Le multiplex sur Boeing 747

ou
COMMENT TRANSMETTRE 15 CANAUX MUSICAUX SUR UN SEUL FIL

Sur BOEING 707, le système de diffusion de musique et du son cinéma aux passagers utilisait un procédé filaire. Pour 12 canaux sonores, il y avait 12 fils qui partaient de l'amplificateur de puissance et traversaient tout l'avion avec des branchements à chaque siège.

Outre le poids que représentent ces fils, ce système nécessitait 12 amplificateurs de grande puissance afin que les sièges les plus éloignés reçoivent encore une puissance suffisante compte tenu des pertes inévitables.

Pour pallier ces défauts, un nouveau système de distraction des passagers PES (Passengers Entertainment System) a été conçu pour le Boeing 747.

TECHNIQUES MULTIPLEX

Généralités

Le système PES fait appel à la technique Multiplex. Cette technique, appliquée aux télécommunications, permet de transmettre simultanément plusieurs informations (audio ou vidéo) par un seul câble, un seul faisceau hertzien ou une seule onde porteuse.

Pour une information sonore, l'auditeur juge la qualité de la transmission par deux paramètres : l'intelligibilité et la puissance.

L'intelligibilité est principalement liée à la transmission des fréquences aiguës alors que la puissance l'est à celle des fréquences graves.

L'oreille humaine moyenne perçoit les fréquences de 20 Hertz à 16 000 Hertz (1), et la puissance d'une conversation normale se situe aux environ de 70 décibels (2) avec une dynamique (3) de 40 décibels suivant les syllabes et les intonations.

Si l'on transmet uniquement les fréquences inférieures à 1 000 hertz, 83 % de l'énergie est transmise, mais l'intelligibilité tombe à 42 %. Par contre, si l'on ne transmet que les fréquences supérieures à 1 000 hertz, 17 % de l'énergie est transmise, alors que l'intelligibilité atteint 86 %.

L'augmentation de la largeur de bande (4) et de la dynamique d'un canal sonore diminue la capacité d'un système multiplex. Il faut donc adopter un compromis acceptable entre l'encombrement d'un canal sonore et la qualité de la reproduction.

Dans le cas du système installé sur le Boeing 747 destiné à diffuser de la musique, les fréquences transmises vont de 50 hertz à 10 000 hertz et la dynamique est de 70 décibels.

MULTIPLEXAGE PAR DIVISION DU TEMPS

En anglais TDM : Time Division Multiplex

a) Méthode de modulation par amplitude des impulsions

En anglais PAM : Pulse Amplitude Modulation

Les systèmes multiplex à division du temps (TDM) font appel au principe de l'échantillonnage (5) : on ne transmet qu'un seul canal à la fois mais on commute séquentiellement, c'est-à-dire les uns après les autres, les canaux à une cadence rapide. En synchronisant les commutations à l'émission et à la réception, les canaux se retrouvent séparés à la réception.

FIGURE 1

Multiplex figure 1

La figure 1 schématise le principe multiplex TDM/PAM.

La fidélité du signal à la réception sera d'autant plus grande que le nombre d'échantillons par seconde sera plus élevé. En pratique, pour la transmission de fréquences musicales, une fréquence de commutation égale à 2,5 fois la fréquence la plus haute à transmettre est suffisante. C'est-à-dire que pour la fréquence maximum choisie de 10 000 hertz, il faudra échantillonner tous les vingt cinq millièmes de seconde = 1/25 000

Dans cette méthode de traitement des signaux, c'est l'amplitude des impulsions qui constitue l'information utile : c'est un système analogique (6).

FIGURE 2

Multiplex figure 2

La figure 2 montre la sommation de trois signaux A, B, C en un signal résultant D.

b) Méthode de modulation par codage des impulsions

En anglais PCM : Pulse Coded Modulation

Dans cette méthode, au lieu de transmettre la valeur analogique des canaux, on définit plusieurs niveaux possibles d'amplitude des impulsions PAM et on les code par un train d'impulsions de niveau fixe codé binaire (7) à l'aide d'un convertisseur analogique digital (8).

Ces trains d'impulsions sont transmis pendant la durée de l'impulsion PAM.

Pour le cas qui nous concerne, en choisissant 4096 niveaux possibles soit une dynamique de 70 décibels, nous aurons besoin de 12 impulsions par train ; en effet, le nombre de niveaux est égal à 2n où n représente le nombre d'impulsions ou bits qu'il faudra transmettre.

FIGURE 3
CONVERSION ANALOGIQUE / DIGITAL

Multiplex figure 2

La figure 3 montre un exemple de codage binaire

Il est nécessaire de transmettre en plus des trains d'impulsions de codage binaire des valeurs analogiques des canaux, des impulsions supplémentaires en vue d'assurer un synchronisme parfait entre le codeur et le décodeur.

Dans ce type de système (PCM), l'information n'est plus fournie par l'amplitude des impulsions mais par leur nombre et leur position : C'est un système digital.

Compte tenu des impulsions de synchronisation, la durée d'un train d'impulsions PCM est égale au plus au temps affecté à chaque canal.

Dans ces conditions et à titre indicatif, on peut avoir une idée de la fréquence de transmission en ligne par la formule :

Fr = Fe x N x n

Dans notre cas : Fr = 25 000 x 15 x 14 = 5 250 000 hertz soit 5,25 Mégahertz

Dans ce calcul on a pris 14 bits de codage car 2 bits on été rajoutés aux 12 bits codant la valeur analogique. Ces 2 bits indiquent la fonction du canal : Monophonique, stéréophonique, Public Adress. De plus, avec les impulsions de synchronisation, la fréquence de récurrence sera : 5,55 Mégahertz.

FIGURE 4

Multiplex figure 2

La figure 4 montre le principe général d'une transmission multiplex avec modulation par impulsions codées.

Nous venons de voir les principes généraux d'une transmission multiplex. Dans un prochain numéro, nous verrons un peu plus en détail comment cela se passe dans le système multiplex ISC du Boeing 747 et comment sont commandées les lampes de lecture des passagers.

EXPLICATIONS DE CERTAINS TERMES

Le multiplex sur Boeing 747
(Suite de l'article paru dans le n° 28 d'Entretien)

Nous avons vu dans un précédent numéro les principes généraux du multiplexage et des transformations analogiques digitales.

Nous allons voir maintenant comment ces principes sont utilisés à bord du BOEING 747 pour le système PES (Passengers Entertainment System) ou Système de distraction des Passagers.

Ce système est fabriqué par ISC (Instrument System Corporation) et maintenant, pour nos nouveaux 747, par Hughes mais le principe reste le même.

Il assure la diffusion de programmes musicaux, du son cinéma ou vidéo, et du Public Adress ou annonces par des écouteurs individuels stéthoscopiques (pneumatique). Il fonctionne suivant le principe multiplex de modulation par codage des impulsions (PCM).

Ses caractéristiques principales sont les suivantes :

FIGURE 1-1

Multiplex figure 1-1

La figure 1-1 illustre le principe de la division de temps.

La période totale d'échantillonnage pour les 15 canaux dure 39,060 microsecondes, soit environ 25 000 fois par seconde. Cette période d'échantillonnage ou trame est divisée en :

Les quatre premiers "temps canal" Z1 à Z4 sont réservés au son du cinéma ou de la vidéo et de par l'architecture du système permettent de diffuser des programmes différents dans différentes zones de l'avion.

Les 10 "temps canal" suivants M1 à M10 sont communs à tout l'avion et diffusent la musique provenant d'un magnétophone "multicanal" où chaque canal peut être monophonique ou stéréophonique.

Le "temps canal" P.A. est réservé au Public Adress ou annonces faites par le PNC ou préenregistrées.

Chaque temps canal est lui-même divisé en 14 impulsions ou bits (D1 à D14).

D1 et D2 contiennent des informations sur la nature du canal : monophonique, stéréophonique, Public Address.

D3 à D14 contiennent le codage digital de la valeur analogique de l'échantillonnage du canal à transmettre.

Il existe trois modes de transmission sélectionnés automatiquement :

- mode monophonique, mode stéréophonique, mode Public Address.

En mode stéréophonique, le premier canal codé en mode stéréo est le canal d'écoute droit, le canal suivant immédiatement devenant le canal d'écoute gauche.

En mode Public Adress, le canal Public Address devient prioritaire sur tous les autres canaux, et les passagers entendent les annonces quel que soit le canal qu'ils aient choisi auparavant.

En reprenant le même exemple que dans l'article d'Entretien n° 28, notre échantillon de 2 635 mV est codé sur 12 bits par D3 à D14. Cet échantillon sera codé 25 000 fois par seconde ce qui assure une bonne reproduction de la musique jusqu'à une fréquence de 10 000 hertz.

Cette installation comprend :

FIGURE 2-1

Multiplex figure 2-1

D'une manière générale, le magnétophone distribue ses 10 canaux musicaux analogiques à un Multiplexeur principal (Main Mux) qui les code en digital.

La sortie codée de ces 10 canaux est dirigée par un seul fil vers 6 Multiplexeurs de zone (Zone Sub-Mux) pour être ensuite distribuée à l'ensemble de l'avion.

Ces Multiplexeurs de Zone vont ajouter, au signal du Multiplexeur principal, le codage des quatre canaux du son cinéma ou du son vidéo ainsi que le codage du son du Public Address.

Chaque Multiplexeur de zone distribue, à son tour, l'information codée des 15 canaux à quatre rangées de fauteuils (fig.3).

Chaque fauteuil, grâce à un démultiplexeur (Seat Electronic PES) placé sous l'assise, décodera le canal sélecté par le passager à l'aide d'une boîte de commande située sur l'accoudoir et dirigera le son analogique (démultiplexé) vers le casque d'écoute.

Un sélecteur de canaux (Seat Control Unit) est installé dans l'accoudoir de chaque siège passager. Il permet :

FIGURE 3-1

Multiplex figure 3-1

Également par une autre fonction (PSS : Passenger Service System), il permet l'allumage ou l'extinction de la lampe de lecture individuelle et de l'appel hôtesse. (Voir figure 4-1)

FIGURE 4-1

Multiplex figure 4-1

Chaque démultiplexeur (Seat Electronic) associé à chaque groupe de fauteuils (2 ou 3) possède également une autre fonction dont le principe est similaire à celui du multiplexage de la musique, mais, par contre, ce circuit assure le codage d'impulsion et non plus le décodage.

Des circuits permettent de coder des impulsions, suivant une chronologie bien établie, chacune de ces impulsions ayant une fonction précise. Par exemple : impulsion d'appel hôtesse, impulsion d'allumage de la lampe de lecture.

À chaque codeur de fauteuil est associé un démultiplexeur de service situé au dessus du fauteuil et à côté des lampes de lecture. Sa fonction est de décoder les impulsions fournies par le codeur de fauteuil et d'allumer ou non les lampes de lecture et la lampe d'appel hôtesse.

Ces deux éléments de la chaîne PSS (Passenger Service System) sont pilotés par un autre élément que nous appellerons Multiplexeur de service. Sa fonction principale est d'assurer la synchronisation entre les impulsions codées par les codeurs de fauteuils et leur envoi vers les démultiplexeurs de service.

Cette complexité possède deux avantages par rapport à un système conventionnel à fils :

Nous espérons que ces quelques explications vulgarisées, pour sommaires qu'elles soient, vous auront permis de découvrir sans trop de peine les principes de fonctionnement de la diffusion de musique à bord du BOEING 747.

Les circuits sont assez complexes, et, de par la réalisation du câblage à bord de l'avion, un élément défectueux sur un Seat Electronic peut perturber toute une zone de diffusion de musique, en parasitant par exemple le câble coaxial qui sert à véhiculer le signal depuis la zone sub-mux vers tous les seat electronic.

Sur avion, le dépannage d'un tel système peut, dans certains cas, être compliqué. En effet, la recherche de l'élément défectueux qui perturbe toute une zone ne peut s'effectuer que par remplacement ou déconnexion, un par un, de tous les Seat Electronic.

La loi de "l'em... maximum" aidant, comme certains d'entre vous l'ont constaté, c'est très souvent le dernier élément testé qui est défectueux.

N'oubliez pas que ces principes de base : Multiplexage, Transformation analogique digitale puis digitale analogique, codage, décodage, sont utilisés dans beaucoup d'autres appareils électroniques à bord de nos avions. Vous retrouverez aussi ces techniques dans votre vie de tous les jours sur vos téléviseurs, platines à lecture laser, et même dans l'automobile.

Dominique Ottello
DM.LI
Entretien n°28 Décembre 1986 et n°29 février 1987

Couverture Entretien n°28
Couverture Entretien n°29

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