Classic High Performance FM MPX Stereo Encoder

A. Pendahuluan

Disini akan saya coba ketengahkan FM MPX menggunakan Balance Modulator. Seperti rancangan lain di Blog ini, rancangan Enkoder FM Stereo ini juga tidak mudah untuk dibangun, hanya untuk Anda yang ingin memahami cara kerja rangkaian. Dari semua  rangkaian pemancar FM dalam Blog ini Stereo Encoder-lah yang paling rumit dan perlu ketelitian pada penepatannya.

B. Skema dan Komponen

C. Cara Kerja

1. Matrix

Matrix merupakan rangkaian Penjumlah (Adder/Sum) dan Selisih ( Subtract / Difference ) yang dibangun oleh dua Op-Amp dalam satu chip TL072 dan komponen disekitarnya dilengkapi dengan dengan dua buah resistor variabel untuk mengatur keseimbangan rangkaian yang diberi label L+R untuk penjumlah dan L-R untuk selisih. Dua buah resistor variabel lain untuk mengatur level yang diberi label SUM untuk penjumlah dan DIF untuk selisih.

2. Subcarier dan Pilot Generator

Subcarier 38KHz pada rancangan ini dihasilkan dari kristal 76KHz yang didapatkan dari osilator rekam tape recorder kuno. Bisa juga dengan kristal lain misal 456KHz (IF AM) dengan menambahkan pembagi 6 dengan CD4017 sehingga didapat frekuensi 76KHz. Osilator 76KHz dibentuk oleh sebuah transistor C945 yang dirangkai sebagai osilator colpitt. Keluaran osilator ini berupa gelombang sinus sehingga perlu dikonversi ke gelombang kotak supaya kompatibel atau cocok dengan pembagi frekuensi di tingkat berikutnya. Tugas mengkonversi ini dilakukan oleh transistor C945 kedua yang dirangkai  overdrive sehingga menjadi clipper atau pemangkas. Keluaran pemangkas ini diumpankan ke pencacah JK pertama  CD4027 yang membagi dua frekuensi 76 KHz menjadi 38 Khz yang akan dipakai sebagai subcarier. Frekuensi 38KHz ini dibagi dua lagi oleh pencacah JK kedua CD4027 sehingga didapat frekuensi 19Khz yang akan dipakai sebagai Pilot 19KHz dengan fasa yang sama dengan Subcarier 38KHz. Baik Subcarier  maupun Pilot masih berupa gelombang kotak yang penuh dengan harmonisa yang akan memboroskan daya pemancar. Karena itu induktor LCA dan LPI dipakai untuk menala pada frekuensi yang diinginkan dan menekan harmonisa. LCA dan LPI sekaligus bisa dipakai untuk mengatur perbedaan fasa Subcarier dan Pilot jika diinginkan pelebaran efek stereo atau Surround.

3. Balance Modulator

MC1496 yang dipakai merupakan komponen utama Enkoder Stereo ini. Mudulator balans membentuk Double Side Band Supressed Carier (DSBSC). Bagaimana IC ini bekerja bisa dilihat pada Datasheet IC. Disini IC dirangkai untuk memodulasi Subcarier 38KHz pada pin 8 MC1496 dengan isyarat pemodulasi L-R yang diumpankan ke pin 1 MC1496. Beberapa resistor dan kapasitor dipakai untuk bias dan kopling. Terlihat resistor variabel yang berlabel BAL untuk mengatur agar dicapai penekanan maksimal subcarier 38KHz. .

4. Mixer

Mixer dibangun dengan Op-Amp TL072 berfungsi untuk mencampur sinyal L+R, Balance Modulator dan Pilot. Satu resistor variabel PIL dipakai untuk mengatur level sinyal Pilot sekitar 100mVpeak atau sekitar 10% dari seluruh sinyal MPX. Keluaran Mixer diumpankan langsung ke masukan pemancar. Tidak boleh ada pemroses sinyal audio apapun setelahnya kecuali sebuah potensio 20K untuk mengatur level output MPX.

C. Prosedur Penepatan/Adjustment

1. Menggunakan Osiloskop dan Generator Sinyal

• Pastikan semua komponen terpasang dengan benar dan beri catu daya 12V.
• Atur L+R, L-R pada posisi tengah dan SUM, DIF pada posisi maks
• Berikan isyarat 1KHz dari generator sinyal ke input L sebesar 1Vpeak
• Pasang probe osiloskop pada kaki tengah SUM dan atur L-R dan baca tegangan atur L+R sehingga didapat tegangan 1Vpeak seperti pada gambar berikut:

waveform 1

• Pindah isyarat 1KHz ke input R seharusnya diperoleh pembacaan osiloskop yang identik. Jika tidak ulangi langkah sebelumnya.
• Hubungkan input L dan R amplitudo akan menjadi sekitar 2 kali, atur SUM sehingga amplitudo kembali ke 1 Volt.
• Pindah probe osiloskop ke kaki tengah DIF atur L-R sampai amplitudo nol/tidak terbaca.
• Sekarang lepaskan salah satu input. Atur DIF sehingga diperoleh amplitudo 1V identik dengan waveform 1 ulangi dengan kanal input yang lain, pastikan bentuk gelombang dan amplitudo tetap.
• Lepaskan input.
• Pindah probe osiloskop ke titik temu C 3n3 ; C 47n dan R 1K dekat LCA, atur LCA sehingga didapat amplitudo maksimal seperti waveform 2 frekuensi 38 KHz.

 

waveform 2

• Pindah probe osiloskop ke kaki tengah PIL atur LPI untuk mendapat amplitudo maks dan atur PIL sehingga amplitudo sekitar 100mV seperti waveform 3 frekuensi 19KHz.

waveform 3

• Beri input 1Khz pada input L dan R
• Pasang probe osiloskop pada pin 12 MC1496 pastikan osiloskop pada mode AC atur BAL sehingga amplitudo subcarier 38KHz seminimal mungkin, agak kritis jadi kerjakan pelan-pelan dan berulang-ulang jika belum didapat amplitudo mendekati nol. Ini akan berpengaruh pada efisiensi pemancar dan S/N ratio yang  juga akan berpengaruh pada jangkauan dan kualitas audio pemancar.
• Lepaskan salah satu input atur DIF sehingga didapat bentuk gelombang mendekati atau sama dengan waveform 4 DSBSC 1Vpeak ulangi untuk kanal input yang lain.

waveform 4

• Lepaskan semua alat ukur dan catu daya lalu umpankan keluaran Enkoder Stereo ke masukan pemancar melewati potensio meter atau langsung saja.
• Nyalakan power supply dan berikan masukan musik karaoke dengarkan di radio atau ponsel radio stereo dan Anda akan mendengarkan pemisahan yang bagus setara dengan radio komersial. Tidak akan tedengar kebocoran suara penyanyi ke kanal musik karena Enkoder ini jika penepatannya benar mempunyai Stereo Separation standar radio komersial lebih dari 50dB. Test juga juga dengan memberi masukan hanya di satu kanal.

2. Menggunakan headphones dan kepekaan telinga.

• Hubungkan keluaran Stereo Enkoder ke masukan pemancar sambungkan jalur catu dayanya atau memakai catu daya terpisah.
• Atur semua resistor variabel atau trimpot pada posisi tengah.
• Hidupkan, beri masukan musik karaoke dan dengarkan lewat radio stereo atau ponsel radio stereo menggunakan headset/headphones.
• Atur PIL ke minimum dan putar kearah maks sampai indikator stereo mulai menyala. Tambahkan sedikit sekitar 5% lagi.
• Matikan input dengan mengecilkan volume sumber audio ke min. Jangan menggunakan PAUSE/STOP karena kalau Anda memakai MP3 Player atau sejenisnya sebagai sumber audio PAUSE/STOP sering menyebabkan impedansi player tersebut tinggi dan noise muncul. Atur BAL sampai terdengar noise terendah. Ini dicapai disekitar titik tengah BAL. Pengaturan ini kritis dan perlu kesabaran. Lakukan berulang-ulang dan hati-hati, siapkan trimpot pengganti kalau sewaktu-waktu Anda tidak sabar dan sampai membuat trimpot rusak.
• Berikan input musik lagi, kali ini hanya disatu kanal. Atur DIF ke min lalu dengar dan rasakan level-nya. Pindah input di kanal yang lain seharusnya level yang sama terdengar. Jika Anda merasa ada pebedaan atur L+R sampai didapat level yang sama. Ulangi sampai puas.
• Sekarang kembalikan DIF ditengah dan atur SUM ke min. Input musik tetap disatu kanal saja. Atur DIF dan LCA sehingga musik terdengar jelas kuat dan cacat minimal.
• Hubungkan kedua input sehingga mendapat masukan yang sama. Akan terdengar level musik menurun drastis. Atur L-R sampai sampai level musik terdengar seminimal mungkin.
• Berikan musik karaoke pada masukan atur SUM sampai terdengar pemisahan terbaik. Bisa juga hanya dengan memberi masukan musik di satu kanal.
• Atur LPI sampai pemisahan lebih baik lagi. Pastikan indikator stereo tetap menyala. Kalau tiba-tiba mati, atur kembali PIL dengan prosedur yang sama.
• Anda bisa mengulang semua prosedur sampai puas,
• Jika telinga dan perasaan Anda sensitif akan bisa dicapai Stereo Separation 30dB atau setidak-tidaknya jika kurang sensitif 20dB, masih  layak dan nyaman didengar. 

D. PCB dan Rangkaian Jadi

E. Penutup

Stereo Encoder ini dirancang dengan acuan rancangan William Graff yang pernah dimuat di majalah terbitan Elek Media Komputindo tahun 90-an edisinya lupa karena saya hanya membaca di perpustakaan IST "Akprind" Yogyakarta saat masih kuliah dan hanya mencatatnya di otak. Jadi hanya prinsipnya saja yang sama.
Sampai disini kita sudah memiliki Pemancar FM Stereo namun suara yang dihasilkan terkesan terlalu nge-bass kurang treble berbeda dengan musik aslinya. Karena semua penerima radio menggunakan De-Emphasis maka perlu di tambahkan Pre-Emphasis di masukan Enkoder Stereo ini. LPF 15Khz juga perlu ditambahkan untuk membatasi frekuensi diatas 15KHz masuk dan diproses. Karena frekuensi diatas 15KHz praktis susah diterima telinga dan menganggu spektrum sinyal MPX ini.