原创：王新成 （资深无线电专家） 配图+编辑：收音机评论译介

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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。

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。

就象我国没有调幅立体声一样，我国也没有 FMX 电台。

五、Tuner——调频接收机中的皇帝

德生TU-80广播调谐器

Tuner 准确的含义是广播调谐器，国人称收音头。

它是广播接收机中的高端产品，一般只包含用 FM/AM两个波段，最吸引人的当然是调频波段，厂家也使出全身解数把调频波段做到最好。

上世纪六十到八十年代是调频广播最兴盛的时期，这个时期没有互联网，也没有数字音源，典型的家庭音乐中心的配置是调谐器、 动铁唱机和杜比降噪卡座。

六十年代初， 调频广播处于单声向立体声过渡阶段，调谐器就是在这个时期诞生的，电路以电子管或晶体管分立元件组成，音质比黑胶和磁带差。

到了七十年代， 调频广播全部实现了立体声，优秀的立体声激励器使广播质量大踏步提高，调谐器设计技术也取得长足的进步，优秀集成电路和固体滤波器（晶体声表和陶瓷） 的大量使用， 使调频立体声的音质超过了 Dolby B 卡带， 接近黑胶唱片。

八十年代是调频广播的黄金时代，电台普遍用 DAT 和 CD 作声源。

微处理器引入调谐器，电路设计追求创新。

优秀调谐器纷纷面世，单声失真度达到了 0.003%，立体声 0.01%。

音质超过动铁唱机，比 Dolby C 卡座流畅。

Dolby C 由于有喘息效应听起来没有 FM 优美。

这一时期，日本和欧洲的广播爱好者对高级调谐器的推崇达到狂热状态，大家急切地等待着新机型号的公布，新机上市后争先购买，然后比较性能和和发表评论，忙得不亦乐乎。

同一时期的《电波科学》、《无线与实验》 等杂志上刊有许多介绍调谐器新技术的文章，对爱好者的诱惑力就象磁石吸铁一样，看了以后谁能忍心三两日，不作破斋人。

九十年代数字音源的普及，CD 几乎取代了所有的音源，黑胶和卡座很快退出了历史舞台，FM 调谐器开始失宠。

数字广播的开播，原来的 FM/AM 调谐器演变成了现在的 DAB/FM 调谐器和HD Audio/FM 调谐器，FM 在调谐器中沦为附属地位。

上世纪调频广播的辉煌历史为调谐器收藏家留下了一笔丰盛的遗产，当年全世界有六十五家电子企业共生产了两千多种型号的调谐器， 其中最著名的 18 种调谐器见表 1。

中国的广播爱好者过去没有机会接触这些贵族设备，今天却能偶尔在北京、上海和广州等地的电子垃圾市场上觅到它们的踪迹。

六、解决互调和假响应从高频头入手

调频调谐器中有一个用铁皮屏蔽的高频电路称高频头， 它包含高放、 混频、 振荡和调谐电路。

高频头处于信号处理的最前端，其质量直接决定了接收机的灵敏度、 。

六十年代由于一个地区的调频电台不多，高频头设计的很简单，双调谐就能很好地接收。

七十年大城市的调频台密集，为了提高选择性，把高频头设计成多连调谐，最多的高达 13 连。

采用多连结构后选择性确实提高了，但跟踪误差也增大了，群时延特性变坏， 音质变劣了。

当时由于没有高质量的声源，人们并没有明显觉察到音质的变化。

八十年代调谐器进入高保真设备行列，音质成了第一重要的指标，人们认识到要提高音质必须先消除互调引起的假响应，高频头义不容辞担负起了这个责任。

产生假响应的数目与电台的数目有关， 设电台的台数为 n，则假响应数为 (n-1)n。

目前我国沿海和东部的大城市一般能接收到 30 多个调频台， 那么假响应数就多达 870 个，可见问题是多么严重。

因此一个城市在设置调频电台频率的时候，会仔细计算，使落入接收频带的假响应数减到最少。

假响应在表面上引起可接收的电台增多，但调谐到假响应频率时会伴随着嘶、嘶、 嘶和啾、 啾、 啾的声音。

由于混频是依靠器件的非线性特性实现的，而非线性是产生互调的根源，因而从原理上讲超外差接收机的假响应不可能完全消除，于是线性优良、 动态范围大的器件成了提高高频头性能的利器。

从互调和交叉调制指标看，双极晶体管最差，结型场效应管稍好，MOS 场效应管较好，砷化钾场效应管最好。

由于砷化钾单晶极容易破碎，制造困难，售价昂贵。

耗尽型双栅硅 MOS 管相当于共源－共栅串接放大器，它的动态范围大、密勒电容小、稳定性好，线性优于六管平衡模拟乘法器， 是高放和混频的理想器件。

调谐器到底用多少连好？单从选择性考虑，连数越多越好；但从线性化群时延特性，提高音质出发，连数越少越好。

为了兼顾音质和选择性，选择 4～5 连较好。

下一个问题是调谐器件用空气可变电容器还是变容二极管？ 七十年代中期以前的调谐器全部使用空气可变电容器，自 1974 年第一台频率合成调谐器ST-910 面世后，各个厂家纷纷仿制。

日本是世界上生产调谐器最多的国家，1983 年阿尔卑斯停产了最后一只空气多连，从此给可变电容调谐器画上了句号。

从插入损耗和电容-频率特性看，空气可变电容器明显优于变容二极管。

为了提高变容二极管的 Q 值， 可以把两个变容管做成背靠背的孪生管形式，性能接近于空气可变电容器 5 对变容二极管调谐系统与空气 4 连的性能相当，使用变容管的最大优点是能实现数字调谐和多点统调，摆脱手动调谐的麻烦。

未完，待续……