処理4：ステレオ復調

第2部
第
7章
音楽もちゃんと聴けるとカッコいい
処理 4：ステレオ復調
高橋 知宏
L（左）信号とR（右）信号を，和信号と差信号に分け，
ゲイン
和信号はベースバンドに，差信号は38kHzのサブ
キャリア（抑圧搬送波）で DSB変調されている
50Hz
L ＋R
L −R
15kHz
23kHz
19kHz
音声帯域は
50Hz∼15kHz
38kHz±50kHz
は抜けている
53kHz
38kHz
周波数
基準となる19kHzパイロット信号が
10％の振幅で加えられている
図 1　FM ステレオ放送のしくみ
和信号に加えて，差信号が音声帯域外に変調されて加えられている．さ
らに分離の基準となるパイロット信号も加えられている
FM 放送のステレオ方式
● モノラルとステレオを両立! うまくできている
FM 放送ではステレオとして，左右 2 チャネルの音
声が重畳して変調されています．このステレオ方式
は，モノラル放送との互換性を確保するよう工夫され
ています．ステレオ復調を行うために，しくみを説明
しておきます．
ステレオ放送では，FM 復調後の信号は図 1 のよう
なスペクトラムになっています．左右のチャネルの信
号を加算した L ＋ R の信号が，19kHz 以下のベースバ
ンドに入っています．一方，差信号 L − R が，38kHz
を中心とした位置に DSB（両側波帯）信号として，変
調されています．さらに，19kHz には分離の基準とな
るパイロット信号があります．
ステレオ復調の際には，和信号 L ＋ R と，差信号
L − R を取り出し，それぞれ，和と差をとることで，
左右の信号に分離することができます．
（L ＋ R）＋（L − R）= 2L
（L ＋ R）−（L − R）= 2R
左右の分離をよくするためには，L ＋ R と L − R の
信号のレベルがうまくマッチングしている必要があり
ます．つまり，FM 復調時の周波数特性が平坦である
必要があります．もし周波数特性が平坦でない場合に
は，L ＋ R と L − R の信号にレベル差が生じ，左右が
80
精度よく分離できません．左右の信号が分離しきれ
ず，混じって聞こえることになります．
▶モノラルの場合
パイロット信号ならびに 38kHz で変調されている成
分が存在しません．モノラルの場合は，15kHz 以下を
そのままモノラル 1 チャネル分として使えば OK です．
ステレオ復調 PLL 処理
FM 復調された信号から，ステレオ信号を取り出す
ためには，若干込み入った手順が必要です．まずは信
号に含まれているパイロット信号を取り出す必要があ
るのですが，周波数と位相を正確に合わせなければな
り ま せ ん． こ れ に は ソ フ ト ウ ェ ア 的 な PLL（Phase
Locked Loop）を使用します．PLL は，基準となる信号
に合わせて，新たな信号を生成するための代表的な方
法です．マイコン内部でクロックを逓倍するのに使わ
れているため，言葉を目にする機会は多いと思います．
● ステップ1：19kHz パイロット信号を抽出する
ステレオ分離処理の全体像を図 2 に，しくみを図 3
に示します．PLL はクロック逓倍以外に，狭い帯域の
フィルタとして使うことができます．PLL 内にはソフ
トウェア的な発振器 NCO があり，ステレオ分離前の
マルチプレクス（MPX）信号の中に音声信号とともに
含まれているパイロット信号と同じ周波数と位相に同
期 す る よ う 制 御 さ れ て い ま す． パ イ ロ ッ ト 信 号 と
NCO の IQ をそれぞれ乗算，平滑化し，I 側がゼロに
なるように NCO を微調整しています．
PLL がロック状態になると，NCO の発振周波数と
位相が，入力のパイロット信号と一致します．たくさ
んの成分が含まれた MPX 信号の中から，パイロット
信号とそのごく近傍の周波数の信号だけが取り出され
る狭帯域のバンドパス・フィルタとして動作している
ことになります．
● ステップ 2：周波数を 2 倍の 38kHz にする
パイロット信号と同期した 19kHz が得られたら，
2015 年 7 月号