상된다. 별도 조치가 없어도 될까? → 디지털 펄스 스위칭을 하는 게 아니고, Slope를 가진 즉, 아주 완만하게 변하는 19Khz/38Khz 싸인파를 이용한 아날로그적 조작이므로… 단순 논리로는 순화(Soothing) 커패시터는 필요하지 않다. 최종적으로 잔류 19Khz를 제거하기 위해 배치하는 LPF의 소용량 커패시터는 용도가 다른 것.

그럼에도 신호 경로에 커패시터가 물려 있으니까 소정의 Soothing 효과가 있을 듯. 맞다면, 그것은 DC 평활 효과가 아니라, 일종의 인터폴레이션(Interpolation) 효과일 것이다. CDP, ADC, DAC 등에서 흔히 거론되는… 소프트웨어적 용어로는 보간법(補間法). 그리고… LPF를 제거해도 어쨌든, 소리는 잘 들릴 것임. 왜냐하면, 후단에 물리는 앰프 안에 이런저런 순화작용이 존재하기 때문에. 깨끗한 소리가 들리는 것과 프리앰퍼시스-디앰퍼스스의 관계식에 의해 톤이 높다 아니다는 다른 관점의 사항.

4) C33 등 종단 트랜지스터 옆에 붙은 보정회로의 용도는? → 38Khz 취급 트랜스포머 동작, 두 개 Ring Diode 동작에 있어서, a) 모든 포인트의 전위 Balance를 맞추기 위한 용도일 가능성(전위 Balance가 대등하지 않으면, L+R와 L-R의 전위가 대등하지 않다는 것과 같고, 그러면 불요한 전압 잔류물이 남고 그러면, 최대한 깨끗한 L Only, R Only 값을 얻어낼 수 없을 것), b) High-Blend 효과를 노렸을 가능성을 상상해 보고… 전자에 한 표.

모든 수동/능동 부품에는 언제나 공차가 있다. (표제부 사진 출처 : https://anticaradio.com/prodotto/saba-stereo-1-sri-16/)