總諧波失真

　　術(shù)語(yǔ)解釋

　　總諧波失真表明功放工作時(shí)，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(shí)際輸入信號(hào)疊加，在輸出端輸出的信號(hào)就不單純是與輸入信號(hào)完全相同的成分，而是包括了諧波成分的信號(hào)，這些多余出來(lái)的諧波成分與實(shí)際輸入信號(hào)的對(duì)比，用百分比來(lái)表示就稱為總諧波失真。一般來(lái)說(shuō)，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(hào)做測(cè)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)。總諧波失真在1%以下，一般耳朵分辨不出來(lái)，超過(guò)10%就可以明顯聽(tīng)出失真的成分。這個(gè)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(gè)數(shù)值越小，表明產(chǎn)品的品質(zhì)越高。

　　計(jì)算公式

　　關(guān)于THD的計(jì)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(yàn)和測(cè)量技術(shù) 供電系統(tǒng)及所連設(shè)備諧波、諧間波的測(cè)量和測(cè)量儀器導(dǎo)則》中，對(duì)THD的定義如下：

　　符號(hào)G表示諧波分量的有效值，它將按要求在表示電流時(shí)被I代替，在表示電壓時(shí)被U代替，H的值在與限制有關(guān)的每一個(gè)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(dòng)系統(tǒng) 一般要求 低壓交流變頻電氣傳動(dòng)系統(tǒng)額定值的規(guī)定》對(duì)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(lái)了解一下何為諧波失真。諧波失真是指音箱在工作過(guò)程中，由于會(huì)產(chǎn)生諧振現(xiàn)象而導(dǎo)致音箱重放聲音時(shí)出現(xiàn)失真。盡管音箱中只有基頻信號(hào)才是聲音的原始信號(hào)，但由于不可避免地會(huì)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(hào)中不再只有基頻信號(hào)，而是還包括由諧波及其倍頻成分，這些倍頻信號(hào)將導(dǎo)致音箱放音時(shí)產(chǎn)生失真。對(duì)于普通音箱允許一定諧波信號(hào)成分存在，但必須是以對(duì)聲音基頻信號(hào)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(hào)源輸入時(shí)，輸出信號(hào)（諧波及其倍頻成分）比輸入信號(hào)多出的額外諧波成分，通常用百分?jǐn)?shù)來(lái)表示。一般說(shuō)來(lái)，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(cè)試總諧波失真時(shí)，是發(fā)出1000Hz的聲音來(lái)檢測(cè)，這一個(gè)值越小越好。

　　備注

　　一些產(chǎn)品說(shuō)明書(shū)的總諧波失真表示為THD《0.5%，1W，這樣看來(lái)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(cè)量條件下得到的總諧波失真是不同的。因此，評(píng)價(jià)MP3的總諧波失真指標(biāo)時(shí)應(yīng)注明是在什么條件下測(cè)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(lái)說(shuō)，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?yàn)樗鼈兌嘤嗟闹C波會(huì)使聲音聽(tīng)起來(lái)很不舒服。

　　分類諧波失真指音頻信號(hào)源通過(guò)功率放大器時(shí)，由于非線性元件所引起的輸出信號(hào)比輸入信號(hào)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(lái)信號(hào)有效值的百分比來(lái)表示。例如，一個(gè)放大器在輸出10V的1000Hz時(shí)又加上1v的2000Hz，這時(shí)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(shuō)來(lái)，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(guó)聯(lián)邦貿(mào)易委員會(huì)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(cè)出，而且放大器的最大功率必須在負(fù)載為8歐揚(yáng)聲器、總諧波失真小于1%條件下測(cè)定。國(guó)際電工委員會(huì)規(guī)定的總諧波失真的最低要求為：前級(jí)放大器為0.5%，合并放大器小于等于0.7%，但實(shí)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(shí)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(cè)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(shí)際的音樂(lè)信號(hào)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(dòng)態(tài)指標(biāo)。故高質(zhì)量的放大器有時(shí)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(jiǎn)諧信號(hào)合成波，按4：1的幅值輸入到被測(cè)量的放大器中，從額定負(fù)載上測(cè)出互調(diào)失真系數(shù)。（2）瞬態(tài)失真（TIM）：將方波信號(hào)輸入到放大器后，其輸出波形包絡(luò)的保持能力來(lái)表達(dá)。如放大器的轉(zhuǎn)換速率不夠，則方波信號(hào)即會(huì)產(chǎn)生變形，而產(chǎn)生瞬態(tài)失真。主要反映在快速的音樂(lè)突變信號(hào)中，如打擊樂(lè)器、鋼琴、木琴等，如瞬態(tài)失真大，則清脆的樂(lè)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(hào)與15kHz的正弦波信號(hào)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(lái)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(wú)臨場(chǎng)感；反之，則聲音圓滑、細(xì)膩、自然。