[科普中國]-調(diào)頻波

調(diào)頻波是指為了利用波的傳播特性來傳遞信息，將所需傳遞的信息(例如,語言、音樂或圖像信號)對波的頻率進(jìn)行調(diào)制，頻率被調(diào)制的波稱為調(diào)頻波。接收端只要對調(diào)頻波的頻率解調(diào)，即可得到該波所攜帶的信息，因?yàn)橥饨绲脑肼暩蓴_對頻率的干擾很小，因此被解調(diào)的信號質(zhì)量較高。1

調(diào)頻波特點(diǎn)調(diào)頻波（調(diào)頻信號）的特點(diǎn)是：其頻率隨調(diào)制信號振幅的變化而變化，而它的幅度卻始終保持不變。當(dāng)調(diào)制信號的幅度為零時，調(diào)頻波的頻率稱為中心頻率ω0。當(dāng)用一完整的調(diào)制信號（即調(diào)制信號的幅度作正負(fù)變化）對高頻載波進(jìn)行調(diào)頻時，調(diào)頻波的頻率就圍繞著ω0而隨調(diào)制電壓線性地改變。當(dāng)調(diào)制信號向正的方向增大時，調(diào)頻波的頻率就高于中心頻率；反之，當(dāng)調(diào)制信號向著負(fù)的方向變化時，調(diào)頻波的頻率就低于中心頻率。2

可見，調(diào)制信號的幅度越大，頻率的偏移也越大，調(diào)頻波以其頻率的變化代表著調(diào)制信號的特征。2

頻率調(diào)制合成技術(shù)基本原理音頻信號的改變往往是周期性的，一個最容易理解音頻調(diào)制技術(shù)的范例是小提琴和揉弦，揉弦通過手指和手腕在琴弦上快速顫動，使琴弦的長度發(fā)生快速變化，從而最終影響小提琴聲音的柔和度。與“FM無線電波”相同，“FM合成理論”同樣也有著發(fā)音體（載體）和調(diào)制體兩個元素。發(fā)音體或稱載波體，是實(shí)際發(fā)出聲音的頻率振蕩器；調(diào)制體或稱調(diào)制器，負(fù)責(zé)調(diào)整變化載波所產(chǎn)生出來的聲音。載波頻率、調(diào)制體頻率以及調(diào)制數(shù)值大小，是影響FM合成理論的重要因素。3

最基本的FMinstrument包括兩個正弦曲線振蕩器，一個是穩(wěn)定不變的載波頻率fc（CarrierFrequnecy）振蕩器；一個是調(diào)制頻率fm（ModulationFrequency）振蕩器。載波頻率被加在調(diào)制振蕩器的輸出上。載波振蕩器是一個帶有fc頻率的簡單的正弦波頻率，當(dāng)調(diào)制器發(fā)生時，來自調(diào)制振蕩器的信號，即帶有fm頻率的正弦波，驅(qū)使載波振蕩器的頻率向上或向下變動，比如，一個250Hz正弦波的調(diào)制波，調(diào)制一個1000Hz正弦波的載波，那么意味著載波所產(chǎn)生的1000Hz的頻率，每秒要接受250次的影響產(chǎn)生的調(diào)制。調(diào)制體和載波體都是有頻率、振幅、波形的周期性或準(zhǔn)周期性振蕩器。3

在頻率調(diào)制技術(shù)中，調(diào)制體的振幅同樣對頻率調(diào)制起關(guān)關(guān)鍵作用，調(diào)制體振幅影響著載波頻率調(diào)制后變化的深度，假如調(diào)制信號的振幅是0，就不會出現(xiàn)任何調(diào)制，因此說，就像在振幅調(diào)制（AM）中，調(diào)制體的頻率對載波體的振幅有影響一樣，在頻率調(diào)制（FM）中，載波的頻率變化同樣受調(diào)制體振幅大小變化的影響。3

因此，在頻率調(diào)制過程中，我們可以發(fā)現(xiàn)：1.調(diào)制體的頻率影響載波體的頻率的速度變化。2.調(diào)制體的振幅影響載波頻率的深度變化。3.調(diào)制體的波形（或音色）影響載波頻率的波形變化。4.載波體的振幅在頻率調(diào)制過程中保持不變。3

歷史進(jìn)程頻率調(diào)制（FM）在電子音樂合成技術(shù)中，是最有效的合成技術(shù)之一，它最早由美國斯坦福大學(xué)約翰.卓寧（JohnChowning）博士提出。20世紀(jì)60年代，卓寧在斯坦福大學(xué)開始嘗度使用不同類型的顫音，他發(fā)現(xiàn)當(dāng)調(diào)制信號的頻率增加并超過某個點(diǎn)的時候，顫音效果就在調(diào)制過的聲音里消失了，取而代之的是一個新的更復(fù)雜的聲音。3

卓寧當(dāng)時只是在完成無線電廣播發(fā)射中最常用的調(diào)頻技術(shù)（也就是FM廣播）。但卓寧的偶然發(fā)現(xiàn)，卻使這種傳統(tǒng)的調(diào)頻技術(shù)在聲音合成方面有了新的用武之地。當(dāng)卓寧領(lǐng)悟了FM調(diào)制的基本原理后，他立即開始著手研究FM理論合成技術(shù)，并在1966年成為使用FM技術(shù)制作音樂的第一人。3

調(diào)頻波的表達(dá)式△fm為最大頻偏，F(xiàn)=Ω/2π（調(diào)制信號頻率），由式GS0919可知，調(diào)頻波的寬度比調(diào)幅波寬得多，例如，當(dāng)Fmax = 15kHz時，調(diào)幅波的寬度B=2Fmax=30kHz，而調(diào)頻波的mf =5時，B=2（mf +1）F=180kHz，它比調(diào)幅波的頻帶寬度大五倍，這是調(diào)頻制的主要缺點(diǎn)。因此，調(diào)頻廣播只適用于超短波（甚高頻）波段。通常調(diào)頻波的載波頻率多在30MHz以上。國際上規(guī)定，調(diào)頻電臺的波段為88MHz～108MHz的甚高頻段。并規(guī)定每個調(diào)頻臺所占用的頻帶寬度為200kHz（通常mf =4～8），它的音頻、即調(diào)制信號頻帶規(guī)定為30Hz～15000Hz。4

調(diào)幅波和調(diào)頻波使載波振幅按照調(diào)制信號改變的調(diào)制方式叫調(diào)幅。經(jīng)過調(diào)幅的電波叫調(diào)幅波。它保持著高頻載波的頻率特性，但包絡(luò)線的形狀則和信號波形相似。調(diào)幅波的振幅大小，由調(diào)制信號的強(qiáng)度決定。調(diào)幅波用英文字母AM表示。2

使載波頻率按照調(diào)制信號改變的調(diào)制方式叫調(diào)頻。已調(diào)波頻率變化的大小由調(diào)制信號的大小決定，變化的周期由調(diào)制信號的頻率決定。已調(diào)波的振幅保持不變。調(diào)頻波的波形，就像是個被壓縮得不均勻的彈簧，調(diào)頻波用英文字母FM表示。2

中波廣播使用的頻段大致為550kHz-1600kHz，主要靠地波傳播，也伴有部分天波； 調(diào)頻制無線電廣播多用超短波(甚高頻)無線電波傳送信號，使用頻率約為88MHz-108MHz，主要靠空間波傳送信號。2

本詞條內(nèi)容貢獻(xiàn)者為:

李勇 - 副教授 - 西南大學(xué)