频率调制和解调的原理-调频原理详解
频率调制(FM)和解调听起来像是把声音变成了数学游戏,实际上不然。
这就像是用嘴唱歌,但不用管如何唱,只要频率按部就班地跟着原声变化,听众就能听出来,哪怕你走调了,只要节奏对就行。FM 的核心不在于信号的“内容有多清楚”,而在于信号的“变化有多快”。 想象一下收音机里的信号传输。发射端有个麦克风,你在上面喊出一段声音,比如“今天天气真不错”。
这个声音实际上就在每秒几千次地震动,频率是固定的。发射端把这个声音里的每一个细小起伏,都当成一个频率指令发出去。你喊“高”的时候,频率瞬间拔高;你喊“低”的时候,频率瞬间压低。
这就像你在开车,车速一直在变,但方向是直线。接收端的大喇叭接收到这个带着起伏的频率信号后,它听不懂这些起伏在说啥,它只负责盯着那个“速度表”。
要是它能让喇叭的震动力幅跟着那个“速度表”走,那声音就整个了。 这就有点反直觉了,出于一般大家认定解调是“还原”信号,但实际上 FM 解调更像是“跟随”和“放大”。解调过程就是把那个频率的变化幅度做一件事:跟。接收端有一个振荡器,本来它是静止的,但为了让它动起来,它就不停地跟接收端传来的频率变化“抢跑”要么“反应”。发射端频率高,振荡器就追上去变快;发射端频率低,振荡器就缩回去变慢。等最终那个振荡器的震动频率跟上了发射端的频率变化,这时候,振荡器里那个固定的波,就变成了跟发射端一模一样的声音波形,声音的纯度、音色、就连人的情感,哪怕是在传话过程中故意喊错几个字,只要频率变化的快慢(也就是调频量)够大,听众就能听出来。 举个具体的例子,假设我们传一段“狗叫”的声音。在发射端,这个声音里每秒有 14-14.5 赫兹的震动。
要是一段话音用了 10 秒,那么信号的整体频率波动范围大约是 1000 到 1450 赫兹。接收端的那个振荡器,原本每分钟唱 1000 拍,它就要把这 10 秒的工夫拆开,每秒唱 1000 拍,然后让它的频率在 1000 到 1450 赫兹之间自由流淌。
这就好比你在跑圈,别看你自己一直在原地不动,但你跟那个带着跑动节奏的节拍器(接收端频率)同步,只要你的步频跟对方节奏差得够少,对方就知道你在跑步。 这种技术之故此能传那么远,是出于它把信号的信息藏在了“速度”里,而不藏在那种变化的“形状”里。
要是信号在变慢的时候,波形形状有特殊的重叠,接收端挺好办把这些重叠当成噪声要么干扰,害得解调黄了。而 FM 解调只要保证那个跟的过程完美,波形形状有多烂如何算都不关键,只要频率变化够大,解调出来就是干净利落的声音。 不过,FM 也有它的代价。要想把声音传得远,就需求更大的频率变化量。
这就好比你要赶明儿人工造出超级棒的高科技产品,你得先研制出一些迟钝的、还没彻底掌握的半成品。
比方说,要传出一个完美的猫叫声,你可能一启动就造不出,只能先造一个能跟猫叫声频率变化的半成品猫叫声,然后再一步步改进。
要是接收端用的频率变化量忒小,比如只跟了个 1% 的误差,那信号就彻底坏了。
这就是为啥早期的高调频广播,声音听起来有点破,但那是当时的技术限制。 在早期的电视信号里,我们就见过这种“迟钝”的解调。
那时候电视画面贼不清楚,雪花点满天飞,出于信号在传输过程中被噪声干扰,害得频率变化量被破坏了。
那年头有个搞无线电的同行,为了凑那个频率变化量,就连故意把声音喊崩了,不让对方听懂,强行拉高频率变化的幅度,强行训练接收端那个跟的过程,结局传出来的信号,哪怕对方听不懂,也能勉强听到一点,出于那个“跟”的过程还在。
后来这人才意识到,不能为了传得远而把声音彻底搞崩了,得先把信号给“洗”干净利落了,再去训练接收端。 FM 和解调的本质,实际上是把信息从“形状”里剥离出来,塞进“速度”里。就像把一张照片从光线下剥下来,只留下光影的骨架。发射端负责猛造速度,接收端负责接住那个速度。一旦速度接住,照片的轮廓就出来了。别看过程有点笨,需求反复打磨,但这就是无线电通信最原始的真理。
只要频率变化够大,哪怕信号在传输路上被噪声搞得挺乱,只要“跟”的过程没断,声音就能完好无损地回来。
这大约就是为啥 FM 广播能传如此久远的理由吧。
声明:演示网站所有内容,若无特殊说明或标注,均来源于网络转载,仅供学习交流使用,禁止商用。若本站侵犯了你的权益,可联系本站删除。
