[分析测量] 非线性失真之总谐波失真(THD)测试

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发表于 2019-2-10 21:09 | 显示全部楼层
非线性失真之总谐波失真(THD)测试

什么是非线性失真之总谐波失真,呵呵,光解释这个名词就得发挥打破砂锅问到底的精神。


首先什么是失真?简单地说如果一个信号通过一个系统后,其形状发生 了改变,那么这个信号就失真了。失真又可分为线性失真和非线性失真。


那么什么是线性失真?简单地说如果一个信号通过一个系统后,没有新的频率产生,那么就是线性失真。线性失真可由系统的幅频响应的非平坦性引起,也可由系统相频响应的非线性引起。


那么什么是非线性失真?简单地说如果一个信号通过一个系统后,有新的频率产生,那么就是非线性失真。非线性失真可分为谐波失真和非谐波失真。


那么什么是谐波失真?简单地说如果一个信号通过一个系统后,新产生的频率为原信号频率的整数倍,也就是说原信号频率为基波,新产生的频率为其谐波,那么这部分失真就是谐波失真。


那么什么是非谐波失真?简单地说如果一个信号通过一个系统后,新产生的频率与原信号频率不具备整数倍关系,也就是说不具备谐波与基波的关系,那么这部分失真就是非谐波失真。


这里将介绍与谐波失真相关的参数测量,包括THD、THD+N、SINAD、SNR、ENOB、NL、SFDR,其它的失真测量将另文描述。总谐波失真(Total Harmonic Distortion) 测试在很多领域都有用到,例如音响、供电和振动等, 其中音响业对失真测量的准确度要求最高。

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发表于 2019-2-10 21:25 | 显示全部楼层
失真(THD)测试仅仅限于标准测试波形

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 楼主| 发表于 2019-2-10 21:51 | 显示全部楼层
是的,THD采用的是标准正弦波作为测试信号,这一点在强调“听感”的烧友界常常被诟病说音乐从来都不是单一的频率,所以才有了后面的双频或多频IMD测试,以及其他一些引入了心理声学(Psychoacoustics)的最新研究成果的测试参数,例如:听感加权THD,GedLee Metric,和可以用音乐等宽带信号做测试信号的非相干失真(Non-Coherent Distortion),这个在后面会有介绍。

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发表于 2019-2-10 22:02 | 显示全部楼层
这些失真均属静态指标,静态指标很好的系统不见得音质就好,但如果静态指标不好的,音质一定也不好。
尤其是功放,更重要的是动态指标,目前大部分的功放主要是动态指标不够好。
相比较而言,甲类功放是比较好的,像1969那么老旧的电路不可能有很好的静态指标,但他的动态指标比较
好,还能有一定的音质,还有就是输出功率几百瓦的重量级功放,也具有较好的动态指标,这是因为它的电源
功率较大,当小功率播放时电压跌落较小,于是:不管你把输出功率做多大,家用播放时也都只是需要很小的
输出功率,实际上:你只需要一个很大的电源变压器,并不需要那么多的并管,降低电源电压,做一个实际功
率较小的功放(比如几十瓦),效果比几百瓦更好。
动态指标好的功放具有很强的推力。几十是几十瓦的小功放,其推力可能比几百瓦的更强。

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发表于 2019-2-10 22:09 | 显示全部楼层
ACDC2017 发表于 2019-2-10 22:02
这些失真均属静态指标,静态指标很好的系统不见得音质就好,但如果静态指标不好的,音质一定也不好。
尤其 ...

我想知道静态(也就是没有信号输入的状态),

是如何有失真的?输入都没有,何来输出的失真?

没有输出信号,又是通过什么能测试到失真的?

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发表于 2019-2-10 22:14 | 显示全部楼层
担凳仔听课  最好配个图吖

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发表于 2019-2-10 22:23 | 显示全部楼层
yeeypc 发表于 2019-2-10 22:09
我想知道静态(也就是没有信号输入的状态),

是如何有失真的?输入都没有,何来输出的失真?

给放大器输入一个单频等幅信号来测量谐波失真,就是静态指标,含有包络的(音乐信号)就是动态信号。

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发表于 2019-2-10 22:29 | 显示全部楼层
对失真测试而言,音乐波是严重失真的。
功放设计都是针对正玄波的,而不是音乐,所以对音乐波形放大要求不高,只要能对频率波形放大就可以了,也就是音频,至于波形失真已经不重要。

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发表于 2019-2-10 23:08 | 显示全部楼层
开发失真仪的公司有课题啦。   

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发表于 2019-2-10 23:24 | 显示全部楼层
本帖最后由 mxwmke1 于 2019-2-10 23:25 编辑
ACDC2017 发表于 2019-2-10 22:02
这些失真均属静态指标,静态指标很好的系统不见得音质就好,但如果静态指标不好的,音质一定也不好。
尤其 ...

这些失真均属静态指标,静态指标很好的系统不见得音质就好,但如果静态指标不好的,音质一定也不好。
尤其是功放,更重要的是动态指标,目前大部分的功放主要是动态指标不够好。
相比较而言,甲类功放是比较好的,像1969那么老旧的电路不可能有很好的静态指标,但他的动态指标比较
好,还能有一定的音质,还有就是输出功率几百瓦的重量级功放,也具有较好的动态指标,这是因为它的电源
功率较大,当小功率播放时电压跌落较小,于是:不管你把输出功率做多大,家用播放时也都只是需要很小的
输出功率,实际上:你只需要一个很大的电源变压器,并不需要那么多的并管,降低电源电压,做一个实际功
率较小的功放(比如几十瓦),效果比几百瓦更好。
动态指标好的功放具有很强的推力。几十是几十瓦的小功放,其推力可能比几百瓦的更强。

有待商榷的问题:
1,动态与静态指标如何区分?各自如何测量?
2,虽然在家用时使用功率并不太大,功放应该有足够的储备功率以满足大动态时的需求。
3,并管是为取得更好的控制力,只靠一个很大的电源变压器显然不够。
4,功放的设计应满足应用场合。
另外,一向追求新技术的你,好象认识到甲类功放的优点。

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发表于 2019-2-10 23:55 | 显示全部楼层
这些百度上的知识没什么用。

非线性失真是指晶体管的放大非线性,上世纪80年代设计师已经解决。

交越失真问题,已经彻底解决。

线性失真在设计上可以避免。

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发表于 2019-2-11 01:04 | 显示全部楼层
ACDC2017 发表于 2019-2-10 22:02
这些失真均属静态指标,静态指标很好的系统不见得音质就好,但如果静态指标不好的,音质一定也不好。
尤其 ...

“静态指标很好的系统不见得音质就好,但如果静态指标不好的,音质一定也不好。”

请问这里的“好”与“不好”应该如何量化?0.1%算好还是不好?还是0.001%这样的,才能算是好?
胆机很多失真轻松超过>1%,可就是有一堆人非胆不听,那它的静态指标算是“好”,还是算“不好”?
有的人认为>0.1%的全是垃圾,但又有的人认为>10%的,才是垃圾,该如何达成共识?

我比较好奇“动态指标”应该怎么测量?

我有个设想,是否可以通过播放固定某一段音乐几秒钟,然后把这段时间的功放输出经过高质量声卡录进电脑,再通过FFT对比源文件的FFT?
这样2者的FFT频谱越接近,是否可以理解为“动态指标”更好?

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发表于 2019-2-11 08:50 | 显示全部楼层
ACDC2017 发表于 2019-2-10 22:23
给放大器输入一个单频等幅信号来测量谐波失真,就是静态指标,含有包络的(音乐信号)就是动态信号。

你测静态电流时会给功放一个音频等幅信号?别用自己的想法去解释定义!

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发表于 2019-2-11 15:34 | 显示全部楼层
无语密码 发表于 2019-2-10 22:29
对失真测试而言,音乐波是严重失真的。
功放设计都是针对正玄波的,而不是音乐,所以对音乐波形放大要求不 ...

为什么用正弦波测试-------任何波形,都是各种正弦波的合成
为什么用1k的正弦波-------1)人耳对1k频率最敏感;2)人声最集中区域是330-3k (或300-3k)之间,330的三倍是1k,1k的三倍是3k,1k刚好是中值

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发表于 2019-2-11 15:36 | 显示全部楼层
     为什么那么多人抬杠?抬杠人家,自己又没有好东西让我们学习。我常常抱怨没有好文章,没有突破性的理论,争赢也没有意思。
   我觉得“ACDC2017”的理论很有建设性。并且愿意把自己的知识公布给大家学习。理应得到称赞。

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本帖最后由 大神1981 于 2019-2-11 15:42 编辑
ACDC2017 发表于 2019-2-10 22:02
这些失真均属静态指标,静态指标很好的系统不见得音质就好,但如果静态指标不好的,音质一定也不好。
尤其 ...


不懂装懂。
THD 是功放。甚至音频的参考数据 。任何一个厂家的,任何一个音频器材。必须 标注 THD 数字 。

THD 并不代表等级。但没有 THD 数据 的一定为山寨产品。并且 THD 必须 是测试曲线。而不是单一数字 。随便标个数字 的商家。可以称为骗子。

THD 并不是固定数值。一般用线条表示 。如果在不方便用线条表示 的产品中。比如不能完全画出曲线的某些小商品,比如耳机。则用THD 加频率,加功率标识 。

如果是网上介绍 产品。则一般会提供曲线图。只写数字 的。可以直接理解 为骗子。

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发表于 2019-2-11 15:45 | 显示全部楼层
ACDC2017 发表于 2019-2-10 22:02
这些失真均属静态指标,静态指标很好的系统不见得音质就好,但如果静态指标不好的,音质一定也不好。
尤其 ...

1)始终不明白什么是推力
2)音乐输出,功率不大,但电压不低,故,同等功率变压器下,会有两种设计方案:一种是高电压,如用到35+35伏变压系,以日系多,听起来觉得功率大,但实测正弦波只有50w,一种是低电压,如用27+27v变压器,从欧系多,听起来功率低些,但实测正弦波有70w,说明书好看

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发表于 2019-2-11 15:52 | 显示全部楼层
简单就一句话:输入一个一定频率(如1k)的纯正弦波下,在输出率滤去(或叫减去)这个频率(1k)的正弦波,净下就是失真(THD+N)

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音响的一个失真指标被忽略了,他就是:瞬态互调失真

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看了各位大师的高见后,我觉得楼主没什么心情写下去了
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