マルチチャンネルテレビ音声

マルチチャンネルテレビ音声（MTS ）は、システムMおよびシステムNにおいて、 4.5MHzのアナログ音声キャリアに3つの追加音声チャンネルをエンコードする方式です。このシステムは、カラーテレビのNTSCテレビ規格を開発した国家テレビシステム委員会に相当する、放送テレビシステム委員会（BTSC）と呼ばれる業界団体によって開発されました。1984年に承認され、その後2年間で広く普及しました。

MTSは、テレビ信号の空き領域に音声信号を追加することで機能し、最大4つの音声チャンネルを伝送できます。そのうち2つは左右のステレオチャンネルを出力します。さらに、第2の音声プログラム（SAP）は、他の言語やラジオサービス（天気予報ラジオなど）を放送するために使用され、通常はリモコンのボタンからアクセスできます。4番目のチャンネルは、放送局が内部で使用する業務用音声チャンネルであり、一般消費者向けの受信機では聞き取れません。

MTSはテレビ放送における大きな進歩とみなされていました。MTS放送開始から2年後の1986年、テレビ芸術科学アカデミーは、この技術の発明者と、積極的に導入した2つのネットワーク、 NBCとABCに、5つの技術・工学エミー賞を授与しました。長年にわたり、テレビ番組は番組の冒頭で「ステレオ放送」であることを示すバッジを表示していました。アナログ規格であるMTSは、2009年のデジタルテレビへの移行以降は使用されていません。

ステレオ音声システムの設計とテストに関する最初の作業は、1975年にテレソニックス社がシカゴの公共テレビ局WTTWに接触したことから始まった。当時WTTWは「サウンドステージ」という音楽番組を制作しており、そのステレオ音声ミックスを地元のFM局で同時放送していた。テレソニックス社は、既存のテレビ信号で同じステレオ音声を送信する方法を提案し、それによってFM同時放送の必要性をなくすことを目指した。

Telesonics社とWTTWは協力関係を築き、FMステレオ変調に類似したシステムの開発に着手した。WTTWのスタジオおよび送信エンジニア12名が、この協力関係に必要な放送経験を提供した。Telesonics社のシステムは、シアーズタワーにあるWTTWの送信設備を用いてテストおよび改良された。

1979年、WTTWはステレオ対応のグラスバレー製マスターコントロールスイッチャーを設置し、マイクロ波STL（スタジオ送信機リンク）に2つ目のオーディオチャンネルを追加しました。当時、WTTWのエンジニアは、自社仕様で製造されたスプリットオーディオトラックヘッド、外部録音用電子機器、ドルビーノイズリダクションを使用して、自社工場のビデオテープレコーダーでステレオオーディオをさらに開発し、 Soundstageの録音と電子編集を可能にしました。さらに、音楽制作とミキシングには、 Ampex MM1100 24トラックオーディオレコーダーも使用されました。Soundstageをステレオで配信したいPBS加盟局には、各都市のビデオ機器と同期できる4トラック（左、右、垂直駆動、タイムコード）オーディオテープが提供されました。

FCCの承認プロセス中、複数のメーカーがFCCに審査を申請した。特に、電子工業会（EIA）と日本のEIAは、承認プロセスのテストと仕様策定段階で会員を代表するために参加を求めた。WTTWのエンジニアは、周波数応答、分離、およびスペクトルのその他の使用に関する標準を設定するのに協力した。また、テストに使用される番組ソース素材を提供し、放送チェーンを維持した。3Mの24トラックオーディオレコーダーを使用して、テスト用に12種類のステレオ番組を選択できるようにした。競合システムのすべてのテストのソースとして、シカゴのすぐ西にある松下クエーサーTVの製造工場と研究所が使用された。テスト後、いくつかのテストの妥当性について疑問が呈され、第2ラウンドのテストが開始された。

WTTWは1983年10月にブロードキャスト・エレクトロニクス社製のステレオ変調器の試作機を設置し、連邦通信委員会（FCC）がBTSC方式に関する規則を制定する以前から、テレソニックス社のシステムを使用してステレオ放送を常時開始していました。MTSは1984年4月23日にFCCによって正式に採用されました。EIAとFCCの勧告に従い、BE変調器はBTSC規格に適合するように改造され、1984年8月にはWTTWで常時使用されるようになりました。

ステレオ音声の散発的なネットワーク送信は、1984 年 7 月 26 日に NBC でThe Tonight Show Starring Johnny Carsonから始まったが、当時は同ネットワークのニューヨーク市の旗艦局であるWNBCだけがステレオ放送機能を備えていた。^{[ 1 ]} NBC 番組の定期的なステレオ送信は 1985 年初頭に始まった。ABC と CBS はそれぞれ 1986 年と 1987 年にこれに続いた。FOXは1987 年に最後に参加したネットワークで、4 つのネットワークは 1994 年後半までにプライムタイムの番組すべてをステレオで放送するようになった。WBと UPNネットワークは翌シーズンに、最初からすべての番組をステレオで放送して開始した。BTSC 機能を備えた最初のテレビ受信システムの 1 つは、1984 年に発売されたRCA Dimensiaだった。 ^{[ 2 ]}

1985年から2000年にかけて、各ネットワークはステレオ番組の冒頭に「ステレオ（利用可能な場合）」という免責事項を表示し、CBSの「StereoSound」のようなマーケティングタグを使ってステレオ放送の導入を説明することもあった。NTSCビデオ規格を採用していたカナダとメキシコのネットワークは、利用可能な場合はMTS音声を使用していた。

北米のテレビ規格では、音声信号に0.5MHzというかなりの帯域 幅が確保されていましたが、音声信号自体は50Hzから 15,000Hzまでと定義されていました 。これは、映像信号より4.5MHz高い音声搬送波信号 を中心とし、 搬送波の両側に25kHzずつ割り当てられ、 提供された500kHzのうち15kHzのみを使用しました 。^{[ 6 ]}

これは、オーディオチャンネルの下位0.2475 MHzと上位0.2475 MHzが未使用であることを意味した。1950年代に追加されたNTSC カラー信号の性質上、カラー信号の上側がオーディオの下位側波帯に押し込まれた。オーディオ信号は0.5 MHzチャンネル内に中心があり、下位0.25 MHzは残存ビデオ信号によって部分的に侵害されていたため、上位0.25 MHzは大部分が空いたままになった。^{[ 6 ]}   

MTSは、この上位0.25MHzの割り当ての空き部分に新しい信号を追加することで機能しました 。元の音声信号はそのまま残され、これまでどおり放送されました。MTSでは、これがメインチャンネルです。このチャンネルの実際の信号は、2つのステレオチャンネルを足し合わせて、元のモノラル信号とほぼ同じ信号を生成することで構成され、ステレオ回路がなくても、どのNTSCテレビでも受信できます。^{[ 6 ]}

次に、31.468 kHz を中心とし、両側に 15 kHz ずつ広がるステレオ サブチャンネルという第 2 のチャンネルが追加されます。これにより、メイン信号とステレオ信号の間に 15.734 kHz のわずかなギャップが残ります。このパイロット信号は「H」または「1H」とも呼ばれ、その周波数はビデオの水平走査信号の高調波となるように選択され、位相同期ループを使用してビデオ信号から正確に再現できます。1H 周波数に信号が存在する場合、テレビは信号のステレオ バージョンが存在することを認識します。^{[ 6 ]}  

ステレオサブチャンネルは、同じ 2 つのオーディオ信号 L と R で構成されますが、位相をずらして混合し、「L–R」信号、つまり「差分」を生成します。この信号は、より高い振幅で送信され、高周波ノイズを低減するためにdbx圧縮を使用してエンコードされます。全体の平均電力を下げるために、搬送波は送信されません (つまり、その周波数に常時オンの信号はありません)。受信時、受信機はビデオ信号を使用してパイロットを作成し、その周波数を調べて信号が存在するかどうかを確認します。信号が存在する場合、1H と 3H の間の信号をフィルタリングして別のチャンネルに差分信号を抽出し、これに 2H を追加して搬送波を再作成します。この信号は、dbx フォーマットからデコードされ、元のメインとともにステレオデコーダに供給されます。^{[ 6 ]} FM ステレオラジオは、主に H 信号に相当する周波数が 15.734 kHz ではなく 19 kHz であるという点で異なります 。

SAPが存在する場合、5Hを中心とするが、モノラル信号を低オーディオ忠実度と低振幅でエンコードする。^{[ 6 ]} PRO信号も同様に7Hでエンコードされる。4つのチャンネルすべてを使用する信号は、元のオーディオ上側波帯の利用可能な帯域幅の約半分までしか拡張されない。

理想的な状況下では、MTSステレオは標準のVHF FMステレオよりも優れた性能を発揮します。FMステレオとMTSの両方において、LRサブチャンネルはAMダブルサイドバンド変調されます。AMは干渉を受けやすいことが知られており、サブチャンネルのノイズ低減は標準のFM放送よりもSNRの向上に役立ちます。サブチャンネルの情報はdbxエンコードされ、50dBを超える典型的なSNRでオーディオを改善します。サブチャンネルのみにノイズ低減を追加することで、完全なモノラル互換性が維持されます。モノラルTVをお持ちの視聴者は、 15kHzの帯域幅に制限されるものの、通常のオーディオを聞くことができます。  

当初の仕様では、エンコード前に各オーディオチャンネルにブリックウォール楕円フィルタを設けることが求められていました。このフィルタのカットオフ周波数は15kHzで、 水平同期干渉（15.734kHz）がオーディオにエンコードされるのを防ぐためでした 。しかし、変調器メーカーは、必要に応じてより低いカットオフフィルタを使用し、オーディオフィルタのコストも削減しました。通常、14kHzが選択されました が、12.5kHzという低いフィルタを使用するメーカーもあり ました。楕円フィルタは、カットオフ周波数で最小の位相歪みで最大の帯域幅を持つように選択されました。これに対し、標準的なFM変調器は、オーディオをわずかに高い周波数でフィルタリングしますが、それでも19kHzの パイロット信号を保護する必要があります。EIA/FCCテストで使用されたフィルタは、 15.5kHzで-60dBの特性を持っていました 。当時、トランスオーディオ結合が一般的であったため、下限周波数は50Hzに設定されました が、トランス入力のない変調器は少なくとも20Hzまでフラットでした 。

標準的な分離性能は35dB以上であった。ただし、この仕様を達成するには、チャンネル間のレベルマッチングが不可欠であった。規定の分離性能を実現するには、左右の音声レベルを0.1dB以内の誤差で一致させる必要があった。

水平同期信号の位相安定性を維持することは、復号処理において良好な音声を得るために不可欠です。伝送中、水平同期信号の位相は画像レベルや色度レベルによって変化する可能性があります。伝送位相安定性の指標であるICPM（Incidental Carrier Phase Modulation）は、最適な音声サブチャンネル復号のために4.5%未満である必要があります。これは当時のUHF送信機ではより大きな問題でした。当時のマルチキャビティクライストロンRFアンプは、通常ICPMが7%を超えていました。そのため、MTSステレオのUHF伝送は不可能でした。後のUHF送信機の設計ではICPM性能が改善され、MTSステレオ伝送が可能になりました。

dbxコンパンディングの使用により、MTS をデコードするすべてのテレビ機器は当初、ロイヤリティの支払いが必要でした。最初はdbx, Inc.に、次に 1989 年に dbx からスピンオフし、1994 年に MTS 特許を取得した THAT Corporation に支払いましたが、これらの特許は 2004 年に世界中で失効しました。^{[ 7 ]} THAT は現在、MTS のデジタル実装に関連するいくつかの特許を所有していますが、2007 年に THAT から米国電気通信情報局に送られた書簡では、すべてのアナログ MTS 実装と一部のデジタル MTS 実装には THAT からのライセンスは不要であることが確認されています。^{[ 4 ]}

北米以外の国々でNTSC規格を採用している国々のうち、チリ、コロンビア、台湾、フィリピンなどではアナログ方式にMTSフォーマットが採用された。日本は、国内NTSC方式の中で独自のEIAJ MTS規格を採用した。ブラジルとアルゼンチンの2カ国は、MTS規格を代替のPAL規格と組み合わせて使用​​した。

• NICAM
• ツヴァイカナルトン
• EIAJ MTS