一、標準解讀

相關國際標準ITU-R BS.450、BS.640以及中國《調(diào)頻廣播技術(shù)規(guī)范》都明文規(guī)定：

– 音頻通帶 50Hz–15kHz（±1dB）

– 15kHz以上衰減≥40dB

標準將FM承載的音頻信號頻率限制在15KHz是為了防止鄰道干擾，降低噪聲，從而保證全球兼容。若發(fā)射端把15kHz以上頻率的能量放出去，一般來說會被判定為“超標發(fā)射”。

二、標準限制15KHz的原因

在FM廣播里把音頻信號的上限頻率限制在15kHz，主要有三方面原因：

1、人耳可聽范圍與主觀感知

? 人耳對15kHz以上的聲音非常不敏感，成年人往往只能聽到16–17kHz以下，繼續(xù)保留更高頻段對“聽感”幾乎無貢獻。

? 音樂中的泛音能量在15kHz以上迅速衰減，保留它們對音色改善微乎其微，卻帶來額外噪聲和失真。

2、帶寬與信噪比的經(jīng)濟權(quán)衡

? FM的頻道間隔通常為200kHz（北美）或100kHz（歐洲部分國家）。

? Carson帶寬公式：B≈2(Δf+fm)，其中Δf為最大頻偏（75kHz），fm為最高音頻頻率。

– 若fm=15kHz→B≈2(75k+15k) =180kHz，剛好落在200kHz的頻道內(nèi)。

– 若fm提高到20kHz→B≈190kHz，邊緣余量太小，鄰道干擾風險大增。

? 更高的fm還會讓噪聲功率（與 fm2成正比）顯著上升，降低信噪比

因此整體上來看，限制在15kHz可在“可聽帶寬”與“系統(tǒng)噪聲”之間取得最優(yōu)折中。

3.歷史標準與兼容性

? 1961年制定的FM立體聲標準直接沿用了早期單聲道FM的15kHz上限，全球接收機無需改動即可兼容。

? 電視伴音、無線麥克風、對講機等大量衍生系統(tǒng)也照此設計，形成產(chǎn)業(yè)慣性。

因此，F(xiàn)M廣播把音頻上限定在15kHz，是一種兼顧“人耳感知、帶寬利用、信噪比、歷史兼容”的綜合工程決策。

鑒于此，預加重曲線也都是到15KHz。

三、現(xiàn)代儀器的設計架構(gòu)限制

我們看一下MPX的頻譜圖，如下：

現(xiàn)代儀器得益于現(xiàn)代電子技術(shù)的發(fā)展，可以通過更多的軟件工程實現(xiàn)儀器更靈活的升級和兼容性，比如一臺儀器可以實現(xiàn)多個標準的兼容。但是軟件工程主導的儀器也會有一些缺陷，畢竟“魚和熊掌不可兼得”。

現(xiàn)代儀器或多或少都會更多采用軟件技術(shù)，比如軟件濾波。我們要對MPX進行解碼時，就需要利用軟件濾波來進行處理。為了很好的獲得L和R信號，我們需要進行低通濾波，考慮到19KHz的導頻信號，濾波器截止頻率需要在15KHz和19KHz之間做個權(quán)衡（濾波曲線影響），RWC2500A選擇在16KHz，這也是我們的LPF設置只到16KHz的根本原因。不僅RWC2500A如此，ETL也如此。

其實歸根結(jié)底，還是整個標準體系基本只考慮到了15KHz，所以導頻才設置在19KHz。

四、兩個核心指標分析

基于上述分析，有兩個核心指標需要討論：

1、頻率響應

頻率響應按照標準要求測試到15KHz就可以反應性能，所以RWC2500A目前按照15KHz來顯示結(jié)果。

值得注意的是：演播室應用比較特殊，演播室不僅僅應對FM廣播發(fā)射要求，還要考慮各類其他的廣播電視應用，比如DAB/DRM或CDR等數(shù)字廣播應用，而數(shù)字廣播是要求支持到20KHz的音頻范圍的。這類測試需要兼容到20KHz。

2、THD測試

THD本質(zhì)上是檢測信號的諧波成分，最低是2次諧波。按照我們前述的LPF設置到16KHz為例，那么可以支持的基帶音頻頻率就是8KHz。換句話說，高于8KHz的基帶音頻，諧波成分將不會得到計算，因此所有的THD值理論上就是0。

不僅RWC2500A如此，ETL亦如此。

五、總結(jié)

現(xiàn)代廣播測試儀器如R&S ETL和RWC2500A，大都是在基礎硬件架構(gòu)上盡可能采用軟件技術(shù)，實現(xiàn)更好的標準兼容性和擴展性，功能強大，展示靈活，數(shù)據(jù)導入導出方便。這類儀器與幾十年前的晶體管儀器有所不同，很多濾波都是基于軟件算法。

按照標準要求和實際測試儀器開發(fā)需要，針對FM立體聲測試，我們實現(xiàn)到15KHz的頻率響應測試已經(jīng)滿足標準要求。更重要的是，幾十年前行業(yè)測試標桿儀器FMAB幾乎絕跡，R&S替代FMAB的儀器ETL也已停產(chǎn)，即便不停產(chǎn)，ETL在某些表現(xiàn)上也不如FMAB，尤其是濾波特性、諧波特性和平坦度方面。 RWC2500A性能指標匹敵ETL，同時解決了ETL不支持AM實時解調(diào)測試的問題。更重要的是，RWC2500A解決了FMAB和ETL操作界面和流程極其復雜的問題。從這個意義上說，RWC2500A是FMAB和ETL的完美延續(xù)，繼續(xù)為廣播發(fā)射質(zhì)量保駕護航。

審核編輯 黃宇