调频广播(调频广播的魅力)

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1.调频广播六十年

埃德温·阿姆斯特朗

上世纪初，美国科学界出现了一股发明热。继爱迪生发明电灯和留声机、阿甘发明三极管、贝尔发明电话之后，阿姆斯特朗也加入了伟大发明家的行列。他一口气发明了负反馈、再生、超再生、超外差电路，奠定了现代无线电接收机的基础。1933年，他发明了宽带调频，建造了50千瓦的私人试验电台。1935年4月，他在纽约帝国大厦同时发射调频信号和调幅信号，并在新泽西州哈顿菲尔德自己的实验室对比接收情况。结果表明，调幅信号已被噪声淹没，但调频信号仍很清晰。美国非常重视调频技术。1941年元旦，全美25家调频广播电台同时开播，创造了世界上最早的调频广播。1958年，美国工程师Leonard Kang开发了立体声无线电系统，1960年，蒙特利尔广播电台首次将Leonard Kang的系统应用于立体声调频广播。20世纪60年代中期，调频立体声得到了迅速发展。从20世纪70年代末开始，一些国家开始研究四声道全景环绕声广播，但由于接收条件苛刻，短暂失败。

中国的调频广播于1959年元旦在北京首播，频段为64.5 ~ 73 MHz。中国的调频立体声广播始于1979年的哈尔滨，80年代中期调频广播遍布全国。从此，中国人民迎来了高保真无线电广播的新时代，它不受天空电噪声的干扰。

在AM长波、中波、短波、短波单边带、FM等模拟广播系统中，FM是唯一能提供高传真广播的介质，其广播内容以音乐为主，被称为快乐FM。FM不仅给我们的生活带来快乐，在广播文化、技术探索、音质评测、设备收藏等方面也充满魅力。

第二，音质堪比CD

De 1994

2007年9月23日，在同济大学举行的WECWRA新闻发布会上，德胜通用电气公司梁总经理带来了一台德胜-1994纪念型台式收音机。当上海94.7MHz经典音乐台的节目播出时，上海电视台的记者Kuloko Shen惊叹道:“这个收音机听起来怎么像立体声！”这就是调频广播的魅力。其实德胜-1994的音质只达到了入门水平。它可以发出舒适蓬松的声音，柔和甜美的中音，但缺少华丽的高音。虽然声乐谱中8000Hz以上的成分很少，但是器乐谱中20kHz以上的成分还是很多的。尤其是对于琴弦，比如小提琴、二胡，它们的高次谐波总会延伸到超声波频段。虽然这些三重奏的水平很低，但也只是体现了音乐的色彩，为声音起到了锦上添花的作用。但在普通调频收音机的设计中，由于选择性、较窄的中频带宽以及为降低成本而采用的程式化电路，使得音质大打折扣。

GE-Zenith pilot系统是全球统一的调频广播系统。与AM系统相比，75kHz的频偏可提高信噪比17 dB。50微秒的预加重可以提高10.18 dB，总的提高是27.18 dB。如果AM信噪比按50 dB计算，FM广播的信噪比可以达到77.18 dB。调频广播和模拟电视广播设备的数字化改造从未停止，特别是立体声激励器经历了矩阵编码、时分切换编码、多级软切换编码到现在的软件DSP编码，发射设备的质量有了很大的提高。电台的节目来源从开始的模拟磁带、激光唱片、模拟盒式录音机到今天的DAT、CD、硬盘。声源失真度从3%降低到0.001%，动态范围从50 dB提高到90 dB。传输硬件和软件的进步为实现高传真扫清了道路。

曾经流行的激光唱机

至于接收机，由于FM频率在VHF频段，器件的高频特性和电路的分布参数会影响整机的性能，设计制造成本比较高。只有常规技术和廉价设备无法制造高传真收音机。好在调频系统大有潜力可挖。如果不惜任何代价，利用自适应横向滤波器、变参数处理、数字鉴频、峰值采样锁相解码等技术，可以设计出高指标的接收机。二十年前，当我打开ST5555调谐器时，我不敢相信这是一台收音机的电路板。即使在当今微电子技术高度发达的时代，设计一个CD音质的调谐器仍然不是几个集成块就能做到的。调频技术真是高深莫测。如果与人类居住的房屋相比，高级调谐器就是五星级酒店，而便携式调频半导体就是小屋。

这些进步都使得调频广播从三十年前的中等传真率达到了今天的高传真率。许多人不同意调频广播可以与CD相媲美。的确，声音在发射端经过编码调制，在空中传输，在接收端经过选频、放大和解调，不可避免地会产生处理误差和混合噪声。应该说，一个设计良好的FM接收机的音质非常接近CD的音质。如果有机会，亲自听一听MD-108或者L02-T这样的调音器，你就能真正体会到当今调频立体声收音机的原始音质。

第三，播放源是从磁带到CD。

自1877年8月15日爱迪生发明世界上第一台留声机以来，录音技术一直在发生变化。调频的广播质量一直跟随着录音技术的脚步。诞生于20世纪40年代的单声道调频广播的音源是从钢丝录音机和粗粒唱片开始的，当时的调频广播质量无从考证。到了50年代末，密纹唱片和开放式录音机基本上可以忠实地记录和还原原声，调频广播的音质得到了人们的认可和重视。专门为调频接收机设计的低噪声高频电子三极管、锐截止五极管和高跨导功率管开始批量生产，为制造高质量接收机奠定了基础。

20世纪60年代，立体声技术引入了调频广播。由于弱信号的信噪比比单声道低21.7分贝，立体声的覆盖范围只有单声道的三分之一，在信号覆盖的边缘区域会产生嘶嘶声，必须切换到单声道才能消除。所以并没有引起人们的好评。广播电台的主要广播设备磁带机的背景噪声使立体声广播质量变差。立体声解码器在高档收音机中用作可选组件。1965年，杜比发明了杜比A降噪技术，将磁带噪音一下子降低了20分贝，FM立体声看到了高传真的曙光。

七十年代，FM电台配备了高分辨率立体声激励器，再加上降噪卡座和密纹唱片的应用。当现场直播歌剧和交响乐时，人们可以在收音机前有身临其境的感觉。声源定位和宽广声场的优势被广泛认可，立体声被称为体历声。

80年代DAT数码录音机和CD的出现，使录音质量发生了革命性的变化，调频广播真正进入了高传真时代。这一时期，广播电台的播出手段逐渐走向自动化，节目的制作和播出分开进行，播出方式以录制节目为主。DAT曾经是FM电台的主要设备，节目剪辑后录制在DAT上。由于DAT和CD都录制PCM信号，音质可以得到保证。还有DAT上录制的语音节目，根据节目直接从CD上选择音乐节目，自动机械手换盘。这种方法可以确保最佳的声音质量，尤其是在使用24位/192KHz格式的SACD时。

90年代末，随着自动播放器的出现，所有的节目都是先在电脑上制作编辑，再通过高速以太网传输到播音部的硬盘上。为了保存空之间的音频数据，广播的声音质量会略有下降。目前各种压缩比很高的音频码率压缩方法都是有害的，包括DAB和FM高清音频广播中使用的MUSICAM和AAC。音频发烧界提到压缩音频大家都会嗤之以鼻。不知道这些铁杆发烧友听了数字压缩调频广播后会有什么感受？

四。从硬件到软件的立体声激励器

影响发射机调频广播质量的硬件设备是立体声激励器，主要完成立体声编码的任务。世界上有两种调频立体声广播系统:导频系统和极化系统。中国采用试点制度。在FCC和西方发达国家制定的调频广播规范中，立体声分离指数应大于30分贝，主辅声道的电平差为0.3分贝，相位差为3度。过去，在模拟激励器中实现这些指标是相当困难的。只要15 kHz左右的滤波器相位特性稍有偏移，一旦产生1.5 dB的电平差或20度的相位差，立体声就会消失。所以，激励器的好坏决定了电台的广播音质。

早期的电子管激励器是矩阵系统，和差信号之间的电平和相位平衡对整机性能影响很大，技术指标勉强达到广播级要求。之后，所有的晶体管驱动器都改进为开关模式。切换系统的中性信号通道被隐藏，影响分离的因素转移到子载波和导频的相位上。如果用副载波频率作为采样信号，立体声分离可以达到35 dB，已经超过FCC标准。人类有追求完美的天性，然后将副载波频率的三次谐波作为辅助采样，叠加到MPX上，抵消复合信号中副载波的三次谐波，分离度提高到40 dB。1980年，McMartin公司发明的软开关技术大大提高了励磁机的性能。在14级软开关编码器中，复合信号中13阶以下的谐波分量为零，分离度提高到60 dB。后来各厂商竞相先提高软开关频率，38级软开关、3.444MHz采样频率的激励器隔离度达到70分贝。本世纪初，DSP的处理速度已经能够应对复杂的编码算法。一个采样频率为77.824MHz的2048级软开关DSP编码器，一下子把分辨率提高到了90分贝以上。现代DSP立体声激励器是全系标配，包括模拟导频系统和极化系统、数字DAB和高清音频系统以及直接数字频率合成(DDS)。使用起来非常方便，成本也在逐年下降。

1986年，CBS和NAB的两位工程师发明了FMX，增加了一个正交差信号，通过压扩编码将调频台的立体声覆盖范围扩大了3倍，达到了与单声道相同的传输距离，大大提高了立体声分离度。该系统的另一个优点是它与普通的调频系统兼容。普通的调频接收机可以接收FMX信号，但不能解调正交信号。即使在无线电波覆盖的边缘区域，X接收器也可以稳定地接收立体声广播，而无需切换到单声道。FMX对广播电台和听众都很有吸引力。美国的FCC并不强制执行FMX系统，但是地方广播电台选择自己实施。正如中国没有调幅立体声一样，中国也没有FMX广播电台。

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