调频立体声收音机

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1、第1章 调频立体声收音机,1.1 立体声和立体声技术 1.2 调频立体声广播 1.3 导频制立体声发射机 1.4 导频制立体声收音机 1.5 调频立体声收音机电路实例 1.6 实训,人们在家中用调频立体声收音机收听音乐,两个扬声器中间呈现出了整个乐队完整的声像群，感受到了音乐会上整个乐队的宽度感和展开感，感受到了乐器的方位、层次和立体混响。,图1-1 人们在家中收听立体声广播,1.1 立体声和立体声技术 1.1.1 自然界立体声 天上飞机的呼啸声，远处火车的轰鸣声，身边流水的潺潺声，树上小鸟的瞅瞅声，脚下走路的嚓嚓声。 人能感受到这些声音，并能比较精确地感知产生这些声音的声源的空间位置，这是因

2、为人有听觉定位的功能。,图1-2 人耳的听觉定位功能,人的听觉定位功能，即 “双耳效应”。 进入两只耳朵的声波之间存在着时间差、强度差和音色差。 这种差别传送到人的中枢神经，经过分析处理，可以判别出声源的位置。 经测定，人的正前方水平面上，听觉定位的准确度一般在1015，特别灵敏的人定位精度可达3。,听觉定位功能使人们随时随地能直接听到并判别立体空间不同位置多个声源的声音。 听觉定位功能使人们在音乐会上，能听到不同位置的各种乐器的演奏声，感受到立体混响的音乐效果。 图1-4 和图1-5为交响乐队和民族小乐队音乐会的舞台布置。,图1-4 交响乐队舞台布置,图1-5 民族小乐队舞台布置,1.1.2

3、 立体声重现技术 1两个声源的声像 如果在人的正前方左、右两侧放置两个等距离的声源， 当两个声源发出的声波分别传送到人的两只耳朵的强度差、时间差、音色差均为零时，听觉定位结果，声音如同来自正前方的一个声源， 这个等效声源叫声像。,图1-3 双扬声器等效声源(声像),当两个声源发出的声波分别传送到人的两只耳朵的 强度差、时间差、音色差 为各种不同值时，等效声源则处于相对应的各个不同位置。 传送到人的两只耳朵的声波的强度差、时间差、音色差三者分别都能引起等效声源位置移动。,2双声道立体声重放技术 用两只扬声器充当这两个声源， 改变这两只扬声器发出的乐器的声音强度差异就可以获得该乐器的等效空间位置。

4、 若改变这两只扬声器发出的多种乐器的声音强度差异， 就可以获得多种乐器的等效空间位置，相当于舞台上整个乐队各种乐器的实际位置。,连续不断地改变两只扬声器中播放的各种乐器的声音强度差异， 就会在空间形成各种乐器的等效声源位置的移动，相当于舞台上各个乐器的实际位置的移动。 这两只扬声器通常按水平方向左、右两边放置，形成舞台立体声混响效果， 称为双声道立体声重放技术。,1.1.3 双声道立体声信号的录制 两只扬声器发出的声音，来自用两只传声器拾取的舞台上乐队演奏的音乐的录音。 根据录音传声器放置的位置和指向的不同，可分为AB制、XY制、MS制和假人头制等几种不同的录音制式。,1AB制录音方法 把两只

5、型号、性能完全相同的传声器并排放置于声源的前方，左右拉开一定距离，指向性主轴平行或呈一定角度。 如图1-6所示。 当声源不在正前方时，声源到达两只传声器的路程不同，两只传声器拾得的信号有时间差，还有强度差、相位差。,图1-6 AB制录音方法,根据两支传声器拉开距离的不同，分为大AB制和小AB制。 大AB制：两支传声器拉开距离从1米到几米或几十米。 小AB制：两支传声器拉开距离从十几厘米到4050厘米。,2XY制录音方法 把两只型号、性能完全相同的传声器上下重合，指向性主轴成一定夹角。 如图1-7所示。 因为两只传声器重合放置在一个点上，所以时间差可忽略不计， 由于两只传声器膜片有一定的角度，使

6、声源声波传入传声器的入射角度不同，从而产生不同的强度。,图1-7 XY制录音方法,XY制以强度差为录音原理，又称为强度立体声。 XY制的两只传声器的指向性主轴间的夹角可选， 一般有90度和120度两种。,3MS制录音方法 把两只型号、性能完全相同的传声器上下重合，将一只传声器M的指向性主轴顺着声源范围的中线，而将另一只传声器S的指向性主轴向着左右两边。 如图1-8所示。 M传声器的指向性为全向或心形，S传声器的指向性为8字形。,图1-8 MS制录音方法,MS制也属于强度立体声。 M传声器拾得的是整个声场的信号： MLR S传声器拾得的是左、右信号之差： SLR M、S两只传声器拾得的信号必须进

7、行和、差变换才能成为左、右声道信号。,4假人头制录音方法 假人头制录音方法是将两只传声器放置在用塑料或木头做成的模拟人头的两耳部位。 两只传声器拾得的信号与人耳听到的声音信号极其相似，有 时间差、强度差和相位差。,这种方法特别适合用立体声耳机重放，在房间中任何位置，戴上耳机收听，都能听到相同的立体声效果。 若用两只扬声器重放会引起附加的强度差和时间差，立体声效果很差。 各种方法各有优、缺点， AB制录音方法使用最为普遍。,1.2 调频立体声广播 1.2.1 调频立体声广播系统 1调幅广播和调频广播 调幅广播的工作频段为 525kHz26MHz， 传送的语言和音乐的频率范围定为200Hz4.5k

8、Hz。 调频广播的工作频段为88MHz108MHz， 传送的语言和音乐的频率范围是100Hz15kHz。,人耳可以感知的声波的频率范围为20Hz20kHz。 可见调频广播传送的音乐的高低音频率远比调幅广播传送的音乐的高、低音频率丰富， 再加上调频广播信号的抗干扰能力高于调幅广播， 因此，调频广播在音乐传送质量上大大优于调幅广播。 双声道立体声音乐采用的就是调频广播。,2调频立体声广播系统的组成 如图1-9所示。 （1）发射机 双声道立体声信号，调制在发射信号频率（载频）上，经功率放大后，由天线转换为电磁波向空中发射。 （2）传输信道 无线信道、有线信道、光纤信道。,（3）收音机 收音机从空中（

9、无线信道）、 或电缆（有线信道）、 或光纤（光纤信道） 接收到微弱广播信号，经高频小信号放大，频率解调（鉴频），立体声解调，功率放大，获得左、右两路声音信号，用扬声器播放，或用耳机收听。,图1-9 双声道立体声广播系统,1.2.2 调频立体声广播制式 1调频立体声广播制式的选取原则 （1）左、右声道信号的频率都是100Hz15kHz，频谱是重叠的。 采用的广播制式要做到将它们互不重叠，高质量地传输，而且在接收机中能高质量地重现。,（2）由于同时存在单声道调频广播，采用的广播制式要有兼容性。 （3）实现技术不太困难，发射机设备不太复杂，收音机价格不太高。,2和、差制双声道信号传输方法 左、右声道

10、信号相加得到一个和信号M： MLR （11） 和信号M包含了声源的左（L）、右声道（R）全部信息。 左、右声道信号相减得到一个差信号S： SLR （12） 和、差信号一起调制到载波信号的频率上向空中发射传输。,（1）单声道接收机接收到该传输信号后，只解调和信号M，实现声源全部信息的单一扬声器重放，即单声道重放。 （2）立体声接收机接收到该传输信号后，同时解调出和信号M和差信号S，再经过运算： MS2L MS2S 得到左、右声道信号，分别送到各自扬声器中实现立体声重放。,1.2.3 导频制立体声广播 和、差信号同时传输，做到两者互相不重叠。采用的方法有频率分割制、时间分割制和方向分割制三种。 目

11、前已经使用的是频率分割制。 1.频率分割制工作原理 频率分割制有两种，一种为导频制、另一种为极化调幅制。美国、英国、德国、日本和我国采用的是导频制。,频率分割制是将差信号调制到一个频率为38kHz的超音频信号上， 使差信号频谱移到38kHz两边，离开100Hz15kHz的频率范围，与和信号的频谱分开。 38kHz的超音频信号是差信号的载体，称为副载波。 用于发射的88MHz108MHz超高频频段载波称为主载波或载波。,假设38kHz的超音频信号表示式为： uD(t)UDMcost （13） 2f，f为超音频信号频率,数值为38kHz。 采用的调制方式为抑制了载波的双边带调幅，差信号双边带调幅信

12、号uST(t)表示式为： uST(t)（LR）UDMcost （14）,图1-10为和、差信号波形组成情况。其中（a）图为左声道信号，（b）图为右声道信号，（c）图为和信号，（d）图为差信号，（e）图为（14）表示的差信号平衡（双边带）调幅信号uST(t)。,图1-10 和、差信号波形组成示意图,差信号平衡调幅信号uST(t)的频谱处于38kHz副载波频率的两边，频率为： 从23 kHz到53 kHz，如图1-11所示。 和信号的频谱仍然在100Hz15kHz。 可见： 和、差信号的频谱分开了。,图1-11 调频立体声广播信号频谱,M (L+R),S (L-R),SCA,f/kHz(频偏),f

13、/kHz,0,70,40,20,30,50,7.5,60,主信道60kHz,副信道60kHz,导频信号7.5kHz,辅助通信业务信号7.5kHz,15,19,23,38,53,59,75,67,图中还可见到用来播送背景音乐或气象、教育、宗教、经济、交通等信息的辅助通信业务广播信号（SCA）。 它们对频率为67kHz的另一副载波信号进行调频，是调频信号，在频谱图中占据频率范围为 59 kHz75kHz。 频谱图中还有一个19 kHz的单频率信号，称为导频信号。,2.导频信号的作用 收音机中必须再生一个与发射机38kHz副载波同频、同相的本地振荡信号， uO(t)=UOMcost （15） 用该本

14、地振荡信号与差信号平衡调幅信号相乘，才能解调得到差信号，这种解调方法叫同步检波。 两者相乘为 uST(t)uO(t)（LR）UDMcost UOMcost,经三角函数积化和差处理后 uST(t)uO(t)（LR）（LR）cos2t 用低通滤波器滤去第二项高频信号，取出第一项信号，即得差信号。 （LR） 为了在收音机中产生与发射机中副载波同频、同相的本地振荡信号，在发送的信号中加入了一个19kHz的单频信号。,收音机接收到该19kHz的单频信号后，把它用作锁相环路的输入参考信号，锁定本地振荡器振荡频率，使之与发射机的副载波同频、同相。 该19kHz的单频信号起了收音机本地振荡器振荡频率的引导作用

15、，称为导频。 该双声道立体声广播制式称为导频制。,导频信号的另一个作用是： 收音机接收到该导频信号，可以断定接收到的是调频立体声广播，则用该导频信号 点亮立体声接收指示灯和打开立体声解码开关，使解码电路工作。,3.调频广播输出 和信号也叫作主信道信号，差信号也叫作副信道信号。 主信道信号、副信道信号、导频信号和辅助通信业务（SCA）信号混合组成立体声复合信号，也叫基带信号。,基带信号对载波进行频率调制，经高频功率放大后，由天线发射到空中。 这种方法称作导频制的AM-FM制。我国采用的就是这种AM-FM制。,1.3 导频制立体声发射机 AMFM导频制立体声广播发射机组成如图1-12所示，它分为基

16、带信号处理和调频载波输出两大部分。,图1-12 导频制立体声发射机组成,1.3.1 基带信号处理 1. 传声器 左、右两只传声器拾取舞台上演出的音频信号，也可以是由录音设备提供的左、右两路录音信号。,2. 预加重电路 声音信号的能量密度是随着声音频率的升高而减小的， 传输过程中间高频部分的衰减比低频严重， 噪声是随着频率（噪声本身的频率）的升高而增大， 这样，造成声音信号高频信噪比下降。 为此，在传输以前将高频部分能量提升。,3. 矩阵电路。 经过预加重后的左、右两路音频信号，送到矩阵电路。 运算分别得到左、右两路音频信号的和信号与差信号。 和信号直接送往加法器。,4. 平衡调幅器 差信号送到平衡调幅器对38kHz的副载波进行平衡调幅，然后送往加法器。 5. 导频信号发生器 晶体振荡器产生19kHz的导频信号，分为