Erläuterung über den Einfluss der Modulationsaufbereitung auf die Frequenzplanung

Anlage 1

Einfluss der Modulationsaufbereitung auf die Frequenzplanung

1. Einleitung

Bei der Übertragung von Hörfunkprogrammen spielt die Dynamik des Programm-Materials eine wichtige Rolle. Einer der Hauptgründe für die erfolgreiche Einführung des UKW-Hörfunks war die hohe Tonqualität (guter Frequenzgang, geringe Verzerrungen, hohe Dynamik, Stereophonie), welche mit diesem Verfahren möglich ist. Auf der anderen Seite befindet sich heute der Hörer zunehmend häufiger in einer Atmosphäre, die wegen des hohen Umgebungsgeräusches eine befriedigende Wiedergabe verhindert (Mobilempfang, Autoradio).

2. Verbesserung der Audioqualität
Von Beginn an wurden Maßnahmen ergriffen, um die Tonqualität des Mediums zu steigern.

2.1. Preemphase

Senderseitig wird eine genormte Anhebung der hohen Audiofrequenzen vorgenommen (50 µs – Preemphase entspr. etwa 10 dB bei 10 kHz), die dann im Empfänger wieder entzerrt (Deemphase) wird. Dadurch wird das vorwiegend in höheren Frequenzlagen als störend empfundene Rauschen weitgehend unterdrückt. Diese Anhebung der hohen Tonfrequenzanteile auf der Funkstrecke war möglich, weil in den 50er Jahren das Programmsignal nur sehr geringe Anteile höherer Frequenzen enthielt. Somit waren durch die Preemphase keine Hubüberschreitungen zu befürchten.
Mittlerweile hat sich die spektrale Verteilung der Programmsignale erheblich in Richtung zu höheren Frequenzen verschoben, sodass die ursprünglichen Bedingungen nicht mehr gelten. Die Zunahme hoher Tonfrequenz-Anteile in modernem Programmmaterial macht heute eine aufwendige technische Spitzenhubbegrenzung notwendig.

2.2. Aussteuerung im Abwicklungsstudio

In den Senderstudios wird das Tonsignal mit einem „Quasi-Peak Programme Meter“ gemessen, welches zugunsten der Ausgeglichenheit der Lautstärke sehr kurze Signalspitzen nur vermindert anzeigt. Die wahren Spitzen liegen 3 – 4 dB höher. Zur Einhaltung des Spitzenhubs genügt es mit konventionellem Programmmaterial den „Nominalhub“ von + 40 kHz nicht zu überschreiten. Das entspricht + 6 dBu Studiopegel (= 100 % am Aussteuerungsmesser). Die Spitzen reichen dann bei dieser Art von Programm bis + 75 kHz, ohne dass sie am Aussteuerungsmesser angezeigt würden.

Durch analoge Leitungen und Filter zwischen Studio und Sender kommt es zusätzlich zu Phasendrehungen, wodurch es trotz Einhaltung der Studioeinstellungen zu Überschreitungen des maximal zulässigen Hubs beim Sender kommen kann. Auch diese Tatsache ist bei der Aussteurung im Studio zu berücksichtigen. Da diese Überschreitungen ohne dauernde Hubmessung schwierig zu beurteilen ist, sollte in solchen Fällen wenn möglich die Spitzenhubbegrenzung direkt am Sender erfolgen.

2.3. Lautheit

Im Wettbewerb trachtet jeder Programmveranstalter ein Maximum an Hörbarkeit und erweckter Aufmerksamkeit („Lautheit“) durch den Einsatz von Geräten zu erzielen, welche die Dynamik des Programmmaterials durch Kompression verringern.
Es wird eine ganze Reihe von Geräten zur Modulationsaufbereitung angeboten und von praktisch allen Rundfunkveranstaltern mit unterschiedlichem Erfolg auch eingesetzt.
Die Geräte teilen den Audiofrequenzbereich in mehrere Teilbänder auf, die jeweils in bezug auf Verstärkung, Frequenzgang und Kompressionsgrad einstellbar sind. Dabei bleibt es dem Anwender in weiten Bereichen überlassen, welchen „Sound“ er für vertretbar hält. Durch mehr oder weniger voneinander unabhängige Einstellung verschiedener Frequenzbereiche kann damit die Dichte des Programmmaterials enorm erhöht werden. Solcherart bearbeiteten Signale entsprechen in keiner Weise mehr dem Programm-Ersatzsignal (siehe Kapitel 3), das die Basis der Definition der Modulationsparameter darstellt. Die Zeitverteilung des Hubes ist bei einem solcherart komprimierten Signal stark zu hohen Werten hin verschoben, insbesondere dann, wenn schon vorkomprimiertes Material verwendet wird. Der maximale Spitzenhub muss dabei gar nicht überschritten werden und dennoch ist die Auswirkung solcherart behandelter Programme in jeder Hinsicht gravierend.
Die Einstellung der Audioprozessoren hat mit großer Sorgfalt und großem Sachverstand zu erfolgen. In jedem Fall haben die Einstellungen nicht nur Auswirkungen auf den charakteristischen „Sound“ eines Hörfunkprogramms, sondern auch auf die resultierenden Parameter wie Hub und vor allem Multiplex-Leistung. Die meisten Geräte bieten vom Hersteller fachkundig vorprogrammierte und abrufbare Einstellungen an, die nur von wirklich erfahrenen Kennern der Materie verändert und individuell eingestellt werden sollten.

3. Einfluss auf die Senderplanung und die internationale Koordinierung

Der UKW-Plan Genf 1984 basiert auf der Annahme von radiofrequenten Schutzabständen, die in der Empfehlung ITU-R BS.412 festgelegt sind. Die Schutzabstandswerte wurden an einer Vielzahl von UKW-Empfängern in Abhängigkeit vom Frequenzabstand zwischen Nutz- und störendem Sender ermittelt. Neben den Empfängereigenschaften beeinflussen aber auch andere Parameter, wie z.B. das Modulationssignal, die Schutzabstände.
Um einer deutlichen Verschlechterung der Schutzabstände durch komprimiertes Audiomaterial, wie es zur Zeit üblich ist, entgegen zu wirken, wurde in der Version „–9“ dieser Empfehlung daher nicht wie bisher nur der Spitzenhub mit + 75kHz festgelegt, sondern auch ein Grenzwert für die mittlere Aussteuerung.
Um vom jeweils verwendeten Programmmaterial unabhängig zu werden, wurde als Ersatz ein aus weißem Rauschen gewonnenes Modulationssignal standardisiert. Das Programm-Ersatzsignal wurde so gewählt, dass es in seiner spektralen Amplitudenverteilung derjenigen eines durchschnittlichen Programmsignals des Jahres 1960 entspricht, jener Zeit, in der die Untersuchungen zur Festlegung der planungsrelevanten Schutzabstände gemacht wurden, die immer noch angewendet werden und so gesehen keineswegs veraltet sind.

In Abschnitt 2.5 der genannten Empfehlung heißt es nun:

Die radiofrequenten Schutzabstände setzen voraus, dass der maximale Spitzenhub von + 75kHz nicht überschritten wird.
Darüber hinaus wird vorausgesetzt, dass die Leistung des kompletten Multiplexsignals (einschließlich Pilotton und weiterer Signale) über einen Zeitraum von 60 Sekunden nicht höher sein soll, als die Leistung eines Multiplexsignals, das einen einzigen Sinuston enthält, der zu einem Spitzenhub von + 19 kHz führt (= 0 dBr).

Wie gravierend die Auswirkung eines übermodulierten Signals sind, erkennt man am nachfolgenden:

Wird dieser Grenzwert nicht eingehalten, so muss die Senderleistung gemäss Tabelle 1 reduziert werden, um den Schutz anderer Sender zu gewährleisten. Tabelle 1

Damit ist beabsichtigt, den Zustand wieder herzustellen, der der Planung zugrunde lag, d.h. die Nachbarkanalstörungen auf die ursprünglichen Werte zurückzuführen. Nur ein einvernehmliches Zurücknehmen der MPX-Leistung kann auf mittlere Sicht Störungen zwischen den immer dichter zusammen rückenden Sendern sicherstellen.

4. Zusammenfassung

Durch die Anhebung der mittleren Aussteuerung wird die Leistung des Multiplexsignals erhöht und damit die belegte Bandbreite vergrößert, was zu einer Vergrößerung der Nachbarkanalstörungen durch den übermodulierten Sender führt.

Derzeit werden bei Rundfunkveranstaltern in Österreich immer wieder nicht nur erhebliche Überschreitungen des maximalen Spitzenhubs von + 75 kHz beobachtet, sondern insbesondere erhebliche Überschreitungen der MPX-Leistung.
Es sind auch schon wiederholt diesbezügliche Übertretungsmeldungen aus dem benachbarten Ausland eingelangt.
Die für die Überprüfung der Einhaltung der bewilligten Merkmale von Funk-Sendeanlagen zuständigen österreichischen Behörden sind auf Grund der internationalen Vorschriften dazu verpflichtet, auf die Einhaltung der Modulationsparameter zu achten.
Insbesondere ist bereits bei der Aussteuerung des Programmes so vorzugehen, dass die festgelegten Werte am Sender nicht überschritten werden. Bestehen gewisse Unsicherheiten betreffend die Einhaltung der Pegelgenauigkeit (z.B. auf Mietleitungen oder komplexen Progamm-Zubringungswegen) so kann dies nicht als Ausrede akzeptiert werden, die tolerierten Werte zu überschreiten. In diesem Falle sind die Pegel am Studioausgang so zu gestalten, dass diese Unsicherheiten abgefangen werden. Dies liegt in der alleinigen Verantwortung des Lizenzinhabers!
denn:
Auch bei entsprechender „Auffettung“ des Klangbildes können bei sorgfältiger Pegelung im Studio und verantwortungsbewusster Einstellung der Audioprozessoren die international vereinbartenund vorgeschriebenen Grenzwerte eingehalten werden.
Die deutschen Hörfunkveranstalter (öffentlich-rechtliche und private) sind auch nicht in den kommerziellen Ruin gestürzt, nur weil die dortigen Behörden die Einhaltung der MPX-Leistung von 0 dBr streng und unter Strafandrohung überwachen! Und dass sie eingehalten werden ist leicht messtechnisch nachweisbar.