[科普中国]-FM

FM（Frequency Modulation）即调频，习惯上用FM来指一般的调频广播（76-108MHz，在中国为87-108MHz、日本为76-90MHz），事实上FM也是一种调制方式，即使在短波范围内的27-30MHz之间，做为业余电台、太空、人造卫星通讯应用的波段，也有采用调频（FM）方式的。 1

历史沿革频率调制（FM）在电子音乐合成技术中，是最有效的合成技术之一，它最早由美国斯坦福大学约翰.卓宁（JohnChowning）博士提出。20世纪60年代，卓宁在斯坦福大学开始尝试使用不同类型的颤音，他发现当调制信号的频率增加并超过某个点的时候，颤音效果就在调制过的声音里消失了，取而代之的是一个新的更复杂的声音。

卓宁当时只是在完成无线电广播发射中最常用的调频技术（也就是FM广播）。但卓宁的偶然发现，却使这种传统的调频技术在声音合成方面有了新的用武之地。当卓宁领悟了FM调制的基本原理后，他立即开始着手研究FM理论合成技术，并在1966年成为使用FM技术制作音乐的第一人。

基本原理音频从字面上讲，音频即能被人体感知的所有声音频率。主要有两层含义，一是人说话的声音，二是所有存储声音的文件。数字音频是一种利用数字化手段对声音进行录制、存放、编辑、压缩或播放的技术，它是随着数字信号处理技术、计算机技术、 多媒体技术的发展而形成的一种全新的声音处理手段。广泛地用于广播电台、音乐后期制作等方面。2

FM调制合成最基本的FM instrument包括两个正弦曲线振荡器，一个是稳定不变的载波频率fc（Carrier Frequnecy）振荡器；一个是调制频率fm（Modulation Frequency）振荡器，载波频率被加在调制振荡器的输出上。载波振荡器是一个带有fc频率的简单的正弦波频率，当调制器发生时，来自调制振荡器的信号，即带有fm频率的正弦波，驱使载波振荡器的频率向上或向下变动，比如，一个250Hz正弦波的调制波，调制一个1000Hz正弦波的载波，那么意味着载波所产生的1000Hz的频率，每秒要接受250次的影响产生的调制。制体和载波体都是有频率、振幅、波形的周期性或准周期性振荡器。

影响因素在频率调制技术中，调制体的振幅同样对频率调制起关键作用，调制体振幅影响着载波频率调制后变化的深度，假如调制信号的振幅是0，就不会出现任何调制，因此说，就像在振幅调制（AM）中，调制体的频率对载波体的振幅有影响一样，在频率调制（FM）中，载波的频率变化同样受调制体振幅大小变化的影响。

因此，在频率调制过程中，可以发现：调制体的频率影响载波体的频率的速度变化；调制体的振幅影响载波频率的深度变化；调制体的波形（或音色）影响载波频率的波形变化；载波体的振幅在频率调制过程中保持不变。

频谱计算在简单频率调制中，两个振荡器都只用正弦曲线（Sinusoidal）的波形。不过，由于频率调制技术可以制造出非常丰富的频谱，这使得作曲家也不必用频谱过于复杂的波形完成FM合成。事实上，如用一个频谱成分非常丰富的波形作为调制体来调制另一个声音（载波体），调制后的频谱会极其复杂，以至于听起来非常粗糙、刺耳。

在载波频率的任何一边有一些频谱构成，其间隔距离与调制的频率相一致。这些上边频和下边频是成对地根据调制频率（fm）的泛音数组合在一起的。用数学的语言解释，一个简单的FM频谱显示的频率是fc±kfm.k是一个整数（Integer），可以假定为任何大于或等于0的值，载波成分就是由k=0来显示的。

频谱构成中的能量分配，部分地根据频率偏离的量影响。这种偏离（Deviation缩写为d）是由调制振荡器产生的。当d=0时，指没有任何调制发生。增加偏离指数就会产生边频，从而获得更大的能量，但是以牺牲载波频率的能量为代价。偏离越大，在边频之间分配的能量越宽，就会带来有振幅变化的更大的边频数。因此，偏离可以担当控制FM信号频谱边频的角色。

频率调制的效果有时与加法合成有类似的地方，两者的本质区别是，加法合成在基本波形上加上谐波分音，一层又一层，基本波形与其谐波分音同时存在，而FM合成加上去的波形却完全调制了其基本波形而产生另一种十分复杂的波形，因此，频率调制技术与加法合成技术是截然不同的两种合成技术。

复合频率调制复合频率调制（Composite frequency modulation）包含两个或两个以上载波体振荡器和两个以上调制体振荡器，它能够产生更多的边频，同时也增加了计算的复杂性。复合频率调制的组合可能性很多，每一种组合都会带来独特的频率合效果。

复合频率调制至少有以下5个基本组合方式：

1、有各自独立调制器的多载波组合

（Additive carriers with one modulator）

这个组合包括两个或更多简单的FM instruments同时工作，所获得的效果是每个FM instruments输出的总和（图例符号缩写中，al表示载波1的振幅，fl表示载波1的频率，d1表示调制体1的频率偏移，也就是调制体1的振幅，f1表示调制体1的频率，a表示载波振幅，其他图示缩写符号也依此辨别）。

2、只有一个调制器的多载波组合

（Additive carriers with one modulator）

它所获得的效果是每个载波输出的相加总和。

3、带有平行调制器的单载波

（Single carrier with parallel modulators）

4、有多个（逐级）调制器的单载波

（Single carrier with serial modulators）

5、自我调制的载波

（Self-modulating carrier）

所谓自我调制的载波，就是用信号振荡器的输出调制自身的频率。振荡器的输出信号用一个反馈因素（用fb表示）相乘，在被重新输入到自身的频率输入之前加一个频率值（fm）。反馈因素（用fb表示）在这里可以被看作是一个调制指数。

应用FM广播技术随着无线电技术的不断发展，调频(FM)广播技术越 来越成熟，并出现了各种利用FM广播技术进行声音和数据传输的非广播无线电业务。这种非广播无线电业务使用FM 广播发射机发射，采取专用接收设备进行声音和信息的接收。 其中，数字广播系统(Radio Digital System，RDS)是目前较为常用的广播信息传输技术。RDS是由欧洲广播联盟于1984年提出的技术标准。该技术充分利用了现有调频广播的带宽(不需要分配专门的带 宽)，将57kHz的副载波数据信号叠加在调频节目频段上， 接收终端在接收音频信号的同时可收到数字信号。数据内容
包括电台名称、节目类型、交通信息、标准时间、广告信息 以及各种控制信令，能够实现在同一频率上同时传送音频和 数据编码指令。利用RDS系统，还可以远程控制接收终端 的开关机、音量大小、接收频率等，实现广播的人性化播出和智能化管理。3

FM滤波器FM 滤波器是构成广播发射多工器的关键器件，泛应用于广播电视发射台站，能使不同频道的多部发射机用同一副宽频带天线同时互不干扰地发送各自节目的技术设备。我国广播电视事业正在迅速发展，很多电台、电视台都在增加FM节目覆盖。4

调频通信基本原理调频通信就是利用频率调制来完成调制的环节来完成通信。FM调制具备有良好的抗噪声性能并且无失真地传 送语音信号。无线FM调制采用分立原件构成的LC谐振电路。

短波调频技术同原始信号频谱相比较，在运用了调频技术之后频谱能够增加为原始频谱的两倍。利用短波调频技术，通信质量的保真度能得到提升，如果遇到较大的干扰，同样能够确保信号稳定和可靠。5

为了让短波调频技术在短波通信中能够发挥出作用，所以运用了更多的辅助技术，包括辅助天线自适应的调零、 自适应的调制解调、自适应选频技术等。 有了这样的辅助技术，使得短波通信的性能有了很大的提升，包括抗干扰性和抗衰落性都在大程度上有所提升，因 此满足了持续不间断进行通信的要求。5

本词条内容贡献者为:

徐恒山 - 讲师 - 西北农林科技大学