總諧波失真

　　術(shù)語解釋

　　總諧波失真表明功放工作時，由于電路不可避免的振蕩或其他諧振產(chǎn)生的二次，三次諧波與實際輸入信號疊加，在輸出端輸出的信號就不單純是與輸入信號完全相同的成分，而是包括了諧波成分的信號，這些多余出來的諧波成分與實際輸入信號的對比，用百分比來表示就稱為總諧波失真。一般來說，總諧波失真在1000赫茲附近最小，所以大部分功放表明總諧波失真是用1000赫茲信號做測試，但有些更嚴(yán)格的廠家也提供20－20000赫茲范圍內(nèi)的總諧波失真數(shù)據(jù)?？傊C波失真在1%以下，一般耳朵分辨不出來，超過10%就可以明顯聽出失真的成分。這個總諧波失真的數(shù)值越小，音色就更加純凈。一般產(chǎn)品的總諧波失真都小于1%@1kHz，但這個數(shù)值越小，表明產(chǎn)品的品質(zhì)越高。

　　計算公式

　　關(guān)于THD的計算公式，不同標(biāo)準(zhǔn)的定義略有不同。

　　公式一

　　《GBT--17626.7-2008電磁兼容 試驗和測量技術(shù) 供電系統(tǒng)及所連設(shè)備諧波、諧間波的測量和測量儀器導(dǎo)則》中，對THD的定義如下：

　　符號G表示諧波分量的有效值，它將按要求在表示電流時被I代替，在表示電壓時被U代替，H的值在與限制有關(guān)的每一個標(biāo)準(zhǔn)中給出。按照上述定義，THD不包含間諧波，并且，有一固定的諧波上限。

　　公式二

　　《GB/T12668.2-2002調(diào)速電氣傳動系統(tǒng) 一般要求 低壓交流變頻電氣傳動系統(tǒng)額定值的規(guī)定》對THD定義如下：

　　上式中，Q為總有效值，Q1為基波有效值，可代表電壓或電流，按照上述定義，THD包含間諧波和直流分量。

　　解析

　　原因

　　在解釋總諧波失真之前，我們先來了解一下何為諧波失真。諧波失真是指音箱在工作過程中，由于會產(chǎn)生諧振現(xiàn)象而導(dǎo)致音箱重放聲音時出現(xiàn)失真。盡管音箱中只有基頻信號才是聲音的原始信號，但由于不可避免地會出現(xiàn)諧振現(xiàn)象（在原始聲波的基礎(chǔ)上生成二次、三次甚至多次諧波），這樣在聲音信號中不再只有基頻信號，而是還包括由諧波及其倍頻成分，這些倍頻信號將導(dǎo)致音箱放音時產(chǎn)生失真。對于普通音箱允許一定諧波信號成分存在，但必須是以對聲音基頻信號輸出不產(chǎn)生大的影響為前提條件。而總諧波失真是指用信號源輸入時，輸出信號（諧波及其倍頻成分）比輸入信號多出的額外諧波成分，通常用百分?jǐn)?shù)來表示。一般說來，1000Hz頻率處的總諧波失真最小，因此不少產(chǎn)品均以該頻率的失真作為它的指標(biāo)。所以測試總諧波失真時，是發(fā)出1000Hz的聲音來檢測，這一個值越小越好。

　　備注

　　一些產(chǎn)品說明書的總諧波失真表示為THD《0.5%，1W，這樣看來總諧波失真較小，但只是在輸出功率為1W的總諧波失真，這與標(biāo)準(zhǔn)要求的測量條件下得到的總諧波失真是不同的。因此，評價MP3的總諧波失真指標(biāo)時應(yīng)注明是在什么條件下測得的。THD（total harmonic distortion，總諧波失真）：是聲音設(shè)備產(chǎn)生的（通常是不受歡迎的）諧波的水平。一般來說，高質(zhì)量設(shè)備的THD值很低（低于0.002%），但也有例外。很多電子管設(shè)備的THD非常高，但晶體管設(shè)備必須具有較低的THD，因為它們多余的諧波會使聲音聽起來很不舒服。

　　分類諧波失真指音頻信號源通過功率放大器時，由于非線性元件所引起的輸出信號比輸入信號多出的額外諧波成分。諧波失真是由于系統(tǒng)不是完全線性造成的，我們用新增加總諧波成份的均方根與原來信號有效值的百分比來表示。例如，一個放大器在輸出10V的1000Hz時又加上1v的2000Hz，這時就有10%的二次諧波失真。所有附加諧波電平之和稱為總諧波失真。一般說來，1000Hz頻率處的總諧波失真最小，因此不少產(chǎn)品均以該頻率的失真作為它的指標(biāo)。但總諧波失真與頻率有關(guān)，因此美國聯(lián)邦貿(mào)易委員會于1974年規(guī)定，總諧波失真必須在20～20000Hz的全音頻范圍內(nèi)測出，而且放大器的最大功率必須在負(fù)載為8歐揚聲器、總諧波失真小于1%條件下測定。國際電工委員會規(guī)定的總諧波失真的最低要求為：前級放大器為0.5%，合并放大器小于等于0.7%，但實際上都可做到0.1%以下：FM立體聲調(diào)諧器小于等于1.5%，實際上可做到0.5%以下；激光唱機(jī)更可做到0.01%以下。由于測量失真度的現(xiàn)行方法是單一的正弦波，不能反映出放大器的全貌。實際的音樂信號是各種速率不同的復(fù)合波，其中包括速率轉(zhuǎn)換、瞬態(tài)響應(yīng)等動態(tài)指標(biāo)。故高質(zhì)量的放大器有時還注明互調(diào)失真、瞬態(tài)失真、瞬態(tài)互調(diào)失真等參數(shù)。（l）互調(diào)失真（IMD）：將互調(diào)失真儀輸出的125Hz與lkHz的簡諧信號合成波，按4：1的幅值輸入到被測量的放大器中，從額定負(fù)載上測出互調(diào)失真系數(shù)。（2）瞬態(tài)失真（TIM）：將方波信號輸入到放大器后，其輸出波形包絡(luò)的保持能力來表達(dá)。如放大器的轉(zhuǎn)換速率不夠，則方波信號即會產(chǎn)生變形，而產(chǎn)生瞬態(tài)失真。主要反映在快速的音樂突變信號中，如打擊樂器、鋼琴、木琴等，如瞬態(tài)失真大，則清脆的樂音將變得含混不清。（3）瞬態(tài)互調(diào)失真：將3.15kHz的方波信號與15kHz的正弦波信號按峰值振幅比4：1混合，經(jīng)放大器后，新增加全部互調(diào)失真的產(chǎn)物有效值與原來正弦振幅的百分比。如放大器采用深度大回環(huán)負(fù)反饋，瞬態(tài)互調(diào)失真一般較大，具體反映出聲音呆滯、生硬、無臨場感；反之，則聲音圓滑、細(xì)膩、自然。