调频广播（调频广播的魅力）

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一、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，继爱迪生发明了电灯和留声机、 福雷斯特发明了三极管、贝尔发明了电话之后，阿姆斯特朗也加入了伟大的发明行列。 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年他又发明了宽带调频，并建造起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，在新泽西州哈顿菲尔德自己的实验室里作接收对比。结果表明，调幅信号已被噪声淹没，而调频信号却仍然十分清晰。美国对调频技术非常重视。1941年元旦，25 家调频电台在美国各地同时开业，开创了世界上最早的调频广播。 1958年，美国工程师赖纳德·康研制出立体声广播系统，1960年，蒙特利尔广播站首次应用赖纳德·康的系统进行立体声 FM 广播。60 年代中期调频立体声得到飞速的发展。从70年代后期开始，有些国家开始研究四声道全景环绕声广播，但由于接收条件要求苛刻，昙花一现宣告失败。

我国的调频广播是1959年元旦在北京开始试播的，频段是64.5～73MHz，我国的调频立体声广播是1979年在哈尔滨开始的， 80 年代中期调频广播在全国普及。从此，中国人迎来了不受天电噪声干扰，且具有高保真度的无线电广播新时代。

在调幅长波、中波、短波、 短波单边带、调频这些模拟广播制式中， 调频是唯一能提供高传真广播的媒介，广播内容以音乐为主，被誉为欢乐调频。调频不但给我们的生活带来快乐，在广播文化、技术探秘、音质评价、器材收藏方面也充满魅力。

二、音质堪与 CD 媲美

德生1994

2007年9月23日，在同济大学举行的 WECWRA 成立新闻发布会上 德生通用电气公司的梁总带来一台 TECSUN-1994 纪念版台式收音机，在播放上海 94.7MHz 经典音乐台的节目时，上海电视台的记者沈莹惊呼：“这台收音机的声音怎么象音响！” 这就是 FM 广播的魅力。实际上，TECSUN-1994 的音质只达到了入门级水平，它能放出听感舒适的蓬蓬声，松软而甜美的中音，但缺少华丽的高音。虽然声乐频谱中很少有 8000Hz 以上的分量，但在器乐频谱中 20kHz 以上的分量仍很丰富。尤其是弦乐，如小提琴和二胡，其高次谐波一直会延伸到超声频段。虽然这些高音的电平很低，恰恰却反映了音乐的色彩，对音品起着锦上添花的作用。但在普通调频收音机设计中由于要兼顾选择性，中频带宽设计得较窄，加之为了降低成本，电路被程式化，因此音质就大打折扣了。

GE-Zenith导频制是世界统一制式的调频广播，与调幅制式相比， 75kHz的频偏能使信噪比改善17分贝；50 微秒的预加重又可以改善 10.18 分贝，总共可改善27.18分贝。如果调幅信噪比按50分贝计算，调频广播的信噪比可达到 77.18 分贝调频广播和模拟电视广播设备一直没有停止过数字化改造，尤其在立体声激励器上经历了矩阵编码、时分开关编码、多级软开关编码到现在的软件 DSP 编码，发射端的设备质量已得到了大幅度地提高。电台的节目源从开盘模拟录音带、 密纹唱片、模拟卡式录音座到如今的 DAT、CD和硬盘。音源失真度从 3%降低到 0.001%，动态范围从50分贝提高到 90分贝。发射端硬软件的进步为实现为高传真扫清了障碍。

曾经风靡一时的CD机

在接收机方面，由于 FM 频率处于VHF波段，器件的高频特性和电路的分布参数会影响整机性能，设计制造成本相对较高，只用常规的技术和廉价的器件是做不出高传真收音机的。好在调频这种制式有巨大的潜力可挖，如果不惜成本，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能够设计出指标很高的接收机。二十几年前，当我打开 ST5555 调谐器时，简直不敢相信它是一台收音机的电路板。即使在今天微电子技术高度发达的时代，要设计一台具有 CD 音质的调谐器，仍不是几个集成块所能实现的。调频技术真是高深莫测，如果用人类居住的房子来比拟，高级调谐器是一座五星级宾馆，便携式 FM 半导体则是一间小木屋。

所有上述进步，使调频广播从三十年前的中等传真度达到今天的高传真度。要说调频广播能与 CD 媲美，许多人会不同意。确实，声音经过发射端编码和调制，空中传输，接收端选频，放大和解调，难免会出现处理误差和混进噪声，应该说设计优良的调频接收机的音质很接近于 CD。 如果你有机会，亲自聆听一下MD-108 或 L02-T 这类调谐器，就能真实地领略到当今调频立体声广播的本来音质。

三、广播音源从磁带到光盘

自 1877 年8月15日爱迪生发明世界上了第一台留声机以来，录音技术一直发生着变化。调频广播的播音质量一直紧跟着录音技术的脚步前进。诞生于上世纪四十年代的单声道调频广播声源是从钢丝录音机和粗纹唱片开始的，无从考证那时调频广播的质量。到了五十年代末，密纹唱片和开盘磁带录音机基本上能忠实地记录和还原声音的原貌，调频广播的音质受到了人们认可和重视，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大量生产，为制造高音质接收机奠定了基础。

六十年代立体声技术引入调频广播，由于弱信号信噪比比单声道低 21.7 分贝，立体声覆盖范围只有单声道的三分之一，在信号覆盖边缘地区会产生嘶、嘶的噪声，必须切换到单声道才能消除，因而没有引起人们的好评。电台的主要播出设备磁带机的本底噪声更使立体声播出质量雪上加霜，立体声解码器在高档收音机曾作为选配部件。 1965 年，杜比发明了 Dolby A 降噪技术，一下子把磁带噪声降低了 20 分贝，调频立体声看到了高传真的曙光。

七十年代，调频台装备了高分离度立体声激励器，加之降噪卡座和密纹唱片的应用，直播歌剧和交响乐时，能使人在收音机前产生身临其境的感觉，声源定位和声场宽阔的优点得到广泛认可，立体声被称为身历声。

八十年代 DAT 数字录音机和 CD 光盘的出现，使录音质量发生了革命性的变化，调频广播真正进入高传真时代。这一时期的电台的播出手段逐步迈向自动化，节目的制作和播出是分开进行的，播音方式以录制节目为主。DAT一度是调频台的主力设备，节目编辑好后录制在 DAT上，由于 DAT 和 CD 记录的都是PCM 信号，音质可以保证。也有把语音节目录制在 DAT 上，音乐节目直接从 CD 上按程序选曲，用自动机械手换盘。这种方式能保证最好的音质，尤其用 24bit/192KHz 制式的 SACD 光盘时能达到最好的音质。

九十年代末，自动播放机的出现，所有的节目先在计算机上制作和编辑好以后，用高速以太网传输到播出部的硬盘中，为了节约空间声音数据采用压缩方式储存，这种情况下播出的音质就会打一点折扣。 因为目前压缩比大的各种音频码率压缩方式都是有损的，包括 DAB 和 FM HD audio 广播采用的 MUSICAM 和AAC。在音频发烧界一提起压缩音频大家会嗤之以鼻，不知这些骨灰级发烧友听了数字压缩调频广播以后会有什么样的感觉？

四、立体声激励器从硬件到软件

在发射端影响调频广播质量的硬件设备是立体声激励器，它主要完成立体声编码任务。世界上有导频制和极化制两种调频立体声广播制式，我国采用的是导频制。在 FCC 和西方发达国家制定的调频广播规范中，立体声分离度指标要大于 30 分贝，对应主副信道的电平差是 0.3 分贝，相位差为 3 度。在过去的条件下，在模拟激励器中实现这些指标是相当困难的，只要某个滤波器在 15 千赫附近的相位特性稍有偏移，一旦产生 1.5 分贝的电平差或 20 度的相位差，听感上的立体声就会消失遗尽。因此，激励器的质量决定了电台的播出音质。

早期的电子管激励器是矩阵制式，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。之后的晶体管激励器都改进成了开关制式。开关制式中和差信号通道被隐含了，影响分离度的因素转移到了副载波和导频的相位上，如果用副载波频率作采样信号，立体声分离度可达到 35 分贝，已超过了 FCC 规范。人类具有追求完美的本性，继而用副载波频率的三次谐波作辅助采样，叠加到MPX 中可以抵消复合信号中副载波的 3 次谐波，分离度提高到 40 分贝。1980 年麦克马丁公司发明的软开关技术使激励器的性能大幅度提高，14 级软开关编码器中，复合信号中 13 次以下的谐波分量为零，分离度提高到 60 分贝。各个厂家后来竞先提高软开关频率，38 级软开关，3.444MHz 采样频率的激励器分离度达到了 70 分贝。本世纪初， DSP 的处理速度已能够应付复杂的编码算法，一个 2048 级软开关，77.824MHz采样频率 DSP 编码器一下子把分离度提高到 90 分贝以上。现代的 DSP 立体声激励器是全制式的，包含模拟导频制和极化制，数字 DAB 和 HD Audio 制式，直接数字频率合成（DDS），使用非常方便，造价逐年下降。

1986 年，哥伦比亚广播公司（CBS） 和美国广播工作者协会（NAB） 的两名工程师，发明了 FMX，它增加了一个正交的差信号，用压扩编码的方式把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， 并且使立体声分离度大幅度提高。 这个制式的另一个优点是和普通 FM 制式是兼容的，普通 FM 接收机能接收 FMX 信号，只是解调不出正交差信号。 FMX 接收机则在电波覆盖边缘地区也能稳定地接收立体声广播，不用切换到单声道。 FMX 对电台和听众都具有吸引力，美国 FCC 没有强制推行 FMX制式， 由地方电台自己选择实施。就像我国没有调幅立体声一样，我国也没有 FMX 电台。