La diffusion FM d'un signal monophonique ou d'un signal stéréo dont les deux voies gauche et droite ont été mélangées, est bien plus simple à concevoir qu'une diffusion FM en stéréo. Il suffit en effet d'un modulateur FM, auquel on applique directement un signal modulant (le signal audio). Sur le synoptique suivant, on voit une entrée RDS qui est totalement optionnelle et dont on peut se passer sans pour autant tomber dans un vilain complexe d'infériorité.



L'occupation spectrale (en fréquence) relative au circuit du synoptique précédent ressemble au graphique suivant, où l'on voit que le signal audio "monophonique" (composante M) occupe une bande passante de l'ordre de 15 KHz (le RDS n'est pas représenté) :



Le procédé est tellement simple qu'il peut se résumer à l'emploi d'une poignée de composants. Mais même sans être expert en la matière, on se doute bien qu'un émetteur FM simplifié à l'extrême ne peut prétendre à des caractéristiques hautement professionnelles. Un émetteur FM mono professionnel peut coûter 1000 euros, alors qu'un émetteur FM mono fait maison avec des composants de fond de tiroir peut revenir à quelques euros ou rien du tout ! Forcement, il y a des différences quelque part. Ces différences peuvent être classées en deux catégories : la qualité sonore, et la stabilité de la fréquence d'émission. Même si tout cela est intimement lié, on peut tout de même avancer que la qualité sonore est principalement affectée par les composants qui précèdent le modulateur FM, et que la stabilité en fréquence est principalement liée au choix du modulateur FM. Ce dernier pouvant être de type libre (fréquence d'émission ajustée à la main et pouvant dériver) ou de type asservi (fréquence d'émission programmée et stabilisée par une PLL). Le bruit de phase  du modulateur est une donnée que l'on peut commencer à aborder une fois les notions de bases acquises, mais que l'on laisse volontiers de côté quand on débute dans ce domaine.

La diffusion en stéréo a été pensée afin d'assurer une compatibilité avec le mode de diffusion mono, un récepteur stéréo et un récepteur mono devant tous deux être capable de réceptionner et restituer un signal diffusé en mono ou en stéréo (la première chose voulue étant de pouvoir recevoir sur un récepteur mono, un signal diffusé en stéréo). Pour ce faire, on ajoute des informations qui ne sont pas transmises dans le cas de la diffusion en mode mono. C'est ce que l'on peut voir sur le plan d'occupation spectrale suivant, où apparaissent un signal pilote 19 KHz et une nouvelle zone occupée située entre 23 KHz et 53 KHz :



Ces informations supplémentaires "stéréo" (pilote 19K et composante S, pour Sub), multiplexées fréquentiellement avec les informations "mono" (composante M, pour Main), sont reconnues et utilisées par un récepteur stéréo, mais sont totalement ignorées par un récepteur mono car au-dessus de la limite de 15 KHz au-delà de laquelle le récepteur est censé ne rien trouver. Le circuit électronique nécessaire à l'élaboration et à l'ajout de ces informations supplémentaires (pilote 19K et composante S) s'appelle un codeur stéréo. Le codeur stéréo peut être simple à réaliser ou être complexe, tout dépend de la qualité sonore que l'on désire obtenir au final. Il existe deux méthodes "officielles" permettant de constituer la partie "stéréo" du multiplex (MPX) : découpage alterné des voies audio gauche et droite, et modulation directe en amplitude d'une porteuse 38 KHz avec le signal différence A-B (G-D).

Méthode par découpage alterné des voies audio gauche et droite

C'est ce que représente le synoptique suivant.


Découpage alterné des voies audio gauche et droite

Si vous souhaitez vous faire la main avec la diffusion en stéréo, sans pour autant rechercher dès le début une très haute qualité sonore (approche raisonnable), je ne saurais que trop vous conseiller de faire vos dents sur un montage faisant appel à ce procédé, car il est simple à réaliser. On trouve sur le net plusieurs schémas mettant en oeuvre une telle stratégie. Tel auteur va utiliser des portes logiques genre CD4066 (comme le montre le synoptique simplifié qui suit), tel autre va préférer des multiplexeurs analogiques tel le CD4053. 



La commutation alternée entre les deux voies d'entrée peut aussi s'effectuer à l'aide de simple diodes de commutation ou plusieurs transistors montés en parallèle. Mais au fond, le principe est le même, qui consiste à découper en tranches le signal BF gauche et le signal BF droite, et à les transmettre de façon alternée (à tour de rôle) à une fréquence de précisément 38 KHz. Un coup c'est la voie audio droite qui est transmise vers le récepteur, un coup c'est la voie audio gauche qui est transmise, puis on revient à la voie droite, puis à la voie gauche, etc, etc. Côté récepteur, on prend tous les signaux reçus, on leur applique des traitements très simples (il ne faut pas que la construction du récepteur FM coûte cher) et on retrouve nos deux signaux audio gauche et droite d'origine.

Méthode par modulation directe en amplitude d'une porteuse 38 KHz avec le signal différence A-B (G-D)

La deuxième méthode consiste à obtenir la composante S en modulant directement en amplitude une porteuse (un signal sinusoïdal fixe) de 38 KHz par la composante A-B (G-D) du signal audio stéréo à diffuser, ce que montre le synoptique suivant.


Modulation en amplitude d'une porteuse 38 KHz avec le signal différence A-B

La modulation d'amplitude peut être effectuée par un amplificateur à transconductance tel le fameux LM13600 ou LM13700 (voire avec un CA3080) ou avec un multiplicateur analogique tel que le AD633.

Comparaison des deux méthodes

Il est difficile de dire que telle ou telle méthode est préférable à l'autre, car toutes deux, si elles sont bien mises en oeuvre, peuvent donner de bons résultats. Si elles sont "simplifiées", les résultats sont corrects et suffisants pour l'expérimentation, mais ne conviennent pas pour un usage professionnel. La solution "modulation directe par A-B" peut sembler moins "brutale" que la solution consistant à découper de façon stricte les signaux audio A et B. On peut dire qu'elle est "plus analogique que numérique" et plus "propre", mais elle est aussi un peu plus compliquée. Quoique de nos jours, avec les composants mis à disposition... La solution de la découpe franche est simple à mettre en oeuvre et extrêmement économique, mais elle produit des résidus harmoniques plus importants du 38 KHz et des signaux modulants, qu'il faut filtrer. Sur les schémas les plus simples, une unique cellule de filtrage passe-bas est parfois mise en oeuvre pour faire le ménage, ce qui est bien sûr insuffisant... sauf pour de l'expérimentation. Dans certains montages "avancés", le découpage s'effectue à une fréquence multiple de 38 KHz, ce qui repousse plus haut les harmoniques dans le spectre et simplifie le filtrage (on peut l'assimiler au suréchantillonnage utilisé pour les CD audio). L'avantage du multiplicateur analogique est qu'il permet de produire directement un signal modulé en amplitude avec porteuse supprimée, et ce de façon assez propre. Les résidus de 38 KHz et de ses harmoniques sont bien moindres et n'impliquent pas l'utilisation d'un filtre complexe (on peut même parfois s'en passer totalement).

Traitement numérique Hard...

L'élaboration du signal multiplex (MPX) de haute qualité nécessite un circuit électronique assez complexe, ce dont on se rend compte assez vite au fur et à mesure de ses expérimentations. On peut dire que l'utilisation de composants purement analogiques (AOP, transistors, résistances, condensateurs, ...) est totalement dépassé, et que l'emploi d'un CAN (Convertisseur Analogique Numérique) associé à un DSP (Digital Signal Processor) offre une solution élégante pour obtenir "facilement" (d'un point de vue pratique, pas d'un point de vue programmation - tout du moins pour un débutant) un signal MPX "au top". Certains constructeurs professionnels d'émetteurs FM ne jurent d'ailleurs désormais que par la solution tout numérique : on numérise tout de suite le signal audio s'il se présente encore sous forme analogique (avec le CAN), on filtre et on code en stéréo, tout en contrôlant de façon très fine le niveau des diverses composantes (avec le DSP), et on converti en analogique (avec un CNA) le signal MPX numériquement constitué afin de pouvoir l'utiliser avec un modulateur dont l'entrée de modulation est encore analogique. Il n'y a pas que les professionnels bien positionnés sur le marché à proposer de telles solutions : faites un tour sur le net, et vous trouverez des circuits (parfois en kit) basés sur ce principe... et pas au même prix que celui affiché par les "grands" ! Je trouve que les comparaisons deviennent intéressantes à faire.

Traitement numérique Soft...

Vous recherchez un CAN, un DSP et un CNA pour faire vous-même votre codeur stéréo, mais pour tout dire la programmation du DSP vous rebute singulièrement ? Savez-vous que votre PC peut vous rendre ce service, moyennant l'usage d'une carte son un minimum "évoluée" ? Et oui, l'entrée ligne stéréo d'une carte son peut faire office de CAN (parce que les cartes son avec entrées analogiques ont des CAN). Le microprocesseur de votre ordinateur peut faire office de DSP. Et la sortie ligne de votre carte son peut faire office de CNA (parce que les cartes son avec sorties analogiques ont des CNA). La contrainte ? Que la carte son puisse travailler avec une fréquence d'échantillonnage de 192 KHz, afin de pouvoir restituer intégralement un signal MPX de sortie qui ne soit pas tronqué et donc inutilisable. Solution lourde ? Je suis d'accord. Mais ce n'est pas non plus la solution que je vous ai conseillée...

La diffusion de signaux annexes (complémentaires, ou associés) au programme audio peut se faire aussi bien en mode de diffusion mono qu'en mode de diffusion stéréo. Il suffit d'ajouter au signal mono ou au signal stéréo (composite), le signal 57 KHz modulé par les données RDS, et/ou le signal 76 KHz modulé par les données DARC. Il faut bien entendu que le mélangeur utilisé pour mixer toutes les composantes, possède une bande passante suffisamment étendue (100 KHz) et ne provoque pas de rotation de phase exagérée.