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三分钟了解什么是谐波失真

三分钟了解什么是谐波失真 声学楼论坛
2020-07-14
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导读:谐波失真是指输出信号比输入信号多出的谐波成分,谐波失真是系统不是完全线性造成的。所有附加谐波电平之和称为总谐



谐波失真是指输出信号比输入信号多出的谐波成分,谐波失真是系统不是完全线性造成的。所有附加谐波电平之和称为总谐波失真。电路不可避免的振荡或其他谐振产生的二次,三次谐波与实际输入信号叠加,在输出端输出的信号就不单纯是与输入信号完全相同的成分,而是包括了谐波成分的信号,这些多余出来的谐波成分与实际输入信号的对比,用百分比来表示就称为总谐波失真。


总谐波失真与频率有关。一般说来,1000Hz频率处的总谐波失真最小,因此不少产品均以该频率的失真作为它的指标。但有些更严格的厂家也提供20-20000赫兹范围内的总谐波失真数据。总谐波失真在1%以下一般耳朵分辨不出来,超过10%就可以明显听出失真的成分。一般产品的总谐波失真都小于1%@1kHz,总谐波失真的数值越小,音色就更加纯净,表明产品的品质越高。


分类

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由于测量失真度的现行方法是单一的正弦波,不能反映出放大器的全貌。实际的音乐信号是各种速率不同的复合波,其中包括速率转换、瞬态响应等动态指标。故高质量的放大器有时还注明互调失真、瞬态失真、瞬态互调失真等参数。


(1)互调失真(IMD):将互调失真仪输出的125Hz与lkHz的简谐信号合成波,按4:1的幅值输入到被测量的放大器中,从额定负载上测出互调失真系数。


(2)瞬态失真(TIM):将方波信号输入到放大器后,其输出波形包络的保持能力来表达。如放大器的转换速率不够,则方波信号即会产生变形,而产生瞬态失真。主要反映在快速的音乐突变信号中,如打击乐器、钢琴、木琴等,如瞬态失真大,则清脆的乐音将变得含混不清。


(3)瞬态互调失真:将3.15kHz的方波信号与15kHz的正弦波信号按峰值振幅比4:1混合,经放大器后,新增加全部互调失真的产物有效值与原来正弦振幅的百分比。如放大器采用深度大回环负反馈,瞬态互调失真一般较大,具体反映出声音呆滞、生硬、无临场感;反之,则声音圆滑、细腻、自然。


计算

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谐波失真可以用功率比或百分比来表示。

把谐波失真表示为功率比形式,可以用下面的公式:

  其中PHD是谐波失真的功率,单位是dBc;Pfund是基频信号的功率,单位是dB或dBm;Pharm是感兴趣谐波的功率,单位是dB或dBm。

将功率转换到电压,就可以用百分比表示谐波失真:

在某些应用中,谐波失真用总谐波失真百分比(THD)来度量。这个度量包括整个频带中各次谐波的功率之和,可以用下述方程定义:



应用

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早在三十年代,F.H.Brittain的扬声器评价十一项测试项目中就有谐波失真,五十年代L.L.Brenek提出的扬声器最重要的特性八项中有它,而今各电声测试系统。从几十万人民币的B&K系统到几千元人民币的国产测试系统都把它做为重要的测量对象。可见谐波失真对电声界一直是个非常重要的参数。


总谐波失真与频率有关,因此美国联邦贸易委员会于1974年规定,总谐波失真必须在20~20000Hz的全音频范围内测出,而且放大器的最大功率必须在负载为8欧扬声器、总谐波失真小于1%条件下测定。国际电工委员会规定的总谐波失真的最低要求为:前级放大器为0.5%,合并放大器小于等于0.7%,但实际上都可做到0.1%以下:FM立体声调谐器小于等于1.5%,实际上可做到0.5%以下;激光唱机更可做到0.01%以下。


一些产品说明书的总谐波失真表示为THD<0.5%,1W,这样看来总谐波失真较小,但只是在输出功率为1W的总谐波失真,这与标准要求的测量条件下得到的总谐波失真是不同的。因此,评价产品的总谐波失真指标时应注明是在什么条件下测得的。

来源:广播科技


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“声学楼”创办于2005年,致力于促进声学领域技术交流与应用。历经多年发展,声学楼已从一个单纯声学工程师交流平台,成长为音频企业上下游多方参与音频技术专业论坛之一,每年还通过举办技术研讨会、年会等活动,搭建起与会的行业供需双方沟通的桥梁。
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