1、總諧波失真百科名片  總諧波失真總諧波失真是指用信號源輸入時，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，它通常用百分?jǐn)?shù)來表示。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)，必須在20-20000Hz的全音頻范圍內(nèi)測出。目錄簡介解析分類從放大器失真談總諧波失真THD的其它定義展開編輯本段簡介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  總諧波失真與噪聲測試諧波與實際輸入信號疊加，在輸出端輸出

2、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2020000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，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11kHz，但這個數(shù)值越小，表明產(chǎn)品的品質(zhì)越高。編輯本段解析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

3、產(chǎn)生諧振現(xiàn)象而導(dǎo)致音箱重放  總諧波失真聲音時出現(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

4、諧波失真時，是發(fā)出1000Hz的聲音來檢測，這一個值越小越好。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。編輯

5、本段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  總諧波失真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 Lv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2020000Hz的全音頻范圍內(nèi)測出，而且放大器的最大功

6、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

7、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。編輯本段從放大器失真談總諧波失真失真分為兩類：1，線性失真。

8、2，非線性失真。線性失真先討論線性失真：從信號與系統(tǒng)的角度來考慮，所謂無失真?zhèn)鬏敚ㄟ^數(shù)學(xué)推導(dǎo)（有興趣可以參考信號與系統(tǒng)教材）可以得到兩個條件：1，系統(tǒng)對幅度譜的作用僅為加權(quán)作用。2，系統(tǒng)對相位譜的延遲與頻率成正比，既滿足常數(shù)群時延特性。這兩個結(jié)論是基于傅立葉分析的基本理論而得到的。如果它晦澀難懂，那么說簡單一點，大家看到的撥特圖（撥特圖包括幅度譜和相位譜兩部分），如果在其通頻帶范圍內(nèi)，幅度譜和相位譜都是一直線，那這個系統(tǒng)（放大器就是一個電系統(tǒng)）就滿足無失真?zhèn)鬏敗，F(xiàn)實中，無失真?zhèn)鬏攦H僅限于兩類系統(tǒng)，1，電阻網(wǎng)絡(luò)。2，匹配的高頻傳輸線。而所有的放大器，在理論上都不可能成為無失真?zhèn)鬏斚到y(tǒng)。放大器，

9、如果忽略低頻截止頻率的影響（因為高頻截止頻率往往遠(yuǎn)遠(yuǎn)低頻截止頻率）為一低通濾波器。如果不忽略低頻截止頻率影響（因為低頻對音頻來說很重要），則為一帶通濾波器。由于晶體管為一電阻電容的混合參數(shù)所構(gòu)成的器件（如各種形式參數(shù)模型所反應(yīng)），由于電容的容抗中含有頻率參數(shù)，不同的頻率對應(yīng)于不同的容抗，所以放大器不可能做到對其通頻帶內(nèi)的所有信號放大倍數(shù)為常數(shù)。這樣，也就不滿足本段開始所述的條件1。而且電容的電壓和電流并非同相位，所以不同的頻率就對應(yīng)著不同的相移，就不能滿足條件2。不滿足條件1的失真，我們稱做幅度失真（幅頻失真），不滿足條件2的失真，我們稱為相位失真（相頻失真）。根據(jù)傅立葉分析的基本理論，任何一

10、周期信號都可以分解為其直流分量，基波分量和個次諧波分量的加權(quán)。所謂諧波，就是頻率為基波整數(shù)倍的余弦信號。若為基波的N倍，即稱為N次諧波。可見，如果一個系統(tǒng)對不同頻率分量的放大倍數(shù)不同，那么對不同的諧波分量將有不同的放大倍數(shù)。當(dāng)一個信號通過系統(tǒng)之后，各諧波分量的幅度發(fā)生了改變，加權(quán)后將不能真實反應(yīng)原信號。這樣產(chǎn)生的失真，既為幅度失真。再者，從相位的角度來考慮，如果原信號的各次諧波通過這個系統(tǒng)，產(chǎn)生了不同的相移（表現(xiàn)在時域既為不同的延遲），則系統(tǒng)輸出的各次諧波加權(quán)之后，也不能真實反應(yīng)原信號，這樣產(chǎn)生的失真，既為相位失真。這兩種失真，僅僅是各次諧波的幅度、相位產(chǎn)生了變化，但系統(tǒng)并沒有產(chǎn)生新的諧波頻率

11、，所以稱為線性失真。降低線性失真的方法，可以展寬放大器的通頻帶，使其在工作頻率內(nèi)（如音頻為20HZ-20KHZ）近似滿足無失真?zhèn)鬏敆l件。但是，受晶體管特性影響（如截止頻率Ft）無限制展寬通頻帶是不可能的，而且在展寬通頻帶的同時，會帶來其它弊端，尤其是會引入噪聲。如熱噪等，其都和頻帶寬度相關(guān)。前人實驗表明，人耳對相頻失真表現(xiàn)得不敏感，但人眼對相頻特性及其敏感，所以不同的放大器，頻帶寬度視要求而定。非線性失真我們所常使用的各類晶體管等效模型，稱為小信號模型。因為當(dāng)信號幅度非常小的時候，忽略了非線性因素的影響，將其進行線性等效。以上所討論的線性失真，皆為在這種等效前提下的討論。但事實上，無論的PN節(jié)

12、（BJT晶體管）的E指數(shù)特性，還是場效應(yīng)管（FET）的平方率特性，都是非線性的。如果考慮這種非線性對放大器的影響，則就有了非線性失真這個概念。非線性失真的種類繁多，但其本質(zhì)都是由器件非線性影響所至。一般常有的度量標(biāo)準(zhǔn)，有總諧波失真，交叉調(diào)制失真，互相調(diào)制失真，順態(tài)互調(diào)失真等等。非線性失真的本質(zhì)，就是產(chǎn)生的新的頻率分量。總諧波失真（THD）：這也是在放大器中提的最多的一種失真。其定義方式為輸入單一頻率的余弦信號，輸出的各次諧波總有效值和基波功率有效值之比的平方跟。THD的大小是功率放大器非常重要的指標(biāo)，所謂高保真功率放大器，諧波失真在一般都在1%以內(nèi)。一般而言，輸出功率越大，THD要做得好就越不

13、容易。所以耳機放大器的諧波失真，看起來都是相當(dāng)?shù)偷模漭敵龉β市∫彩且欢ǖ脑颉＝档涂傊C波失真的方法，一般都是使用負(fù)反饋。反饋深度為1+AF，則加入負(fù)反饋之后失真就降為開環(huán)條件下的1/1+AF。負(fù)反饋是降低非線性失真行之有效的方法，也是模擬電子線路的精華之一，但是負(fù)反饋也并不是萬精油，會帶來犧牲系統(tǒng)增益，降低系統(tǒng)穩(wěn)定性等總總弊端，也會引起其它的非線性失真（例如順態(tài)互調(diào)失真就別認(rèn)為于深度負(fù)反饋息息相關(guān)）。交叉調(diào)制失真、互相調(diào)制失真：首先，要理解調(diào)制這個概念。這個概念來自于高頻電子線路（又言射頻電路，通信電路）。當(dāng)需要發(fā)射一信號時，由于低頻電磁波不利于傳輸，則要將需要發(fā)射的信號（稱為調(diào)制信號）加載

14、到一高頻信號（稱為載波信號）上進行發(fā)射，這一過程稱為調(diào)制過程。普通的AM調(diào)制（幅度調(diào)制）就是用低頻信號控制高頻信號包絡(luò)的變化，在信號接收端利用包絡(luò)檢波器或者同步檢波器還原原低頻信號。AM調(diào)制有包括DSB，SSB，VSB等，與此主題無關(guān)，不在此詳述（有興趣可參考高頻電子線路，非線性電子線路等相關(guān)書籍）。那么，這種調(diào)制的概念，和我們的放大器有什么關(guān)系呢？在高頻中，AM調(diào)制的實現(xiàn)，是由非器件的非線性特性來實現(xiàn)的，實現(xiàn)了輸入信號的相乘，由三角公式取出其和頻或者差頻。低頻電子線路，器件依然存在著非線性特性。如果講某一靜態(tài)工作點下的非線性傳輸特性由泰勒展開進行逼近，則其包含了一次方項，二次方項，以至于無窮

15、的各次方項。次數(shù)越高則其值越小，高次方項可以忽略，但低次方項的影響卻不能忽略。一個音頻信號，由傅立葉分析，可以分解為各次諧波之加權(quán)。當(dāng)這樣一個信號加入到一個非線形器件上，由該靜態(tài)點轉(zhuǎn)移特性曲線的泰勒展開式中大于2次方項就可以得到諧波的和頻和差頻。這種情況就和高頻中的調(diào)制的概念相吻合。所以低頻放大器中，也存在著調(diào)制失真。而交叉調(diào)制失真，互相調(diào)制失真的概念，要解釋清楚需要非常詳盡的數(shù)學(xué)運算，在此不在詳述，如果有良好的數(shù)學(xué)功底和電路功底，可以閱讀一下高頻電子線路教材。無論如何，我們知道了互調(diào)失真和交調(diào)失真都是由放大器的非線性產(chǎn)生，而且產(chǎn)生這種失真的條件是有至少兩個頻率分量加載到了輸入端。所以，總諧波

16、失真的測試方法，無法得到放大器的交調(diào)失真和互調(diào)失真。我們知道，一般運放開環(huán)增益非常大，當(dāng)加入負(fù)反饋之后，由于反饋深度1+AF非常大，所以THD就非常小。但現(xiàn)實的音樂信號，不是這樣單頻率信號，而是由各種頻率疊加的信號。運放本身的線性特性并不非常良好，所以加入音樂信號后，容易產(chǎn)生交調(diào)失真現(xiàn)象。在使用運放設(shè)計放大器的時候，就需要揚長避短。但由于IC的先天優(yōu)勢，在指標(biāo)上，分立元件還是很難和它想媲美的，光管子的配對問題就是首要難的問題了。要減少交調(diào)失真，就必須從放大器本身的線性特性入手，例如選取合理的靜態(tài)工作點等。一個放大器本身的線性好了，就不存在這些問題了（這句話是我當(dāng)初和我的班主任（一位資深工程師）

17、討論放大器交調(diào)失真時他告訴我的）。順態(tài)互調(diào)失真：我看到過對這種失真的解釋，一般如下。當(dāng)放大器本身存在積分效應(yīng)，輸出延遲于輸入，那么大環(huán)負(fù)反饋信號到達(dá)輸入端時，并不能于輸入信號完全同步。在大動態(tài)的情況下輸入端晶體管就出現(xiàn)瞬間的過載，差分對進入非線形區(qū)域，輸出不能反應(yīng)輸入變化。從而形成了削波失真。眾所周知，不加局部負(fù)反饋的差分對其線性區(qū)域只有52MV的差模輸入范圍。當(dāng)大動態(tài)信號來臨時，由于放大器回路的延遲，反饋信號不能即使到達(dá)輸入端，這時差分對就產(chǎn)生瞬時過載，這種失真會影響音質(zhì)。運放的輸入端一般都是動態(tài)差模輸入范圍很小的差分對，如果運放的轉(zhuǎn)換速率不夠高，則容易出現(xiàn)順態(tài)互調(diào)失真。同時，瞬態(tài)互調(diào)失真不單出現(xiàn)在輸入級，不但存在于差分對管中，只是差分輸入對是產(chǎn)生這種失真的典型。我一直在想它為什么要取名叫順態(tài)互調(diào)失真，順態(tài)很容易解釋，但互調(diào)是指什么，這種失真和互相調(diào)制之間有什么關(guān)系。目前我的理解，根據(jù)模擬乘法器電路的特性，當(dāng)其一輸入信號動態(tài)范圍非常大時，這種線形時變狀態(tài)可以實現(xiàn)信號調(diào)制。那么差分對和它也有一定相似之處，是否意指某一個大信號控制著輸入端差分對進入或退出非線形區(qū)域，這樣就是典型的線性時變參量電路，這樣就類似