在一個電視的常識問答比賽中,有一題問題是FM是甚麼?‘標準’答案居然是‘超短波’!反智!
甚麼是FM?還是讓我細說原來。
馬可尼可算是無線通訊的發明者(註一),但當時的無線通訊並不是我們今天所想像的,由於種種技術原因,祗可以傳送‘有’和‘無’的訊號,所以,當時便普遍使用摩斯電碼。
傳送聲音又有甚麼困難呢?人耳可聽到的頻率約是在20Hz至20kHz的範圍(註二),若把音頻化為電訊號,然後直接傳送,傳送範圍不會超過幾十公尺。事實上,早期如醫院和學校等都曾直接傳送音頻訊號作為室內通訊之用。
要把電訊號‘遠送’其中一個關鍵就是要把頻率提高到一定的水平。我們可以把電波想像成變動的磁場,可能你也曾在中學的物理課做過電磁實驗,變動的磁場可令線圈感應出電流。磁場變化得越快,感應電流也越強,我們可簡單化地理解(註三),電波就是變動的磁場,當強度和變化速度夠快,便可將令遠方的線圈感應出電流。
而頻率就是量度變化的參數,例如,20Hz就是一秒鐘變化20個週期,而20kHz就是一秒鐘變化20,000個週期。就算是20kHz,對無線電傳送來說都是小得‘可憐’。中頻(中波)廣播頻率起點是530kHz。在中頻收音機調台的標度,見到530便是這個意思。
如何用一個相對高的頻率來傳送音頻呢?工程師便想出了一個載體(carrier)和調制(modulation)的概念,這就是把高頻視為一輛‘車’,而音頻便好像‘乘客’般坐上這部‘車’上。然後,這‘車’便駛到你的收音機,你的收音機便請‘乘客’下車。
Modulation可以有很多方法,最簡單和最容易實現的可算是Amplitude Modulation(AM)了。這參考下圖
說穿了,AM的原理就是由音頻的大小去改變載體的強弱。而解調(demodulation)亦簡單非常,祗要檢出訊號的強度便可以了!
AM簡單直接,容易理解,容易實現。我小時候看到最簡單的收音機祗有幾個零件,便覺得非常奇怪,怎樣可以這麼簡單呢?後來,才發覺收音機真是可以這麼簡單的,問題就是工程師永遠都不會滿足於‘基本’,達成‘基本’後便要有更高要求,可能這就類似達成‘生存’後便要‘求發展’罷!
簡單直接的AM方法,存在著一些根本問題。例如,它對噪音(noise)的免疫力(immunity)有限(如果有的話)!可以想像,任何干擾都會影響到訊號的強度,亦即影響音頻訊號,而技術上,差不多不可能把訊號和噪音分離(註四)。
於是一個可以有更佳音質更少雜音的調制方法FM便應運而生。
下文再續。
註一:和很多發明一樣,功勞誰屬很多時都會是具爭議性的。馬可尼是否應佔無線電通訊的全功,仍存在著爭議。
註二:每隻人耳可聽的頻率範圍都有所不同,就算是同一個人,隨著年齡增長,可聽頻率範圍也會收窄。以語音通訊的需要來說300Hz – 3kHz經已足夠了。這便是電話通訊的標準。所以,若你想通過電話享受音樂,可能會有點失望!
註三:這是極度簡單化的理解,不可和真正的電磁學理論混淆。
註四:其實並不是絶對不可能,科學家對訊噪分離做了很多工功。其中最主要的便在太空科技上,太空船於遙遠的宇宙傳送回來的無線電訊號,當然存在著大量的干擾和噪音,科學家便想了很多很有創意的方法去解決問題。有些方法後來也轉為民用!但在簡單的AM模式,分離噪音接近不可能!
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