Polo Tecnologico Imperiese – ITIS G.GalileiEsami di stato 2017
La Radio FMDagli anni 20 ai tempi moderni: un mass media che non
invecchia mai
con realizzazione pratica:
Costruzione di un ricetrasmettitore FM broadcast
Edoardo CodegliaClasse 5EL - Anno scolastico 2016/2017
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Indice
• Premessa...........................................................................................................................................4
• Storia.................................................................................................................................................5
• La nascita della radio...............................................................................................................5
• Il primo brevetto e i miglioramenti successivi........................................................................5
• Guglielmo Marconi.................................................................................................................6
• Oltre la radio utilitaria: la radio è per tutti..............................................................................7
• La radiodiffusione in Italia: da monopolio a far west.............................................................7
• Radio Caroline and the battle against BBC: the start of a mediatic revolution with a pirate
radio station.............................................................................................................................9
• Tecnologia.......................................................................................................................................11
• La modulazione: trasformare un segnale audio in un segnale pronto alla trasmissione.......11
• Filtro......................................................................................................................................11
• Processing audio....................................................................................................................12
• Psicoacustica: l’importanza della percezione del suono..............................................12
• Pre-Enfasi..............................................................................................................................13
• Modulazione..........................................................................................................................14
• Confronto tra AM e FM...............................................................................................14
• AM...............................................................................................................................15
• FM................................................................................................................................15
• Stereo..................................................................................................................16
• RDS....................................................................................................................16
• Costruzione di un ricetrasmettitore FM broadcast..........................................................................18
• Premesse e caratteristiche......................................................................................................18
• Schema a blocchi...................................................................................................................19
• Schema elettrico....................................................................................................................20
• Pcb.........................................................................................................................................21
• Descrizione del funzionamento.............................................................................................22
• Componenti...........................................................................................................................22
• KT0803L – Trasmettitore FM......................................................................................23
• RDA5807M – Ricevitore FM......................................................................................24
• Registri I²C...................................................................................................................25
• PCF8814 – Driver LCD...............................................................................................26
• 74HC595 – Shift Register / Driver LED.....................................................................27
• AMS1117 – Regolatore di Tensione 3.3v....................................................................28
• Tasti..............................................................................................................................28
• Test e risultati........................................................................................................................29
• Sviluppi futuri e campi di utilizzo.........................................................................................29
• La nuova frontiera della radio: il mondo digitale...........................................................................30
• Satellite..................................................................................................................................30
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• Streaming Web......................................................................................................................30
• HD Radio e FMeXtra............................................................................................................30
• DAB/DAB+...........................................................................................................................31
• DRM......................................................................................................................................31
• Conclusione....................................................................................................................................32
• Bibliografia.....................................................................................................................................33
• Materiali..........................................................................................................................................34
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PremessaLa radio è uno dei mezzi più incredibili del mondo. Nonostante la pressione di giganti cometelevisione o social network continua a fare i numeri più alti in fatto di ascolti (più del 90% degliItaliani ascolta la radio almeno ogni giorno), coinvolgimento e ricavi pubblicitari (ben 1.19 trilionisolo negli Stati Uniti).
La forza di questo mezzo sta nella sua perenne presenza nella nostra vita: è difficile passare ungiorno senza ascoltare la radio, anche facendolo apposta. Che sia in macchina, nei negozi o persinosui social la radio in qualche modo è sempre presente e pronta a deliziarci con la sua musica.
La radio significa anche libertà di scelta. Solo in Italia (lo stato con più capillarità al mondo, con piùdi 15mila trasmettitori FM) sono presenti più di 1200 stazioni radio tra cui scegliere.
La radio è un prodotto broadcast (un mittente, tanti destinatari) esattamente come la televisione, mariesce a coinvolgere più di qualsiasi altro media. Gli argomenti sono i più disparati (e spesso i piùstupidi) ma permettono a chi ascolta di mettersi al livello dello speaker che sta parlando, chediventa un amico, una persona fidata. Passare da ascoltatore a protagonista può essere questione diun SMS inviato al numero giusto o un messaggio vocale divertente.
Oltre a questi aspetti umanitari la radio è anche incredibilmente interessante dal punto di vistatecnico.
La gestione di una emittente qualsiasi richiede conoscenze dal punto di vista informatico,elettronico e di telecomunicazioni. Molto spesso a queste capacità va aggiunto del buon gusto ebuon orecchio: non dimentichiamo che la radio è soprattutto musica e suono, mischiato con unabuona dose di psicologia (ne parleremo più avanti).
È per questi motivi che ho deciso di costruire un ricetrasmettitore FM in banda broadcasting(ovvero 87.5~108MHz in Italia). Un oggetto forse poco utile dal punto di vista pratico per chi non èaddetto ai lavori o appassionato, ma un ottimo esercizio di tecnica.
La prima parte è dedicata alla storia della radio: ho cercato di rendere la lettura il più scorrevole edinteressante possibile, ma allo stesso tempo anche dettagliata.
La seconda parte parla della tecnologia dietro alla trasmissione radio, con confronti tra diversimetodi di modulazione e una spiegazione dei processi necessari all’ottenimento di un segnaleefficiente.
La terza parte è composta dal progetto di un ricetrasmettitore FM che ho realizzato ed il suofunzionamento. Ho sorvolato alcune parti tecniche per concentrarmi di più sulle motivazioni che mihanno portato a determinate scelte fino ad arrivare al progetto finito.
La quarta parte, conclusiva, è uno sguardo verso il futuro per fare chiarezza sulle tecnologie chepotrebbero rendere l’FM un ricordo del passato.
Buona lettura.
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StoriaSi può dire che con la radio sia cambiato il mondo. I primi esperimenti già prevedettero il successoche una tecnologia del genere avrebbe potuto avere, ispirando scienziati da tutto il mondo. Non si saancora chi sia il reale inventore della radio: qui in Italia, con spirito patriottico, viene consideratoGuglielmo Marconi, che però non fu l’autore della prima trasmissione ma colui che rese la radio unsuccesso ingegnerizzando e migliorando le scoperte proprie e degli altri.
La nascita della radioSiamo nel 1800: Maxwell scopre che elettricità, magnetismo e luce sono tutte collegate da un unicofenomeno – l’elettromagnetismo. Da questo nascono le equazioni di Maxwell: una rappresentazionedei fenomeni basati sull’oscillazione.
Alcune decine di anni dopo entra in campo Faraday: sfruttando il fenomeno dell’induzionemagnetica riesce a trasferire piccole quantità di energia senza alcun collegamento fisico. Ipotizza unpossibile miglioramento di questa tecnologia: la radio.
Queste teorie danno il via a numerosi esperimenti: scienziati di tutto il mondo cercano di trovare ilsegreto per la trasmissione dell’energia senza fili e sviluppano numerosi apparecchi in grado disfruttare le onde elettromagnetiche.
Apparecchi che sono comunque molto rudimentali e lontani dalla concezione di radio: non possonosintonizzarsi e sono inefficienti, ma possono dare dimostrazioni ed ottenere consensi efinanziamenti da parte di governi e imprenditori dell’epoca.
Il primo brevetto e i miglioramenti successiviNel 1872 Mahlon Loomis registrò un brevetto relativo alla trasmissione di segnali tramite etere.Riuscì, con l’utilizzo di due aquiloni identici contenenti ciascuno una maglia di rame, a scaricarel’energia accumulata dall’atmosfera verso l'aquilone opposto. Il dispositivo era bidirezionale:bastava scambiare un paio di connessioni per invertire i ruoli dei due aquiloni. La ricerca non durò alungo: gli studi di Loomis e le sue invenzioni morirono assieme a lui, all’età di 60 anni.
Fu solo successivamente, nel 1893, che Tesla dimostrò la comunicazione radio vera e propria senzafili. Riuscì a costruire un sintonizzatore sfruttando tutti i componenti che da lì a pochi anniavrebbero composto una radio moderna, rendendolo di fatto padre della radio. Pubblicò le sue
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scoperte ad utilizzo di eventuali appassionati che volessero continuare gli esperimenti, soprattuttoper stimolare la ricerca di metodi alternativi di trasmissione.
Nel 1896 Marconi, con il brevetto “Miglioramenti nell'Emettere Impulsi Elettrici e Segnali inApparato allegato” sancì una nuova era: nacquero le prime comunicazioni utilizzabili dal punto divista pratico. La sua invenzione utilizzava come principio di funzionamento un componentechiamato “Coesore”, in grado di rilevare le onde elettromagnetiche.
Guglielmo MarconiMarconi nasce nel 1874 a Bologna e sin da piccolo sperimentada autodidatta con l’aiuto del suo maggiordomo. La sua primainvenzione utilizzante le onde elettromagnetiche è del 1894,quando riesce a costruire un rilevatore di temporali in grado difar suonare un campanello all’arrivo del maltempo. In seguitoattraverso un generatore a scintilla riesce ad inviare un segnalead un apparecchio dall’altro lato della stanza. Una revisionesuccessiva aumenta la distanza di trasmissione ad oltre duechilometri e introduce l’abilità di ricevere segnali in alfabetomorse.
In cerca di aiuto economico per continuare i suoi esperimentiMarconi scrive al ministero delle Poste e dei Telegrafi. Tuttaviala sua lettera non riceve risposta e anzi, viene invitato a farsicurare in manicomio.
Nel 1896 Marconi parla con un amico di famiglia e si trasferisce in Regno Unito, dove brevetta lasua invenzione e trova i capitali necessari per continuare le sue sperimentazioni.
Marconi inizia a dimostrare pubblicamente le sue invenzioni, e i suoi apparecchi radio iniziano avenire utilizzati durante i grandi eventi.
Un solo anno dopo fonda la Wireless Telegraph TradingSignal Company (diventerà Marconi Wireless TelegraphCompany in futuro): un azienda composta da poco più di 50impiegati.
In seguito all’apertura dell’azienda i suoi affari schizzanoalle stelle, con richieste dei suoi apparati persino dalla reginaVittoria, Edoardo VII e il principe di Galles.
Pochi anni dopo da un battello parte il primo SOS via radio della storia, e Guglielmo inizia aprogettare un sistema di comunicazione globale in grado di collegare tutti i continenti tra lorosfruttando la curvatura della terra e il rimbalzo delle onde sulla ionosfera quale mezzo ditrasmissione. Nel 1907 inaugura il primo servizio di radiotelegrafia attraverso l’Oceano Atlantico,fornendo un servizio di informazione e sicurezza alle navi transatlantiche. Si devono proprio aquesta rete i 705 superstiti del naufragio del Titanic.
La continua ricerca di Marconi gli permette di migliorare sensibilmente i suoi apparecchi, fino adarrivare alla prima trasmissione in fonia, ed in seguito alla vera e propria trasmissione broadcasting– ovvero la radio come mezzo di comunicazione di massa.
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Oltre la radio utilitaria: la radio è per tuttiL’utilizzo principale della radio fu inizialmente quello di trasmettere informazioni a puro carattereutilitario: la concezione di radio come mezzo di comunicazione per la popolazione inizia negli anni‘20, quando il Post Office britannico concede una autorizzazione temporanea alla stazione Marconiper trasmettere due ore consecutive al giorno per due settimane.
Alla stazione Marconi si unisce anche la Westinghouse di Pittsburgh, che inizia a trasmettere anovembre del 1920 da uno stabilimento a Washington.
In soli due anni negli Stati Uniti nascono 187 stazioni, con un numeroquasi milionario di ricevitori venduti ed ascoltatori. Le radio trasmettonoin AM ad orari predefiniti, in quanto la trasmissione resta una praticamolto costosa e i trasmettitori non sono ancora in grado di rimanere inservizio continuo.
Nel 1922 nasce in Gran Bretagna la BBC: la più antica radio al mondoancora esistente. Il suo modello di radio come ente pubblico e monopoliodi stato viene preso come punto di riferimento in tutta Europa, mentrenegli Stati Uniti prevale il modello privato finanziato con la pubblicità.
La radiodiffusione in Italia: da monopolio a far westGrazie a Marconi l’Italia è considerata la patria della radio. Paradossalmente è uno dei paesi dove ladiffusione ebbe maggiore difficoltà. Nonostante l’utilizzo in larghissima scala da parte dei soldatiItaliani una legge del 1910 ne proibiva l’utilizzo assoluto ai civili.
Il ministro delle poste Ciano, del primo governo Mussolini, intuì le grandissime potenzialità dellaradio e ne favorì la diffusione con diversi provvedimenti legislativi. Uno di questi sancì anche lanascita della prima emittente Italiana: l’Unione Radiofonica Italiana.
Le prime trasmissioni furono molto grezze (con presentatori improvvisati e programmi corti data lanecessità di “lasciar risposare le valvole”) e il costo elevato di un apparecchio ricevente nonpermise alla radio di prendere piede tra gli Italiani.
La radio divenne popolare solo negli anni ‘30, quando l’URI divenne EIAR (Ente ItalianoAudizioni Radiofoniche). I ricevitori non sono ancora alla portata economica del cittadino medio,ma la presenza di numerose radio nei luoghi pubblici e nei bar fece in modo che le persone ci sirecassero per ascoltarla. Si contano 900mila ascoltatori regolarmente abbonati, ma si stima che ilnumero di ascoltatori effettivi tendesse ad oltre otto milioni.
La radio ebbe anche un ruolo chiave nella diffusione della lingua Italiana: con il progetto“Radiorurale” ogni scuola italiana venne dotata diapparecchio radio e nelle piazze Italiane comparirono deiradioaltoparlanti, in grado di diffondere i discorsi del duce.La radio diventava anche mezzo di propaganda.
Il periodo d’oro della radio si ebbe negli anni 50, dopo laguerra, quando EIAR diventò RAI e i prezzi degliapparecchi crollarono. Da allora la radio inizia ad acquistaresempre più popolarità e per differenziare l’offerta la RAIcrea tre reti: Nazionale, Secondo e Terzo. Il nazionale verrà
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La Radiorurale, prodotta appositamenteper essere regalata a scuole di tutta Italia
rinominato Primo pochi anni dopo e il palinsesto delle reti rivisto in modo da accontentare ancorapiù utenti.
Negli anni 60 i transistor rendono gli apparecchi sempre più portatili, e la radio diventa colonnasonora dei giovani: sempre in tasca, sempre accesa, diffondendo una voglia di libertà che però iniziaad andare contro al monopolio RAI. Nascono così le prime Radio Pirata, più di 400 all’epoca, chehanno copertura di pochi chilometri e spesso sono improvvisate con attrezzature artigianali e studidi fortuna. A differenza delle radio di stato, trasmettono in modulazione di frequenza: unatecnologia ancora snobbata dalla RAI, che però garantisce qualità molto più elevata, resistenza aidisturbi e soprattutto non necessita delle altissime potenze e delle enormi antenne di cui hannobisogno le emittenti tradizionali.
Le radio libere trasmettono musica indipendente, dediche, notiziarilocali, programmi demenziali e idee politiche. Rinnovano un settoreingessato a causa di “mamma RAI” e diventano idolo e punto diispirazione dei giovani dell’epoca.
Nel 1976 una sentenza dichiara illegittimo il monopolio RAI: le radiopirata diventano radio libere ed iniziano a crescere ed organizzarsianche dal punto di vista territoriale. Nascono le reti regionali ed inseguito nazionali. Da 150 radio libere registrate nel 1975 si passa a2800 nel 1978.
L’Italia da una tarda adozione passa quindi ad essere l’avanguardiaradiofonica, con migliaia di radio in grado di soddisfare ogni esigenzatematica e territoriale. Il miracolo economico e sociale accade inconcomitanza di questa enorme rivoluzione mediatica, e le radio nefanno da testimone e divulgatore “in diretta”.
Con la crisi degli anni 90 molte radio iniziarono ad avere problemi economici. Una legge del 1992chiamata legge Mammì per l’omonimo ministro, regolarizza il cosiddetto “far west” dell’etere chesi era venuto a creare. La sua legge regola concetti quali trasparenza, territorialità e pubblicità delleemittenti così come le concessioni delle frequenze.
L’obiettivo è quello di assicurare il pluralismo dell’informazione ma l’effetto che si ottiene è ilcontrario: le piccole radio muoiono e le frequenze vengono comprate a pochi soldi dai gigantinazionali. L’etere diventa in poco tempo oligopolio.
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Una delle prime radioportatili a transistor, prodotta
dalla RCA
Radio Caroline and the battle against BBC: the start of a mediatic revolution with a pirate radio station“If the Fifties were in black and white, then the Sixtieswere in Technicolor”. In just ten years London hadtransformed from an industrial city still plagued by thetroubles of the Second World War, into a city full ofhope and promises.
One of the biggest defining aspects of the 60s wasmusic. The sixties saw an explosion of the famous“British Invasion”, with groups like The Beatles, TheRolling Stones and The Beach Boys who experimented with new sounds and developed innovativemusic.
Meanwhile in Ireland Ronan O’Rahilly, a businessman, managed several pop artists such as GeorgieFame and Alexis Korner. One day he decided to record and release a Georgie Fame song on hisindependent label, unheard at the time.
He took the record to BBC so that it could be played on the radio, but after getting rejected he sadlydiscovered that the big labels such as EMI, Decca, Pye and Philips owned the entire industry. Nothappy about that, he decided he would fight the industry by making his own radio.
Encouraged by the other pirates of the airwaves, in February1964 Ronan bought a former passenger ferry, Fredericia (hername got changed into MV Caroline), and got it convertedinto a radio ship.
The name “Caroline” originates from a picture published onLife Magazine, where Caroline Kennedy and her brother,John F. Kennedy jr. were dancing in the oval office whilelistening to the radio. O’Rahilly found it funny andinterpreted it as a “playful disruption of government”.
Test transmissions started on 27 March 1964 andjust one day later regular transmission began, withthe first speaker being Simon Dee (who later leftand joined BBC). The music genre was mainstreampop but got changed into an album format, whereentire albums were played one after the other, inthe later years.
Radio Caroline used two transmitters built in Texasby Continental Electronics linked together toobtain an impressive 20kW of AM power at 197.3metres. Transmissions lasted from 6am to 6pm tonot interfere with other radios and TV broadcasts,and programmes were targeted at housewives. Thestation gained a daily audience of some 10 million.
Despite not having any license, the radio was ableto transmit because of a legal loophole that made
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the fine for illegal transmission a mere £1. Later in 1967 the UK Government enacted the “Marine,&c. Broadcasting Offenses Act”, outlawing advertising on or supplying goods to unlicensedoffshore radio stations from the UK. This caused the closing of two (Radio 270 and Radio London)of the four offshore stations and the renaming of Radio Caroline to Radio Caroline International.Just six weeks later BBC introduced his new pop radio “Radio 1”, modelled on the format of piratestations and employing many ex-pirate speakers.
In the 70s the format changed again and the station started servicing a niche market, but despite itshighs and lows (including cuts in funding and some ship incidents) the radio station is still well andalive, broadcasting on AM in the UK and on-line all over the world.
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Tecnologia
La modulazione: trasformare un segnale audio in un segnale pronto alla trasmissioneÈ altamente improbabile riuscire a trasmettere un segnale sonoro semplicemente tenendo un cavoaudio in aria: le frequenze interessate sono così basse da non riuscire ad andare oltre al materialeconduttore di cui è composto il cavo. L’etere, infatti, è un mezzo trasmissivo molto delicato che habisogno di alcuni accorgimenti per essere utilizzato.
Il procedimento attraverso il quale l’informazione viene trasformata in un segnale pronto allatrasmissione è chiamato modulazione ed è composto, oltre che dalla modulazione vera e propria, daalcune fasi fondamentali per una trasmissione efficiente e, nel nostro caso, piacevole all’ascolto:
FiltroLe orecchie di un essere umano riescono a captare toni che vanno da 20hz fino a 20khz. Tuttavia isuoni che sentiamo ogni giorno riescono ad estendersi anche oltre o sotto le frequenze da noipercepibili (rispettivamente ultrasuoni e infrasuoni): questo perché l’aria è in grado di trasportarecon più o meno efficienza qualsiasi frequenza sonora.
La radio non ci permette di avere questo lusso in quanto la sua banda (il campo di frequenzeutilizzabili) è limitata. È necessario quindi ridurre l’estensione in frequenza del suono perrispecchiare quella che abbiamo a disposizione.
Il modo più semplice per ottenere ciò è quello di includere dei filtri, tarati a seconda delle necessitàdi trasmissione, chiamati “passa-banda”.
Il filtro passa-banda è un filtro che permette diattenuare le frequenze al di fuori di un certointervallo (la cosiddetta banda soppressa), e lasciarepassare tutte le altre (ovvero la banda passante). Èsolitamente implementato tramite un circuito RLC(resistore-induttore-capacitore), anche se in alcunicasi vengono utilizzati due filtri (un passa alto epassa basso) messi uno dopo l’altro.
È importante che la banda di transizione (cioè la“discesa” del filtro) sia più stretta possibile in modo
da poter tagliare più in alto possibile ed ottenere la minor perdita si frequenze udibili.
In realtà considerando il nostro obiettivo di limitare la banda sarebbe sufficiente un filtro passa-basso. Uno dei problemi di questo approccio tuttavia è il rischio che i ricevitori meno sofisticati
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FiltroProcessing
AudioPre-Enfasi Modulazione+
Stereo
RDS
Audio FM
perdano sintonia (avviando una ricerca automatica) in caso di frequenze molto basse presenti nelsegnale audio.
Processing audio“Applicare il filtro e la preenfasi è sufficiente ad ottenere un segnale ricevibile senza troppiproblemi.”Questa improbabile citazione sarebbe vera se lo spettro FM non fosse una giungla di segnali, ereditàdelle concessioni pazze degli anni antecedenti alla legge Mammì.
Basta fare uno scan dell’FM anche nel paesino più sperduto d’Italia per scoprire una moltitudine disegnali in cerca di occupare la banda il più possibile persino al costo di sovrapporsi e disturbarsi traloro.
L’unico modo per “farsi sentire” nello spettro è quello di ricorrere al processing audio peraumentare il più possibile la propria larghezza. Siccome la larghezza di un segnale FM èproporzionale all’ampiezza del segnale audio si può intuire che lo scopo del processing sia proprioquello di aumentare il volume il più possibile cercando di ottenere un suono gradevole all’udito (ilclassico suono radiofonico).
Vengono utilizzati, oltre ai classici equalizzatori, strumenti come compressori, limiter, generatori diarmoniche, stereo widener e tanti altri. La catena di effetti di una stazione radio può arrivare acomprendere anche centinaia di processi differenti e raggiungere costi di decine di migliaia di euro.
Psicoacustica: l’importanza della percezione del suonoUn processing audio è quindi una necessità tecnica per avere un segnale efficiente e il più immuneai disturbi possibile.
Tuttavia non è la sola motivazione per cui questo viene applicato.
Numerosi studi hanno provato che, date multiple radio con diversi processi applicati, gli ascoltatorisono più propensi a sintonizzarsi sulla radio con il suono più forte e chiaro. Effetti come unamaggiore spazialità (stereo widener), un maggior numero di bassi (harmonics generator) el’aumento di alcune frequenze ben studiate rendono l’ascolto anche su altoparlanti di bassa qualitàun esperienza gradevole. Questo processo porta anche alla creazione di una “radio signature”,ovvero un certo tipo di suono che funge da “firma” dell’emittente e permette di riconoscerlaimmediatamente.
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Una porzione di spettro ricevibile a Cipressa (IM). Di tutte le stazioni presenti nell’immagine (23) solo 8 sono ascoltabili senza disturbi.
Grazie alla psicoacustica inoltre è possibile ingannare l’orecchio in modo da far sembrare un suonopiù intenso di quello che è nella realtà, permettendo di modulare a volumi minori limitando iproblemi di intermodulazione e distorsione del segnale.
Pre-EnfasiUna delle caratteristiche del rumore presente in un sistema FM è che la sua distribuzione neldominio della frequenza è triangolare.
Questo significa che è presente maggiormente nella parte superiore della banda.
Per compensare questo fenomenoè stato pensato un procedimentochiamato Pre-enfasi. Il suofunzionamento è piuttostosemplice: viene applicato alsegnale da modulare un filtro RC(con una costante di tempo di50/75µS) che amplifica le altefrequenze. Il ricevitore
implementa un circuito esattamente opposto (de-enfasi): in questo modo il rumore aggiunto dalmezzo trasmissivo viene attenuato, mentre le frequenze alte vengono riportate al livello originale. Ilprincipio di funzionamento di questo “stratagemma” è legato al rapporto segnale-rumore:aumentando il segnale l’ampiezza relativa del rumore diminuisce.
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ModulazioneA seguito delle fasi precedenti abbiamo ottenuto un segnale adatto alla modulazione. Nonostante latrasmissione di nostro interesse sia l’FM, ho comunque deciso di includere l’AM per confronto. Ipassi da seguire sono più o meno gli stessi, avendo cura di rispettare le caratteristiche richieste daidiversi tipi di modulazione.
Confronto tra AM e FM
AM FM
Principio di funzionamento
il segnale radio varia di intensità seguendo l’andamento del segnale modulante
il segnale radio varia di frequenza seguendo l’andamento del segnale modulante
Larghezza di banda (audio)
5KHz (4.5KHz in Europa) 15KHz
Risposta in frequenza (audio)
40 ~ 5KHz (in Europa fino a 4.5KHz)
20 ~ 15KHz
Larghezza di banda (segnale)
10KHz (il doppio della banda audio)
Da 75KHz a 115KHz in base al tipo di elaborazione audio e alle sotto-portanti utilizzate
Portanti - 0KHz → Segnale mono19KHz → Portante stereo38KHz → Segnale stereo57KHz → RDS/RBDS
Enfasi - 50µS (75µS in America e Sud Korea)
Bande di frequenza LW: 148.5 ~ 283.5KHzMW: 526.5 ~ 1606.5KHzSW: 2.3 ~ 26.1MHz
87.5 ~ 108MHz (Europa)76 ~ 95MHz (Giappone)65 ~ 75MHz (alcuni stati dell’est)
Spaziatura tra canali 9KHz (5KHz in SW) 100KHz (50KHz in Italia)
Licenze È possibile richiedere licenze al Ministero al costo di un paio di marche da bollo (nuova normativa)
L’unico modo per acquisire una licenza e acquistarla da qualcuno chene possiede già una (legge Mammì)
Con l’arrivo dell’FM la modulazione in ampiezza è diventata praticamente inutilizzata (in campo commerciale), ad esclusione dei vari impianti internazionali che trasmettono in onde medie in tutto il mondo (Radio China International, trasmessa da Monaco e ricevibile in Italia è una delle più famose).
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AMLa modulazione in ampiezza è la piùantica: consiste nell’impostare iltrasmettitore su una frequenza fissa, evariare la sua potenza (ovverol’ampiezza della portante) in funzione aquella del segnale modulante.
La suscettibilità dell’AM ad agentiatmosferici e disturbi deriva dal fattoche si basa proprio sulla misuradirettamente interessata dal rumore:l’ampiezza. Qualsiasi oggetto, naturalee non, genera onde elettromagneticheche vanno ad aumentare il cosiddetto“rumore atmosferico”. Temporali,piogge e terremoti sono fenomeninaturali che generano questo rumore, a
cui contribuiscono linee elettriche, candele di motori, circuiti digitali e in generale qualsiasi cosaattraverso il quale possa passare energia elettrica.
Aumentare il rapporto segnale-rumore e quindi migliorare la ricezione richiederebbe un aumentodel segnale direttamente proporzionale: raddoppiare la potenza per ottenere un miglioramento disoli 2dB non è conveniente.
Unendo questa vulnerabilità al rumore alla necessità di utilizzare antenne lunghe anche decine dimetri e trasmettitori inefficienti si può ben impotizzare perché questa tecnologia abbia ormai pocouso.
FMLa modulazione in frequenza nasce nel 1933 e permette di trasmettere un suono ad alta fedeltà conun’ottima immunità ai disturbi. Il suo principio di funzionamento sta nel fatto che al contrariodell’AM non è la potenza a variare, ma la frequenza. In questo modo il segnale è sempre almassimo della portata e si limita a spostarsi nel dominio della frequenza.
L’FM diventa lo standard de facto dagli anni 70, periodo in cui anche la RAI lo adotta (dopo ben 20anni di sperimentazioni) seguendo le migliaia di stazioni FM presenti all’epoca.
Rispetto all’AM le trasmissioni FM utilizzano una banda molto più larga, ed è per questo chevengono solitamente utilizzate a frequenze ben superiori, come le VHF o UHF.
Un altro dei vantaggi della modulazione in FM è la possibilità di poter essere composta da multipleportanti in grado di trasportare segnali audio aggiuntivi e canali dati. Questa potenzialità è statasfruttata per implementare due funzioni molto importanti: lo stereo e l’RDS.
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Stereo
Una delle rivoluzioni portate dall’FM è la trasmissione multicanale. Viene implementata utilizzandoun intelligente meccanismo di sottrazione e addizione dei segnali.
Il segnale mono, ovvero la somma L+R, viene trasmesso nella portante principale ricevibile anchedai sintonizzatori più antichi (in questo modo si mantiene la retrocompatibilità).
Viene aggiunto un tono a 19KHz (inaudibile) che segnala la presenza dello stereo, e una sotto-portante a 38KHz dove viene trasmesso il segnale L-R, ovvero la differenza tra i due canali.Quando un ricevitore rileva la portante a 19KHz riconosce che si tratta di una trasmissione constereo attivato ed attiva il processo di demultiplazione. Ricavare i due canali originali è questione didue semplici operazioni:
L=P0k+P38 k=(L+R)+(L−R)
2R=P0 k−P38 k=
(L+R)−(L−R)
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Dove P0k è l’ampiezza del segnale a 0KHz, mentre P38k si riferisce al segnale a 38KHz.
RDS
Il Radio Data System nasce negli anni 70 e dopo moltesperimentazioni viene attivato su scala mondiale nel 1984. È unsistema digitale utilizzato per trasmettere informazioniprevalentemente testuali visualizzabili sul display dei ricevitori e utilizzabili come aiuto in unasintonizzazione efficiente.
La trasmissione è divisa in blocchi, che implementano anche un sistema di correzione degli errori,che vengono ciclati in continuazione durante la trasmissione che avviene in una sottoportante a57KHz che modula sia clock che dati utilizzando una modulazione in fase.
La prima parte di ogni blocco trasporta dati comuni come il PI code della stazione (un codiceunivoco da 16 bit che identifica l’emittente) e l’AF (la frequenza alternativa su cui sintonizzarsi incaso di perdita di segnale). Dopodichè vengono inviati i dati (16 bit), alternati ai bit di correzionedegli errori (10 bit) fino a quando non si raggiunge la grandezza totale di 104 bit: un bloccocompleto.
I tipi di blocco più comuni sono:
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• PS (Program Service): è il classico identificativo della stazione. Composto da 8 caratteri, èquello comunemente visualizzato sul display. (Esempio: RTL102.5, +STUDIO+, ISORADIO)
• PTY (Program type): è un numero a 4 bit che indica il genere musicale o il contenuto dellastazione. Il numero 9 ad esempio indica una programmazione “Various” - composta dageneri musicali vari.
• RT (Radiotext): uno spazio generico per testi ed informazioni, contiene solitamente il titolodella canzone o le informazioni di contatto dell’emittente. Spesso è inutilizzato e trasmettesemplicemente il testo di esempio dell’encoder RDS. (Esempio: “Radio Birikina – Tel.0114 234 234, Whatsapp 329 2911 1888, On air: Ed Sheeran – Castle on the
Hill”)
• TA (Traffic alert): segnala che la radio sta trasmettendo informazioni sul traffico. Attivandola funzione TA sull’autoradio, la radio inizierà a cercare durante l’ascolto una stazione con iltag TA per ascoltare le info sul traffico. Al termine ritornerà sulla radio su cui eraprecedentemente sintonizzata.
• NEWS (notizie): è identico nel funzionamento all’etichetta TA ma indica che un notiziario èin onda in quel momento.
• S/M (Speech/Music): è un bit che identifica se l’emittente in quel momento sta trasmettendouna canzone o del contenuto vocale. Su alcune radio è possibile scegliere che lasintonizzazione automatica si fermi solo su stazioni che trasmettono musica in quell’istante.
• CT (Clock time): è un sistema di sincronizzazione dell’ora che permette al ricevitore diimpostare automaticamente l’ora. Purtroppo viene spesso lasciato in balia del caso (edell’encoder RDS) dalle emittenti, con data e ora impostata al 1970.
L’RDS è progettato per seguire una tempistica molto rigida durante la trasmissione, richiesta percompensare il fenomeno di “fading”, ovvero una mancanza di segnale della durata di pochimillisecondi spesso causata da ostacoli temporanei (pensiamo ad una autoradio che sfreccia suun’autostrada).
Le radio più evolute possono agganciare i primi blocchi in meno di un decimo di secondo emantenere la sincronia per svariati minuti anche in assenza di segnale, per poi continuare ladecodifica quando il segnale torna ricevibile.
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Costruzione di un ricetrasmettitore FM broadcast
Premesse e caratteristicheNelle prossime pagine spiegherò i passi seguiti nella progettazione e realizzazione di untrasmettitore e ricevitore FM.
Non è un ricetrasmettitore qualsiasi: essendo FM ha bisogno di maggiori accorgimenti per lagenerazione/ricezione del segnale, in quanto (come abbiamo già visto) il segnale sarà composto damultiple portanti che dovremo tenere in conto di gestire.
Ad oggi esistono due prototipi del trasmettitore FM: uno più piccolo, portatile, realizzato su millefori. L’altro, più grosso e realizzato su PCB, che presenta una migliore performance in quanto sonopresenti componenti aggiuntivi che si occupano di filtrare eventuali disturbi.
Il prototipo da me realizzato include un ricevitore, un trasmettitore e un’interfaccia di controllo contasti, led ed uno schermo in modo da rendere l’impostazione dei parametri semplice.
Un microcontrollore si occupa di coordinare tutti i componenti grazie al firmware scritto al suointerno e alle sue numerose interfacce.
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Schema a blocchi
Trasmettitore FM
Ricevitore FM
Jack 3.5mmUscitaFiltro PBEliminatore
Offset
STM8F103(Microcontrollore)
I²C
Shift Register
Led
LCD
TastiSegnale Analogico
Interfaccia SPI
Interfaccia seriale
M S
S
Antenna TX
Antenna RX
Jack 3.5mmIngresso
EliminatoreOffset
Schema elettrico
Pcb
Descrizione del funzionamentoL’utilizzo del trasmettitore è semplice. Dopo la schermata dicaricamento (a lato) che inizializza tutti i componenti si arrivasubito alla dashboard.
Allo stato iniziale sia il trasmettitore che il ricevitore sono instandby. Premendo il tasto DISP è possibile passare da unaschermata all’altra: trasmissione, ricezione, processore audio.
I tasti destra e sinistra si occupano di passare al campo successivoo precedente, mentre con i tasti SU e GIU si modifica il valoreselezionato. Premendo OK si conferma il valore.
L’interfaccia è ancora scarna e richiede molte aggiunte in modo dapoter controllare tutti i parametri in ricezione e trasmissione, ma èun punto di partenza per eventuali aggiornamenti di firmwarefuturi in grado di sfruttare appieno i chip di trasmissione ericezione.
ComponentiTrasmettere un segnale in FM è semplice e fattibile con pochi componenti (un oscillatore LC e untransistor sono sufficienti), tuttavia le performance che ne scaturiscono sono decisamente pessime:avvicinare una mano al piano di terra fa spostare la sintonizzazione di svariate centinaia di Khz, e lamodulazione è ricca di spurie che degradano il segnale e consumano energia inutile. Inoltre nonviene generata la portante stereo, facendo in modo che molti ricevitori ignorino il segnale durante laricerca automatica.
Ho quindi optato per utilizzare chip possibilmente integranti interfacce I²C per poter lavorare conun’interfaccia conosciuta, che integrassero tutte le funzioni di cui il progetto necessita. Per il displaye lo shift register ho dovuto invece utilizzare interfacce seriali/parallele dedicate, ma comunque disemplice utilizzo.
Tutte le trasmissioni avvengono via bit-banging. Uno degli obiettivi dei futuri firmware è quello diottimizzare il consumo di energia utilizzando le interfacce hardware fornite dal microcontrolloreunite ad interrupt e timer per ridurre al minimo l’utilizzo di CPU.
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KT0803L – Trasmettitore FMIl KT0803L è un trasmettitore FM broadcastdigitale che integra tutto il necessario perottenere una modulazione di ottima qualità. Èdefinito dal produttore KTMicro un RSoC(Radio Station on a Chip).
Caratteristiche:
• Standby software• Spegnimento automatico in caso di
silenzio• Multipli clock di riferimento (da
32.768KHz a 26MHz)• ALC (compressore/espansore audio)• Interfaccia I²C• DSP con ADC Sigma-Delta a 20bit• AGC 24dB con passo di 1dB
• Calibrazione automatica con compensazione di temperatura e rumore
• Pre-Enfasi e potenza di trasmissione selezionabili
• Trasmissione da 70 a 108MHz• Filtri integrati
Il fatto che integri un compressore completamente configurabile ci permette di poter immetterequalsiasi segnale di ingresso in entrata senza dover temere sovramodulazioni o distorsioni. L’AGCintegrato adatta automaticamente la sensibilità d’ingresso al segnale, rendendo il trasmettitorecompatibile con qualsiasi tipo di segnale: da lettori mp3 a telefoni fino al mixer professionale.
È disponibile in un unico package, il SOP-16, che lo rende ottimo per la saldatura a mano (e quindiun perfetto candidato per questo progetto).
Attraverso l’utilizzo dell’interfaccia I²C possiamo leggere e scrivere la tabella dei registri, che cipermette di impostare ed leggere i vari parametri dell’integrato.
I processi di lettura e scrittura sono di tipo casuale: possiamo scrivere e leggere qualsiasi registro inqualsiasi ordine e modo desideriamo.
Scrittura I²C casuale:
Lettura I²C casuale:
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RDA5807M – Ricevitore FM
L’RDA5807M è un sintonizzatore FM broadcast digitale, prodotto dalla RDA Microelectronics. Inun solo chip con package MSOP-10 integra sintonizzatore FM, demodulatore stereo, decoder MPX,decoder RDS/RBDS, selettività IF e amplificatore audio.
Anche questo integrato permettedi interfacciarsi tramiteprotocollo I²C, ma utilizzando unapproccio diverso da quello delKT0803L.
La scrittura e lettura dei registriavviene in modo sequenzialepartendo da registri predefiniti:l’inizio della transazione I²Criporta il contatore del registroall’indirizzo di partenza, e lalettura o scrittura avviene un bytedopo l’altro seguendol’incremento del contatore di indirizzo.
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Il modulo RRD-102 converte il package del chip e aggiungeun clock per renderlo più facile da utilizzare.
Registri I²CRDA5807M: Indirizzo di partenza in lettura 0x0A, in scrittura 0x02. I registri sono a 16bitinviati/ricevuti in blocchi da 8bit in modalità MSB. Arrivati alla fine dei registri l’indirizzo torna a0x00
KT0803L: Dopo aver inviato l’indirizzo del chip (con il bit R/W) e ricevuto l’ACK è necessarioinviare l’indirizzo del registro ed in seguito comportarsi come una comune transazione I²C. Non èpossibile inviare più di un registro alla volta senza chiudere la transazione e riaprirla: l’integratonon ha counter interno.
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0x00 CHIPID0x02 DHIZ DMUTE MONO BASS RCLK RCLKDI SEEKUP SEEK SKMODE CLK_MODE RDS_EN NEW_METHOD SOFT_RESET ENABLE0x03 CHAN[9:2] CHAN[1:0] DIRECT_MODE TUNE BAND SPACE0x04 RSVD ? RSVD DE RSVD SOFTMUTE_EN AFCD0x05 INT_MODE RSVD SEEKTH RSVD VOLUME0x06 RSVD OPEN_MODE0x07 RSVD TH_SOFTBLEND 65M_50M RSVD SEEK_TH_OLD SOFTBLEND_EN FREQ_MODE0x0A RDSR STC SF RDSS BLK_E ST READCHAN[9:8] READCHAN[7:0]0x0B RSSI FM_TRUE FM_READY RSVD ABCD_E BLERA BLERB0x0C RDSA[15:8] RDSA[7:0]0x0D RDSB[15:8] RDSB[7:0]0x0E RDSC[15:8] RDSC[7:0]0x0F RDSD[15:8] RDSD[7:0]
Reg 7 6 5 4 3 2 1 00x00 CHSEL[8:1]0x01 RFGAIN[1:0] PGA[2:0] CHSEL[11:9]0x02 CHSEL[0] RFGAIN[3] - - MUTE PLTADJ - PHTCNST0x04 ALC_EN MONO PGA_LSB[1:0] - BASS[1:0]0x0B Standby - PDPA - - AUTO_PADN - -0x0C ALC_DECAY_TIME[3:0] ALC_ATTACK_TIME[3:0]0x0E - - - - - - PA_BIAS -0x0F - - - PW_OK - SLNCID - -0x10 - - - - - - PGAMOD0x12 SLNCDIS SLNCTHL[2:0] SLNCTHH[2:0] SW_MOD0x13 RFGAIN[2] - - - - PA_CTRL - -0x14 SLNCTIME[2:0] SLNCCNTHIGH[2:0] - SLNCTIME[3]0x15 ALCCMPGAIN[2:0] - - - - -0x16 - - - SLNCCNTLOW[2:0]0x17 - FDEV AU_ENHANCE - XTAL_SEL - - -0x1E - DCLK XTALD - REF_CLK[3:0]0x26 ALCHOLD[2:0] - ALCHIGHTH[2:0] -0x27 - - - - ALCLOWTH[3:0]
PCF8814 – Driver LCDIl PCF8814 è un driver LCD della Philipsdiventato famoso per la sua grandissimadisponibilità e facilità di utilizzo. Uno deifattori chiave della sua popolarità è anche ilsuo utilizzo da parte di Nokia in moltissimitelefoni (incluso il Nokia 1100, il cellularepiù venduto al mondo), rendendo i moduliincorporanti questo driver molto economici.
Questo driver è in grado di pilotare displayLCD con dimensioni fino a 96x65 pixel(anche se i display solitamente non superanola risoluzione di 84x48) con una sempliceinterfaccia parallela. Integra anche funzioniper manipolare il contenuto del display(rotazione, spostamento, mirror e inversione)e una RAM interna per il salvataggio dei parametri.
Necessita di una singola alimentazione di 3.3v, che viene sfruttata dagli stepup interni per generare tutte le tensioni necessarie al funzionamento delmodulo.
Come praticamente la totalità dei chip Philips, anche questo integraun’interfaccia I²C, che però resta totalmente scollegata nel modulo da meutilizzato. È quindi necessario utilizzare l’interfaccia parallela a 4 bit cheoffre, oltre ad una maggiore velocità di trasferimento, anche la possibilità diaccedere a funzioni aggiuntive.
Le funzioni relative all’lcd sono incluse nella libreria lcd.h, mentre unapiccola libreria grafica è presente nel file gfx.h.
Il funzionamento di questo display è abbastanza semplice. Uno dei pin, “CE” definisce sel’interfaccia si trova in modalità “grafica” o modalità “comando”. In modalità comando i dati inviatisono salvati nei registri interni e pertanto è possibile variare posizione del cursore, contrasto, tipo didisplay e altri parametri.
Entrando in modalità grafica invece è possibile scrivere sulla RAM grafica formata da blocchicomposti da 8 pixel, frutto della divisione dell’area del display in 6 righe e 48 colonne. Il cursore sitrova allo stato iniziale nella posizione [0,0] (blocco in rosso).
Scrivendo un byte è possibile variare il contenuto del blocco dove è posizionato il cursore. Ilnumero 0x00 indica un blocco senza pixel accesi, 0xFF corrisponde al contrario.
In seguito alla scrittura del blocco il cursore si sposta a destra di una colonna fino ad arrivareall’ultima posizione e ritornare alla colonna 0, incrementando la riga di uno. Arrivati alla riga 5,colonna 83 il cursore ritorna alla posizione [0,0]
Il blocco in blu, ad esempio, è composto da 5 pixel spenti e 3 accesi. Il suo valore sarà 0b11100000,ovvero 0xE0. Il blocco verde, composto da due pixel spenti, cinque accesi e infine uno spento avràcome valore 0b01111100, ovvero 0x7C.
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74HC595 – Shift Register / Driver LEDOltre al display sono stati aggiunti cinque led pervisualizzare lo stato di funzionamento delricetrasmettitore.
Per non utilizzare troppe delle già limitate GPIOdell’STM8 è stato utilizzato un 74HC595, shift registerdella serie logica 7400 in grado di pilotare 8 usciteutilizzando quattro ingressi. Un’ulteriore uscita è statadedicata al controllo della retroilluminazione del display.
Il controllo avviene tramite quattro pin: OE (outputenable), STCP (latch), SHCP (clock) e DS (data).
Uno shift register è comunemente composto da unacatena di flip flop che fanno “scivolare” i dati inseriti attraverso i pin DS (dati) e SHCP (clock)all’interno del registro. Con un fronte di salita sul pin STCH (latch) gli 8 bit vengono trasferiti allamemoria storage. I pin di uscita (Q0~Q7) a questo punto rispecchiano il contenuto della memoria, ameno che OE non sia a livello 1 (uscite disabilitate).
Q7S corrisponde all’uscita dell’ultimo flip flop e serve per poter concatenare le memorie di più shiftregister assieme, in modo da avere ancora più possibilità di espansione.
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Il display 84x48 del modulo lcd è diviso in colonne da 8 pixel
0
1
2
3
4
5
0 8321 42 63
AMS1117 – Regolatore di Tensione 3.3vUno dei problemi incontrati durante i primi test del trasmettitoreFM era un disturbo continuo sulla linea di alimentazione cheintaccava la visione del display e ne causava immagini corrotte.Anche utilizzando i condensatori raccomandati dai datasheet eseguendo le pratiche di design PCB in modo da limitare i disturbiil problema persisteva.
Ho quindi optato alla soluzione di separare completamente lealimentazioni tra trasmettitore FM e il resto del circuito,utilizzando il regolatore AMS1117 da 3,3v.
Con AMS1117 non intendiamo un modello specifico di integrato,ma una serie di regolatori lineari di tensione prodotta dalla “Advanced Monolithic Systems”, ingrado di fornire in uscita una corrente di 1A a tensione di 1.5, 1.8, 2.5, 2.85, 3.3 o 5v (in base almodello). Accetta in ingresso tensioni fino a 15v e contiene circuiti di protezione da sovracorrente,sovratensione e sovratemperatura.
Ovviamente essendo un regolatore lineare non è indicato per grandi potenze in quanto dissiperebbeuna quantità eccessiva di energia. Siccome il nostro scopo è esclusivamente quello di isolare duealimentazioni senza troppe pretese dal punto di vista energetico questa limitazione non causaproblemi.
TastiL’unico modo per interagire con il ricetrasmettitore, oltre alla portaUART, è utilizzando i tasti posizionati a lato dello schermo. Perlimitare il numero di pin utilizzati è stato utilizzato un metodo adottatosolitamente nelle produzioni a basso costo. Si tratta di creare unpartitore variabile.
Quando nessun tasto è premuto è presente solo un pulldown moltodebole (1MΩ) il cui unico scopo è quello di non lasciare l’ingressofluttuante. Premendo uno dei tasti si chiude un circuito che collega dueresistenze specifiche facente parti di un partitore all’ADC, che riceve quindi una tensioneconosciuta.
In questo modo utilizzando un solo pin è possibile controllare un numero elevato di tasti.
Uno dei difetti di questo approccio è però quello di poter premere un solo tasto alla volta, a menoche non si calcolino le resistenze in modo accurato e si aggiunga una funzione nel programmadedicata al calcolo dei tasti premuti.
Anche il debouncing diventa leggermente più complicato del metodo usuale, ma siccome il tutto èrisolvibile tramite software non è in realtà un grosso problema.
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Test e risultatiLe performance in trasmissione e ricezione sono risultate ben oltre le aspettative: nonostante la nonottimale posizione di alcuni componenti e il fatto che l’intero circuito utilizzi un unica massa idisturbi audio sono ridotti al minimo e sono praticamente assenti i disturbi sulle linee dati (grazie aipullup/pulldown). Resta comunque molto lavoro da fare per renderlo all’altezza di un apparecchioprofessionale: il fatto che suoni meglio di alcune radio commerciali non significa necessariamenteche il nostro segnale sia di migliore qualità, ma che probabilmente sta avvenendo unasovramodulazione.
Sviluppi futuri e campi di utilizzoAllo stato corrente il progetto ha poco utilizzo pratico sia in ambito professionale che amatoriale:assomiglia più ad una piattaforma di sviluppo che ad un prodotto vero e proprio, tuttavia con idovuti sviluppi potrebbe diventare un prodotto interessante.In particolare con l’aggiunta o l’aggiornamento di componenti si potrebbe rende il progetto utilecome:
• Analizzatore FM (aggiunta di misuratori di campo)
• Trasmettitore/Ricevitore per test automatizzati (aggiunta di interfaccia seriale)
• Convertitore Radio FM → Streaming e viceversa (aggiunta di modulo rete e codifica)
• Generatore di FM (eccitatore) per trasmissione FM (aggiunta di RDS e amplificatore RF)
• Geolocalizzatore di stazioni (aggiunta di GPS)
• Monitor stazioni (aggiunta di rilevatore di silenzio/rete per segnalare mancanza segnale)
• Registratore e logger FM (aggiunta di memoria di massa e codifica)
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La nuova frontiera della radio: il mondo digitaleSebbene molte di queste tecnologie esistano da molti anni la comodità e diffusione dell’FM hannofatto in modo che siano restate all’oscuro dei non addetti ai lavori fino ad oggi. In seguito unapanoramica dei modi di trasmissione che potrebbero diventare, in futuro, il metodo principale difruizione radiofonica.
SatelliteSebbene la tecnologia nasca negli anni 90 ha visto un boom diiscrizioni negli ultimi anni soprattutto negli Stati Uniti, dovel’azienda SiriusXM offre migliaia di radio tematiche e locali ai suoisottoscrittori, più di 30 milioni.
Il servizio è fornito attraverso una costellazione di satelliti (incontinua evoluzione, con il lancio dei prossimi satelliti previsto nel2019) che trasmettono utilizzando il protocollo MiRGE, chegarantisce qualità equivalenti al CD. Il codec utilizzato èAAC/AAC+, mentre il bitrate arriva ad oltre 128kbit.
Streaming WebLo streaming web nasce negli anni 90 con la diffusionedelle prime connessioni a banda larga. Non acquistapopolarità tra le masse ma rimane uno dei simbolidell’underground web di quegli anni: tante piccole radioindipendenti gestite da dilettanti trasmettono i programmie i generi più disparati.
Nell’epoca moderna con le connessioni mobile semprepiù veloci ed accessibili la radio via streaming ha vistonuova luce soprattutto in mobilità, anche grazie alle
enormi possibilità dell’internet moderno: dagli spot personalizzati alla geo-localizzazione, lagestione avanzata delle statistiche ed un bacino di utenza mondiale. Dal punto di vista tecnico lostreaming è forse il più flessibile: permette di trasmettere a qualsiasi bitrate (anche se i più popolarinon superano i 96kbit) utilizzando codec di ogni genere (AAC+ ed MP3 i più popolari, anche seGoogle e altre aziende stanno spingendo molto Vorbis e Opus).
HD Radio e FMeXtraHD Radio, spesso confuso con il DAB, è un metodo di trasmissione che permette di sovrapporre adun segnale FM tradizionale un flusso digitale decodificabile da speciali ricevitori. In questo modomentre le radio tradizionali continuano ad ascoltare il segnale analogico (il segnale digitale utilizzale bande inaudibili) le radio HD possono godere di una qualità maggiore, contenuti aggiuntivi epersino di audio multi-canale.
La tecnologia risale al 2002 ed è la più popolare della categoria, con l’87% delle stazioni negli StatiUniti che trasmettono in simulcast HD Radio.
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Il player simbolo degli anni 90, Winamp, aveva una sezione dove poter ascoltare tutte le radio della piattaforma Shoutcast
La radio SiriusXM MiRGE,progettata appositamente per il
montaggio in auto
Un’altra tecnologia simile è FMeXtra: adifferenza dell’HD Radio che necessita diapparecchiature aggiuntive e trasmettitoricertificati, FMeXtra lavora su una sotto-portante aggiuntiva che non va ad intaccarela larghezza di banda. Non richiede costi dilicenza ed e sufficiente aggiungere unospeciale codificatore (disponibile anchesottoforma di software) nella catena diprocessing.
HD Radio e FMeXtra possono coesisteresulla stessa trasmissione FM.
DAB/DAB+Il DAB è una tecnologia di trasmissione nata a metà degli anni 90. Èmolto simile alle trasmissioni in digitale terrestre televisive (DTTV):ne condivide in gran parte i metodi di correzione dell’errore e i codecutilizzati.
La nuova versione, il DAB+, che garantisce doppia qualità a parità di dati (grazie al codec AAC+) epermette di veicolare anche informazioni grafiche, sta acquistando sempre più popolarità grazie aduna pressione sempre maggiore delle case automobilistiche e delle emittenti. A differenza dell’FM ilsegnale DAB permetterebbe di comprimere centinaia di flussi in una decina di MHz, aumentandol’offerta e offrendo contenuti aggiuntivi risparmiando banda.
DRMDa non confondere con “Digital RightsManagement”, ovvero la tecnologia anti-pirateriautilizzata online, il DRM (Digital Radio Mondiale)è un metodo non proprietario per trasmettere audioin digitale in onde medie, corte e lunghe,rendendolo un ottimo candidato per occupare inmodo efficiente la quasi inutilizzata banda AM.
Essendo non proprietario non richiede alcun tipo dilicenza per essere utilizzato né dalle emittenti che nefanno uso né dai produttori di radio che integranoquesta tecnologia. Può utilizzare diversi tipi dicodec ottimizzati in base al tipo di audio datrasmettere: musica (AAC) o parlato (CELP, HVXC).
Sia BBC che RAI fanno parte del consorzio DRM e hanno trasmissioni attive da quasi 10 anni, manonostante questo i ricevitori DRM rimangono rari e l’ascolto limitato ai soli appassionati.
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La tecnologia FMeXtra, o VuCast
Una delle rare radio DRM
ConclusioneDiamo tutto per scontato: accendere la radio è questione di premere un bottone o aprire una app,non sapendo che dietro tutto questo c’è un bellissimo mondo composto da persone che lavoranoogni giorno per proporre intrattenimento o servizio pubblico in qualsiasi momento.
Scrivere questa tesina mi ha permesso di conoscere appassionati, addetti al lavoro e persinocelebrità della radio che ne sono rimaste attratte dai contenuti.
Mentre la radio FM in Italia continua ad essere il mezzo numero uno in altri stati si sta lentamentelasciando il posto ad altre tecnologie.
Nell'ultimo anno le vendite di automobili Con DAB a bordo sono aumentate sensibilmente assiemea quelle con connettività internet, funzioni ormai offerte di serie. Internet si propone come soluzione“totale” adatta a qualsiasi tipo di trasmissione: che sia radio o televisione o persino radiotelevisione,lo streaming è il futuro.
Apple, Google e Facebook lo hanno capito, tanto da avere iniziato a spingere fortementesull’adozione di questa tecnologia.
Il 2017 è un anno roseo per lo streaming e la radio, con una sorpresa dopo l'altra.
La Norvegia, ad esempio, ha deciso di svoltare pagina e iniziare lo switch-off dell'FM.
Facebook sta iniziando ad integrare lo streaming con realtà virtuale.
Tunein, Spotify ed Apple stanno migliorando sempre di più la qualità delle trasmissioni e la facilitàdi utilizzo.
Il consorzio 4G sta lavorando ad una versione del protocollo mobile multicast appositamente per glistreaming.
Alexa, Siri e Google Now, assistenti virtuali che adottano l’intelligenza artificiale, hanno moltefunzioni implementate appositamente per lo streaming.
I fanatici delle blockchain, meccanismo di funzionamento su cui si basa la valuta Bitcoin, stannocercando di creare una piattaforma per i contenuti via streaming decentralizzata.
Riusciranno le aziende a scuotere il colosso dell'FM e convertire tutti allo streaming o l'ormainovantenne FM dovrà aspettare ancora prima di lasciare il trono?
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Bibliografia
• Enrico Menduni – Il mondo della radio, dai transistor ai social network – Ed. Il Mulino (Universale Paperbacks) – ISBN 9788815239556
• FMSCAN - Italy FM Transmitter Map - (http://fmscan.org/net3.php?r=f&m=m&itu=I)
• The World Factbook – Central Intelligence Agency (https://www.cia.gov/library/publications/the-world-factbook/)
• Brandolese-Fornaciari - Sistemi Embedded: Sviluppo hardware e software per sistemi dedicati – Ed. Pearson Education – ISBN 9788871923420
Radio Caroline:
• The 1960s The Decate that Shook Britain (http://www.historic-uk.com/CultureUK/The-1960s-The-Decade-that-Shook-Britain/)
• Radio Caroline – Our History (http://www.radiocaroline.co.uk/#history/history.html)
La radiodiffusione in Italia: da monopolio a far west:
• Radio Pirata, Radio Libere, Radio Private (http://www.musicaememoria.com/radio_pirata_radio_libere.htm)
• Normative sulla Radio (http://www.ips.it/scuola/concorso/marconi/legge.htm)
Informazioni sull’AM:
• Amplitude Modulation, AM Spectrum & Bandwidth (http://www.radio-electronics.com/info/rf-technology-design/am-amplitude-modulation/spectrum-bandwidth.php)
Informazioni sull’FM:
• RDS – Radio Data System (http://www.associazionemarconi.com/rds/index.html)
• FM Broadcasting (https://en.wikipedia.org/wiki/FM_broadcasting)
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MaterialiAllegare tutti i materiali tecnici alla tesina la avrebbe allungata di troppoaggiungendo pagine inutili. Ho quindi deciso di caricare tutto sul mio sitoweb, dove saranno disponibili per il download a tempo indefinito (assiemealla versione digitale di questa tesina). La directory contiene tutto il codice(code/), i datasheet e la documentazione (file .pdf), alcune risorse per legrafiche (.bmp/.png) e il manuale per la programmazione (sdcc e sdccman.pdf).
L’indirizzo da visitare per accedere al materiale è https://404.blue/fm/, presente anche nel qr code qui a lato.
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