资深广播爱好者都有“工欲善其事,必先利其器”的深刻体会,也早已对收音机的诸如“灵敏度”“选择性”之类的基本参数烂熟于胸。可是很多爱好者还是困惑:为什么标有相同指标的两台收音机,实际接收效果却大相径庭呢?
问题出在两个方面。首先是“标有”,即说明书上的标称指标都是有问题的。通常说明书上的指标更多的是出于“政治”考量,是“惹最低麻烦”(主要针对来自销售渠道的可能发难比如政府抽查或消费者投诉等)和“求最佳营销”(指标尽可能脱颖而出吸引眼球)的平衡结果。不同厂家掌握的尺度是有很大差别的,所以,不同厂家的说明书的标称指标毫无对比价值!其次,就算所有厂家都掌握不二的尺度,或者第三方从灵敏度选择性等实测指标认定完全相同的两台不同型号的收音机,实际收听效果是否就完全相同了呢?答案也是否定的。排除音质等萝卜白菜类个人喜好因素,我们可以看到实验室测试和实际收听环境有着太大的差异:实验室测试通常只有一个单一的信号,而实际收听环境中强台林立,弱台夹缝生存,其中只有一个是“信号”,其余的统统是“干扰”。所以是“温室环境”和“风浪环境”的巨大差别!
可见“灵敏度”“选择性”等静态指标远远不足以反映收音机在大风大浪中的表现了,我们必须引入一些动态指标来更接近更相似地描绘收音机的实际工况,来考察爱好者们所关心的灵敏度等指标在无数大信号环境中得以幸存或保全的程度。这里面包含两层意思:第一是收音机增益控制系统是否足以应付有用信号大范围的强度变化;第二是收音机本身在多信号下不产生不期望出现的失真响应所能耐受的信号强度范围有多大,围绕着个强度范围值的定义和测量试非常有意思的,也对收音机的设计和评价优很强的指导性的。下面我们来具体探讨。
①最小可辨别信号MDS:
MDS也就是俗称的“本底噪声”。MDS不仅与收音机自身前级的嘈杂程度有关,还与带宽有关。这里有一个误区:一些爱好者认为本底噪声越小收音机就越好,这是不正确的。本底噪声并不是越小越好,过分小的本底噪声说明增益过低,就跟上面的第一层意思相抵触了。试想没有比矿石收音机或者单管收音机的本底噪声更小的了,可是没有人认为它们是好收音机。当然本底噪声更不是越大越好^_^。言归正传,我们可以假想一个简单的单晶体管高放或中放电路,集电极偏流约10mA。我们首先考察该放大器的噪声指数NF=(Sin/Nin)/(Sout/Nout)=SinNout/SoutNin。为了更具体地界定一个放大器或收音机有多“嘈杂”,我们假定输入噪声来源于一颗温度为290K的电阻的噪声,那么输入噪声功率Pn=kTB(k是Bolzman常数,T=290K,B是带宽)。当带宽为1Hz时,很容易算出Pn=-174dBm。如果一个放大器的带宽为500Hz,比1Hz大了500倍或27dB,那么这个电阻在500Hz带宽下的噪声功率=-174+27=-147dBm。把这样一个50Ω电阻配接在放大器的输入端,如果在输出端获得噪声功率是-140dBm,那么该放大器的噪声指数就是他们的差值,即NF=7dB。MDS就是-140dBm。以上概念可以推广到任何放大器、混频器和收音机.
②三阶截点 IP3
再来考察二个等强度信号f1和f2同时加到一个 20dB增益的放大器的输入端,强度都是-50dBm,我们会发现由于放大器存在失真,输出端不仅存在f1和f2,另外还新生了(2f1-f2)和(2f2-f1)为主的三阶互调失真产物,比如f1=14040,f2=14050的话,那么输出端就有14030、14040、14050、14060出现了。有用信号被放大了20dB,达到-30dBm水平,而失真产物在-130dBm水平,比有用输出低100dB。甲类放大器的一个非常有趣和让人垂涎的特色就是有用输出跟随输入信号强度作线性增减。但更需要关注的是三阶失真产物却以三次方倍率增减,其上升速度比有用信号快得多!例如我们将输入强度增加至-40dBm,有用输出就线性增长了10dB至-20dBm,而失真产物却增长了30dB至-100dBm。曲线图绘出了整个规律和走向:有用输出最终将失去对输入信号的线性跟随(弯曲处),出现“增益压缩”,在收音机上就会出现“阻塞”现象。我们用虚线继续线性延长有用输出,最终有用输出虚线必定与三阶失真产物的上升线相交,交点表示有用输出与失真产物相等了,好比失真为100%!这个重要交点就叫做“三阶截点――IP3”!
了知自己的放大器或收音机的三阶互调截点位置是很有价值的,它能帮助我们更好地了解该放大器或收音机在整个复杂信号强度的范围内工作的好不好,失真情况如何。以图为例,截点的输出值为+20dBm,那么当有用输出信号比截点低XdB时,三阶互调失真产物就比截点低3XdB。例如该放大器正常工作在游泳输出为0dBm的状态(比截点低20dB),那么失真产物将是-40dBm(比截点下降3×20=60dB)。就好比失真降为1%了。
对于接收机或收音机来说,通常使用截点的等效输入值更为方便。以图为例,截点对应的输出值为+20dBm,对应的输入值为0dBm,可以把放大器假想成理想的无失真20dB增益放大器,三阶互调失真从输入端混入的,增减规律保持不变,就能获得与研究输出值同等的效果。例如,输入信号为-40dBm时(比截点低40dB),则等效失真输入就是-120dBm(比截点低3×40=120dB);而当输入信号为-60dBm时(比截点低60dB),则等效失真输入就是-180dBm(比截点低3×60=180dB)。对比之前本底噪声MDS=-140dBm的水平来说,-120dBm的失真是听得到的,将形成可闻的干扰;而-180dBm的失真就完全淹没在本底噪声中毫不可闻了。这就引出了另一个重要概念:多信号动态范围DR.。
③放大器或收音机多信号动态范围DR定义为:等效失真输入刚刚好等于本底噪声MDS时的有用输入信号强度与本底噪声MDS强度之比值。意思是动态范围的下限就是本底噪声,而上限就是互调失真刚刚好冒出本底噪声时的有用信号强度。因为三阶互调失真上升速度比有用信号快得多。
了解了以上这些动态指标以后,我们就完全能够理解为什么两台灵敏度选择性等静态指标完全相同的收音机在实际收听的时候也可能效果千差万别的原因了。当世界上只有唯一一个电台的时候,他们的表现才会非常相似;当强台林立的时候,这些强台会在收音机前端产生无数互调失真产物,这时候动态素质高(IP3或DR高)的收音机所产生的互调失真产物群比本底噪声低,完全淹没在本底噪声中,相当于灵敏度不变,弱信号照收不误;而动态素质差的收音机所产生的互调产物群已经大大地冒出本底噪声,相当于形成新的本底噪声,淹没了弱台,变相降低了灵敏度!