調頻:頻率調制-中文百科頻道

基本釋義

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

載波的瞬時頻率按調制信号的變化而變，但振幅不變的調制方式。載波經調頻後成為調頻波。用調頻波傳送信号可避免幅度幹擾的影響而提高通信質量。廣泛應用在通信、調頻立體聲廣播和電視中。一般幹擾信号總是疊加在信号上，改變其幅值。所以調頻波雖然受到幹擾後幅度上也會有變化，但在接收端可以用限幅器将信号幅度上的變化削去，所以調頻波的抗幹擾性極好。例如，用收音機接收調頻廣播，基本上聽不到雜音。

我們習慣上用FM來指一般的調頻廣播（76-108MHz，在我國為87-108MHz、日本為76-90MHz），事實上FM也是一種調制方式，即使在短波範圍内的27-30MHz之間，做為業餘電台、太空、人造衛星通訊應用的波段，也有采用調頻（FM）方式的。FM radio即為調頻收音機。

FM調頻即收音機功能。作為MP3的一項附加功能。當然，如果你注重這個功能的話，也有做得不錯的産品。而在具體機型上，針對FM，不同産品還有細分，是否可以保存選定的頻道、可以保存多少個頻道、立體聲和普通聲道可以自己設定還是由機器來設定。

調頻和調幅的區别

（1）調頻比調幅抗幹擾能力強：

外來的各種幹擾、加工業和天電幹擾等，對已調波的影響主要表現為産生寄生調幅，形成噪聲。調頻制可以用限幅的方法，消除幹擾所引起的寄生調幅。而調幅制中已調幅信号的幅度是變化的，因而不能采用限幅，也就很難消除外來的幹擾。

另外，信号的信噪比愈大，抗幹擾能力就愈強。而解調後獲得的信号的信噪比與調制系數有關，調制系數越大，信噪比越大。由于調頻系數遠大于調幅系數，因此，調頻波信噪比高，調頻廣播中幹擾噪聲小。

（2）調頻波比調幅波頻帶寬：

頻帶寬度與調制系數有關，即：調制系數大，頻帶寬。調頻中常取調頻系數大于1，而調幅系數是小于1的，所以，調頻波的頻帶寬度比調幅波的頻帶寬度大得多。

（3）調頻制功率利用率大于調幅制：

發射總功率中，邊頻功率為傳送調制信号的有效功率，而邊頻功率與調制系數有關，調制系數大，邊頻功率大。由于調頻系數m大于調幅系數m，所以，調頻制的功率利用率比調幅制高。

調頻合成技術

頻率調制(FM)在電子音樂合成技術中，是最有效的合成技術之一，它最早由美國斯坦福大學約翰。卓甯(JohnChowning)博士提出。20世紀60年代，卓甯在斯坦福大學開始嘗度使用不同類型的顫音，他發現當調制信号的頻率增加并超過某個點的時候，顫音效果就在調制過的聲音裡消失了，取而代之的是一個新的更複雜的聲音。

今天看來，卓甯當時隻是在完成無線電廣播發射中最常用的調頻技術(也就是FM廣播)。但卓甯的偶然發現，卻使這種傳統的調頻技術在聲音合成方面有了新的用武之地。當卓甯領悟了FM調制的基本原理後，他立即開始着手研究FM理論合成技術，并在1966年成為使用FM技術制作音樂的第一人。

基本原理

若欲傳送信号，其振幅限制不可大于，載波為，

fc為載波中心頻率，單位為赫茲。A是任意振幅。

傳送信号将會是

在此，f(t) = fc + fΔxm(t)

公式中，f(t)是振蕩器的瞬時頻率，fΔ是frequency deviation, 代表在一個方向上相對fc的最大頻率偏離，在此我們假定xm(t)是有限的幅值限于±1之間。

音頻信号的改變往往是周期性的，一個最容易理解音頻調制技術的範例是小提琴和揉弦，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"同樣也有着發音體(載體)和調制體兩個元素。發音體或稱載波體，是實際發出聲音的頻率振蕩器;調制體或稱調制器，負責調整變化載波所産生出來的聲音。載波頻率、調制體頻率以及調制數值大小，是影響FM合成理論的重要因素。

最基本的FMinstrument包括兩個正弦曲線振蕩器，一個是穩定不變的載波頻率fc(CarrierFrequnecy)振蕩器;一個是調制頻率fm(ModulationFrequency)振蕩器。載波頻率被加在調制振蕩器的輸出上。載波振蕩器是一個帶有fc頻率的簡單的正弦波頻率，當調制器發生時，來自調制振蕩器的信号，即帶有fm頻率的正弦波，驅使載波振蕩器的頻率向上或向下變動，比如，一個250Hz正弦波的調制波，調制一個1000Hz正弦波的載波，那麼意味着載波所産生的1000Hz的頻率，每秒要接受250次的影響産生的調制。制體和載波體都是有頻率、振幅、波形的周期性或準周期性振蕩器。

在頻率調制技術中，調制體的振幅同樣對頻率調制起關關鍵作用，調制體振幅影響着載波頻率調制後變化的深度，假如調制信号的振幅是0，就不會出現任何調制。因此說，就像在振幅調制(AM)中，調制體的頻率對載波體的振幅有影響一樣，在頻率調制(FM)中，載波的頻率變化同樣受調制體振幅大小變化的影響。

因此，在頻率調制過程中，我們可以發現:

FM中頻譜的計算

在簡單頻率調制中，兩個振蕩器都隻用正弦曲線(Sinusoidal)的波形。不過，由于頻率調制技術可以制造出非常豐富的頻譜，這使得作曲家也不必用頻譜過于複雜的波形完成FM合成。事實上，如用一個頻譜成分非常豐富的波形作為調制體來調制另一個聲音(載波體)，調制後的頻譜會極其複雜，以至于聽起來非常粗糙、刺耳。

在載波頻率的任何一邊有一些頻譜構成，其間隔距離與調制的頻率相一緻。這些上邊頻和下邊頻是成對地根據調制頻率(fm)的泛音數組合在一起的。用數學的語言解釋，一個簡單的FM頻譜顯示的頻率是fc±kfm.k是一個整數(Integer)，可以假定為任何大于或等于0的值，載波成分就是由k=0來顯示的。

頻譜構成中的能量分配，部分地根據頻率偏離的量影響。這種偏離(Deviation縮寫為d)是由調制振蕩器産生的。當d=0時，指沒有任何調制發生。增加偏離指數就會産生邊頻，從而獲得更大的能量，但是以犧牲載波頻率的能量為代價。偏離越大，在邊頻之間分配的能量越寬，就會帶來有振幅變化的更大的邊頻數。因此，偏離可以擔當控制FM信号頻譜邊頻的角色。

假如輸入載波為1000Hz調制體為250Hz，那麼根據FM頻譜分配計算原則，最終，所得頻率調制後的輸出頻率值應該如圖13-7所示。每個頻譜成分的振幅是由偏離指數和調制頻率決定的。

頻率調制的效果有時與加法合成有類似的地方，兩者的本質區别是，加法合成在基本波形上加上諧波分音，一層又一層，基本波形與其諧波分音同時存在，而FM合成加上去的波形卻完全調制了其基本波形而産生另一種十分複雜的波形。因此，頻率調制技術與加法合成技術是截然不同的兩種合成技術。

複合頻率調制

複合頻率調制(Composite frequency modulation)包含兩個或兩個以上載波體振蕩器和兩個以上調制體振蕩器，它能夠産生更多的邊頻，同時也增加了計算的複雜性。複合頻率調制的組合可能性很多，每一種組合都會帶來獨特的頻率合效果。

總體歸這，複合頻率調制至少有5個基本組合方式。

一、有各自獨立調制器的多載波組合- Additive carriers with one modulator

這個組合包括兩個或更多簡單的FM instruments同時工作，所獲得的效果是每個FM instruments輸出的總和(圖例符号縮寫中，al表示載波1的振幅，fl表示載波1的頻率，d1表示調制體1的頻率偏移，也就是調制體1的振幅，f1表示調制體1的頻率，a表示載波振幅，其他圖示縮寫符号也依此辨别)。

二、隻有一個調制器的多載波組合- Additive carriers with one modulator

它所獲得的效果是每個載波輸出的相加總和。

三、帶有平行調制器的單載波- Single carrier with parallel modulators

四、有多個(逐級)調制器的單載波- Single carrier with serial modulators

五、自我調制的載波- Self-modulating carrier

所謂自我調制的載波，就是用信号振蕩器的輸出調制自身的頻率。振蕩器的輸出信号用一個反饋因素(用fb表示)相乘，在被重新輸入到自身的頻率輸入之前加一個頻率值(fm)。反饋因素(用fb表示)在這裡可以被看作是一個調制指數。

由于自我調制的處理技術總是在1:1的頻率比率中工作，因此永遠生成鋸齒波狀的波形。諧波分音的振幅是按反饋因素值(fb)的比例變化的。