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調(diào)頻廣播（調(diào)頻廣播的魅力）

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一、調(diào)頻廣播六十年

埃德溫·阿姆斯特朗

上世紀(jì)初，美國(guó)科學(xué)界出現(xiàn)了一股發(fā)明熱，繼愛迪生發(fā)明了電燈和留聲機(jī)、 福雷斯特發(fā)明了三極管、貝爾發(fā)明了電話之后，阿姆斯特朗也加入了偉大的發(fā)明行列。 他一口氣發(fā)明了負(fù)反饋、再生、超再生、超外差電路，奠定了現(xiàn)代無線電接收機(jī)的基礎(chǔ)。1933年他又發(fā)明了寬帶調(diào)頻，并建造起50千瓦的私人試驗(yàn)電臺(tái)。1935年4月，他在紐約帝國(guó)大廈同時(shí)發(fā)射調(diào)頻信號(hào)和調(diào)幅信號(hào)，在新澤西州哈頓菲爾德自己的實(shí)驗(yàn)室里作接收對(duì)比。結(jié)果表明，調(diào)幅信號(hào)已被噪聲淹沒，而調(diào)頻信號(hào)卻仍然十分清晰。美國(guó)對(duì)調(diào)頻技術(shù)非常重視。1941年元旦，25 家調(diào)頻電臺(tái)在美國(guó)各地同時(shí)開業(yè)，開創(chuàng)了世界上最早的調(diào)頻廣播。 1958年，美國(guó)工程師賴納德·康研制出立體聲廣播系統(tǒng)，1960年，蒙特利爾廣播站首次應(yīng)用賴納德·康的系統(tǒng)進(jìn)行立體聲 FM 廣播。60 年代中期調(diào)頻立體聲得到飛速的發(fā)展。從70年代后期開始，有些國(guó)家開始研究四聲道全景環(huán)繞聲廣播，但由于接收條件要求苛刻，曇花一現(xiàn)宣告失敗。

我國(guó)的調(diào)頻廣播是1959年元旦在北京開始試播的，頻段是65～73MHz，我國(guó)的調(diào)頻立體聲廣播是1979年在哈爾濱開始的， 80 年代中期調(diào)頻廣播在全國(guó)普及。從此，中國(guó)人迎來了不受天電噪聲干擾，且具有高保真度的無線電廣播新時(shí)代。

在調(diào)幅長(zhǎng)波、中波、短波、 短波單邊帶、調(diào)頻這些模擬廣播制式中， 調(diào)頻是唯一能提供高傳真廣播的媒介，廣播內(nèi)容以音樂為主，被譽(yù)為歡樂調(diào)頻。調(diào)頻不但給我們的生活帶來快樂，在廣播文化、技術(shù)探秘、音質(zhì)評(píng)價(jià)、器材收藏方面也充滿魅力。

二、音質(zhì)堪與 CD 媲美

德生1994

2007年9月23日，在同濟(jì)大學(xué)舉行的 WECWRA 成立新聞發(fā)布會(huì)上 德生通用電氣公司的梁總帶來一臺(tái) TECSUN-1994 紀(jì)念版臺(tái)式收音機(jī)，在播放上海 97MHz 經(jīng)典音樂臺(tái)的節(jié)目時(shí)，上海電視臺(tái)的記者沈瑩驚呼：“這臺(tái)收音機(jī)的聲音怎么象音響！” 這就是 FM 廣播的魅力。實(shí)際上，TECSUN-1994 的音質(zhì)只達(dá)到了入門級(jí)水平，它能放出聽感舒適的蓬蓬聲，松軟而甜美的中音，但缺少華麗的高音。雖然聲樂頻譜中很少有 8000Hz 以上的分量，但在器樂頻譜中 20kHz 以上的分量仍很豐富。尤其是弦樂，如小提琴和二胡，其高次諧波一直會(huì)延伸到超聲頻段。雖然這些高音的電平很低，恰恰卻反映了音樂的色彩，對(duì)音品起著錦上添花的作用。但在普通調(diào)頻收音機(jī)設(shè)計(jì)中由于要兼顧選擇性，中頻帶寬設(shè)計(jì)得較窄，加之為了降低成本，電路被程式化，因此音質(zhì)就大打折扣了。

GE-Zenith導(dǎo)頻制是世界統(tǒng)一制式的調(diào)頻廣播，與調(diào)幅制式相比， 75kHz的頻偏能使信噪比改善17分貝；50 微秒的預(yù)加重又可以改善 18 分貝，總共可改善218分貝。如果調(diào)幅信噪比按50分貝計(jì)算，調(diào)頻廣播的信噪比可達(dá)到 718 分貝調(diào)頻廣播和模擬電視廣播設(shè)備一直沒有停止過數(shù)字化改造，尤其在立體聲激勵(lì)器上經(jīng)歷了矩陣編碼、時(shí)分開關(guān)編碼、多級(jí)軟開關(guān)編碼到現(xiàn)在的軟件 DSP 編碼，發(fā)射端的設(shè)備質(zhì)量已得到了大幅度地提高。電臺(tái)的節(jié)目源從開盤模擬錄音帶、 密紋唱片、模擬卡式錄音座到如今的 DAT、CD和硬盤。音源失真度從 3%降低到 0.001%，動(dòng)態(tài)范圍從50分貝提高到 90分貝。發(fā)射端硬軟件的進(jìn)步為實(shí)現(xiàn)為高傳真掃清了障礙。

曾經(jīng)風(fēng)靡一時(shí)的CD機(jī)

在接收機(jī)方面，由于 FM 頻率處于VHF波段，器件的高頻特性和電路的分布參數(shù)會(huì)影響整機(jī)性能，設(shè)計(jì)制造成本相對(duì)較高，只用常規(guī)的技術(shù)和廉價(jià)的器件是做不出高傳真收音機(jī)的。好在調(diào)頻這種制式有巨大的潛力可挖，如果不惜成本，利用自適應(yīng)橫向?yàn)V波器，變參數(shù)處理，數(shù)字鑒頻，峰值采樣鎖相解碼等技術(shù)能夠設(shè)計(jì)出指標(biāo)很高的接收機(jī)。二十幾年前，當(dāng)我打開 ST5555 調(diào)諧器時(shí)，簡(jiǎn)直不敢相信它是一臺(tái)收音機(jī)的電路板。即使在今天微電子技術(shù)高度發(fā)達(dá)的時(shí)代，要設(shè)計(jì)一臺(tái)具有 CD 音質(zhì)的調(diào)諧器，仍不是幾個(gè)集成塊所能實(shí)現(xiàn)的。調(diào)頻技術(shù)真是高深莫測(cè)，如果用人類居住的房子來比擬，高級(jí)調(diào)諧器是一座五星級(jí)賓館，便攜式 FM 半導(dǎo)體則是一間小木屋。

所有上述進(jìn)步，使調(diào)頻廣播從三十年前的中等傳真度達(dá)到今天的高傳真度。要說調(diào)頻廣播能與 CD 媲美，許多人會(huì)不同意。確實(shí)，聲音經(jīng)過發(fā)射端編碼和調(diào)制，空中傳輸，接收端選頻，放大和解調(diào)，難免會(huì)出現(xiàn)處理誤差和混進(jìn)噪聲，應(yīng)該說設(shè)計(jì)優(yōu)良的調(diào)頻接收機(jī)的音質(zhì)很接近于 CD。 如果你有機(jī)會(huì)，親自聆聽一下MD-108 或 L02-T 這類調(diào)諧器，就能真實(shí)地領(lǐng)略到當(dāng)今調(diào)頻立體聲廣播的本來音質(zhì)。

三、廣播音源從磁帶到光盤

自 1877 年8月15日愛迪生發(fā)明世界上了第一臺(tái)留聲機(jī)以來，錄音技術(shù)一直發(fā)生著變化。調(diào)頻廣播的播音質(zhì)量一直緊跟著錄音技術(shù)的腳步前進(jìn)。誕生于上世紀(jì)四十年代的單聲道調(diào)頻廣播聲源是從鋼絲錄音機(jī)和粗紋唱片開始的，無從考證那時(shí)調(diào)頻廣播的質(zhì)量。到了五十年代末，密紋唱片和開盤磁帶錄音機(jī)基本上能忠實(shí)地記錄和還原聲音的原貌，調(diào)頻廣播的音質(zhì)受到了人們認(rèn)可和重視，專門為調(diào)頻接收機(jī)設(shè)計(jì)的低噪聲高頻電子三極管，銳截止五極管和高跨導(dǎo)功率管開始大量生產(chǎn)，為制造高音質(zhì)接收機(jī)奠定了基礎(chǔ)。

六十年代立體聲技術(shù)引入調(diào)頻廣播，由于弱信號(hào)信噪比比單聲道低 27 分貝，立體聲覆蓋范圍只有單聲道的三分之一，在信號(hào)覆蓋邊緣地區(qū)會(huì)產(chǎn)生嘶、嘶的噪聲，必須切換到單聲道才能消除，因而沒有引起人們的好評(píng)。電臺(tái)的主要播出設(shè)備磁帶機(jī)的本底噪聲更使立體聲播出質(zhì)量雪上加霜，立體聲解碼器在高檔收音機(jī)曾作為選配部件。 1965 年，杜比發(fā)明了 Dolby A 降噪技術(shù)，一下子把磁帶噪聲降低了 20 分貝，調(diào)頻立體聲看到了高傳真的曙光。

七十年代，調(diào)頻臺(tái)裝備了高分離度立體聲激勵(lì)器，加之降噪卡座和密紋唱片的應(yīng)用，直播歌劇和交響樂時(shí)，能使人在收音機(jī)前產(chǎn)生身臨其境的感覺，聲源定位和聲場(chǎng)寬闊的優(yōu)點(diǎn)得到廣泛認(rèn)可，立體聲被稱為身歷聲。

八十年代 DAT 數(shù)字錄音機(jī)和 CD 光盤的出現(xiàn)，使錄音質(zhì)量發(fā)生了革命性的變化，調(diào)頻廣播真正進(jìn)入高傳真時(shí)代。這一時(shí)期的電臺(tái)的播出手段逐步邁向自動(dòng)化，節(jié)目的制作和播出是分開進(jìn)行的，播音方式以錄制節(jié)目為主。DAT一度是調(diào)頻臺(tái)的主力設(shè)備，節(jié)目編輯好后錄制在 DAT上，由于 DAT 和 CD 記錄的都是PCM 信號(hào)，音質(zhì)可以保證。也有把語音節(jié)目錄制在 DAT 上，音樂節(jié)目直接從 CD 上按程序選曲，用自動(dòng)機(jī)械手換盤。這種方式能保證最好的音質(zhì)，尤其用 24bit/192KHz 制式的 SACD 光盤時(shí)能達(dá)到最好的音質(zhì)。

九十年代末，自動(dòng)播放機(jī)的出現(xiàn)，所有的節(jié)目先在計(jì)算機(jī)上制作和編輯好以后，用高速以太網(wǎng)傳輸?shù)讲コ霾康挠脖P中，為了節(jié)約空間聲音數(shù)據(jù)采用壓縮方式儲(chǔ)存，這種情況下播出的音質(zhì)就會(huì)打一點(diǎn)折扣。 因?yàn)槟壳皦嚎s比大的各種音頻碼率壓縮方式都是有損的，包括 DAB 和 FM HD audio 廣播采用的 MUSICAM 和AAC。在音頻發(fā)燒界一提起壓縮音頻大家會(huì)嗤之以鼻，不知這些骨灰級(jí)發(fā)燒友聽了數(shù)字壓縮調(diào)頻廣播以后會(huì)有什么樣的感覺？

四、立體聲激勵(lì)器從硬件到軟件

在發(fā)射端影響調(diào)頻廣播質(zhì)量的硬件設(shè)備是立體聲激勵(lì)器，它主要完成立體聲編碼任務(wù)。世界上有導(dǎo)頻制和極化制兩種調(diào)頻立體聲廣播制式，我國(guó)采用的是導(dǎo)頻制。在 FCC 和西方發(fā)達(dá)國(guó)家制定的調(diào)頻廣播規(guī)范中，立體聲分離度指標(biāo)要大于 30 分貝，對(duì)應(yīng)主副信道的電平差是 0.3 分貝，相位差為 3 度。在過去的條件下，在模擬激勵(lì)器中實(shí)現(xiàn)這些指標(biāo)是相當(dāng)困難的，只要某個(gè)濾波器在 15 千赫附近的相位特性稍有偏移，一旦產(chǎn)生 5 分貝的電平差或 20 度的相位差，聽感上的立體聲就會(huì)消失遺盡。因此，激勵(lì)器的質(zhì)量決定了電臺(tái)的播出音質(zhì)。

早期的電子管激勵(lì)器是矩陣制式，和差信號(hào)之間的電平和相位平衡對(duì)整機(jī)性能影響很大，技術(shù)指標(biāo)勉強(qiáng)達(dá)到廣播級(jí)要求。之后的晶體管激勵(lì)器都改進(jìn)成了開關(guān)制式。開關(guān)制式中和差信號(hào)通道被隱含了，影響分離度的因素轉(zhuǎn)移到了副載波和導(dǎo)頻的相位上，如果用副載波頻率作采樣信號(hào)，立體聲分離度可達(dá)到 35 分貝，已超過了 FCC 規(guī)范。人類具有追求完美的本性，繼而用副載波頻率的三次諧波作輔助采樣，疊加到MPX 中可以抵消復(fù)合信號(hào)中副載波的 3 次諧波，分離度提高到 40 分貝。1980 年麥克馬丁公司發(fā)明的軟開關(guān)技術(shù)使激勵(lì)器的性能大幅度提高，14 級(jí)軟開關(guān)編碼器中，復(fù)合信號(hào)中 13 次以下的諧波分量為零，分離度提高到 60 分貝。各個(gè)廠家后來競(jìng)先提高軟開關(guān)頻率，38 級(jí)軟開關(guān)，444MHz 采樣頻率的激勵(lì)器分離度達(dá)到了 70 分貝。本世紀(jì)初， DSP 的處理速度已能夠應(yīng)付復(fù)雜的編碼算法，一個(gè) 2048 級(jí)軟開關(guān)，7824MHz采樣頻率 DSP 編碼器一下子把分離度提高到 90 分貝以上?，F(xiàn)代的 DSP 立體聲激勵(lì)器是全制式的，包含模擬導(dǎo)頻制和極化制，數(shù)字 DAB 和 HD Audio 制式，直接數(shù)字頻率合成（DDS），使用非常方便，造價(jià)逐年下降。

1986 年，哥倫比亞廣播公司（CBS） 和美國(guó)廣播工作者協(xié)會(huì)（NAB） 的兩名工程師，發(fā)明了 FMX，它增加了一個(gè)正交的差信號(hào)，用壓擴(kuò)編碼的方式把調(diào)頻臺(tái)的立體聲覆蓋范圍擴(kuò)大了 3 倍，達(dá)到了與單聲道相同的傳輸距離， 并且使立體聲分離度大幅度提高。 這個(gè)制式的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是和普通 FM 制式是兼容的，普通 FM 接收機(jī)能接收 FMX 信號(hào)，只是解調(diào)不出正交差信號(hào)。 FMX 接收機(jī)則在電波覆蓋邊緣地區(qū)也能穩(wěn)定地接收立體聲廣播，不用切換到單聲道。 FMX 對(duì)電臺(tái)和聽眾都具有吸引力，美國(guó) FCC 沒有強(qiáng)制推行 FMX制式， 由地方電臺(tái)自己選擇實(shí)施。就像我國(guó)沒有調(diào)幅立體聲一樣，我國(guó)也沒有 FMX 電臺(tái)。

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