听力小百科第55讲——失真

又称“畸变”，指信号在传输过程中与原有信号或标准相比发生偏差，输出信号与输入信号波形不一致的现象。

失真一般出现在放大器中，理想的放大器无论应对变化极快的信号还是变化极慢的信号都应该能作出很好的响应。评价一个放大电路的优劣, 应从它的稳态特性和瞬态特性两方面进行考量，进而将失真分为稳态失真和瞬态失真。

从放大电路的稳态特性出发，可以将稳态失真分为线性失真和非线性失真。

线性失真指输入信号通过系统时,不同频率分量受到不同程度的放大和衰减，各频率分量之间不能保持固定的关系,从而导致信号波形发生变化。一般而言, 线性失真与输人信号的电平无关, 同时在输出信号中也不出现输入信号中本没有的新的频率成分。

线性失真的特点：输出信号与输入信号的频率成分相同，输入信号是正弦波，无论放大器对它的增益和相移是多少，输出仍然是正弦波。

线性失真包括幅度失真和相位失真。

幅度失真指放大器对不同频率的信号增益不同而产生的失真。如果高频增益过大,声音会显得尖锐不柔和,若低频增益过大,声音会显得低沉混浊。

如图1，左侧为信号放大前，右侧为信号放大后。输入信号由基波和二次谐波组成，如果基波的放大倍数较大，而二次谐波的放大倍数较小，则输出电压中振幅的比例与放大前不同，从而产生失真。

相位失真指的是放大器对不同频率的信号相移不同而产生的失真。

如图2，输入信号由基波和二次谐波组成，如果放大后的二次谐波相位滞后了一个相角，则输出电压波形产生变形，发生失真。

指在稳态时输出信号中产生了输入信号所不包含的频率成分。非线性失真是由于系统中存在着非线性器件所致, 如晶体管及电子管的非线性电流——电压特性, 铁磁体和铁电体等换能器的非线性效应以及检波器、鉴频器等。

特点：输入正弦信号，输出将变成由基波和一系列谐波组成的非正弦信号。

非线性失真大致可分为:谐波失真、互调失真、交叉调制失真、削波失真。常见的有谐波失真和互调失真，通常系统的非线性失真用谐波失真和互调失真来度量。

输入一个单频的正弦波信号，经放大电路放大后,由于电路中非线性器件的存在,在输出电压中产生了基波以外的多次谐波成分,这种因新产生的多次谐波引起的失真称为谐波失真。输出信号中除f频率成分外,还有2f成份(二次谐波)、3f成份(三次谐波)…nf成份(n次谐波 )，这些谐波成份称为失真产物。

任意多个信号频率混合输入后，经放大电路放大，由于放大器中非线性器件的存在，在输出电压中新产生了各信号频率间差拍出来的和频和差频。比如输入两个音调fl、f2,输出信号除f1外还将包括2fl, 3f1, 2f2, 3f2，f2-f1, fl+f2, 2f2-f1, 2f1-f2等，即失真产物来自所有输入成分的调制。

瞬态失真：若输入信号的频率成分或时间特性对系统的传输函数有影响的话，它所产生的失真称瞬态失真。瞬态响应失真，瞬态互调失真等皆属于此范畴。

助听器失真包括谐波失真与互调失真，以谐波失真为主。所有谐波成分能量与总能量之比的平方根乘以百分之百，称为总谐波失真，其是衡量助听器音质的重要指标。由于谐波成分的主要能量集中在二次谐波和三次谐波上,因此常以二次谐波和三次谐波所产生的失真之和代替总谐波失真。

总谐波失真可以dB表示或以百分比表示：

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[4]Harvey Dillon.Hearing Aids.[M]Boomerang Press,2012.

[5]吴优,张婧颖,孟子厚.[C]谐波失真的听感悦耳度评价与分析.中国声学学会会议论文集