[科普中國]-移頻器

移頻器是高質(zhì)量擴(kuò)聲系統(tǒng)的一個附屬設(shè)備，可以用它來將放聲信號的頻率作少量偏移，以減少聲反饋，從而提高整個系統(tǒng)的傳聲增益。移頻器的頻率偏移一般只有幾赫，這樣在放聲時可以基本保持原來音色而不會被聽眾所覺察。

簡介

移頻器也是用來抑制聲反饋現(xiàn)象的設(shè)備，與聲反饋抑制器不同的是，它是對揚聲器送出的聲音信號的頻率進(jìn)行提升(移頻)處理，使聲頻增加5Hz(或3Hz、7Hz)，使其相對于原話筒聲音的頻率發(fā)生偏移，無法構(gòu)成正反饋，也就不會產(chǎn)生聲反饋現(xiàn)象。

與聲反饋抑制器相同，移頻器在擴(kuò)聲系統(tǒng)中也是串聯(lián)在調(diào)音臺與壓限器之間或并接在調(diào)音臺上。

由于移頻器的低頻調(diào)制畸變較大，因此它只適用于以語音為主要內(nèi)容的擴(kuò)聲系統(tǒng)；而聲反饋抑制器畸變小，可用在音樂擴(kuò)聲系統(tǒng)中。1

運用方法在擴(kuò)聲系統(tǒng)中用來抑制聲反饋的除了反饋抑制器外，還用到移頻器。移頻器的接法與反饋抑制器一樣，接在調(diào)音臺與壓限器之間。移頻法降低聲反饋的基本概念是用偏移頻率的方法破壞反饋聲和原始信號同相的條件。在擴(kuò)聲系統(tǒng)中，回路增益超過0dB，系統(tǒng)就產(chǎn)生振蕩。因此，放大器的最大允許增益取決于傳輸響應(yīng)的最大峰值，相應(yīng)于最高峰值的回路增益必須低于0dB。有了移頻以后，反饋系統(tǒng)的振蕩條件就取決于傳輸響應(yīng)的平均增益。只要反饋系統(tǒng)的平均增益低于0dB，它的工作狀態(tài)仍然是穩(wěn)定的。所以移頻法允許增加的增益近似等于房間穩(wěn)態(tài)傳輸響應(yīng)上極大增益與平均增益之差，大約為10dB。最佳的移頻量等于傳輸響應(yīng)上各峰與相鄰谷之間的平均距離，因為這時在增益峰值產(chǎn)生的多余能量迅速在谷值處被吸收，最佳頻移最大約為4/T，其中T為房間內(nèi)混響時間。更大的移頻量，例如超過7Hz，人耳就能覺察到，影響擴(kuò)聲質(zhì)量。

實現(xiàn)移頻的方法有好幾種，常見移頻器用的是單邊帶調(diào)制方法。它使輸入信號經(jīng)過調(diào)制和解調(diào)，如果兩個載頻保持給定的頻偏，就可以使輸出信號在頻率軸上偏移。這種移頻器的優(yōu)點是簡單、穩(wěn)定和可靠。獲得移頻△f的移頻器框圖如圖8-9所示。從前級放大器送來的頻率為庀的信號加到調(diào)制器，調(diào)制器輸出經(jīng)過放大后用帶通濾波器取出頻率為f0+fe的上邊帶信號，其中載頻fe1(以及fe2)由晶體振蕩器供給。上邊帶信號經(jīng)解調(diào)器解調(diào)，用低通濾波器取出頻率為f0+fe1-fe2的有用信號，它在頻率軸上的偏移量為△f=fe1-fe2，為3～8Hz。調(diào)制器一般都采用平衡線路，以抑制載頻信號并簡化帶通濾波器的設(shè)計。2

移頻原理在標(biāo)準(zhǔn)布喇格腔中，傳播的聲波會由于光彈效應(yīng)而在晶體中形成一個可變折射率光柵。當(dāng)與聲波傳播方向成某一角度的頻率為ω0的光經(jīng)過該光柵時，就會發(fā)生衍射，如圖7.10(a)所示。同時，光波頻率產(chǎn)生ωa的移動，ωa為聲波頻率。其相對于入射角的衍射角由光波長λ0和聲波長λa確定。并滿足sinθ=λ0/λa用一個與角度有關(guān)的空間濾波器就可以把衍射光束從初始載波中分離出來。這種器件類似于單邊帶的移頻器，其典型工作頻率范圍是40～1000MHz。

如果頻率為ω0的載波和頻率為叫ω0+ωa或ω0-ωa的偏移波是光纖的導(dǎo)模，那么在光纖中也可得到類似的聲光作用。聲波長λa應(yīng)滿足△β=2π/λa，其中△β是載波和頻率偏移模的傳播常數(shù)差。這個條件完全確定了聲波頻率ωa2πva/λa(va是聲波波速)和偏移頻率。這兩類?？梢允歉唠p折射光纖的兩個相互正交的偏振模，也可以是雙模光纖中的兩個橫向空間模(LP01和LP11)。

圖7.10(b)為光纖移頻器的工作原理圖。模1中激勵的光波與傳播中的聲波相互作用。并耦合到模2，這時頻率發(fā)生大小為聲波頻率的偏移。第一個模濾波器保證模2中的任何初始能量不能進(jìn)入相互作用區(qū)。沿著光纖繼續(xù)往下傳播，模2中便包含了頻率偏移成分，并經(jīng)第二個模濾波器從模1中分離出來。而模1中剩下的是未發(fā)生頻率偏移的成分。當(dāng)聲波與光波同向傳播時，從快模(傳播常數(shù)較小)到慢模(傳播常數(shù)較大)的耦合會導(dǎo)致頻率的向上偏移；而從慢模到快模耦合或者聲波與光波傳播反向時，則發(fā)生頻率的向下偏移。

聲能轉(zhuǎn)換器和在作用長度內(nèi)的聲波數(shù)N限制著以最佳值ωa(ωa=va△β)為中心的聲頻率的變化范圍△ωa(△ωa/△ωa〈1/N)，即頻率偏移的變化范圍。而開關(guān)速度則受聲波通過作用長度的時間限制。1

移頻器的應(yīng)用單邊帶移頻器已應(yīng)用在光纖傳感器外差法檢測的信號處理及開關(guān)上。光纖移頻器的一個特別引人注目的應(yīng)用是光纖陀螺儀的閉環(huán)工作。塊料光學(xué)器件移頻器(如標(biāo)準(zhǔn)布喇格晶體)難于應(yīng)用在光纖回路中，原因是它們難于校正和缺乏機(jī)械穩(wěn)定性。這里討論的移頻器只包括那些光波保持在光纖中傳播的移頻器。

移頻器的重要參數(shù)隨應(yīng)用不同而不同。對于陀螺儀而言，要求高載波和像邊帶抑制能力(考慮慣性導(dǎo)航應(yīng)優(yōu)于60dB)和1～2MHz的頻率調(diào)節(jié)范圍。對光學(xué)開關(guān)而言，則要求快的開關(guān)速度和高開關(guān)率。然而，不管何種應(yīng)用，高的轉(zhuǎn)換效率總是必要的。3

本詞條內(nèi)容貢獻(xiàn)者為:

方正 - 副教授 - 江南大學(xué)