总谐波失真

　　术语解释

　　总谐波失真表明功放工作时，由于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。一般来说，总谐波失真在1000赫兹附近最小，所以大部分功放表明总谐波失真是用1000赫兹信号做测试，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。这个总谐波失真的数值越小，音色就更加纯净。一般产品的总谐波失真都小于1%@1kHz，但这个数值越小，表明产品的品质越高。

　　计算公式

　　关于THD的计算公式，不同标准的定义略有不同。

　　公式一

　　《GBT--17626.7-2008电磁兼容 试验和测量技术 供电系统及所连设备谐波、谐间波的测量和测量仪器导则》中，对THD的定义如下：

　　符号G表示谐波分量的有效值，它将按要求在表示电流时被I代替，在表示电压时被U代替，H的值在与限制有关的每一个标准中给出。按照上述定义，THD不包含间谐波，并且，有一固定的谐波上限。

　　公式二

　　《GB/T12668.2-2002调速电气传动系统 一般要求 低压交流变频电气传动系统额定值的规定》对THD定义如下：

　　上式中，Q为总有效值，Q1为基波有效值，可代表电压或电流，按照上述定义，THD包含间谐波和直流分量。

　　解析

　　原因

　　在解释总谐波失真之前，我们先来了解一下何为谐波失真。谐波失真是指音箱在工作过程中，由于会产生谐振现象而导致音箱重放声音时出现失真。尽管音箱中只有基频信号才是声音的原始信号，但由于不可避免地会出现谐振现象（在原始声波的基础上生成二次、三次甚至多次谐波），这样在声音信号中不再只有基频信号，而是还包括由谐波及其倍频成分，这些倍频信号将导致音箱放音时产生失真。对于普通音箱允许一定谐波信号成分存在，但必须是以对声音基频信号输出不产生大的影响为前提条件。而总谐波失真是指用信号源输入时，输出信号（谐波及其倍频成分）比输入信号多出的额外谐波成分，通常用百分数来表示。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。所以测试总谐波失真时，是发出1000Hz的声音来检测，这一个值越小越好。

　　备注

　　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MP3的总谐波失真指标时应注明是在什么条件下测得的。THD（total harmonic distortion，总谐波失真）：是声音设备产生的（通常是不受欢迎的）谐波的水平。一般来说，高质量设备的THD值很低（低于0.002%），但也有例外。很多电子管设备的THD非常高，但晶体管设备必须具有较低的THD，因为它们多余的谐波会使声音听起来很不舒服。

　　分类谐波失真指音频信号源通过功率放大器时，由于非线性元件所引起的输出信号比输入信号多出的额外谐波成分。谐波失真是由于系统不是完全线性造成的，我们用新增加总谐波成份的均方根与原来信号有效值的百分比来表示。例如，一个放大器在输出10V的1000Hz时又加上1v的2000Hz，这时就有10%的二次谐波失真。所有附加谐波电平之和称为总谐波失真。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。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。（l）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。