原創：王新成 （資深無線電專家） 配圖+編輯：收音機評論譯介
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一、調頻廣播六十年
上世紀初，美國科學界出現了一股發明熱，繼愛迪生發明了電燈和留聲機、 福雷斯特發明了三極體、貝爾發明了電話之後，阿姆斯特朗也加入了偉大的發明行列。 他一口氣發明了負反饋、再生、超再生、超外差電路，奠定了現代無線電接收機的基礎。1933年他又發明了寬帶調頻，並建造起50千瓦的私人試驗電臺。1935年4月，他在紐約帝國大廈同時發射調頻信號和調幅信號，在新澤西州哈頓菲爾德自己的實驗室裡作接收對比。
結果表明，調幅信號已被噪聲淹沒，而調頻信號卻仍然十分清晰。美國對調頻技術非常重視。1941年元旦，25 家調頻電臺在美國各地同時開業，開創了世界上最早的調頻廣播。 1958年，美國工程師賴納德·康研製出立體聲廣播系統，1960年，蒙特婁廣播站首次應用賴納德·康的系統進行立體聲 FM 廣播。60 年代中期調頻立體聲得到飛速的發展。從70年代後期開始，有些國家開始研究四聲道全景環繞聲廣播，但由於接收條件要求苛刻，曇花一現宣告失敗。
我國的調頻廣播是1959年元旦在北京開始試播的，頻段是64.5～73MHz，我國的調頻立體聲廣播是1979年在哈爾濱開始的， 80 年代中期調頻廣播在全國普及。從此，中國人迎來了不受天電噪聲幹擾，且具有高保真度的無線電廣播新時代。
在調幅長波、中波、短波、 短波單邊帶、調頻這些模擬廣播制式中， 調頻是唯一能提供高傳真廣播的媒介，廣播內容以音樂為主，被譽為歡樂調頻。調頻不但給我們的生活帶來快樂，在廣播文化、技術探秘、音質評價、器材收藏方面也充滿魅力。
二、音質堪與 CD 媲美
2007年9月23日，在同濟大學舉行的 WECWRA 成立新聞發布會上 德生通用電氣公司的梁總帶來一臺 TECSUN-1994 紀念版臺式收音機，在播放上海 94.7MHz 經典音樂臺的節目時，上海電視臺的記者沈瑩驚呼：「這臺收音機的聲音怎麼象音響！」 這就是 FM 廣播的魅力。實際上，TECSUN-1994 的音質只達到了入門級水平，它能放出聽感舒適的蓬蓬聲，鬆軟而甜美的中音，但缺少華麗的高音。雖然聲樂頻譜中很少有 8000Hz 以上的分量，但在器樂頻譜中 20kHz 以上的分量仍很豐富。尤其是弦樂，如小提琴和二胡，其高次諧波一直會延伸到超聲頻段。雖然這些高音的電平很低，恰恰卻反映了音樂的色彩，對音品起著錦上添花的作用。但在普通調頻收音機設計中由於要兼顧選擇性，中頻帶寬設計得較窄，加之為了降低成本，電路被程式化，因此音質就大打折扣了。
GE-Zenith導頻制是世界統一制式的調頻廣播，與調幅制式相比， 75kHz的頻偏能使信噪比改善17分貝；50 微秒的預加重又可以改善 10.18 分貝，總共可改善27.18分貝。如果調幅信噪比按50分貝計算，調頻廣播的信噪比可達到 77.18 分貝調頻廣播和模擬電視廣播設備一直沒有停止過數位化改造，尤其在立體聲激勵器上經歷了矩陣編碼、時分開關編碼、多級軟開關編碼到現在的軟體 DSP 編碼，發射端的設備質量已得到了大幅度地提高。電臺的節目源從開盤模擬錄音帶、 密紋唱片、模擬卡式錄音座到如今的 DAT、CD和硬碟。音源失真度從 3%降低到 0.001%，動態範圍從50分貝提高到 90分貝。發射端硬軟體的進步為實現為高傳真掃清了障礙。
在接收機方面，由於 FM 頻率處於VHF波段，器件的高頻特性和電路的分布參數會影響整機性能，設計製造成本相對較高，只用常規的技術和廉價的器件是做不出高傳真收音機的。好在調頻這種制式有巨大的潛力可挖，如果不惜成本，利用自適應橫向濾波器，變參數處理，數字鑑頻，峰值採樣鎖相解碼等技術能夠設計出指標很高的接收機。二十幾年前，當我打開 ST5555 調諧器時，簡直不敢相信它是一臺收音機的電路板。即使在今天微電子技術高度發達的時代，要設計一臺具有 CD 音質的調諧器，仍不是幾個集成塊所能實現的。調頻技術真是高深莫測，如果用人類居住的房子來比擬，高級調諧器是一座五星級賓館，可攜式 FM 半導體則是一間小木屋。
所有上述進步，使調頻廣播從三十年前的中等傳真度達到今天的高傳真度。要說調頻廣播能與 CD 媲美，許多人會不同意。確實，聲音經過發射端編碼和調製，空中傳輸，接收端選頻，放大和解調，難免會出現處理誤差和混進噪聲，應該說設計優良的調頻接收機的音質很接近於 CD。 如果你有機會，親自聆聽一下MD-108 或 L02-T 這類調諧器，就能真實地領略到當今調頻立體聲廣播的本來音質。
三、廣播音源從磁帶到光碟
自 1877 年8月15日愛迪生發明世界上了第一臺留聲機以來，錄音技術一直發生著變化。調頻廣播的播音質量一直緊跟著錄音技術的腳步前進。誕生於上世紀四十年代的單聲道調頻廣播聲源是從鋼絲錄音機和粗紋唱片開始的，無從考證那時調頻廣播的質量。到了五十年代末，密紋唱片和開盤磁帶錄音機基本上能忠實地記錄和還原聲音的原貌，調頻廣播的音質受到了人們認可和重視，專門為調頻接收機設計的低噪聲高頻電子三極體，銳截止五極管和高跨導功率管開始大量生產，為製造高音質接收機奠定了基礎。
六十年代立體聲技術引入調頻廣播，由於弱信號信噪比比單聲道低 21.7 分貝，立體聲覆蓋範圍只有單聲道的三分之一，在信號覆蓋邊緣地區會產生嘶、嘶的噪聲，必須切換到單聲道才能消除，因而沒有引起人們的好評。電臺的主要播出設備磁帶機的本底噪聲更使立體聲播出質量雪上加霜，立體聲解碼器在高檔收音機曾作為選配部件。 1965 年，杜比發明了 Dolby A 降噪技術，一下子把磁帶噪聲降低了 20 分貝，調頻立體聲看到了高傳真的曙光。
七十年代，調頻臺裝備了高分離度立體聲激勵器，加之降噪卡座和密紋唱片的應用，直播歌劇和交響樂時，能使人在收音機前產生身臨其境的感覺，聲源定位和聲場寬闊的優點得到廣泛認可，立體聲被稱為身歷聲。
八十年代 DAT 數字錄音機和 CD 光碟的出現，使錄音質量發生了革命性的變化，調頻廣播真正進入高傳真時代。這一時期的電臺的播出手段逐步邁向自動化，節目的製作和播出是分開進行的，播音方式以錄製節目為主。DAT一度是調頻臺的主力設備，節目編輯好後錄製在 DAT上，由於 DAT 和 CD 記錄的都是PCM 信號，音質可以保證。也有把語音節目錄製在 DAT 上，音樂節目直接從 CD 上按程序選曲，用自動機械手換盤。這種方式能保證最好的音質，尤其用 24bit/192KHz 制式的 SACD 光碟時能達到最好的音質。
九十年代末，自動播放機的出現，所有的節目先在計算機上製作和編輯好以後，用高速乙太網傳輸到播出部的硬碟中，為了節約空間聲音數據採用壓縮方式儲存，這種情況下播出的音質就會打一點折扣。 因為目前壓縮比大的各種音頻碼率壓縮方式都是有損的，包括 DAB 和 FM HD audio 廣播採用的 MUSICAM 和AAC。在音頻發燒界一提起壓縮音頻大家會嗤之以鼻，不知這些骨灰級發燒友聽了數字壓縮調頻廣播以後會有什麼樣的感覺？
四、立體聲激勵器從硬體到軟體
在發射端影響調頻廣播質量的硬體設備是立體聲激勵器，它主要完成立體聲編碼任務。世界上有導頻制和極化制兩種調頻立體聲廣播制式，我國採用的是導頻制。在 FCC 和西方發達國家制定的調頻廣播規範中，立體聲分離度指標要大於 30 分貝，對應主副信道的電平差是 0.3 分貝，相位差為 3 度。在過去的條件下，在模擬激勵器中實現這些指標是相當困難的，只要某個濾波器在 15 千赫附近的相位特性稍有偏移，一旦產生 1.5 分貝的電平差或 20 度的相位差，聽感上的立體聲就會消失遺盡。因此，激勵器的質量決定了電臺的播出音質。
早期的電子管激勵器是矩陣制式，和差信號之間的電平和相位平衡對整機性能影響很大，技術指標勉強達到廣播級要求。之後的電晶體激勵器都改進成了開關制式。開關制式中和差信號通道被隱含了，影響分離度的因素轉移到了副載波和導頻的相位上，如果用副載波頻率作採樣信號，立體聲分離度可達到 35 分貝，已超過了 FCC 規範。人類具有追求完美的本性，繼而用副載波頻率的三次諧波作輔助採樣，疊加到MPX 中可以抵消複合信號中副載波的 3 次諧波，分離度提高到 40 分貝。
1980 年麥克馬丁公司發明的軟開關技術使激勵器的性能大幅度提高，14 級軟開關編碼器中，複合信號中 13 次以下的諧波分量為零，分離度提高到 60 分貝。各個廠家後來競先提高軟開關頻率，38 級軟開關，3.444MHz 採樣頻率的激勵器分離度達到了 70 分貝。本世紀初， DSP 的處理速度已能夠應付複雜的編碼算法，一個 2048 級軟開關，77.824MHz採樣頻率 DSP 編碼器一下子把分離度提高到 90 分貝以上。現代的 DSP 立體聲激勵器是全制式的，包含模擬導頻制和極化制，數字 DAB 和 HD Audio 制式，直接數字頻率合成（DDS），使用非常方便，造價逐年下降。
1986 年，哥倫比亞廣播公司（CBS） 和美國廣播工作者協會（NAB） 的兩名工程師，發明了 FMX，它增加了一個正交的差信號，用壓擴編碼的方式把調頻臺的立體聲覆蓋範圍擴大了 3 倍，達到了與單聲道相同的傳輸距離， 並且使立體聲分離度大幅度提高。 這個制式的另一個優點是和普通 FM 制式是兼容的，普通 FM 接收機能接收 FMX 信號，只是解調不出正交差信號。 FMX 接收機則在電波覆蓋邊緣地區也能穩定地接收立體聲廣播，不用切換到單聲道。 FMX 對電臺和聽眾都具有吸引力，美國 FCC 沒有強制推行 FMX制式， 由地方電臺自己選擇實施。就象我國沒有調幅立體聲一樣，我國也沒有 FMX 電臺。
五、Tuner——調頻接收機中的皇帝
Tuner 準確的含義是廣播調諧器，國人稱收音頭。它是廣播接收機中的高端產品，一般只包含用 FM/AM兩個波段，最吸引人的當然是調頻波段，廠家也使出全身解數把調頻波段做到最好。上世紀六十到八十年代是調頻廣播最興盛的時期，這個時期沒有網際網路，也沒有數字音源，典型的家庭音樂中心的配置是調諧器、 動鐵唱機和杜比降噪卡座。六十年代初， 調頻廣播處於單聲向立體聲過渡階段，調諧器就是在這個時期誕生的，電路以電子管或電晶體分立元件組成，音質比黑膠和磁帶差。到了七十年代， 調頻廣播全部實現了立體聲，優秀的立體聲激勵器使廣播質量大踏步提高，調諧器設計技術也取得長足的進步，優秀集成電路和固體濾波器（晶體聲表和陶瓷） 的大量使用， 使調頻立體聲的音質超過了 Dolby B 卡帶， 接近黑膠唱片。
八十年代是調頻廣播的黃金時代，電臺普遍用 DAT 和 CD 作聲源。 微處理器引入調諧器，電路設計追求創新。優秀調諧器紛紛面世，單聲失真度達到了 0.003%，立體聲 0.01%。音質超過動鐵唱機，比 Dolby C 卡座流暢。Dolby C 由於有喘息效應聽起來沒有 FM 優美。 這一時期，日本和歐洲的廣播愛好者對高級調諧器的推崇達到狂熱狀態，大家急切地等待著新機型號的公布，新機上市後爭先購買，然後比較性能和和發表評論，忙得不亦樂乎。同一時期的《電波科學》、《無線與實驗》 等雜誌上刊有許多介紹調諧器新技術的文章，對愛好者的誘惑力就象磁石吸鐵一樣，看了以後誰能忍心三兩日，不作破齋人。
九十年代數字音源的普及，CD 幾乎取代了所有的音源，黑膠和卡座很快退出了歷史舞臺，FM 調諧器開始失寵。數字廣播的開播，原來的 FM/AM 調諧器演變成了現在的 DAB/FM 調諧器和HD Audio/FM 調諧器，FM 在調諧器中淪為附屬地位。
上世紀調頻廣播的輝煌歷史為調諧器收藏家留下了一筆豐盛的遺產，當年全世界有六十五家電子企業共生產了兩千多種型號的調諧器， 其中最著名的 18 種調諧器見表 1。
中國的廣播愛好者過去沒有機會接觸這些貴族設備，今天卻能偶爾在北京、上海和廣州等地的電子垃圾市場上覓到它們的蹤跡。
六、解決互調和假響應從高頻頭入手
調頻調諧器中有一個用鐵皮屏蔽的高頻電路稱高頻頭， 它包含高放、 混頻、 振蕩和調諧電路。高頻頭處於信號處理的最前端，其質量直接決定了接收機的靈敏度、 互調假響應等指標。 六十年代由於一個地區的調頻電臺不多，高頻頭設計的很簡單，雙調諧就能很好地接收。 七十年大城市的調頻臺密集，為了提高選擇性，把高頻頭設計成多連調諧，最多的高達 13 連。採用多連結構後選擇性確實提高了，但跟蹤誤差也增大了，群時延特性變壞， 音質變劣了。當時由於沒有高質量的聲源，人們並沒有明顯覺察到音質的變化。
八十年代調諧器進入高保真設備行列，音質成了第一重要的指標，人們認識到要提高音質必須先消除互調引起的假響應，高頻頭義不容辭擔負起了這個責任。 產生假響應的數目與電臺的數目有關， 設電臺的臺數為 n，則假響應數為 (n-1)n。目前我國沿海和東部的大城市一般能接收到 30 多個調頻臺， 那麼假響應數就多達 870 個，可見問題是多麼嚴重。因此一個城市在設置調頻電臺頻率的時候，會仔細計算，使落入接收頻帶的假響應數減到最少。假響應在表面上引起可接收的電臺增多，但調諧到假響應頻率時會伴隨著嘶、嘶、 嘶和啾、 啾、 啾的聲音。
由於混頻是依靠器件的非線性特性實現的，而非線性是產生互調的根源，因而從原理上講超外差接收機的假響應不可能完全消除，於是線性優良、 動態範圍大的器件成了提高高頻頭性能的利器。 從互調和交叉調製指標看，雙極電晶體最差，結型場效應管稍好，MOS 場效應管較好，砷化鉀場效應管最好。由於砷化鉀單晶極容易破碎，製造困難，售價昂貴。耗盡型雙柵矽 MOS 管相當於共源－共柵串接放大器，它的動態範圍大、密勒電容小、穩定性好，線性優於六管平衡模擬乘法器， 是高放和混頻的理想器件。
調諧器到底用多少連好？單從選擇性考慮，連數越多越好；但從線性化群時延特性，提高音質出發，連數越少越好。為了兼顧音質和選擇性，選擇 4～5 連較好。下一個問題是調諧器件用空氣可變電容器還是變容二極體？ 七十年代中期以前的調諧器全部使用空氣可變電容器，自 1974 年第一臺頻率合成調諧器ST-910 面世後，各個廠家紛紛仿製。日本是世界上生產調諧器最多的國家，1983 年阿爾卑斯停產了最後一隻空氣多連，從此給可變電容調諧器畫上了句號。從插入損耗和電容-頻率特性看，空氣可變電容器明顯優於變容二極體。為了提高變容二極體的 Q 值， 可以把兩個變容管做成背靠背的孿生管形式，性能接近於空氣可變電容器 5 對變容二極體調諧系統與空氣 4 連的性能相當，使用變容管的最大優點是能實現數字調諧和多點統調，擺脫手動調諧的麻煩。
未完，待續……