配套課件-音響技術(shù)(第二版)

第1章組合音響系統(tǒng)1.1組合音響系統(tǒng)基礎(chǔ)知識(shí)1.2組合音響系統(tǒng)相關(guān)知識(shí)

1.3組合音響系統(tǒng)拓展知識(shí)

組合音響系統(tǒng)的使用與維護(hù)組合音響系統(tǒng)是集調(diào)諧器、錄音座、CD唱機(jī)、卡拉OK機(jī)、功率放大器和立體聲音箱等為一體的一種高級(jí)音頻設(shè)備，屬家庭娛樂型的消費(fèi)電子類設(shè)備。

1.1.1組合音響系統(tǒng)的分類

一般家用組合音響可分為普及型和中高檔型兩大類。普及型組合音響一般應(yīng)用在聽音室較小的場(chǎng)所，通常由AM/FM立體聲調(diào)諧器、錄音座、CD唱機(jī)、功率放大器和立體聲音箱等組成，一般采用一體式結(jié)構(gòu)；中高檔組合音響通常使用在聽音場(chǎng)所寬敞的場(chǎng)合，由數(shù)字調(diào)諧器、錄音座、CD唱機(jī)、功率放大器、圖示均衡器、卡拉OK機(jī)和立體聲音箱等組成，一般采用分體式結(jié)構(gòu)。1.1組合音響系統(tǒng)基礎(chǔ)知識(shí)在上述組合音響分類中，CD唱機(jī)是組合音響的核心。隨著數(shù)字視聽技術(shù)的發(fā)展，目前的家用組合音響設(shè)備中，也有以MD機(jī)、VCD機(jī)、DVD機(jī)等為核心構(gòu)成的組合音響系統(tǒng)。1.1.2組合音響系統(tǒng)的組成

本節(jié)以高保真音響系統(tǒng)為例介紹組合音響系統(tǒng)的組成。高保真的概念具體見1.3.4節(jié)。

1．高保真音響系統(tǒng)的組成

高保真音響系統(tǒng)的組成包括高保真音源、音頻處理電路和揚(yáng)聲器系統(tǒng)三部分，結(jié)構(gòu)如圖1-1所示。

圖1-1高保真音響系統(tǒng)由圖1-1可見，通過不同的高保真音源提供各種不同的節(jié)目信號(hào)，經(jīng)音頻放大器進(jìn)行加工處理并進(jìn)行放大后，取得足夠的功率去推動(dòng)揚(yáng)聲器工作，播放出與原聲源相同的聲音。

2．高保真音響系統(tǒng)各部分的作用

1)高保真音源

高保真音源的作用是為高保真音響系統(tǒng)提供各種節(jié)目源，其中包括來自調(diào)諧器、錄音座、電唱機(jī)、CD/MD/VCD/DVD機(jī)、傳聲器等的信號(hào)。

(1)調(diào)諧器。調(diào)諧器是一臺(tái)不包括功率放大器和揚(yáng)聲器的收音機(jī)，其作用是接收中、短波的調(diào)幅廣播和超短波的調(diào)頻廣播，并還原成音頻信號(hào)。調(diào)諧器有模擬調(diào)諧器和數(shù)字調(diào)諧器兩種形式，在高檔音響系統(tǒng)中一般都采用數(shù)字調(diào)諧器，通過調(diào)頻接收，可以提供高保真的音頻信號(hào)。

(2)錄音座。錄音座是一臺(tái)不帶功率放大器和揚(yáng)聲器的錄音機(jī)，其作用是以磁帶為媒介記錄和重放音頻信號(hào)，通過使用高性能磁頭、磁帶，配合杜比降噪、微處理器等控制系統(tǒng)，可以提供高保真的音頻信號(hào)。

(3)電唱機(jī)。電唱機(jī)是音響設(shè)備中較早期使用的一種拾音設(shè)備。拾音器可將唱片中記錄的聲音信息變換成相對(duì)應(yīng)的音頻信號(hào)，它具有頻率特性好、信噪比高、抖晃率小、分離度高等特點(diǎn)。

(4)CD/MD/VCD/DVD機(jī)。CD/MD/VCD/DVD機(jī)是一類利用激光，采取非接觸方式拾取激光唱片上音(視)頻信息的音(視)頻設(shè)備。CD光盤上記錄的是未經(jīng)壓縮的PCM數(shù)字編碼信號(hào)，是各種高保真音源中最理想的音源；MD光盤是一種微型光盤，記錄的是經(jīng)ATRAC壓縮編碼后的數(shù)字音頻信號(hào)；VCD光盤上除記錄有數(shù)字音頻信息外，還記錄有數(shù)字視頻信號(hào)，其聲音接近于CD機(jī)的質(zhì)量；DVD光盤記錄密度較VCD光盤高，圖像清晰度是VCD的2倍，聲音采用杜比5.1聲道系統(tǒng)，可達(dá)到更加逼真的3D環(huán)繞立體聲效果。

(5)傳聲器。傳聲器又稱麥克風(fēng)，作用是將語(yǔ)音信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，是一種聲電轉(zhuǎn)換設(shè)備。

各種優(yōu)質(zhì)音響載體都是取得高保真音響效果的源泉。

2)音頻處理電路

音頻處理電路的作用是對(duì)音源送來的音頻信號(hào)進(jìn)行放大和處理，獲得足夠的功率以推動(dòng)揚(yáng)聲器正常工作。音頻處理電路主要包括前置放大器、功率放大器、圖示均衡器等電路。

(1)前置放大器。前置放大器的作用是對(duì)不同的音源進(jìn)行選擇、電壓放大，并進(jìn)行音量、音調(diào)、平衡、響度、噪聲抑制等多種控制，是音響系統(tǒng)的音質(zhì)控制中心。

(2)功率放大器。功率放大器的作用是對(duì)前置放大器送來的音頻信號(hào)進(jìn)行功率放大，產(chǎn)生足夠的不失真功率以推動(dòng)揚(yáng)聲器正常工作。

(3)圖示均衡器。圖示均衡器是一種音色處理電路，其作用是通過將音頻的全頻帶信號(hào)劃分為若干(最多31個(gè))頻段，并分別對(duì)不同頻段信號(hào)進(jìn)行提升或衰減，以減少噪聲干擾，改善音色效果。

3)揚(yáng)聲器系統(tǒng)

揚(yáng)聲器系統(tǒng)是重放聲音信號(hào)的終端設(shè)備，包括揚(yáng)聲器、分頻器、箱體等，其作用是對(duì)功率放大器送來的音頻信號(hào)分頻段不失真地還原為聲波信號(hào)。

(1)揚(yáng)聲器。揚(yáng)聲器是音箱的主要組成單元，是一種電聲轉(zhuǎn)換部件，其性能優(yōu)劣直接影響重放聲音的質(zhì)量。揚(yáng)聲器的主要性能指標(biāo)包括功率、頻率響應(yīng)、指向性、標(biāo)稱阻抗、失真等。

揚(yáng)聲器種類較多，按照放音頻率范圍可分為低音揚(yáng)聲器、中音揚(yáng)聲器、高音揚(yáng)聲器以及全頻帶揚(yáng)聲器；按照電聲換能方式可分為電動(dòng)式揚(yáng)聲器、電容式揚(yáng)聲器、壓電陶瓷揚(yáng)聲器等。目前，在家用音響設(shè)備和專業(yè)音響設(shè)備中，主要應(yīng)用的是電動(dòng)式揚(yáng)聲器。

(2)分頻器。分頻器的作用是根據(jù)揚(yáng)聲器的不同特性，將全頻帶聲頻信號(hào)分為不同的頻段，使不同特性揚(yáng)聲器都能得到合適頻帶的激勵(lì)信號(hào)。分頻器分為電子分頻器和無源分頻器兩大類。

電子分頻器是有源分頻，通常位于前置放大器與功率放大器之間。電子分頻器將信號(hào)分為多個(gè)頻段，然后送到對(duì)應(yīng)頻段的功率放大器進(jìn)行功率放大后，再推動(dòng)相應(yīng)的揚(yáng)聲器工作。電子分頻器具有瞬態(tài)特性好、無調(diào)制失真、調(diào)整靈活等一系列優(yōu)點(diǎn)，但由于其電路較復(fù)雜，產(chǎn)品成本較高，因此一般應(yīng)用在專業(yè)音響設(shè)備中。

無源分頻器通常由繞成空芯的電感線圈和無極性電容組成，一般位于功率放大器后，安裝在音箱內(nèi)部。無源分頻器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、適應(yīng)性強(qiáng)等特點(diǎn)，但由于自身結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，容易產(chǎn)生分頻點(diǎn)的漂移現(xiàn)象。

(3)箱體。箱體的主要作用是降低揚(yáng)聲器的聲短路效應(yīng)，通常由高密度板或硬木制作，并在其內(nèi)部填充吸音材料。

箱體按照結(jié)構(gòu)形式的不同可分為開敞式、封閉式、倒相式、迷宮式、號(hào)筒式等多種類型；按照用途與性能不同又可分為家用型、高保真、監(jiān)聽等類型。

1.2.1組合音響系統(tǒng)的電聲性能指標(biāo)

按照國(guó)際電工委員會(huì)規(guī)定的高保真音響設(shè)備和系統(tǒng)特性的最低電氣性能要求(IEC-581標(biāo)準(zhǔn))，我國(guó)制定了相應(yīng)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)定了音頻組合設(shè)備通用技術(shù)條件，提出了各種音響設(shè)備的最低電聲性能要求和試驗(yàn)方法。下面就其主要的性能指標(biāo)進(jìn)行簡(jiǎn)單介紹。1.2組合音響系統(tǒng)相關(guān)知識(shí)

1．頻率范圍

頻率范圍又稱頻率響應(yīng)或頻率特性，它是指各種放音設(shè)備能夠重放聲音信號(hào)的頻率范圍以及在此頻率范圍內(nèi)允許的振幅偏差程度(容差)。頻率范圍越寬，振幅偏差越小，頻率特性就越好。我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的頻率范圍是40Hz~12.5kHz，振幅偏差應(yīng)小于5dB。

2．諧波失真

諧波失真是指在音響設(shè)備的各種放大器中，由于放大器的非線性而導(dǎo)致信號(hào)產(chǎn)生的高次諧波成分。諧波失真越小，聲音越逼真，保真度越好。通常，調(diào)諧器的諧波失真要小于0.2%，CD機(jī)的諧波失真小于0.01%。

3．信噪比

信噪比是指有用信號(hào)與噪聲大小之比，用S/N表示。信噪比大小通常用分貝值來表示，分貝數(shù)越大，信噪比越高，重放出的聲音音質(zhì)越好。

4．輸出功率

輸出功率是指組合音響功率放大器的輸出功率，輸出功率有最大輸出功率、不失真輸出功率、額定輸出功率三種。最大輸出功率是指不考慮失真時(shí)，功率放大器能輸出的最大功率；不失真輸出功率是指在非線性失真不大于10%的情況下，功率放大器實(shí)際能夠輸出的功率；額定輸出功率又稱標(biāo)稱功率，是指功率放大器應(yīng)該達(dá)到的最低限度的不失真輸出功率。

音響設(shè)備除上述最基本的性能指標(biāo)外，還有一些如增益、瞬態(tài)特性、動(dòng)態(tài)特性、計(jì)權(quán)以及分離度等性能指標(biāo)。1.2.2組合音響系統(tǒng)的連接

由于組合音響的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，接線的種類、數(shù)量較多，因此在進(jìn)行各種設(shè)備的組合連接前應(yīng)認(rèn)真閱讀說明書和接線圖。組合音響系統(tǒng)的連接主要有以下幾個(gè)方面的內(nèi)容。

1．天線連接

組合音響調(diào)諧器的接收天線有兩種類型，一是AM接收天線，二是FM接收天線。對(duì)于一體式結(jié)構(gòu)的組合音響，其AM調(diào)諧器接收天線一般為一根1~2m長(zhǎng)的拖線，只需將其接在AM接收天線(AMANT)的插口上即可；FM接收天線通常采用單鞭拉桿式天線，不需再進(jìn)行連接。

對(duì)于分體式組合音響，其調(diào)諧器的天線有兩組，均設(shè)有插口并配備帶有插頭的接線，將其分別接在“AMANT”與“FMANT”位置上即可。

2．節(jié)目源與功率放大器連接

由于組合音響的節(jié)目源較多，因此節(jié)目源與功率放大器之間的接線也較為復(fù)雜，尤其是核心節(jié)目源(如CD機(jī)、DVD機(jī))與功率放大器之間的接線。雖然節(jié)目源與功率放大器之間接線較復(fù)雜，但一般都可以根據(jù)各種設(shè)備所提供的插頭、接口英文標(biāo)記進(jìn)行連接，例如LINEAUX(線路)、LINEINPUT(線路輸入)、PHONE(耳機(jī))、MIC(傳聲器)、CDOUTJACKS(CD唱機(jī)輸出插座)等。

對(duì)于帶有杜比數(shù)碼(DolbyDigital)、DTS或MPEG解碼器輸出的DVD機(jī)與已內(nèi)裝有杜比數(shù)碼、DTS或MPEG解碼器的AV放大器之間的數(shù)字信號(hào)連接，可使用對(duì)應(yīng)設(shè)備上的COAXIAL(同軸)、OPTICAL(光纖)端子進(jìn)行連接。

3．音箱連接

普及型組合音響一般只有左(L)、右(R)兩只音箱，連接時(shí)只需將功率放大器的左(L)、右(R)輸出端子分別與左(L)、右(R)音箱連接即可；對(duì)于中高檔組合音響，其音箱的輸入端一般采用“卡夾式”插口。為避免接錯(cuò)，連接線和插頭均采用不同顏色予以區(qū)別，接線時(shí)導(dǎo)線的端頭不要?jiǎng)兂鲞^多，當(dāng)引線采用多股芯線時(shí)，應(yīng)將多股芯線絞緊后再插入“卡夾式”插口內(nèi)，以防短路。同時(shí)，在接線時(shí)要注意音箱的極性應(yīng)與功率放大器輸出端的極性一致，并且兩只音箱的擺放位置不要顛倒。

采用以DVD機(jī)為核心構(gòu)成的家庭影院系統(tǒng)中，一般都配置有5.1聲道音響系統(tǒng)，DVD機(jī)與功率放大器的輸出端子較多，除要注意音箱的擺放位置正確外，還要注意將中置音箱接到功放“CENTEROUT”端子，將左、右主音箱分別接到功放的“MAINOUT”對(duì)應(yīng)的L、R位置，將環(huán)繞聲音箱接到功放的“SURROUNDOUT”對(duì)應(yīng)的L、R位置，將超重低音音箱接到功放的“SUBWOOFEROUT”端子上。

4．供電電壓選擇

國(guó)產(chǎn)組合音響一般都采用220V交流供電，但有些進(jìn)口組合音響采用的是交流110V供電。對(duì)于采用交流110V供電的組合音響，在使用前須將“交流電源轉(zhuǎn)換開關(guān)”撥到“交流220V”位置上。1.2.3組合音響系統(tǒng)的使用與維護(hù)

1．組合音響系統(tǒng)的使用

組合音響系統(tǒng)的使用原則有兩點(diǎn)，一是電源選擇正確，二是節(jié)目源選擇正確。

1)調(diào)諧器

對(duì)于模擬調(diào)諧器，其結(jié)構(gòu)和使用方法與普通收錄機(jī)的調(diào)諧器完全相同。對(duì)于數(shù)字式調(diào)諧器，在按下波段選擇開關(guān)后通過調(diào)諧按鈕的“＋”、“－”進(jìn)行自動(dòng)搜索電臺(tái)，當(dāng)穩(wěn)定搜到一個(gè)電臺(tái)后即停止搜索。如果需要搜索其他電臺(tái)，重復(fù)上述操作即可。在數(shù)字調(diào)諧器中，通常都可以預(yù)置一定數(shù)量的電臺(tái)并進(jìn)行存儲(chǔ)，以便在下次使用時(shí)只要按一下相應(yīng)的頻道開關(guān)，便可立即收到被記憶的電臺(tái)。

2)錄音座

單卡錄音座的結(jié)構(gòu)和使用方法與普通收錄機(jī)的錄、放功能相同，具有雙卡錄音座的組合音響一般都具有杜比降噪、連續(xù)放音、快速錄音等功能。如果要使用杜比降噪功能，注意在使用杜比原聲磁帶放音時(shí)，一定要打開降噪開關(guān)，當(dāng)使用不具有杜比降噪的磁帶時(shí)，應(yīng)將杜比降噪開關(guān)置于關(guān)閉位置。

3)CD唱機(jī)

當(dāng)使用CD唱機(jī)時(shí)，應(yīng)將組合音響的節(jié)目源選擇開關(guān)選到CD機(jī)狀態(tài)，拿取CD盤片時(shí)應(yīng)持唱片的邊緣，通過進(jìn)/出倉(cāng)鍵放入和取出CD盤片。

4)功率放大器

對(duì)功率放大器的使用，應(yīng)首先通過手動(dòng)或遙控操作選擇輸入的節(jié)目源(TUNER、TAPE、CD、DVD等)，然后再分別對(duì)音量大小、音調(diào)、平衡等進(jìn)行調(diào)節(jié)，直到滿意為止。

2．組合音響的維護(hù)

做好組合音響的維護(hù)是保持組合音響設(shè)備長(zhǎng)期工作狀態(tài)良好的前提，對(duì)組合音響的日常維護(hù)應(yīng)注意以下幾個(gè)方面的內(nèi)容：

(1)保持良好的使用環(huán)境，盡可能放置在干燥、通風(fēng)、遠(yuǎn)離熱源的地方，以免設(shè)備受潮、受熱，元器件老化變質(zhì)等。

(2)注意防震防塵，定期進(jìn)行清潔除塵。

(3)定期通電除潮，尤其是在梅雨季節(jié)，避免元器件損壞。

(4)組合音響不用時(shí)，應(yīng)將各功能鍵處于復(fù)位狀態(tài)。磁帶不用后應(yīng)從卡座中取出，CD盤片不用后也要將其從托盤中取出，以防變形而影響使用。

1.3.1聲學(xué)特性

1．聲波的傳播特性

聲波能在氣體、液體及固體等彈性媒質(zhì)中傳播，但不能在真空中傳播。傳播聲波的空間稱為聲場(chǎng)，聲場(chǎng)可分為自由聲場(chǎng)、擴(kuò)散聲場(chǎng)和半自由聲場(chǎng)。聲波在聲場(chǎng)中傳播時(shí)會(huì)產(chǎn)生反射、折射、繞射和干涉等現(xiàn)象，并具有一定的傳播規(guī)律。1.3組合音響系統(tǒng)拓展知識(shí)

自由聲場(chǎng)是指在各方向上沒有反射的一種理想聲場(chǎng)，在任何一點(diǎn)上的聲音只有直達(dá)聲。消聲室就是人為模擬的自由聲場(chǎng)。

擴(kuò)散聲場(chǎng)是指在各方向上接近全反射的一種理想聲場(chǎng)，在任何一點(diǎn)上的聲音既有直達(dá)聲也有反射聲?；祉懯揖褪侨藶槟M的擴(kuò)散聲場(chǎng)。

半自由聲場(chǎng)是實(shí)際上存在的，它介于自由聲場(chǎng)和擴(kuò)散聲場(chǎng)之間，取決于聽音環(huán)境的吸聲能力。

1)反射與折射

聲波從一種媒質(zhì)進(jìn)入另一種媒質(zhì)的分界面時(shí)，會(huì)產(chǎn)生反射和折射現(xiàn)象。

聲波在空氣中傳播時(shí)，若遇到平面的障礙物，一部分聲波將被反射，反射角等于入射角。反射聲波好像是從障礙物后的另一聲源發(fā)射出來一樣，稱為聲像。聲像與聲源到障礙物的距離相等。

聲波在空氣中傳播時(shí)，若遇到凹面的障礙物，其反射特性具有聚焦反射現(xiàn)象，稱為聲波的聚焦。若遇到凸面的障礙物，其反射特性具有擴(kuò)散反射現(xiàn)象。

當(dāng)聲波遇到障礙物時(shí)，除了產(chǎn)生反射現(xiàn)象外，還有一部分聲波將進(jìn)入障礙物，稱為折射。障礙物吸收聲波的能力與其特性有關(guān)。

聲波的反射與折射現(xiàn)象是聽音環(huán)境設(shè)計(jì)中需要考慮的問題。在演播室、聽音室、歌劇場(chǎng)和電影院的四周總是建造成凹凸不平的墻面，就是為了使聲波產(chǎn)生雜亂反射以形成均勻聲場(chǎng)，并讓墻壁吸收一部分能量，使這些空間具有適當(dāng)?shù)幕祉憰r(shí)間。2)繞射

當(dāng)聲波遇到障礙物時(shí)，會(huì)有一部分聲波繞過障礙物而繼續(xù)向前傳播，這種現(xiàn)象稱為繞射，又稱衍射。繞射的程度取決于聲波的波長(zhǎng)與障礙物大小之間的關(guān)系，若聲波波長(zhǎng)遠(yuǎn)大于障礙物尺寸，則繞射現(xiàn)象非常顯著；若聲波波長(zhǎng)遠(yuǎn)小于障礙物尺寸，則繞射現(xiàn)象較弱，甚至不發(fā)生繞射。因此，對(duì)于同一個(gè)障礙物，頻率較低的聲波較易繞射，而頻率較高的聲波不易繞射，所以聲波的傳播具有較強(qiáng)的方向性，人們利用繞射現(xiàn)象可以對(duì)聲波進(jìn)行有效的控制。

當(dāng)聲波通過障礙物的洞孔時(shí)，也會(huì)發(fā)生繞射現(xiàn)象。當(dāng)聲波波長(zhǎng)遠(yuǎn)大于洞孔尺寸時(shí)，洞孔好像一個(gè)新的點(diǎn)聲源，聲波從洞孔向各個(gè)方向傳播；當(dāng)聲波波長(zhǎng)小于洞孔尺寸時(shí)，只能從洞孔向前方傳播。

3)干涉

當(dāng)兩個(gè)頻率相同、振動(dòng)方向相同且步調(diào)一致的聲源發(fā)出的聲波相互疊加時(shí)就會(huì)出現(xiàn)干涉現(xiàn)象。如果它們的相位相同，則兩聲波疊加后其聲壓加強(qiáng)；反之，如果它們的相位相反，則兩聲波疊加后便會(huì)相互減弱，甚至完全抵消。由于聲波的干涉作用，常使空間的聲場(chǎng)出現(xiàn)固定的分布，形成波腹和波節(jié)，即出現(xiàn)通常所說的駐波。

經(jīng)?？梢杂龅皆斐陕暡ǜ缮娴臈l件，例如：當(dāng)兩只等距分布的揚(yáng)聲器在同相位狀態(tài)下振動(dòng)發(fā)聲時(shí)，聲波到達(dá)兩揚(yáng)聲器之間中軸線上的各點(diǎn)時(shí)總是處在同相位狀態(tài)，于是來自兩只揚(yáng)聲器的聲波在該處相互加強(qiáng)。當(dāng)兩只揚(yáng)聲器在反相位狀態(tài)下振動(dòng)發(fā)聲時(shí)，情況正好相反，來自兩只揚(yáng)聲器的聲波在該處相互抵消，導(dǎo)致兩只揚(yáng)聲器還不如一只揚(yáng)聲器響的“奇怪”現(xiàn)象。

因此，連接音箱和功放時(shí)一定要保持它們正負(fù)極性的一致，否則就會(huì)出現(xiàn)聲波相互抵消的情況。而且，對(duì)于立體聲系統(tǒng)而言，這樣的結(jié)果往往還會(huì)導(dǎo)致聲像定位不準(zhǔn)，即聲源“飄忽”的感覺。

2．聲音的基本要素

聲音在物理上可以用聲壓的幅度、頻率和相位三個(gè)客觀參量來描述，而在聽覺上則常用響度、音調(diào)和音色三個(gè)主觀參量來描述，俗稱聲音三要素。

1)響度

響度俗稱音量，是指人耳對(duì)聲音強(qiáng)弱的主觀感受。響度不僅正比于聲音強(qiáng)度的對(duì)數(shù)值，而且與聲音的頻率有關(guān)，對(duì)于聲強(qiáng)相同的聲音，人耳會(huì)感覺1000~4000Hz的聲音最響，隨頻率的降低或上升，其響度的感覺會(huì)減小。

響度特性可以用等響曲線來表示。圖1-2所示是國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織推薦的等響曲線，它反映了人類對(duì)響度感覺的基本規(guī)律。

圖1-2等響曲線由等響曲線可以看出，人耳對(duì)3000～4000Hz頻率范圍內(nèi)的聲音響度感覺最靈敏。另外，聲壓級(jí)越高，等響曲線越趨平坦；聲壓級(jí)不同，等響曲線有較大差異，特別是在低頻。這樣，若以低于或高于原始聲音的聲壓級(jí)重放聲源，則會(huì)改變?cè)悸曇舾黝l率成分的相對(duì)響度關(guān)系，產(chǎn)生音色失真。所以，在放音時(shí)，特別是小音量放音時(shí)，為了不改變?cè)家羯瑧?yīng)借助等響曲線所揭示的聽覺特性自動(dòng)將高音和低音適當(dāng)提升，以補(bǔ)償人耳在不同音量情況下對(duì)聲音感受的差異，使得不論音量大小，人耳的聽覺感受只是響度發(fā)生變化，而音色不變，這就是響度控制電路的作用。

2)音調(diào)

音調(diào)又稱音高，是指人耳對(duì)聲音音調(diào)高低的主觀感受。音調(diào)主要取決于聲音的基波頻率，基頻越高，音調(diào)越高。音調(diào)同時(shí)還與聲音的強(qiáng)度有關(guān)，人耳對(duì)音調(diào)的辨別能力不同，一般中頻段最靈敏，高、低頻段較差。

音調(diào)大體上與頻率的對(duì)數(shù)值成正比，這一關(guān)系在音樂中獲得應(yīng)用。目前世界上通用的十二平分律等程音階就是按照基波頻率的對(duì)數(shù)值取等分而確定的。聲音基頻每增加一個(gè)倍頻程，音樂上稱為提高一個(gè)“八度音”。

3)音色

音色是指人耳對(duì)聲音特色的主觀感受。音色由聲音的基波和諧波組成，主要取決于聲音的頻譜結(jié)構(gòu)，還與聲音的響度、音調(diào)、持續(xù)時(shí)間、建立過程及衰變過程等因素有關(guān)?；ㄊ锹曇舻囊舾?，諧波是聲音的泛聲(基波頻率的整數(shù)倍)，因而音色比響度、音調(diào)更復(fù)雜。

聲音的頻譜結(jié)構(gòu)用基頻、諧頻數(shù)目、幅度大小及相位關(guān)系來描述。不同的頻譜結(jié)構(gòu)，就有不同的音色。即使基頻相同，音調(diào)相同，但若諧頻結(jié)構(gòu)不同，則音色也不同。例如鋼琴和黑管演奏同一音符時(shí)，其音色是不同的，因?yàn)樗鼈兊闹C頻結(jié)構(gòu)不同。

正因?yàn)槿硕哂袇^(qū)分音色的能力，才能辨別不同的樂器，辨別不同人的聲音，辨別音響重放系統(tǒng)是否存在失真。因此，要求高保真音頻放大器和音箱應(yīng)具有足夠的有效頻率范圍和平均的頻率特性，以保持音頻信號(hào)的頻譜結(jié)構(gòu)不變。1.3.2人耳的聽覺特性

1.聽覺靈敏度

聽覺的基本特性決定著人們對(duì)聲音的主觀感受，可聞聲、聽閾和痛域決定了人耳的聽覺范圍。

1)可聞聲

可聞聲是指正常人可以聽到的聲音，其頻率范圍為20Hz～20kHz，稱為音頻。20Hz以下稱為次聲，20kHz以上稱為超聲。在音頻范圍內(nèi)，人耳對(duì)中頻段1～4kHz的聲音較為靈敏，對(duì)低頻和高頻段的聲音則比較遲鈍。對(duì)于次聲和超聲，即使強(qiáng)度再大，人耳也聽不到。

2)聽閾和痛域

可聞聲必須達(dá)到一定的強(qiáng)度才能被聽到，正常人能聽到的強(qiáng)度范圍為0～140dB。使聲音聽得見的最低聲壓級(jí)稱為聽閾，它和聲音的頻率有關(guān)。在良好的聽音環(huán)境中，聽力正常的青年人在800～5000Hz頻率范圍內(nèi)的聽閾接近于0dB。當(dāng)左右兩耳聽閾有差異時(shí)，雙耳聽閾主要取決于靈敏度較好的那只耳朵。當(dāng)兩耳靈敏度完全相同時(shí)，雙耳聽閾比單耳聽閾低3dB左右。

使耳朵感到疼痛的聲壓級(jí)稱為痛域，它與聲音的頻率關(guān)系不大。通常聲壓級(jí)達(dá)到120dB時(shí)，

人耳感到不舒適；聲壓級(jí)大于140dB時(shí)，人耳感到疼痛；聲壓級(jí)超過150dB時(shí)，人耳會(huì)發(fā)生急性損傷。

3)聽覺靈敏度

人耳正常的聽覺范圍較大，語(yǔ)言和音樂只占整個(gè)聽覺范圍的很小一部分。聽覺靈敏度是指人耳對(duì)聲壓、頻率及方位的微小變化的判斷能力。

當(dāng)聲壓發(fā)生變化時(shí)，人們聽到的響度會(huì)有變化。例如聲壓級(jí)在50dB以上時(shí)，人耳能分辨出的最小聲壓級(jí)差約為1dB；而聲壓級(jí)小于40dB時(shí)，要變化1～3dB才能覺察出來。

當(dāng)頻率發(fā)生變化時(shí)，人們聽到的音調(diào)會(huì)有變化。例如頻率為1000Hz、聲壓級(jí)為40dB的聲音，變化3Hz就能覺察出來；當(dāng)頻率超過1000Hz、聲壓超過40dB時(shí)，人耳能覺察到的相對(duì)頻率變化范圍約為0.003(Δf/f

)。

研究結(jié)果表明：對(duì)于純音，人耳能分辨出280個(gè)聲壓層次和1400個(gè)頻率層次。對(duì)于復(fù)雜音，人耳只能分辨7種不同的響度層次和7種不同的音調(diào)，共49種響度和音調(diào)的組合。這個(gè)數(shù)字頗為接近人們?cè)谡Z(yǔ)言中可覺察到的音素?cái)?shù)。在高保真音響系統(tǒng)中，如果能將聲音的畸變控制在人耳無法覺察的范圍內(nèi)，便可以獲得高保真的主觀聽覺效果。

2．掩蔽效應(yīng)

掩蔽效應(yīng)是指同一環(huán)境中的其他聲音使聆聽者降低對(duì)某一聲音的聽力，即一個(gè)較強(qiáng)的聲音往往會(huì)掩蓋住一個(gè)較弱的聲音。掩蔽效應(yīng)是一個(gè)復(fù)雜的生理心理現(xiàn)象，它與兩個(gè)聲音的聲壓級(jí)、頻譜、方向、持續(xù)時(shí)間等因素有關(guān)。主要表現(xiàn)在當(dāng)兩個(gè)聲音的頻率越接近，掩蔽效應(yīng)越大；掩蔽聲的聲壓級(jí)越高，掩蔽效應(yīng)越大且掩蔽的頻率范圍越寬；低頻聲容易掩蔽高頻聲，而高頻聲較難掩蔽低頻聲。

掩蔽效應(yīng)在音響技術(shù)中得到了廣泛的應(yīng)用。例如一些降噪系統(tǒng)就是利用掩蔽效應(yīng)的原理設(shè)計(jì)的，信噪比的概念及其指標(biāo)要求也是根據(jù)掩蔽效應(yīng)提出來的。在數(shù)字音源中，可利用掩蔽效應(yīng)進(jìn)行壓縮編碼。

3.哈斯效應(yīng)(回聲感覺)

如果兩個(gè)不同的聲源發(fā)出同樣的聲音，在同一時(shí)間以同樣的強(qiáng)度到達(dá)聽眾時(shí)，則主觀感覺聲音是來自兩個(gè)聲源之間；如果其中一個(gè)略有延時(shí)(5～35ms)，聽起來兩個(gè)聲音都來自先到達(dá)的聲源，延時(shí)聲源的存在對(duì)定向方位沒有影響，只是增加了響度；如果延時(shí)在35～50ms之

間，則延時(shí)聲源的存在可以被識(shí)別出來，但其方向仍在未延時(shí)的聲源方向；只有延時(shí)超過50ms時(shí)，第二個(gè)聲源才像一個(gè)清晰的回聲一樣被聽到。由此可見，如果在50ms以內(nèi)出現(xiàn)兩個(gè)相同的聲音，一般不能區(qū)分出來，僅能覺察到音色和響度的變化；如果讓第二個(gè)聲音延遲50ms以后再出現(xiàn)，而且有足夠的響度，人耳就可以把它們區(qū)分出來。這種效應(yīng)應(yīng)用于室內(nèi)擴(kuò)音系統(tǒng)，可以在分布式揚(yáng)聲器系統(tǒng)的聲場(chǎng)中保證聽眾視覺和聽覺的一致性。

4.多普勒效應(yīng)

當(dāng)聲源與聽者彼此相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，會(huì)感到某一頻率確定的聲音的音調(diào)發(fā)生變化。例如火車開過來時(shí)聽到的汽笛聲是頻率稍高的音調(diào)，火車離開時(shí)就聽到頻率稍低的音調(diào)。這種現(xiàn)象稱之為多普勒效應(yīng)。

當(dāng)聲源以一定的速度運(yùn)動(dòng)而聽者靜止時(shí)，聲強(qiáng)(聲壓)也有類似的變化，移近的聲源在同樣距離上要比它不移動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的強(qiáng)度大，移開的聲源產(chǎn)生的強(qiáng)度要小些。

5．雙耳定位特性

1)方向感

聽音時(shí)，人們能夠用耳朵判斷出聲音方向，確定聲源所在的位置。來自同一聲源的聲音到達(dá)兩耳時(shí)，在時(shí)間、強(qiáng)度和相位等方面都存在著差異，正是根據(jù)這種差異可以實(shí)現(xiàn)對(duì)“聲像”的定位。

人耳對(duì)于左右水平方向的方位分辨能力要比上下豎直方向的分辨能力強(qiáng)得多，通?？梢苑直娉鏊椒较?°～15°的變動(dòng)；但在豎直方向，有時(shí)要大于60°才能分辨出來。

聽覺上具有方向感這一特性，使人們?cè)谝黄须s的環(huán)境下有可能“全神貫注”地聽出來自某一個(gè)方向的一個(gè)比較特殊的聲音，如果把一耳塞住，用單耳收聽，上述方向感就會(huì)消失，這時(shí)聽音受環(huán)境干擾嚴(yán)重，聲音含混不清。利用聽覺的方向感這一特性，要求廳堂內(nèi)布置揚(yáng)聲器時(shí)，要盡可能地保證“視”、“聽”的方向一致，就是說要讓耳朵聽到的聲源和眼睛看到的聲源來自同一個(gè)方向。這就要求盡量采用“集中式”擴(kuò)聲系統(tǒng)，即將音箱集中在舞臺(tái)兩側(cè)，并使音箱在水平方向盡量靠近聲源；至于它在垂直方向位置的高低，往往影響較小。

2)雙耳效應(yīng)

人耳具有“聲像”定位功能，是由于人耳有雙耳效應(yīng)和耳殼效應(yīng)。雙耳效應(yīng)主要取決于聲音到達(dá)雙耳的時(shí)間差、相位差、響度差和音色差，在室內(nèi)還包括直達(dá)聲和混響聲的能量比。另外，人耳的耳殼能將聲音形成延時(shí)量很短的重復(fù)聲，幫助人們更準(zhǔn)確地完成聲像定位。

1.3.3立體聲與立體聲系統(tǒng)

1.立體聲

自然界中所發(fā)出的聲音，都存在于人類生活的立體空間中。它們的方位和傳播的特性都具有立體性質(zhì)，所以，當(dāng)直接聽到這些聲音時(shí)，除了能感受到聲音的強(qiáng)度、音調(diào)和音色以外，還能感受到這些聲音的方位和層次。這種具有方位層次等空間分布特性的聲音稱為立體聲，例如在自然環(huán)境或音樂廳中聽到的音樂聲屬于自然立體聲。立體聲的感覺包括了聲音的展開感、縱深感、方向感、聲包圍感、聲像的定位感、聲像的移動(dòng)感和臨場(chǎng)感等，由于其具有三維空間的立體感覺而得名，音響技術(shù)中稱其為原發(fā)聲。在音樂廳內(nèi)，聆聽者聽到的立體聲由直達(dá)聲、早期反射聲和混響聲三部分聲音構(gòu)成。直達(dá)聲能夠幫助人們確定聲源的方位；早期反射聲給人空間感，可以感覺到音樂廳的空間大?。换祉懧暯o人包圍感，可以感受到聲音在三維空間環(huán)繞。早期反射聲和混響聲共同作用，綜合形成現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的音響氣氛，即產(chǎn)生所謂臨場(chǎng)感。

2.立體聲技術(shù)

立體聲技術(shù)是指如何將立體聲處理為立體聲信號(hào)并通過傳播而重現(xiàn)立體聲。用立體聲技術(shù)來傳播和再現(xiàn)聲音，不僅能反映出聲音的空間分布感，而且能夠提高聲音的層次感、清晰度和透明度，明顯地改善聲音再現(xiàn)的質(zhì)量，極大地增強(qiáng)臨場(chǎng)效果。音響技術(shù)中的立體聲是指利用錄音、傳輸和重放系統(tǒng)還原的聲音，它應(yīng)該具有原發(fā)聲的特點(diǎn)。立體聲音響技術(shù)是一種按照原發(fā)聲特點(diǎn)進(jìn)行音頻信號(hào)處理的技術(shù)。在這個(gè)處理過程中，需要研究各類不同原發(fā)聲的物理特性和人耳的主觀感受特性，并且根據(jù)具體情況進(jìn)行設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試和使用。

現(xiàn)代立體聲技術(shù)充分利用人耳的聽覺效應(yīng)來使得聽音者聽到立體聲效果。立體聲技術(shù)中包括雙聲道、多聲道、模擬立體聲以及環(huán)繞立體聲等音頻信號(hào)處理方式。多聲道與單聲道重放聲相比，具有清晰度高、方位感和分布感明顯、背景噪聲小、空間和臨場(chǎng)感強(qiáng)等一系列優(yōu)點(diǎn)。

由此可見，立體聲技術(shù)就是在聲—電—聲的處理過程中，原汁原味地產(chǎn)生、傳播、重放和聆聽原發(fā)聲的技術(shù)，缺一不可。

3．立體聲系統(tǒng)

立體聲系統(tǒng)是由不同數(shù)目的聲源、聲音傳輸通道及揚(yáng)聲器(音箱)所組成的聲音再現(xiàn)系統(tǒng)。電聲音響系統(tǒng)可按表1-1表述分類。

表1-1電聲音響系統(tǒng)分類

盡管現(xiàn)在電聲音響系統(tǒng)的種類很多，但它們都可以用圖1-3的結(jié)構(gòu)表示。圖1-3(a)中的N1表示拾音時(shí)的聲道數(shù)目，通過混合網(wǎng)絡(luò)(變換網(wǎng)絡(luò))形成N2路信號(hào)傳輸出去，然后在放音端再經(jīng)分配網(wǎng)絡(luò)(變換網(wǎng)絡(luò))的轉(zhuǎn)換，以N3路進(jìn)行重放。通常，N1≥N2，N3≥N2。

圖1-3立體聲系統(tǒng)框圖當(dāng)N2＝N3＝1時(shí)，即為單聲道系統(tǒng)；當(dāng)N2＝N3＝2時(shí)，即為雙聲道立體聲系統(tǒng)；當(dāng)N2>2，N3>2時(shí)，為多聲道系統(tǒng)。如果N2＝1，N3>1，則稱為贗立體聲，又稱模擬立體聲或偽立體聲。顯然贗立體聲不是立體聲，而是借助某種技術(shù)手段(如頻率分割或延時(shí)的方法)，將它模擬成立體聲。

通常用N1N2N3三個(gè)數(shù)字來表述各種立體聲系統(tǒng)。例如，雙聲道立體聲系統(tǒng)為222系統(tǒng)，四聲道立體聲系統(tǒng)為444系統(tǒng)，六聲道立體聲系統(tǒng)為666系統(tǒng)。在立體聲廣播和立體聲唱片中，常用調(diào)制技術(shù)將兩種不同信號(hào)以不同方式放置在同一條傳輸通路內(nèi)，表面上減少了傳輸通路數(shù)，但實(shí)質(zhì)上仍為222系統(tǒng)。另外，在立體聲電影和唱片中，還有將四路(或六路)立體聲信號(hào)混合變換為兩路信號(hào)進(jìn)行記錄或傳輸，放音時(shí)再利用解碼網(wǎng)絡(luò)變換成四聲道(或六聲道)信號(hào)，這種系統(tǒng)稱為424(或626)系統(tǒng)，它能與雙聲道立體聲兼容。而由單聲道模擬雙聲道或由雙聲道模擬四聲道的系統(tǒng)，分別稱為112或224贗立體聲系統(tǒng)。

現(xiàn)代的立體聲錄音一般都采用調(diào)音臺(tái)進(jìn)行多聲道錄音，如圖1-3(b)所示。此時(shí)往往使用傳聲器數(shù)目M很多的輸入通路，通過調(diào)音臺(tái)形成N1路信號(hào)(通常M>>N1)，然后如圖1-3(a)所示變換成N2路信號(hào)傳輸出去，因此用三個(gè)數(shù)字表示時(shí)仍以N1N2N3表述系統(tǒng)，而不能用M來代表N1。圖1-3中的轉(zhuǎn)換網(wǎng)絡(luò)1、2可以是輸入不加變換地直接輸出，也可以是經(jīng)過邏輯電路和矩陣電路對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行組合和變換，即所謂編碼后輸出，然后在重放時(shí)經(jīng)過相應(yīng)的解碼器(即變換網(wǎng)絡(luò)2)還原。前者稱為分離式系統(tǒng)，后者稱為編碼式系統(tǒng)或矩陣式系統(tǒng)。1.3.4高保真

1．高保真基本概念

高保真度的英語(yǔ)原詞是HighFidelity，簡(jiǎn)稱HiFi，它是指電聲系統(tǒng)如實(shí)反映聲音原來面貌的能力，但也包括對(duì)聲音信號(hào)進(jìn)行必要加工的能力。高保真與立體聲是兩個(gè)不同的技術(shù)概念，概括地說，高保真主要對(duì)音質(zhì)而言，立體聲則是對(duì)聲場(chǎng)而言。高保真度包含了立體聲這個(gè)技術(shù)范疇在內(nèi)，它也是立體聲系統(tǒng)得以充分發(fā)揮其優(yōu)越性的前提。牽不只是立體聲系統(tǒng)才有高保真度的要求，單聲道系統(tǒng)也有這個(gè)要求。

要使重放的聲音逼真，除在頻率特性、諧波失真、信號(hào)噪聲比、互調(diào)失真和相位失真等方面提出較高的要求外，還必須能夠?qū)σ纛l信號(hào)進(jìn)行補(bǔ)償修飾處理。這樣的修飾處理可以進(jìn)一步提高聲音的空間感、寬度感、展開感等。

2.高保真系統(tǒng)

要使音響系統(tǒng)具有高保真效果，必須滿足如下幾個(gè)方面的條件：

(1)放音系統(tǒng)能夠重現(xiàn)原始聲音效果。人耳聽覺中的三要素是音量、音調(diào)和音色。高保真的基本屬性是使人耳聽到的重放聲音音質(zhì)(音量、音調(diào)、音色)對(duì)于原始聲音沒有任何畸變。

(2)放音系統(tǒng)能夠重現(xiàn)原始聲場(chǎng)。原始聲場(chǎng)反映的是一種立體聲效果，如果通過放音系統(tǒng)能夠如實(shí)地重現(xiàn)原始聲場(chǎng)，就可以重現(xiàn)聲源的方位和空間感、臨場(chǎng)感，使人有身臨其境的感覺。

(3)能夠?qū)σ纛l信號(hào)進(jìn)行加工修飾處理。由于聲音在錄制、傳輸和重現(xiàn)過程中，不可避免地會(huì)產(chǎn)生各種失真，因此，高保真音響系統(tǒng)應(yīng)能夠采取一定措施對(duì)音頻信號(hào)進(jìn)行適當(dāng)?shù)木庋a(bǔ)償和其他修飾，以恢復(fù)聲音原有的音質(zhì)。

第2章調(diào)諧器2.1AM調(diào)諧器基礎(chǔ)知識(shí)

2.2AM調(diào)諧器相關(guān)知識(shí)

2.3AM調(diào)諧器拓展知識(shí)

2.4FM調(diào)諧器基礎(chǔ)知識(shí)

2.5FM調(diào)諧器相關(guān)知識(shí)

2.6FM調(diào)諧器拓展知識(shí)

2.7數(shù)字調(diào)諧器基礎(chǔ)知識(shí)

2.8數(shù)字調(diào)諧器相關(guān)知識(shí)

2.9數(shù)字調(diào)諧器拓展知識(shí)

調(diào)諧器是音響設(shè)備中的主要信號(hào)源，其任務(wù)是接收無線電廣播電臺(tái)發(fā)射的無線電廣播信號(hào)，并進(jìn)行解調(diào)處理，將得到的音頻信號(hào)送到后級(jí)的功率放大器。

調(diào)諧器包括調(diào)幅(AM)和調(diào)頻(FM)兩大類。調(diào)幅包括接收中波和短波廣播信號(hào)，調(diào)頻則是接收超短波廣播信號(hào)。

調(diào)幅是指利用音頻調(diào)制信號(hào)去控制高頻載波的幅度變化，在接收機(jī)中需使用檢波電路將原調(diào)制信號(hào)從中頻調(diào)幅波中解調(diào)下來。2.1AM調(diào)諧器基礎(chǔ)知識(shí)2.1.1AM調(diào)諧器的組成

AM調(diào)諧器采用超外差接收方式，其電路主要由輸入調(diào)諧回路、變頻器、中頻放大器、檢波器和自動(dòng)增益控制電路等組成，如圖2-1所示。

圖2-1AM調(diào)諧器電路組成框圖2.1.2AM調(diào)諧器的工作原理

1．輸入調(diào)諧回路

1)輸入調(diào)諧回路的作用與要求

輸入調(diào)諧回路位于接收天線與變頻器之間，其作用是從天線上接收下來的各種不同頻率的無線電信號(hào)中選出所需要接收頻率的電臺(tái)信號(hào)，并同時(shí)抑制掉其他無用信號(hào)及各種噪聲信號(hào)。

對(duì)輸入調(diào)諧回路的性能主要有三個(gè)方面的要求，其一是選擇性好，即要求選擇有用信號(hào)，抑制干擾信號(hào)的能力要強(qiáng)；其二是頻率覆蓋要正確，即要求通過輸入調(diào)諧回路選擇出的信號(hào)頻率可覆蓋波段內(nèi)所有電臺(tái)的信號(hào)；其三是電壓傳輸系數(shù)要大，即要求該電路輸出電壓與輸入電壓的比值要高

2)輸入調(diào)諧回路的結(jié)構(gòu)與工作原理

AM調(diào)諧器常用的輸入調(diào)諧回路主要有圖2-2所示三種結(jié)構(gòu)，其中的圖2-2(a)為磁性天線輸入調(diào)諧回路，圖2-2(b)、(c)為外接天線輸入調(diào)諧回路。

圖2-2輸入調(diào)諧回路的電路結(jié)構(gòu)在圖2-2(a)中，由磁棒上的初級(jí)調(diào)諧線圈L1與雙聯(lián)(或四聯(lián))電容的其中一聯(lián)C1a構(gòu)成串聯(lián)諧振電路，C2為補(bǔ)償電容。當(dāng)空間各個(gè)不同頻率的廣播電臺(tái)信號(hào)的電磁波穿過磁棒時(shí)，會(huì)在調(diào)諧線圈中產(chǎn)生出不同頻率的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，并形成感應(yīng)電流。通過調(diào)節(jié)電容C1a，使回路諧振頻率等于某一電臺(tái)信號(hào)的頻率時(shí)，回路對(duì)該信號(hào)呈現(xiàn)的阻抗最小，該頻率信號(hào)在回路中的電流達(dá)到最大值，于是在調(diào)諧線圈兩端出現(xiàn)對(duì)應(yīng)于該頻率的最大信號(hào)電壓。此電壓通過次級(jí)耦合線圈L2送到后級(jí)的變頻電路。

在接收短波(包括調(diào)頻波)廣播時(shí)，為提高接收機(jī)的靈敏度，常使用外接天線輸入方式，即外接拉桿天線通過耦合電容或電感接入到輸入調(diào)諧回路中，如圖2-2(b)、(c)所示。

2．變頻器

1)變頻器的作用與要求

變頻器是超外差接收機(jī)的關(guān)鍵組成部分，其主要作用是將輸入調(diào)諧回路送來的高頻調(diào)幅信號(hào)變換成為固定的中頻調(diào)幅信號(hào)，變換后僅改變了載波的頻率，而載波的調(diào)制特性并沒有發(fā)生變化。

對(duì)變頻器的性能要求主要是選擇性好、失真小、穩(wěn)定性高，并要求有良好的頻率跟蹤特性。

2)變頻器的組成與工作原理

變頻器一般由混頻器、本機(jī)振蕩器和中頻選頻回路組成，其電路結(jié)構(gòu)如圖2-3所示。

圖2-3變頻器電路的組成混頻器是變頻器的核心，它通常由非線性元件——晶體三極管構(gòu)成，利用晶體三極管的非線性將輸入的高頻信號(hào)與本機(jī)振蕩器產(chǎn)生的信號(hào)進(jìn)行混合，產(chǎn)生中頻信號(hào)。本機(jī)振蕩器一般采用變壓器反饋式LC振蕩回路，用于產(chǎn)生等幅高頻信號(hào)f2，其信號(hào)頻率總比輸入回路選取的高頻信號(hào)f1高一個(gè)固定的中頻頻率fi＝465kHz(稱為中頻頻率)。中頻選頻回路的作用是從混頻器輸出的不同頻率的信號(hào)中選出中頻信號(hào)，同時(shí)濾除其他干擾信號(hào)。

3．中頻放大器

1)中頻放大器的作用與要求

中頻放大器位于變頻器與檢波器之間，其作用是對(duì)變頻器送來的中頻信號(hào)進(jìn)行放大、選頻，以達(dá)到正常檢波所需要的信號(hào)電平。由于中頻放大器性能的優(yōu)劣對(duì)整機(jī)的靈敏度、選擇性和整機(jī)頻率特性等具有決定性的影響，因此，對(duì)中頻放大器的性能提出如下要求：

(1)增益要高。中頻放大器的增益越高，整機(jī)的靈敏度就越高，一般要求中放級(jí)具有60~70dB的增益。這樣，中頻級(jí)一般由3~4級(jí)放大器組成，現(xiàn)代的調(diào)諧器由集成電路完成。

圖2-4中頻放大器的諧振曲線

(2)選擇性要好。選擇性是指從變頻器輸出的信號(hào)中選出有用信號(hào)(中頻信號(hào))及抑制干擾信號(hào)的能力。選擇性的好壞主要取決于中放級(jí)的負(fù)載(LC諧振回路)，LC諧振回路的諧振曲線越接近于理想選頻特性，中頻放大電路的選擇性越好，濾除干擾信號(hào)的能力越強(qiáng)。中頻放大器的諧振曲線如圖2-4所示。

(3)通頻帶寬度合適。頻帶寬度的定義為電壓放大倍數(shù)下降到諧振時(shí)的0.707倍時(shí)所對(duì)應(yīng)的頻率范圍，用B0.707或2Δf0.707表示。

中頻放大器應(yīng)有合適的頻帶寬度，否則會(huì)造成頻率失真或串入干擾信號(hào)，使接收機(jī)音質(zhì)變壞。一般AM調(diào)諧器中頻放大器的頻帶寬度要求達(dá)到9kHz左右。

2)中頻放大器的組成與工作原理

中頻放大器通常由放大和選頻兩部分組成。根據(jù)這兩部分電路組合方式的不同，中頻放大器可分為分散選頻和集中選頻兩類。圖2-5是它們的電路組成框圖。

圖2-5中頻放大電路的組成分散選頻的中頻放大器由放大電路和諧振回路相互交替形成，一般在早期的分立元件多級(jí)調(diào)諧放大器接收機(jī)中使用。集中選頻的中頻放大器由集中濾波器、集成多級(jí)寬帶放大和諧振回路組成，其選擇性和通頻帶由集中濾波器保證，而增益由集成寬帶放大器提供，多用在集成電路接收機(jī)中。

3)陶瓷濾波器在中頻放大器中的應(yīng)用

陶瓷濾波器由壓電陶瓷材料構(gòu)成，可制作成兩端或三端濾波器件，具有體積小、重量輕、可靠性高、不需要調(diào)整等優(yōu)點(diǎn)，目前已廣泛應(yīng)用在調(diào)諧器的中頻放大器中。

圖2-6是兩端陶瓷濾波器及其等效電路。兩端陶瓷濾波器相當(dāng)于一個(gè)串聯(lián)諧振回路，諧振頻率為465kHz，可用在三極管發(fā)射極電阻上用來減少中頻信號(hào)的負(fù)反饋，提高中頻信號(hào)電壓增益。圖2-7為三端陶瓷濾波器及其等效電路。

圖2-6兩端陶瓷濾波器及其等效電路

圖2-7三端陶瓷濾波器及其等效電路對(duì)1、3端輸入的信號(hào)，當(dāng)信號(hào)頻率等于陶瓷濾波器的串聯(lián)諧振頻率時(shí)，陶瓷片則會(huì)產(chǎn)生頻率與諧振頻率相等的機(jī)械振動(dòng)。由于壓電效應(yīng)，2、3端將產(chǎn)生頻率與諧振頻率相等的輸出電壓。這樣，三端陶瓷濾波器就可以代替中頻放大器中的中頻變壓器。

圖2-8為兩端陶瓷濾波器和三端陶瓷濾波器在中頻放大器中的應(yīng)用。其中，兩端陶瓷濾波器LT1取代原來的發(fā)射極旁路電容，使放大器對(duì)465kHz的中頻信號(hào)放大量達(dá)到最大值；三端陶瓷濾波器LT2在兩級(jí)放大器之間取代原來的耦合電容(或中頻變壓器)，對(duì)465kHz的中頻信號(hào)具有最小的阻抗。

圖2-8陶瓷濾波器在中頻放大電路中的應(yīng)用

4)集成電路中頻放大器

隨著集成電路技術(shù)的發(fā)展，集成電路中頻放大器在調(diào)諧器中獲得了廣泛的應(yīng)用，其中最為常用的TA7640AP、μPC1018C等均為AM/FM集成電路中頻放大器。圖2-9為TA7640AP(國(guó)產(chǎn)型號(hào)為D7640AP)集成電路中頻放大器的內(nèi)部框圖及外圍應(yīng)用電路，表2-1為TA7640AP的引腳功能。

圖2-9TA7640AP集成電路中頻放大器內(nèi)部框圖及外圍應(yīng)用電路表2-1TA7640AP引腳功能

TA7640AP的主要特點(diǎn)：工作電源電壓范圍寬(3~8V)；功率損耗小(在FM時(shí)工作電流為10mA，在AM時(shí)為7mA)；含有FM/AM自動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān)，AM/FM采用同一輸出端，具有調(diào)諧指示發(fā)光二極管的直接驅(qū)動(dòng)能力；對(duì)強(qiáng)信號(hào)輸入動(dòng)態(tài)范圍大，不易自激等。

在圖2-9中，應(yīng)用TA7640AP組成的調(diào)幅通道包括AM本振、AM混頻、AM中放和檢波。其工作過程如下：

來自天線的高頻信號(hào)，經(jīng)輸入調(diào)諧回路選出有用信號(hào)后，由1、2腳送入TA7640AP內(nèi)部的AM混頻電路，在內(nèi)部采用雙差分乘法器來實(shí)現(xiàn)混頻。本機(jī)振蕩器由3腳外接的LC元件和集成電路內(nèi)部的電路組成，它產(chǎn)生的本機(jī)振蕩信號(hào)從3腳輸入。

設(shè)本振信號(hào)為u1，高頻信號(hào)為u2，即

(2-1)

(2-2)

則經(jīng)雙差分乘法器混頻后，輸出的信號(hào)u為(設(shè)傳輸系數(shù)為

K)

(2-3)

由式(2-3)可見，混頻后的信號(hào)包含有兩種頻率成分，即本振與高頻信號(hào)的差頻(ω1－ω2)與和頻(ω1＋ω2)。經(jīng)16腳外接的并聯(lián)諧振回路將差頻(ω1－ω2)分量選出來，即可得到465kHz的中頻信號(hào)。

由于采用乘法器進(jìn)行混頻，因此，即使本振電壓很小也只會(huì)影響中頻信號(hào)的幅度，而不會(huì)產(chǎn)生非線性失真。AM中放通常由一級(jí)雙調(diào)諧和一級(jí)單調(diào)諧回路組成，諧振頻率均為465kHz。雙調(diào)諧回路可提高中頻放大器頻響曲線的矩形系數(shù)，對(duì)提高通頻帶和增益有利。AM檢波采用二極管峰值檢波器，檢出的音頻信號(hào)經(jīng)內(nèi)部的FM/AM自動(dòng)開關(guān)從9腳輸出。由于二極管檢波器檢出的是調(diào)幅信號(hào)下側(cè)包絡(luò)線，因此，天線輸入信號(hào)越強(qiáng)，9腳檢波輸出直流電平越低，而6腳取出的AGC電壓越高。

4．檢波器

1)檢波器的作用、類型與要求

在AM調(diào)諧器中，從中頻放大器送來的是465kHz調(diào)幅中頻信號(hào)，檢波器的作用是從中頻調(diào)幅信號(hào)中檢出原音頻調(diào)制信號(hào)，送到后級(jí)的音頻放大電路，并濾除465kHz的中頻載波信號(hào)。

檢波器有多種類型，按照使用器件可分為二極管檢波和三極管檢波；按照輸入信號(hào)幅度的大小可分為小信號(hào)檢波和大信號(hào)檢波；按照非線性器件的連接方式又可分為串聯(lián)式檢波和并聯(lián)式檢波等。

檢波器的性能好壞在一定程度上會(huì)影響調(diào)諧器的接收靈敏度，因此對(duì)檢波器的性能要求主要是檢波效率高、檢波失真小、工作穩(wěn)定性好等。

2)檢波器的組成與工作原理

檢波器一般由非線性器件和低通濾波器組成，如圖2-10所示。檢波器件一般是鍺材料的二極管或三極管。

圖2-10檢波器的電路組成二極管檢波是利用二極管的單向?qū)щ娦詫?shí)現(xiàn)檢波功能的，只有輸入信號(hào)的幅度大于二極管的正向?qū)妷翰拍苷＿M(jìn)行檢波，因此它屬于大信號(hào)檢波。

當(dāng)中頻放大器輸出的中頻調(diào)幅信號(hào)經(jīng)中頻變壓器進(jìn)一步選頻后，信號(hào)經(jīng)檢波二極管后得到半周的中頻調(diào)幅信號(hào)(信號(hào)極性取決于二極管的連接方向)，其中包括直流分量、音頻分量和殘余的中頻分量。低通濾波器的作用是濾除中頻載波，最后再依靠交流耦合電容的隔直作用取出音頻信號(hào)送后級(jí)的功放電路。

5．自動(dòng)增益控制電路(AGC電路)

由于電臺(tái)發(fā)射功率、廣播頻率以及接收距離的不同，天線收到的廣播信號(hào)強(qiáng)度一般在幾微伏至幾百微伏之間。如不采取措施，在弱信號(hào)時(shí)檢波器輸出幅度會(huì)過小，且失真較大；在強(qiáng)信號(hào)時(shí)末級(jí)中放會(huì)進(jìn)入飽和、截止區(qū)域，使已調(diào)信號(hào)包絡(luò)嚴(yán)重失真，從而引起檢波輸出信號(hào)嚴(yán)重失真。因此，在調(diào)諧器中一般都設(shè)置有自動(dòng)增益控制電路，簡(jiǎn)稱AGC電路。

1)AGC電路的作用、分類與要求

AGC電路的作用是在輸入信號(hào)電壓發(fā)生較大變化時(shí)自動(dòng)調(diào)節(jié)中頻放大器的增益，使調(diào)諧器輸出信號(hào)大小保持基本不變。

AGC電路的種類很多，按照工作方式可分為正向AGC(利用增加正向偏置電壓來減少增益的方式)和反向AGC(利用減少正向偏置電壓來減少增益的方式)；按照控制方式可分為基極電流控制型、阻尼二極管(變阻二極管)型和延遲型等幾種；按照電壓的取得方式可分為平均值式、峰值式和脈沖鍵控式等幾種。

對(duì)AGC電路的要求，當(dāng)輸入信號(hào)較小時(shí)，AGC電路不起作用；只有當(dāng)輸入信號(hào)增大到一定程度后，AGC電路才起控制作用，使中放級(jí)的增益隨輸入信號(hào)的增大而減少。

2)AGC電路的組成與工作原理

為實(shí)現(xiàn)上述要求，必須有一個(gè)能隨外來信號(hào)強(qiáng)弱而變化的控制電壓或電流信號(hào)，利用這個(gè)信號(hào)對(duì)放大器的增益自動(dòng)進(jìn)行控制。由前述可知，調(diào)幅中頻信號(hào)經(jīng)幅度檢波后，在它的輸出中除音頻信號(hào)外，還含有直流分量。直流分量大小與中頻載波的振幅成正比，也即與外來高頻信號(hào)成正比。因此，可將檢波器輸出的直流分量作為AGC控制信號(hào)。圖2-11為AM調(diào)諧器中AGC電路的組成框圖。

注意，AGC電路的控制對(duì)象是中頻放大器的前級(jí)或高頻放大器，而不是中頻放大器的后級(jí)，因?yàn)橹蟹诺暮蠹?jí)信號(hào)過大，很難實(shí)現(xiàn)控制。

圖2-11AGC電路的組成框圖2.1.3實(shí)用AM調(diào)諧器電路分析

AM調(diào)諧器有分立元件電路和集成電路兩種類型，較早期AM調(diào)諧器多由分立元件電路組成，在組合音響中使用的一般都是集成電路調(diào)諧器。常用的單片AM調(diào)諧器有TA7641BP、ULN2204、CXA1033P等，這里以單片TA7641BP構(gòu)成的中波AM調(diào)諧器為例介紹其電路組成及工作原理。

圖2-12為TA7641AP的內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)及引腳功能，圖2-13為單片TA7641BP構(gòu)成的AM調(diào)諧器電路。

圖2-12TA7641AP內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)及引腳功能

圖2-13單片TA7641AP構(gòu)成的AM調(diào)諧器電路該電路工作原理與控制過程如下：

T1是磁性天線輸入調(diào)諧回路，用以選出調(diào)幅電臺(tái)信號(hào)。T2是本機(jī)振蕩回路。高頻信號(hào)由16腳輸入，經(jīng)變頻后從1腳輸出。中頻變壓器T3和C14組成中頻諧振回路，它的作用是從1腳輸出的信號(hào)中選出465kHz的中頻信號(hào)，并送至3腳進(jìn)行中頻放大。2腳外接電容C15為中頻旁路電容。中頻變壓器T4為第二級(jí)中放的選頻負(fù)載。電位器RP是檢波級(jí)的外接負(fù)載兼整機(jī)音量控制器，檢波后的信號(hào)由7腳輸出，經(jīng)R2、RP、C9耦合到13腳進(jìn)行低頻功率放大，放大后的信號(hào)由第10腳輸出。電容C13是外接自舉電容，用以擴(kuò)大輸出動(dòng)態(tài)范圍。另外，揚(yáng)聲器不是直接接于IC輸出端，而是接于電源Vcc和自舉端子8腳之間，兼作自舉電路的隔離元件，同時(shí)也省掉了大容量的輸出電容。R5、R4組成IC內(nèi)低頻功率放大器負(fù)反饋網(wǎng)絡(luò)，決定低頻功率放大器的電壓閉環(huán)增益(近似等于1＋R5/R4)。AGC電壓經(jīng)R1送至6腳，C17為AGC電路濾波電容。C5、C8為高頻旁路電容，C7、C12為電源退耦電容，C11為消振電容，R3、C6為電源濾波網(wǎng)絡(luò)。

2.2.1AM調(diào)諧器的主要性能指標(biāo)

性能指標(biāo)是衡量調(diào)諧器性能好壞的基本依據(jù)，了解這些性能指標(biāo)，對(duì)生產(chǎn)、調(diào)試和技術(shù)維護(hù)都很重要。我國(guó)按性能指標(biāo)將調(diào)諧器分為A類、B類和C類三個(gè)等級(jí)。A類屬于高檔機(jī)，B類次之，C類為普及型機(jī)。2.2AM調(diào)諧器相關(guān)知識(shí)

調(diào)諧器的主要性能指標(biāo)有頻率范圍、中頻頻率、靈敏度、選擇性、整機(jī)頻率響應(yīng)特性、整機(jī)諧波失真、假象抑制和中頻抑制、調(diào)幅抑制等。下面介紹幾項(xiàng)調(diào)諧器的主要性能指標(biāo)。

1．頻率范圍與中頻頻率

頻率范圍是指調(diào)諧器所能接收到的電臺(tái)廣播信號(hào)的頻率范圍。我國(guó)調(diào)幅廣播的頻率范圍規(guī)定為：中波526.5~1606.5kHz；短波2.3~26.1MHz，并可在此范圍內(nèi)分成若干個(gè)波段，如短波Ⅰ、短波Ⅱ等。

中頻頻率是超外差式調(diào)諧器的一項(xiàng)特有指標(biāo)。我國(guó)規(guī)定調(diào)幅機(jī)中頻頻率為465kHz，并允許最大有±5kHz的偏差；調(diào)頻機(jī)中頻頻率為10.7MHz，并允許最大有±0.3MHz的偏差。這種偏差應(yīng)越小越好，因偏差太大容易引起靈敏度下降、選擇性變差和自激等故障現(xiàn)象。

2．靈敏度

靈敏度是指調(diào)諧器接收微弱電臺(tái)信號(hào)的能力。靈敏度越高，表示接收微弱信號(hào)的能力越強(qiáng)，收到的電臺(tái)數(shù)也越多。在一定的信噪比下，當(dāng)調(diào)諧器輸出端輸出為標(biāo)準(zhǔn)功率(臺(tái)式機(jī)50mW，便攜式機(jī)10mW，袖珍機(jī)5mW)時(shí)，輸入端必須輸入的最小信號(hào)電壓值，稱為調(diào)諧器的靈敏度。

要提高靈敏度，就必須有足夠大的增益。然而，在輸出功率一定時(shí)，增益愈大，機(jī)器內(nèi)部的噪聲也被放大愈多。若外來信號(hào)較弱時(shí)，信號(hào)可能被噪聲所掩沒。因此，無限制地提高增益并不能無限制地提高調(diào)諧器的靈敏度，也就是說，靈敏度的極限受到內(nèi)部噪聲的限制。

通常，將靈敏度分為最大靈敏度和噪限靈敏度兩種。

最大靈敏度也稱絕對(duì)靈敏度，它是指不考慮輸出信噪比如何，在標(biāo)準(zhǔn)輸出功率下所需要的最小輸入信號(hào)電平。顯然，它只反映調(diào)諧器接收微弱信號(hào)的最大能力。

噪限靈敏度即有限噪聲靈敏度，它是指輸出信噪比為26dB(A計(jì)數(shù))時(shí)，在標(biāo)準(zhǔn)輸出功率下所需要的最小輸入信號(hào)電平。它反映了調(diào)諧器在正常收聽條件下接收微弱信號(hào)的能力，通常所說的靈敏度，實(shí)際上是指噪限靈敏度。

靈敏度表示方法有兩種：對(duì)使用磁性天線的調(diào)諧器，用輸入的電場(chǎng)強(qiáng)度表示，單位是mV/m(毫伏/米)；對(duì)使用拉桿天線的調(diào)諧器，用天線端需要輸入的高頻信號(hào)電壓值表示，單位是μV(微伏)。

3．選擇性

選擇性是衡量調(diào)諧器選臺(tái)能力的一項(xiàng)指標(biāo)，它反映了調(diào)諧器從眾多不同頻率的電臺(tái)信號(hào)中選出所要收聽信號(hào)的能力。選擇性好的調(diào)諧器，能從兩個(gè)頻率十分接近的電臺(tái)中，選出其中一個(gè)，抑制另一個(gè)。若能同時(shí)聽到這兩個(gè)電臺(tái)的信號(hào)，則為夾音，又稱串音，表明其選擇性較差。

在超外差調(diào)幅調(diào)諧器中，選擇性除與輸入調(diào)諧回路有關(guān)外，基本上取決于中頻放大級(jí)的頻率特性。在調(diào)頻調(diào)諧器中，由于高頻回路的通頻帶較寬，對(duì)整機(jī)選擇性影響不大，故其選擇性主要取決于中頻諧振回路的特性。

選擇性的好壞，常用分貝數(shù)的大小來表示。它是調(diào)諧器在調(diào)諧頻率上的靈敏度與失諧頻率(±9kHz)上的靈敏度之比，再取對(duì)數(shù)后得到。如調(diào)諧器在某一信號(hào)頻率上的靈敏度為100μV，而對(duì)偏離這一信號(hào)±9kHz的信號(hào)，靈敏度為10000μV，則這臺(tái)調(diào)諧器的選擇性為

分貝數(shù)越大，表明選擇性越好。我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：A類機(jī)應(yīng)不小于30dB，B類機(jī)不小于16dB，C類機(jī)要在10dB以上。

4．整機(jī)頻率響應(yīng)特性

整機(jī)頻率響應(yīng)特性簡(jiǎn)稱頻響，它是指調(diào)諧器對(duì)整個(gè)音頻范圍內(nèi)的各種不同音頻頻率的增益特性。通常，把整個(gè)調(diào)諧器對(duì)各個(gè)音頻調(diào)制頻率所表現(xiàn)的增益關(guān)系，稱為整機(jī)電壓頻率特性，若再包括揚(yáng)聲器，而測(cè)量輸出的聲壓，則稱為整機(jī)聲壓頻率特性。

由于調(diào)諧器對(duì)不同音頻頻率的增益不同而造成的頻率特性的不均勻性，稱為頻率失真。一般地，在500~2000Hz的中音頻段，增益較高，特性較平坦，在低音頻段和高音頻段增益明顯下降，特性向下彎曲，這就是頻率失真。頻率失真常用不均勻度來表示。在規(guī)定的頻率范圍內(nèi)，整機(jī)電壓頻率特性曲線上電壓增益的最高點(diǎn)和最低點(diǎn)的比值，稱為不均勻度。

頻響好的調(diào)諧器，不論在高音調(diào)還是低音調(diào)，都能較好地重現(xiàn)原來的發(fā)音強(qiáng)度。如果高音調(diào)增益正常，而低音調(diào)增益不足，則為低頻響應(yīng)不好，聲音聽起來單調(diào)刺耳。反之，若高音調(diào)增益低，而低音調(diào)增益正常，則為高頻響應(yīng)不好，聲音聽起來很沉悶。由于人的聽覺本身對(duì)高音頻和低音頻都有衰減作用，因此在中高檔機(jī)中都設(shè)有高低音控制電路，以補(bǔ)償整機(jī)頻響特性和人耳聽覺上的不足。

5．假像抑制和中頻抑制

假像抑制又稱為鏡像抑制，它是指調(diào)諧器抑制假像干擾的能力。對(duì)于超外差式調(diào)諧器，在正常接收情況下，本機(jī)振蕩頻率總比要接收的電臺(tái)信號(hào)頻率高出一個(gè)中頻頻率(調(diào)幅465kHz，調(diào)頻10.7MHz)，這樣經(jīng)差頻就能得到一個(gè)465kHz(或調(diào)頻10.7MHz)的中頻信號(hào)。但當(dāng)外來信號(hào)頻率比本機(jī)振蕩頻率高出一個(gè)中頻頻率時(shí)，經(jīng)差頻同樣能得到一個(gè)465kHz(或調(diào)頻10.7MHz)的中頻信號(hào)。當(dāng)這兩個(gè)中頻同時(shí)出現(xiàn)時(shí)，就會(huì)互相干擾，引起嘯叫或發(fā)生混臺(tái)現(xiàn)象。通常把比本振頻率低一個(gè)中頻的頻率稱為真像頻率，而把比本振頻率高一個(gè)中頻的頻率稱為假像或鏡像頻率。由假像頻率引起的干擾稱為假像干擾。

假像抑制常用假像頻率信號(hào)的接收靈敏度S2與真像頻率信號(hào)的接收靈敏度S1的比值來表示，單位為分貝，即

分貝數(shù)愈大，表明假像抑制能力愈強(qiáng)。一般地，假像抑制能力中波段要比短波段好，在一個(gè)波段內(nèi)低端要比高端好。所以衡量這一指標(biāo)的好壞，常在每一個(gè)波段的高端進(jìn)行測(cè)量。中頻抑制是指超外差式調(diào)諧器對(duì)直接混進(jìn)變頻級(jí)、中放級(jí)的中頻干擾信號(hào)的抑制能力。中頻抑制通常是以直接接收外來中頻信號(hào)時(shí)的失諧靈敏度S'2與正常外差接收時(shí)的調(diào)諧靈敏度S'1之比的分貝數(shù)來表示，即

此分貝數(shù)愈大，抑制中頻干擾的能力就愈強(qiáng)。變頻級(jí)對(duì)中頻干擾抑制能力在中波低頻端最差，所以衡量這一指標(biāo)的好壞，通常是將調(diào)諧器調(diào)諧在中波低頻端(535kHz)進(jìn)行測(cè)量。

假像抑制和中頻抑制能力的提高主要是通過提高輸入回路的選擇性來實(shí)現(xiàn)。2.2.2調(diào)制與解調(diào)

利用天線可以將無線電波輻射出去，但對(duì)于要傳送的音頻信號(hào)，由于其頻率在20Hz~20kHz，波長(zhǎng)范圍在15×103~15×106m，為了得到有效的電磁輻射，天線尺寸必須做得很大(和波長(zhǎng)相比，一般為1/10)，這在實(shí)際中是不可能的。即使音頻信號(hào)能夠輻射出去，由于各電臺(tái)發(fā)出的都是音頻信號(hào)，彼此互相干擾，聽者仍無法從中選擇所要接收的信號(hào)。解決這一問題的方法是將要傳送的帶有信息的音頻信號(hào)加到無線電波上去，再通過天線輻射出去。

1．調(diào)制

將帶有信息的音頻信號(hào)加到無線電波上的過程，稱為無線電波的調(diào)制。帶有信息的音頻信號(hào)稱為調(diào)制信號(hào)；載運(yùn)信息的無線電波稱為載波。經(jīng)調(diào)制后的無線電波，其振幅、頻率(或相位)將隨著調(diào)制信號(hào)的變化而變化，稱這種電波為已調(diào)波。

無線電波的調(diào)制方式有調(diào)幅和調(diào)頻兩種。載波的振幅隨著音頻信號(hào)電壓變化而改變的調(diào)制方式稱為調(diào)幅，經(jīng)調(diào)幅后的已調(diào)信號(hào)(已調(diào)波)稱為調(diào)幅波。載波的頻率、相位隨著音頻信號(hào)電壓變化而改變的調(diào)制方式分別稱為調(diào)頻和調(diào)相，相應(yīng)的已調(diào)信號(hào)稱為調(diào)頻波和調(diào)相波。

載波、調(diào)制信號(hào)、調(diào)幅波、調(diào)頻波和調(diào)頻波瞬時(shí)角頻率的波形如圖2-14所示。

圖2-14載波、調(diào)制信號(hào)、調(diào)幅波、調(diào)頻波和調(diào)頻波瞬時(shí)角頻率的波形對(duì)于調(diào)幅波，設(shè)載波為一恒定頻率的等幅高頻正弦電壓，即

(2-4)

式中，uo為載波瞬時(shí)值；Uo為載波振幅；ωo為載波角頻率。設(shè)調(diào)制信號(hào)為單一頻率的余弦電壓，即

(2-5)

式中，uΩ為調(diào)制信號(hào)瞬時(shí)值；UΩ為調(diào)制信號(hào)振幅；Ω為調(diào)制信號(hào)角頻率。

經(jīng)過調(diào)制后的調(diào)幅波可表達(dá)為

(2-6)

式中，ma稱為調(diào)幅波的調(diào)幅度或調(diào)幅指數(shù)，其值為

Uo(1＋macosΩt)為調(diào)幅波的振幅。振幅的最大值Umax和最小值Umin分別為

(2-7)

(2-8)

將式(2-7)和式(2-8)聯(lián)立求解，可得調(diào)幅度為

(2-9)

調(diào)幅度ma反映了調(diào)制信號(hào)對(duì)載波振幅的調(diào)制程度。ma越大，載波振幅變化越大，解調(diào)后輸出的信號(hào)也就越大。因此，發(fā)射端在調(diào)幅過程中總是設(shè)法增大ma。ma的取值通常在0~1的范圍內(nèi)。如果ma>1，載波振幅就會(huì)在某些時(shí)間段內(nèi)為零，使已調(diào)波的包絡(luò)線和調(diào)制信號(hào)不成線性關(guān)系，出現(xiàn)嚴(yán)重失真。

2．解調(diào)

解調(diào)是調(diào)制的逆過程，其作用是從已調(diào)波中將原調(diào)制信號(hào)(音頻信號(hào))檢取出來。由圖2-14所示波形可以看出，調(diào)幅波的包絡(luò)形狀和調(diào)制信號(hào)完全一樣。因此，在接收機(jī)中只要把調(diào)幅波的包絡(luò)形狀取出來，就能如實(shí)地恢復(fù)原音頻信號(hào)，具體實(shí)現(xiàn)的方法是采用檢波器。而對(duì)于調(diào)頻波，由于調(diào)制信號(hào)對(duì)其頻率的控制主要反映在頻偏上，因此，接收機(jī)需要一個(gè)頻率檢波器(鑒頻器)，才能把原音頻信號(hào)解調(diào)出來。

2.3.1無線電波的發(fā)送與接收

1．無線電波

能夠向周圍空間傳播一定距離的交替變化的電場(chǎng)和磁場(chǎng)，稱為電磁波，在無線電技術(shù)中，需要傳播的是無線電波，它屬于電磁波范疇，簡(jiǎn)稱電波。電波在空間傳播速度很快，約等于光速，即波速c≈3×108m/s(米/秒)。2.3AM調(diào)諧器拓展知識(shí)無線電波除用傳播速度(即波速)表示外，還可用波長(zhǎng)和頻率來表示。波長(zhǎng)是指無線電波在傳播過程中，每變化一個(gè)周期所傳播的距離；頻率是指在1秒鐘內(nèi)，無線電波變化的次數(shù)。顯然，波速、波長(zhǎng)、頻率三者之者的關(guān)系可用下式表示：

(2-10)

式中，c為波速，單位是m／s(米／秒)；λ為波長(zhǎng)，單位是m(米)；f為頻率，單位是Hz(赫茲)。

2．無線電波的傳播方式

根據(jù)無線電波的傳播特性，可將無線電波分為地波、天波和空間波三種。地波是沿地面?zhèn)鞑サ臒o線電波；天波是依靠天空中電離層的反射和折射作用而傳播的無線電波；空間波是從發(fā)射點(diǎn)直接傳播到接收點(diǎn)的無線電波。由于大地和天空對(duì)無線電波的影響，決定了不同波段的無線電波的傳播方式和傳播特性。

1)地波傳播

長(zhǎng)波和中波主要是沿著地球表面進(jìn)行傳播，屬于地波傳播方式。圖2-17(a)為這種傳播方式的示意圖。地波傳播的特點(diǎn)如下：

(1)不受晝夜和天氣變化的影響，傳播性能比較穩(wěn)定。

(2)遇到地面障礙物時(shí)，能夠以繞射的方式進(jìn)行傳播。其繞射能力主要取決于電波頻率、傳播距離和電波發(fā)射功率。頻率越低、距離越近、功率越大，繞射能力就越強(qiáng)。

(3)由于地球表面對(duì)地波有吸收作用，故地波在沿地面?zhèn)鞑r(shí)總是越傳越弱。地面對(duì)地波影響的程度，視地面情況而定。一般對(duì)于潮濕的地面和海面，由于其導(dǎo)電性能好，電波在傳播過程中損耗小，衰減慢，因而傳播距離遠(yuǎn)，而對(duì)于干燥的地面和森林傳播距離較近。

圖2-17無線電波的傳播

2)天波傳播

短波主要靠電離層和地面間的來回反射將電波傳向遠(yuǎn)方，屬于天波傳播方式。圖2-17(b)是這種傳播方式的示意圖。

在離地面約50~400km的高空，稀薄的大氣層由于受太陽(yáng)紫外線的輻射和宇宙射線的影響，會(huì)發(fā)生電離現(xiàn)象而產(chǎn)生大量的自由電子和正離子，這種被電離的大氣層稱為電離層。電離層的特性常用單位空間內(nèi)所含自由電子和正離子的多少，即電離密度來描述。在一般情況下，夏季電離層的電離密度比冬季大，白天電離層的電離密度比夜間大。電離層對(duì)電波有折射、反射和吸收的作用，尤其對(duì)于長(zhǎng)波和中波吸收作用較強(qiáng)，特別是在白天，由于電離層的電離密度大，故吸收作用更強(qiáng)。所以，在白天基本不能靠電離層的反射來傳播長(zhǎng)波和中波。對(duì)于短波，地面吸收作用強(qiáng)，而電離層吸收作用小，反射和折射多，因此短波主要靠電離層的反射和折射進(jìn)行傳播。電波被反射的程度，除主要取決于電波的頻率外，還與電離層的密度和電波對(duì)電離層的入射角有關(guān)。通常，電離密度越大，入射角越大，電波越容易被反射。對(duì)頻率高于30MHz的超短波和微波，它能夠穿透電離層傳向宇宙太空，因此，天波傳播適用于短波波段。天波傳播的主要缺點(diǎn)是反射回地面的電波不夠穩(wěn)定，可靠性比較差。這主要是由于受氣候、白晝等諸多因素的影響，使電離層的高度、厚度和電離密度等參數(shù)每時(shí)每刻都在發(fā)生變化。另外，天波傳播還存在著干擾較大，部分地段傳播不到的現(xiàn)象。

3)空間波傳播

對(duì)于超短波和微波，由于其頻率高、波長(zhǎng)短，發(fā)射出去后被電離層反射回來的很少，沿地面繞射時(shí)損耗也很大，因此該波段的電波主要依靠直線傳播，屬于空間波傳播方式。圖2-17(c)是這種傳播方式的示意圖。

由于地球表面呈球形，因此空間波傳播距離不遠(yuǎn)，大致在視距(50~60km)范圍之內(nèi)，故又稱為視距傳播。

空間波傳播的距離除與頻率有關(guān)外，還與電臺(tái)的發(fā)射功率和發(fā)射天線的高度有關(guān)。功率大，天線高，傳的就遠(yuǎn)；反之，傳的就近。

3．無線電波的發(fā)送

無線電波發(fā)射機(jī)的組成如圖2-18所示，它主要由音頻、高頻和發(fā)射天線三大部分組成。

圖2-18無線電波發(fā)射機(jī)的組成其工作過程如下：

話筒將語(yǔ)音轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)(即音頻信號(hào))，經(jīng)音頻放大器放大后送給調(diào)制器，高頻振蕩器產(chǎn)生的等幅高頻振蕩信號(hào)(即載波)，也同時(shí)送給調(diào)制器。在調(diào)制器中，等幅高頻振蕩信號(hào)經(jīng)音頻信號(hào)進(jìn)行幅度或頻率調(diào)制后，形成調(diào)幅波或調(diào)頻波，再送給高頻功率放大器。經(jīng)功率放大后的高頻電流在流過發(fā)射天線和地構(gòu)成的回路時(shí)，就以高頻電磁波的形式由發(fā)射天線向外輻射出去，從而完成發(fā)射任務(wù)。

4．無線電波的接收

最基本的無線電波接收機(jī)組成原理如圖2-19所示，它主要由接收天線、輸入電路、高頻放大器、解調(diào)器和低頻放大器等幾部分組成。

圖2-19無線電波接收機(jī)的組成接收天線用來感應(yīng)由發(fā)射端傳送來的高頻電磁波；輸入電路從天線接收的各種不同頻率、不同強(qiáng)度的廣播信號(hào)以及各種干擾信號(hào)中選擇出所要接收的信號(hào)，送給高頻放大器進(jìn)行放大；解調(diào)器的作用是從高頻已調(diào)波中解調(diào)出音頻信號(hào)；音頻信號(hào)再經(jīng)低頻放大器放大后，由揚(yáng)聲器還原成聲音信號(hào)。

可見，接收機(jī)在完成對(duì)信號(hào)的接收過程中，其主要作用是選擇信號(hào)、解調(diào)信號(hào)和放大信號(hào)。因此，一臺(tái)最基本的接收機(jī)至少應(yīng)由三個(gè)環(huán)節(jié)組成，即輸入電路、解調(diào)器和放大器。實(shí)際上，性能優(yōu)良的接收機(jī)在電路構(gòu)成上除了這三個(gè)基本環(huán)節(jié)外，還有很多輔助電路。2.3.2AM立體聲廣播技術(shù)

對(duì)于AM廣播，除常用的中波、短波廣播外，還有一種調(diào)幅立體聲廣播。調(diào)幅立體聲廣播的原理與調(diào)頻立體聲廣播相似，也是一種兼容制廣播，根據(jù)對(duì)立體聲信號(hào)中左、右聲道信號(hào)處理的方式不同，調(diào)幅立體聲廣播也有多種制式，其中使用較多的是摩托羅拉制。

1．摩托羅拉制調(diào)幅立體聲廣播信號(hào)的形成

摩托羅拉制，又稱兼容正交調(diào)幅制(簡(jiǎn)稱C-QUAM)，它是一種把和、差兩路音頻信號(hào)調(diào)制在同頻而相位差為90°的同一載波上的傳輸方法。

摩托羅拉制立體聲調(diào)制信號(hào)形成框圖如圖2-20所示。

圖2-20摩托羅拉制立體聲調(diào)制信號(hào)形成框圖由左聲道信號(hào)(L)與右聲道信號(hào)(R)經(jīng)過矩陣電路獲得和信號(hào)(L＋R)及差信號(hào)(L－R)，和信號(hào)又稱為主信號(hào)。將和信號(hào)一路直接加到發(fā)射機(jī)的幅度調(diào)制器上，另一路則利用載波Fc(t)對(duì)(L＋R)進(jìn)行平衡調(diào)制，與此同時(shí)把差信號(hào)與25Hz導(dǎo)頻信號(hào)加在一起(以符號(hào)∑表示)，通過另一平衡調(diào)制器調(diào)制在相移90°的載波F'c(t)上，實(shí)現(xiàn)正交調(diào)制。再將兩個(gè)正交平衡調(diào)制波與載波Fc(t)輸入相加器∑，變成一個(gè)調(diào)幅調(diào)相的合成波。該合成波通過限幅器，消除調(diào)幅成分后輸出一個(gè)調(diào)相波。將該調(diào)相波作為載波輸入發(fā)射機(jī)的射頻輸入端，再對(duì)主信號(hào)進(jìn)行幅度調(diào)制，形成正交兼容的調(diào)幅立體聲調(diào)制波通過天線發(fā)射出去。

2．摩托羅拉制AM立體聲接收機(jī)原理

摩托羅拉制AM立體聲接收機(jī)電路組成與普通單聲道調(diào)幅接收機(jī)基本相同，不同之處是調(diào)幅解調(diào)器部分。摩托羅拉制AM立體聲接收機(jī)原理圖如圖2-21所示。

圖2-21摩托羅拉制AM立體聲接收機(jī)原理圖由天線接收到的中波調(diào)幅立體聲信號(hào)，經(jīng)混頻變換為中頻信號(hào)。中頻信號(hào)經(jīng)放大后進(jìn)入立體聲解碼器，分為兩路：一路經(jīng)包絡(luò)檢波器檢出主信號(hào)M＝L＋R，另一路進(jìn)入可變?cè)鲆娣糯笃鳌？勺冊(cè)鲆娣糯笃髋c相位檢波器、晶體壓控振蕩器(VCO)、移相分頻器等共同構(gòu)成鎖相環(huán)路，確保由移相分頻器輸出的兩個(gè)相互正交的中頻載波與進(jìn)入可變?cè)鲆娣糯笃鞯闹蓄l載波嚴(yán)格同步。摩托羅拉制采用正交調(diào)制方式，即主信號(hào)M傳送方式與傳統(tǒng)的調(diào)幅波信號(hào)一樣，而副信號(hào)S＝L－R則調(diào)制在經(jīng)相移90°的載波上，然后通過平衡調(diào)幅波將載波抑制掉。由于合成信號(hào)存在誤差，所得到的信號(hào)振幅不能和單聲道包絡(luò)檢波接收機(jī)很好地兼容，因此在發(fā)送端把正交調(diào)制信號(hào)通過硬限幅削掉振幅變化的部分作為載波，再被M信號(hào)調(diào)幅。接收機(jī)解碼器中的可變?cè)鲆娣糯笃饔脕砘謴?fù)被發(fā)送端限幅器削掉的這個(gè)振幅變化部分，它受控于誤差放大器，因?yàn)檎`差放大器送出的信號(hào)與發(fā)送端去掉的誤