导频制立体声广播概述

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目前,国际上较为普及的立体声广播都是二声道的,并且多种制式并存。使用最多的要算导频制,简称MPX制,或称AM-FM制,也有叫多路制的。美国、日本以及欧洲大多数国家都采用这种制式。

我们知道,二声道立体声磁带录放音的过程最简单,如图1所示。用传声器系统在现场取出左、右两声道节目信号,经放大之后分别送到两个磁头,记录在双轨迹的磁带上。放音时再分别用两个磁头还原成电信号,并用两套放大器和扬声器重放出来。最初的立体声调频广播也曾经使用过类似方式(见图2)。将左、右两个声道的音频信号分别调制在两个载频上,用两台发射机以不同的载频发送出去。接收时用两台收音机分别接收两个不同的载频,一台收音机放左声道的声音,另一台放右声道的声音。这种制式不但不经济而且那些只有一台收音机的听众就只能收到左声道。或只能收到右声道,收听的节目不完整。导频制的发射端只用一台发射机就能同时将左、右声道的信号发射出去。而接收端只用一台立体声收音机收听两个声道的信号。普通单声道的调频收音机也能接收立体声广播(但不能把左、右两声道信号分离开),这叫做立体声广播的“兼容性”。为了实现兼容,在广播电台须先将左(L)、右(R)两声道的信号用矩阵电路变换成“和”信号(L+R)和“差”信号。(L-R)。和信号相当于普通单声道调频广播的信号。普通单声道调频收音机收到这个和、差信号之后,只能解调出和信号来,和信号已经包括了节目的全部内容,但不是立体声的,因为不能把左、右分离开。而立体声收音机收到这个和、差信号通过内部的立体声解调器能将左、右信号分离开,听到的是具有立体感的节目。

图1
图1 🔍原图 (878×669)

为了把左、右信号分离开,在发送端必须先把差信号用幅度调制的方法调制在38千赫的副载波上,然后与和信号混合一起对88~108MHz中的任一个频率进行调频。接收时,收音机将已调频的载波进行变频、中放、鉴频得到和、差信号。再进行一次解调就能把和、差信号分离为左、右信号。为什么差信号要对副载波调幅而不调频呢?这主要是因为调幅所占的频带较窄,可以节省所占频带。为了节省功率,发射时还要将38千赫副载波抑制掉,只让差信号的上、下边频发送出去。但是,接收时必须在收音机中产生出一个与发送端同频同相的38KHz副载波才能将左、右信号解调出来。在立体声收音机中,有多种方法产生38千赫副载波。其中一种方法是在发射端产生一个19KHz导频信号,随同和、差信号一起发射出去。收音机收到19KHz导频信号,并在立体声解调器中倍频成38KHz。这个38KHz的信号与发送端的38KHz副载波完全同频、同相。因为发送端的38KHz副载波也是由这个19KHz导频信号倍频而来的。由上所述,可见导频制立体声广播电台发送出来的信号由三部分组成,用图4表示。横座标上50Hz~15KHz是主信号(即和信号);19KHz是导频信号;23KHz~53KHz是副信号,即下边带f\(_{C}\)-(L-R)和上边带fC+(L-R)。其中f\(_{C}\)是38KHz副载波,发射前已被抑制掉。纵座标表示调制度,100%调制度相当于+75KHz频偏。其中导频信号只占10%的调制度。主、副信号同时存在时,各占45%调制度;如只有主(副)信号时则独占90%的调制度,即相当于67.5KHz频偏(因某一瞬间副(主)信号可能为零)。

图2
图2 🔍原图 (891×665)

立体声调频收音机的电路结构见图5。从接收天线到鉴频器,完全与普通单声道调频收音机相同,只是在鉴频器后面多了一个立体声解调器(解码器)。在接收立体声调频信号时,从天线到鉴频器的工作过程和普通单声道收音机一样。鉴频器输出的是上述三种信号。解码器的任务是产生38KHz副载波,并对主副信号解调,还原出左、右声道的信号。

图3
图3 🔍原图 (908×618)

立体声解码器的种类很多。一种是矩阵式解调法,方框图见图6所示。首先将上述三个信号用滤波器分离开,并且主信号直接加到矩阵电路;副信号的边带波进入副载波解调电路,与此同时19KHz导频信号经副载波发生器变成38KHz副载波也加到副载波解调电路,解调出差信号来,并加到矩阵电路。矩阵电路将和、差信号分离出左、右两路声频信号。去加重网络实际上是一个低通滤波器。左、右信号经过去加重网络滤除掉残余的高频成份,保留纯净的音频信号,分别送到两路低频放大器。

另一种是时间分割式解调法,或称电子开关解调法,方框图见图7所示。主、副信号同时加到电子开关的输入端;另外,由滤波器取出的19KHz导频信号经副载波发生器变成38KHz副载波,也加到电子开关。 38KHz副载波作为开关信号快速地改变主、副信号的瞬时流向,就能将左、右声道的音频包络分离出来,然后经过去加重网络,送入两路低频放大器。

图4
图4 🔍原图 (907×834)

再有一种称为包络检波法,方框图见图8。通过混合电路把副载波与主、副信号混合在一起,然后用上、下检波器将左、右声道的音频包络检波出来。

由于电子开关解调法电路简单,又能达到各种性能指标,目前立体声解调器均采用这种方法。

立体声收音机接收下来的19KHz导频信号除用来产生38KHz副载波以外,还有一个功用就是经整流放大之后去驱使一个小指示灯发光。这个指示灯露在面板上,并标有“立体声调频”的字样,人们看见此灯亮就知道在收听立体声广播了。

立体声调频广播由于副信号的频率较高,频带较宽,并且是调幅的,所以噪声较大。在接收弱信号时,信噪比不如单声道好。因此,收听立体声广播时要求收到的电台信号有一定强度,才能得到好的信噪比。如果收到的立体声广播信号较弱,不如改变为单声道收听。虽然没有立体感,但信噪比却可以得到改善。在现代的立体声解调器里,大都附有立体声、单声道自动转换电路,导频信号则用来作为电路转换的控制信号。当收到的立体声调频信号具有足够的强度时,导频信号就能使指示灯发光,同时也使电路转向立体声收听状态。当收到的立体声调频信号很弱时,指示灯不亮,电路自动转为单声道收听状态。此时副载波电路不起作用,只有和信号通过解调器,左、右两声道输出的都是和信号。如果收到的是单声道调频广播,因为信号中没有导频信号,当然指示灯不亮,电路也就自动地处于单声道收听状态。

立体声调频收音机的性能要求基本上与普通调频机相似,但因立体声信号的频谱比单声道宽,所以中放、鉴频器的通带也应比单声道机要宽。此外,左、右两声道之间要求分离得很好,不能相互串音。但实际上是不能完全避免的,因此要用分离度等指标考核两通道之间的串扰程度,一般希望分离度达到30dB以上。要使分离度好,除要求发送端和接收端的副载波尽量同频、同相之外,还要求主、副信号之间的电平和相位尽量一致。电平差一般应小于0.3dB,相位差应在3°以内。即使这样,由于副信号在发送端的调制方式及接收端的解调方式的不同,仍要引起一定程度的串音。因此必须在解调电路中采用补偿和调整措施,以便将两通道之间相互漏泄的程度抵消到最低限度。(秋爽)