2013-10-08

Historien om DAB - Kvaliteten som försvann

De två ursprungliga DAB-innovatörerna Gerhard Müller och Gerhard Stoll var anställda på IRT i München (tyska public serviceradions gemensamma utvecklingsinstitut) i mitten på 80-talet. Mottagningen av Bayrische Rundfunks FM-sändningar i München stördes av kraftig s.k. multipathdistortion från Alperna. Speciellt hördes detta i bilen och i dynamiskt musikmaterial som är så vanligt i klassisk musik.

Det fick de två utvecklingsingenjörerna tanken att hitta på ett tekniskt system som skulle kunna klara att ta emot även dynamisk musik i bilen i svåra reflexmottagningslägen. Man förstod redan då att sändartekniken skulle bestå av många svaga bärvågor som skulle kunna synkas in så att multipathdistortionen undveks. Det blev ett Eureka-projekt där sändarlösningarna togs fram i första hand av franska public serviceradions forskningslabb i Rennes. Det resulterade så småningom i COFDM-tekniken. Det är därför som just långväga reflexer fungerar så bra i bilen i bergiga miljöer.

DAB var aldrig tänkt att ersätta FM-radion utan endast komplettera den för musikvänner som lyssnade i bilen.

Eftersom alla reflexer utomhus var nyttoreflexer så krävdes det inte så starka DAB-sändare. Man hade heller inte tillstånd då att använda starka sändare eftersom det låg kvar analoga TV-sändare i samma frekvensband. Speciellt inte när man placerade dessa som i en sexkant enligt den s.k. Wiesbadenplanen. Denna plan senare på 90-talet löste just problemet med mottagningen i bil när man av frekvensmässiga skäl var tvingade att dela band III (197-240 MHz) med analog TV.

Denna plan gick ut på att så att säga skapa en bikaka av sändare. Först en rundstrålande sändare i mitten och sen 5-6 sändare alla utplacerade jämnt på radien och riktade in mot den centrala masten. Mycket smart eftersom man nu också täckte alla HF-hål från olika väderstreck. Alla dessa relativt svaga DAB-sändare samverkade till en robust radiosignal i systemet SFN (Single Frequency Network ).

Mottagningen i området med 70 km i diameter fungerade superbt i bilen. Man valde därför vertikal polarisation för utsändningen för att ytterligare förbättra bilmottagningen.

Nu drog mottagarna massor med ström, men det gjorde inget i bilen. Det fanns över huvudtaget inga planer på att sända för mindre portabla mottagare och för krävande hemmalyssnare som då lyssnade på FM via riktad takantenn då skulle signalen ändå räckt till för det valda området. DAB planerades för att få en del av FM-bandet först och man började att sända i en hel TV-mux med 7 MHz bandbredd. Det ledde till ännu bättre och jämnare bilmottagning. Det blev VHF Band 3 (tillsammans med L-bandet som var avsett för direktsändande satelliter).

Ljudkvaliteten var viktig och alla de lyssningsprov som framförallt genomfördes 1990 i Radiohuset i Stockholm lade grunden för vald bitrate i DAB samt i kontribution, produktion, lager, distribution och emission (radiosändning).

Det sistnämnda systemet fick inte vara för lågt satt eftersom hela produktionskedjan innan påverkade ljudkvaliteten. Det blev en historisk teknisk kamp mellan rivalerna Fraunhofer och IRT/Rennes. Även japanerna var med (det resulterade senare i Sonys minidisc). Irländska APT var med då också och resulterade i kontribution med hög bitrate men liten fördröjning.

IRT:s kodarlösning hette Mascam för att senare dyka upp som Musicam. Fraunhovers system hette Aspec. Allt resulterade senare efter lyssningstesterna i Stockholm i MPEG 1 Layer 2 för DAB och MPEG 1 Layer 3 för viss kontribution på ISDN-förbindelser. Eller alla MP3 spelare så småningom

Allt väl än så länge. I bilen, den huvudsakliga plattformen för DAB, var mottagningen bra nu, i alla fall i Wiesbaden. Ljudkodningen med layer 2 kunde jobba med hastigheter upp till 384 KBit/s rent teoretiskt och tre DAB-kanaler fick rum med full kvalitet. Samma kanaler som på FM men med full ljudkvalitet och inga reflexstörningar i bilen.

Dynamiken på ljudet var däremot alldeles för stor. Därför tänkte man till och skapade standarden DRC (Dynamic Range Compression). Man processade och komprimerade ljudet i en intelligent processor på radiostationen och skickade styrdatan som metadata i DAB-signalen till mottagarna som "speglade" den inställda kompressorn. Man hade då möjlighet att processa ljudet individuellt och intelligent eller inte alls. Sistnämnda passade för musiknördarna som ville ha originaldynamik via DAB-tuner med yttre riktantenn på hustaket i hemmet.

Således ett riktigt bra winwin-system à la tidigt 90-tal.

BBC hade tagit fram en DRC algoritm som dom kallade för "Dracula". Den var usel och spolades i Europa. Men SR-teknikern Torbjörn Wallentinus stod bakom SR:s helt överlägsna förslag som senare antogs av EBU och används fortfarande idag på de "gamla" DAB-sändningarna som fortfarande rullar i en del länder bl.a. mux 1 i Sverige som sänder public servicekanalerna. Denna tekniska lösning i form av sändarteknik, ljudkodning och dynamikbegränsning var och är fortfarande fullständigt lysande.

Sen kom verkligheten, okunskapen och "The Destroyers"

Nedgången i hur sändarnätet missbrukades för att med fel teknik försöka täcka platser med små portabla okänsliga mottagare som endast använde hörlurssladden som antenn. Ljudmarodörerna som krängde in fler och fler radiokanaler än vad systemet klarade av. BBC kröp till korset och följde med dessa förstörare. Man trumpetade ut att ljudkvalitet var oviktigt. Endast innehållet oavsett ljudkvalitet var viktig. Då skapades bl.a. SR:s alla extrakanaler på DAB.

Standarden för DRC var endast rekommenderad och inte obligatorisk vilket resulterade att många fabrikanter struntade i funktionen. Nu uppstod behovet att processa huvudljudet istället. I många muxar så användes den sönderprocessade FM-signalen till att kopplas ut på DAB-sändarna. Ett uselt ljud på låg bitrate och sönderprocessat ljud blev resultatet. Man gick över till mono för att rädda lite av ljudkvaliteten.  "Loudness War" mellan radiobolagen tvingade upp alla stationer mot det digitala taket. Med låg bitrate inträffar då mycket extra klippdistorsion.

Med portabla mottagare blev insignalen för låg framförallt inomhus och nu tillkom korta reflexer och gamla DAB hanterar inte detta tillfredsställande.

Mycket kritik som snabbt resulterar det i en Quick Fix genom att lägga till en felskyddslösning (fec) och möjliggöra sändning med AAC-familjen. Något bättre radiolösning blev det men långt ifrån vad Teracom och SVT (DVB) tog fram.

DRC skrotades och i ljudbitströmmen kan man nu istället tillfälligt gömma dataöverföringar som äter på ljudkvaliteten. Riktigt lömskt blir det. Samma muxstorlek men nu begränsad max bitrate gällande ljudet

Ful marknadsföring eftersom man i lobbying mot politiker och andra makthavare inte talar om denna andra viktiga sanning.

DRC finns inte som sagt var heller i nya DAB+ vilket medför fortsatt "manglat" och förstört DAB-ljud i nya DAB+. Det är bara att konstatera att det blivit så!

Vi har fått ett radiosystem som kräver "sektledare" för att marknadsföras. Har man väl kommit in i DAB+ buren kan man inte backa. Sverige är inte där ännu men kan snart vara.

Tekniken i DVB-T2, DRM/DRM+ och mobilnätens nya teknik i 4G med broadcastmöjlighet eMBMS är den naturliga digitala lösningen samtidigt som FM kan hålla ställningarna under utvecklingstiden med uppdaterad digital teknik samt förbättrad sändarantennteknik avsedd för portabla och mobila mottagare. Självklart kompletteras dessa sändningar med IP och satellitsändningar.

Müller och Stoll skulle nog hålla med idag. För att inte tala om SR:s egen Christer Grewin som ändå var för det riktiga välljudet. Han skulle vända sig i graven om han skulle lyssna på DAB-radio i Storbritannien, Tyskland, Schweiz, Danmark och Norge idag.

2013-10-08

Lars Mossberg
Radiotekniker (tidigare anställd på Sveriges Radio)

--------------------------------------------------
Några facktermer i texten:

Multipathdistortion betyder flervägsdistortion alltså när reflexer uppstår i terrängen så fördröjs radiovågorna mot originalsignalen. Det blir tidsfel mellan radiovågorna och det innebär toppar och dalar. Distorsion eller ljudförvrängning uppstår då i mottagaren.
Kontribution är radiobolagens interna digitala överföringssystem mellan de egna produktionsorterna.
Bitrate = med vilken reduktion och borttagning av ljuddata som är gjord. Detta kollas i riktiga lyssningstester med "många öron" och bedöms statistiskt enligt internationellt vedertagna standarder. Standard enligt ITU BS 1116 eller 1536 används. För Layer 2 (gamla DAB) gäller 256 KBit/s om produktionen ägt rum med i ren PCM eller med Layer 2 i minst 384 KBit/s.
Mux = multiplex eller ”kanalknippe”

1 kommentar:

  1. Lågkomprimerat om Kulturministern själv får välja.

    SvaraRadera