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第100期:深入浅出聊收音机(张旭)

 明见一世 2018-01-23

收音机的的确确是一个很神奇的物件,在电子设备更新换代这么快速的年代,唯独收音机是更新换代最慢的一种电子设备,这种慢主要体现在广播制式上。这么多年来广播制式一直没有根本的改变,也就是说几十年前的老收音机只要没有故障,到现在还是能正常工作的。这在别的电子设备领域里是很难以想象的。


图片来源:http://wl6136.blog.163.com


先说一下收音机信号吧,大家都知道无线电波是一种波,是波就有三个重要的参数:波幅、频率和相角。用广播声音信号去控制波幅或者控制频率或者控制相角三者之一,就把声音加到无线电波里面了,这个过程叫调制,调制好的无线电波就可以发射出去了,这就是调幅波、调频波和调相波的由来。因为目前的广播采用前两种调制信号的方法,所以大家经常听到的是前两者,后者则很少听到过。因此在收音机端就分为调频收音机、调幅收音机以及两者共存的调幅调频收音机。


刚开始的收音机信号只有单声道,后来又有了立体声信号,因此又有了调频调幅立体声收音机,我国调频立体声信号普及了,而调幅立体声信号几乎没有,所以国内常见的大多都是调频立体声调幅单声道的收音机。调频的缩写是FM,调幅的写是AM,大多数收音机上都能看到这两个标识。


索尼S84

图片来源:北纬21度收音机


刚才只说了无线电波的重要参数中的三个, 还有一个更重要的参数——波长。无线电波的传波速度很快,和光速是一样的,每秒约30万公里,正因为无线电波光速的传播我们才能听到直播节目。大家都知道波长和频率的乘积等于光速。所以,不同频率的无线电信号也就是不同波长的无线电信号。 不同波长的无线电信号又有不同的传播特性,应用于收音机的无线电波按波长划份又分为长波、中波、短波和超短波。可能大家不习惯超短波这个名词,大家更熟悉的是另外一个名词——调频波。注意啊,因为超短波用的调制方式是调频,所以大家都习惯管这一波段叫调频波,而很少有人叫超短波。同样的道理,长波、中波、和短波用的调制方式是调幅,所以也称为调幅波段。往往收音机只有调频波段和调幅波段的时候,AM就作为了中波波段的代称了。实际上AM波段应该包括长波、中波和短波三个波段。为了避开镜像,国际无电委员会又把短波划为了9个波段。具有长波、中波、短波以及调频波段的收音机就称为全波段收音机了。


德生PL-660全波段收音机

图片来源:新浪,黄山博客


下面说一说各个波段无线电信号的特性:

长波(LW):沿着地球表面传播,传播距离远,抗干扰能力非常差。我国没有长波广播。

中波(MW):沿着地球表面传播,晚上还可以借助天空的电离层反射传播,白天传播距离近,晚上传播距离远,抗干扰能力差,多用于省际广播。

短波(SW):借助天空的电离层反射传播,传播距离超远,抗干扰能力差,因电离层不稳定造成无线电信号也跟着不稳定,会形成短波广播特有的声音忽大忽小的现象,多用于国际广播。

超短波(FM调频波):直线传播,传播距离有限,抗干扰能力强,声音稳定,音色优美,多用于市际广播。


了解完了广播信号,现在聊一聊本文的主角——收音机。

收音机——顾名思义,就是接收广播无线电信号并且发出声音的电子设备。收音机从实现功能的角度来讲大致分为信号接收选台部分,信号解调部分和音频处理部分。


德生9700DX调谐指示屏,这是一部机械调谐收音机

图片来源:北纬21度收音机


接收选台部分是收音机的门户,该部分实现接收无线电信号并且选择出需要收听的电台。收音机选择电台应用的是谐振原理,因此选台也称为调谐,调谐电路产生一个与所接收的电台频率一致的频率,这个电台的信号被接收,而其他频率的信号被拒之门外。根据收音机产生调谐频率的方法可以把收音机分为使用可变电容器的机械调谐机和使用数字锁相环的数字调谐机(简称数调机)。


频率如何显示


这里还涉及到一个问题,就是频率显示问题,因为技术和成本的问题,过去的老机器和低成本机器往往都采用了最简单的指针指示频率,这就是大家常说的指针机。 大家要是拆解过指针机就会知道,指针是通过调谐旋钮和拉线等一系列机械机构与可变电容连接在一起的。可变电容器的变动对应频率的变动,又通过机械机构反应在指针的位置变化上,把频率标识在指示牌上,指针就实现了显示频率了。


什么是数显机


随着技术的进步,又出现了液晶屏显技术,好多机子不再用拉线与指针机构而是用一块能显示频率的液晶显示屏来代替指针,这就是数显机。通过前面的介绍,我们可以知道,数显机只是用显示屏来显示频率,而没有改变产生频率的方法,用的还是可变电容器。


数显机,德生DR-920

图片来源:京东WWW.JD.COM


什么是数调机


指针机和数显机应用可变电容产生频率的方法有一个缺陷,就是容易产生频飘。所谓频飘就是频率飘移,当你调好了一个电台频率,听一会频率就变了,轻则音质变差,重则无声或串台了。为了解决这个问题,出现了数字调谐技术——数字锁相环电路,英文缩写为PLL。数字调谐技术产生的频率稳定,几乎没有频率飘移,应用了数字锁相环电路的收音机就是数字锁相环调谐机,简称数调机。数调机由于没了可变电容器,所以不能用简单的机械指针来显示频率,数调机多半也是通过显示屏来显示频率的和相关信息的。数字电路功能强大,往往数调机还具备搜索电台频率、存储电台频率、直接输入频率等指针机不能实的功能。


现在大家应该明白了,数显机和数调机虽然都是在显示屏上显示频率,但是有本质的区别的。 


什么是超外差、变频


电台信号经过调谐电路选出电台来以后还需要经过多级放大才能使信号达到后面电路的要求,放大信号的任务由放大电路来完成,放大电路在不同的频率工作时的表现不一致,为了消除这种不一致,聪明的人类发明了变频电路,无论你选择了什么频率的电台信号,统一变成一个固定的频率,再送往放大电路进行放大,这样放大电路就只工作在一个频率下,稳定性就得到了保障。变频电路还具有增加收音机选择性、灵敏度和抗干扰能力的作用,既然这个电路这么好,那就多用几次嘛!因此高级收音机就有了二次变频,三次变频乃至多次变频。应用了一次变频技术的收音机称为一次变频机或称为超外差式收音机,应用了二次变频或者多次变频技术的收音机称为二次变频机或多次变频机。


德生2P3超外差收音机套件

图片来源:中国音响http://www.


什么是数字解调(DSP)


下面继续说一下解调部分。把声音加入到发射信号的过程叫调制,和调制相反,把声音从接收到的无线电信号中提取出来的过程叫解调,也称为解码。根据解调的方式分为模拟信号解调和数字信号解调。模拟信号解调应用的是传统解调电路,数字解调就是先对模拟广播信号进行数字化转换,变成计算机最熟悉的0和1的数字信号,然后利用现代软件无线电原理对其进行处理和解调。可以大幅提高收音机灵敏度、选择性、信噪比和抗干扰能力。数字解调的英文缩写是DSP,应用数字解调技术的收音机简称DSP收音机。


德生PL-118,DSP收音机,只有名片大小

图片来源:北纬21度收音机


什么是鉴频


收音机电台信号分为调频波和调幅波,调频波的解调叫鉴频,就是从无线电信号中鉴别出有用的频率信号,也就是声音信号。完成鉴频任务的是鉴频电路,因为调频广播刚开始的时候是单声道广播,后来又发展出立体声广播,人类很聪明,发明了具有兼容性能的立体声鉴频电路。所谓兼容性就是指可以解调单声道调频信号也可以解调立体声调频信号。而且这种兼容性还体现在电台发射端,发射的调频立体信号能被单声道调频收音机解调也能被立体声调频收音机解调。


什么叫检波


调幅波的解调叫检波,调幅波也和调频波类似也分为单声道调幅波和立体声调幅波,因此检波分为单声道检波和立体声检波。因为国内几乎没有调幅立体声信号,因此国内收音机大多也不具备解调立体声调幅波的功能。下面重点说一下单声道调幅检波,不再讨论立体声调幅检波,下面的介绍也不再标出单声道字样。


如何使用同步检波


调幅波(AM)的检波又分为普通检波和同步检波。通常一个完整的AM调制信号主要由载波,上边带(USB),下边带(LSB)三部分组成, USB和LSB对称分布在载波上下两侧。同步检波的主要作用就是将AM调制信号中的上、下边带分离出来。一般情况下收听其中的一个边带就能听到声音了。但用了同步检波功能后,便能任意选择收听上、下边带中的任一边带,信号没有被干扰没有必要使用同步检波功能。如果一个边带被干扰了,另一个边带没有被干扰,就可以选择没有被干扰的边带来收听,使收听多了一个选择。现实的邻频干扰(俗称的串台干扰)多数是目的广播和相邻广播的单侧边带相重合而造成。例如邻频干扰在上边带(USB)时,你可利用同步检波功能,选择下边带(LSB)来收听,有效的避开邻频干扰。这就是同步检波功能最大的好处。普通检波是无法分离上、下边带的,因此也无法有效的避开邻频干扰。

图片来源:新浪“晨曦东冉”博客



德生HAM2000面板上同步检波旋钮

图片来源:广播爱好者论坛


刚才说过一个完整的AM调制信号主要由载波,上边带(USB),下边带(LSB)三部分组成,上边带(USB)和下边带(USB)携带相同的广播信息,而载波是不携带有用信息的,这是国际上规定广播电台采用的调幅方式。既然载波不携带有用信息,两个边带携带相同的信息,那是不是可以考虑去掉一个载波和一个边带呢?答案是可以的。而且这样做的好处是提高了发射机的效率,降低了发射功率,去掉了载波和其中一个边带的信号就是单边带信号,英文缩写SSB。根据国际协议,短波通信必须使用单边带调幅方式(SSB),因此这种信号用于短波电台,普通的检波方式也不能解调单边带信号,单边带信号需要用专门的单边带检波器进行检波。


什么是航空波段


高级收音机除了能接收以上所说的收音机全波段信号外,还能够接收航空通讯波段,这个波段也属于超短波,但调制方式不是调频方式而是调幅方式。检波自然也和调幅波段检波方式一样。航空通讯波段是航空管制专用频段,是航空管制员与飞机通讯用的。


德生HAM2000面板上航空波段的均衡旋钮

图片来源:广播爱好者论坛


最后再简要的说一下收音机的收官部分——音频处理部分。


这部分是实现声音完美还原的部分,把前面两部分处理过的信号还原成人耳能听得到的声波,不但要让人们能够听得见,还要能给人们优秀的听觉体验。一部收音机前面两部分再怎么优秀,最后一部分要是做不好,也会前功尽弃。


这部分最重要的一个功能就是音量控制功能,音量控制可以分为机械音量控制和电子音量控制。电子音量控制比机械音量控制有优势,比如具备自动开关机功能的收音机,如果配有电子音量控制,你就可以自定义开机时的音量了,而机械音量就做不到这一点。


音频输出与耳机输出的区别


大多收音机设置耳机输出插孔,高级收音机还会设置音频输入和音频输出插孔。音频输出和耳机输出都能输出音频信号,两者还是有区别的,音频输出一般输出的都是在音量控制之前信号,也没有经过任何音频处理的信号,是初始的音频信号,所以这个信号是不受音量开关控制的,一般用来推动功放用。而耳机输出一般输出的都是机内喇叭之前的音频信号,是受音量开关控制的,一般用于接耳机独自收听节目用。


立体声与单声道的使用


除此之外还有调频立体声和调频单声道切换开关。注意:这个开关并不属于音频输出部分,而是属于信号解调部分,这个开关实际上是切换立体声鉴频和单声道鉴频的。切换到立体声鉴频,最后听到的就是立体声节目,切换到单声道鉴频,最后听到的就是单声道节目。有好多收音机没有设置这个开关,而是让收音机根据广播信号自己判断,接收到的信号是单声道就自动切换到单声道鉴频,接收到的信号是立体声就自动切换到立体声鉴频。立体声广播电台信号比较弱的时候用单声道收听比用立体声收听声音清晰干净,所以,在信号比较弱的时候应该采用单声道进行收听。当信号强弱正好处于收音机自动判断单声道和立体声切换的临界点的时候就会频繁的自动切换,而没设置立体声单声道切换开关的收音机就会出现非常不舒服的听觉体验。所以具有单声道立体声切换开关的反而比自动控制的更具有优越性。


立体声及其音场

图片来源:http://blog.csdn.net

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