调频立体声系统应用前景,调频广播立体声原理

首页 > 数码 > 作者:YD1662023-11-21 20:55:13

最放心的是立体声解码器

今天,无论工厂生产的还是自己 DIY 的调频收音机,最放心的部分立体声解码器。即使两节电池供电的便携机,解码器用一个 TA7343,就能轻易地得到 40 分贝的立体声分离度。过去,这几乎是不可想象的事情。

历史上为了提高接收机的立体声分离度曾经花了二十年的时间。在导频制系统中,和信号和差信号之间的幅度差和相位差;再生副载波与发射端副载波的相位差都会影响分离度。如果和差信号存在 3 分贝的幅度差或者 20 度的相位差,再生的副载波相位和原副载波存在 20 度的相位差,立体声效果就会消失的无影无踪。在解码器中相位差和幅度差是同时存在的,这些参数还会随着温度和时间变化。立体声解码器有矩阵式和开关式两种形式,矩阵式原理简单,实现容易,但对电路和器件要求严格,这就注定了早年用电子管或晶体管设计的矩阵式解码器天生就不会有高的分离度。

曾经测试过历史上天价的高级立体声收音机,分离度一般在 12 分贝左右,远不及今天地摊上卖的手掌机。开关式解码器从原理上讲可得到较高的分离度,但要求再生一个与发射端副载波没有相位差的开关信号。不用锁相环路再生的开关信号不能满足相位要求,因此开关式解码器也得不到高的分离度,最高在 20 分贝左右。因而,在调频立体声开播后二十多年间,分离度一直是调频接收机的软肋。

正当早年欧洲人和日本人在为立体声分离度头痛的时候,1972 年美国 Motorola 研制出世界上第一个集成锁相环立体声解码器 MC1310,立体声分离度从十几分贝一跃提高到 40 分贝,失真度从 1%减少到 0.3%。之后。日本各厂家纷纷学习仿制,生产出了多种性能更加优良的解码器。例如廉价机中常用的 TA7343,分离度 45 分贝,失真度 0.08%,信噪比 74 分贝。专门用在调谐器中的立体声解码器分离度已达到 65 分贝,谐波失真 0.006%,信噪比 89dB。自从出现了这种器件,调频收音机中的立体声才变得名副其实。而且打破了高级和普及的界限,不得不使人感叹技术的进步和时代的变迁。

不可忽视的低频前置放大器

虽然低频前置放大器在调谐器中处于不起眼的位置,但作为接收机的一部分不能忽视它的作用,在一个优秀的调谐器中,应该具有下面功能:

1)去加重电路:单声道接收机中,50 微秒的去加重电路接在鉴频器之后,在立体声接收机中,为了保证导频和差信号不受衰减,去加重电路接在立体声解码器之后。

2)导频和副载频滤波器:主要目的是除去音频中残余的导频和副载频分量,防止在低频放大器中引起互调失真。它们还会在录音和 AD 转换时和偏磁频率和采样频率差拍产生鸟叫声。

3)静噪电路:调频接收机增益很高,无信号输入时会产生很大的噪声。过去设置静噪主要为了在调谐时避免噪声,没有电台的位置仍然很安静。数字记忆调谐不存在调谐噪声,由于不少接收机保留了飞轮手动调谐,静噪电路仍是必要的。

4)等响控制:根据人耳的听觉等响曲线补偿小音量时听觉频响变窄的缺陷,这个功能在作家庭小音量背景音乐时能获得到高低音丰富的效果。

5)音调控制:要用来补偿扬声器和听音环境的缺陷

6)通频带控制:在信号弱的边缘地区听调频广播,把低频电路的带宽设置在 150~8000Hz 能明显减少高频噪声。

7)亲切感控制:适当的提升 2000~3000 Hz 范围的幅度能使人声感到亲切,适当限制低频放大器的速率能消弱口齿感,增强声音的松软度。

FM 广播不适合用 Hi-Fi 耳机聆听

用 Hi-Fi 头戴式耳机聆听调频广播时总感觉到声音有点粗糙,在节目间隔和低电平时会听到咝咝的噪声和噼啪的放电声,这是调频广播固有的本底噪声。来自外界的天电、工业和家用电器干扰,其中 99.9%的分量能被中放和鉴频器的限幅器中抑制掉,剩下的寄生调频、晶体管的热噪声和闪烁噪声限幅器就无能为力了,它们会叠加到音频信号上变成本底噪声。

那么用扬声器为什么听不到本底噪声呢?其中有两方面的原因,其一是耳机音圈和振膜的重量很轻。如果一副耳机和一个音箱同样标有 90 分贝的灵敏度,耳机是指用 1 毫瓦的电功率驱动在一厘米处可获得 90分贝的声压;扬声器则是用 1 瓦的电功率驱动在距音箱 1 米处可获得同样的声压,显然耳机的灵敏度比扬声器要高几千倍。另一个原因是声音传输方向上,单位面积通过的声能与距离的平方成反比例,而且声音频率从 1KHz 上升到 10KHz,频率上升了 10 倍,空气的吸收损失却上升了 100 倍。


低电平干扰和噪声的能量分布在声频中高频段,在空气中衰减很快,在一米以外几乎衰减到零。距离和空气扮演了滤波器的作用,使人耳完全感觉不到本底干扰和噪声的存在。用耳机聆听情况就完全不一样了,耳膜距耳机的距离很近,相当于旁路了这个本底噪声滤波器,加之耳机的灵敏度很高,把音乐和噪声尽收耳中,使我们感到声音发糙。

另外,扬声器和耳机对音乐的适应性和聆听时的心理感觉也不一样,扬声器适于欣赏气魄,如交响乐、演唱会和歌剧。节目中震撼心灵的倍斯,松软甜美的中音,华丽明亮的高音象心印一样会诱导聆听者去感受音乐的整体轮廓,而无暇顾及枝节。耳机适于欣赏细节,如泣如诉的小提琴和二胡、时隐时现的三角铁等。甜美的人声和纤细入微的高音会诱导聆听者去感受音乐的旋律和技巧,捕捉丰富的层次和比较微小的差异。因此,老烧的经验是用耳机听 CD,用喇叭听广播。

迎接数字化的明天

调频广播携带着音乐和快乐走过了 66 年的历程,上个世纪我国的广播爱好者没有福气享受音乐调频,改革开放以后各地的调频电台如雨后春笋一样冒了出来。但两个遗憾困扰着广大爱好者:一个是播出内容良莠不齐,地、县级的调频台不但设备差,节目内容也不敢恭维。再一个遗憾是没有好的接收机来享受广播。2002 中央人民广播电台提出“频率专业化,管理频率化”改革口号以来,中国之声,经济之声,音乐之声相继推出,地方电台也跟进改革了播出节目。仔细比较了上海的调频电台,107.7MHz 音乐之声的音质最好;94.7MHz 经典音乐的内容最好,可惜发射功率最小。虬江路电子市场和襄阳路现代电子商城可以淘到价廉物美的二手调谐器。

调频广播虽然面临被数字广播取代的结局,但现在广播的质量却达到了巅峰,将来替代的制式无论是DAB 还是 IBOC 都经过了码率压缩。从理论上讲压缩的是冗余信号,但听音评价是一件复杂的事情,理论和实验室里得出的结论不能涵盖每个人的个体心理和生理差别。英国的 DAB 广播已经非常普及,欧洲的爱好者仔细对比了 DAB 和 FM 的音质,对 DAB 水晶般声音的宣传词提出了质疑。无论我国将来采用什么制式的数字广播,人类固有的怀旧情结肯定会让许多人怀念曾给我们带来无穷快乐的调频广播。在福音堂里一位牧师曾开导我:“要珍惜今天,只有今天才是最美好的”。

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