失真度
三次谐波与失真度
[编辑本段]谐波失真简介谐波失真（THD）指原有频率的各种倍频的有害干扰。
放大1kHZ的频率信号时会产生2kHZ的2次谐波和3kHZ及许多更高次的谐波，理论上此数值越小，失真度越低。
由于放大器不够理想，输出的信号除了包含放大了的输入成分之外，还新添了一些原信号的2倍、3倍、4倍……甚至更高倍的频率成分（谐波），致使输出波形走样。
这种因谐波引起的失真叫做谐波失真。
[编辑本段]谐波失真解析总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Lv的2000Hz，这时就有1 0％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，10 00Hz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。
失真度基础知识
(1-3-2)
UN------第n次谐波电压的幅度。
2.交流电压的平均值
U av
1 T
T 0
u(t)dt
(1-3-3)
式中，T------周期函数的周期。
对于正弦信号电压，因信号有相反正、负半
周，其平均值实际上为零。但在平均值响应的电
压表中，正弦波的平均值是取全波整流后的平均
n 1
U12
1
U
2 n
n 1
Kx
U
2 n
U
2 n
n 1
n2
U
2 n
n 1
Kx
1
K
2 x
（1-2-2）
U12
同理，将（1-2-1）式分子分母同除以 ，便 有
Kx
U
2 n
/
U12
n2
U
2 n
/
U12
n 1
K
U12
U
2 n
n2
U12
K 1 K2
（1-2-3）
所以，基波抑制法测得的失真度Kx要比定
U
[ 1
2
2π 0
U
2 m
sin 2 tdt]1/ 2
[U
2 m
2
2π 0
1 2
(1 cos2
t)dt]1/ 2
U m / 2 0.707U m
对于非正弦周期性信号，可按傅里叶级数将
其分解为一系列幅度和相位不同的各次谐波的组
合，将它们代入公式（1-3-1）中化简后得：
U =（U12 + U22+…+ Un2）1/2 式中：U1------基波电压的幅度；
失真度不确定度分析
失真度不确定度分析摘要：本文主要讨论失真度原理、方法及不确定度评定。
关键词：合成不确定度；扩展不确定度；失真度1建立标准的目的、组成和测量原理在电子技术中，除广泛应用正弦信号外，还大量应用各种非正弦信号，如话音信号、音乐信号、图像信号、电报信号、雷达信号以及数据传输信号等。
无论在信号的产生或信号的传输过程中，由于设备性能的缺陷和环境干扰，都会出现偏离理想情况而出现或大或小的失真。
例如，一个正弦信号发生器不可能产生一个理想的纯正弦信号，其输出波形存在一定程度的畸变；一个纯正信号通过一个四端网络（如放大器）后，其波形也将产生失真。
因此为了分析信号特性，检查及改善信号传送设备的性能，都需要研究和测量信号失真。
失真度测量仪检定装置由DSJ-90A,BO-13B,DS-1C等型号的低失真度测量仪检定装置组成。
该装置依据《失真度测量仪检定装置》（JJG 251-97）进行量值传递。
如图1所示。
图1被检失真度测量仪低失真度测量仪检定装置2．失真度测量不确定度的评定：（1％，1kHz）为例2.1输出量失真度测试仪失真误差校准（检定）是用DS-1C程控失真度检定装置定标值D和失真度测试仪的测量值Y进行比较测量。
2.2数学模型根据上述输出量的产生过程可知输出量Y与输入量D相等，数学模型为：Y=D。
2.3不确定度来源2.3.1标准失真信号的准确度引入测量不确定度2.3.2重复性引入的不确定度2.4标准不确定度的评定2.4.1标准失真信号的准确度引入测量不确定度查失真度检定装置说明书，其在1年有效期内的最大允许误差指标：，视其为均匀分布, 取 ,则:自由度γ=∞；12.4.2 测量重复性引入的不确定度分量全自动数字低失真测量仪为测试仪器，连续连接测量6次数据为表4所示。
根据以下公式计算，自由度=5。
3各不确定度分量来源及评定见表5.表52.5 合成标准不确定度因上述各不确定度分量之间不相关，是各自独立的，故： = =0.002％2.6 扩展不确定度取置信概率P=95%，包含因子k=2，所以扩展不确定度为：U=2u=0.004％c。
失真度
失真度是用一个未经放大器放大前的信号与经过放大器放大后的信号作比较，被放大过的信号与原信号之比 的差别，我们称之为失真度。其单位为百分比。
音箱的失真度定义与放大器的失真度基本相同，不同的是放大器输入的是电信号，输出的还是电信号，而音 箱输入的是电信号，输出的则是声波信号。所以音箱的失真度是指电声信号转换的失真。声波的失真允许范围是 10%内，一般人耳对5%以内的失真不敏感。
EIDC在多媒体音箱中应用框图
框图中输入、前级放大电路、音量调节、后级功放电路、扬声器是常规多媒体音箱的主要工作组成部分。而 EIDC系统增加了MCU智能处理器、失真度及波型检测电路、调节操作界面，并把普通模拟的音量调节更改为数字 音量电位器IC。失真度及波型检测电路从功率放大器的末级输出进行采样，将失真度信号转换成脉冲宽度信号， 供MCU采集计算。MCU的控制主程序采用优化算法，判断失真度是否超限，并做出修正指令，通过I2C总线控制电 子音量集成块，以达到控制放大器整体增益的目的。
谐波分析法可以根据不同频段选用测量设备，在低频段可选用波形分析仪或选频电压表，在高频段可采用测 量接收机或频谱分析仪，因此，这种方法可以实现宽频范围内的失真度测量 。
但这种方法操作计算复杂，所以在低频段一般不采用此种方法测量失真度。另外用谐波分析法测量失真度的 下限受测量设备自身的失真度及动态范围的限制，如采用测量接收机，一般测量的最小失真度在0.1%左右；采用 动态范围为80dB的频谱分析仪一般可测到0.01%左右。
EIDC通过对放大器增益的智能控制，实现了对各种音源的高、低电平输入的兼容，保证了声音的低失真，并 避免产品系统的损坏。
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基波抑制法是一种间接测量法，无法直接测量出失真定义值。在这里，应着重强调的是：由于基波抑制法不 能单独测量出基波电压的有效值。所以，其失真度定义值公式也就不能够直接应用于失真示值结果的误差处理过 程中。换句话说，采用基波抑制原理测量失真不能够直接测出失真定义值。基波抑制法实际上是一种间接测量法， 但直接刻度成失真度Kx值，它和谐波分析法相比，具有结构简单，操作方便，不需要计算便可直接读出10%以下 失真度值（电压表直接按失真度刻度）等特点，因而在低频频段得到了广泛的应用，失真度测量仪就是根据这一 测量原理而设计制造的。
声品质评价指标
声品质评价指标声品质评价指标是对声音的质量进行评估和判断的标准和指标体系。
声品质是指声音的纯净度、清晰度、音色等特征，是衡量声音好坏的重要指标。
声品质评价指标的确立和应用，对于音频设备的设计和制造、音频编码和解码算法的优化、音频传输和存储技术的发展具有重要意义。
一、频率响应频率响应是指声音在不同频率下的强弱变化。
频率响应的平坦度越好，声音的质量越高。
频率响应的评价指标包括高频衰减、低频下降等参数。
高频衰减越小，低频下降越小，说明声音的高音和低音表现更好，声音更加清晰、自然。
二、失真程度失真是指声音在传输、录制、放大等过程中产生的不同程度的改变和损失。
失真会使声音变得模糊、扭曲，降低声音的清晰度和真实感。
失真程度是评价声音质量的重要指标之一。
常见的失真形式包括谐波失真、互调失真、插入失真等。
声音设备和技术的发展，旨在降低失真程度，提高声音的还原度和真实感。
三、噪音水平噪音是指非期望的声音，是影响声音质量的主要因素之一。
噪音会干扰声音的听觉效果，降低声音的清晰度和纯净度。
噪音水平是评价声音质量的重要指标之一。
常见的噪音形式包括环境噪音、系统噪音等。
声音设备的设计和制造需要降低噪音水平，提高声音的纯净度和可听性。
四、动态范围动态范围是指声音信号中最大幅度和最小幅度之间的差值。
动态范围越大，声音的细节表现越好。
动态范围是评价声音质量的重要指标之一。
动态范围的提升需要在音频设备和技术中采用合适的压缩和扩展技术，使声音的强度变化更加平衡和自然。
五、声场定位声场定位是指声音在空间中的位置感。
声场定位的好坏，影响着声音的立体感和真实感。
声场定位是评价声音质量的重要指标之一。
声场定位的提升需要在音频设备和技术中采用合适的声场处理算法，使声音在立体感和真实感上更加出色。
六、音色表现音色是指声音的特殊音质，是声音的个性和风格。
音色表现的好坏，直接影响着声音的美感和表现力。
音色表现是评价声音质量的重要指标之一。
音色的好坏需要音频设备和技术的共同努力，使声音在音色上更加丰富和饱满。
功放-性能指标
功放-性能指标功放的主要性能指标有输出功率，频率响应，失真度，信噪比，输出阻抗，阻尼系数等。
输出功率：单位为W，由于各厂家的测量方法不一样，所以出现了一些名目不同的叫法。
例如额定输出功率，最大输出功率，音乐输出功率，峰值音乐输出功率。
音乐功率：是指输出失真度不超过规定值的条件下，功放对音乐信号的瞬间最大输出功率。
峰值功率：是指在不失真条件下，将功放音量调至最大时，功放所能输出的最大音乐功率。
额定输出功率：当谐波失真度为10%时的平均输出功率。
也称做最大有用功率。
通常来说，峰值功率大于音乐功率，音乐功率大于额定功率，一般的讲峰值功率是额定功率的5--8倍。
频率响应：表示功放的频率范围，和频率范围内的不均匀度。
频响曲线的平直与否一般用分贝[db]表示。
家用HI-FI功放的频响一般为20Hz--20KHZ正负1db.这个范围越宽越好。
一些极品功放的频响已经做到0--100KHZ。
失真度：理想的功放应该是把输入的讯号放大后，毫无改变的忠实还原出来。
但是由于各种原因经功放放大后的信号与输入信号相比较，往往产生了不同程度的畸变，这个畸变就是失真。
用百分比表示，其数值越小越好。
HI-FI功放的总失真在0。
03%--0。
05%之间。
功放的失真有谐波失真，互调失真，交叉失真，削波失真，瞬态失真，瞬态互调失真等。
信噪比：是指信号电平与功放输出的各种噪声电平之比，用db表示，这个数值越大越好。
一般家用HI-FI功放的信噪比在60db以上。
输出阻抗：对扬声器所呈现的等效内阻，称做输出阻抗。
功放-故障维修HI-FI音响与AV放大器的常见故障有整机不工作、无声音输出、音轻、噪声大、失真、啸叫等。
下面介绍各种故障的检修思路与检修技巧。
整机不工作整机不工作的故障表现为通电后放大器无任何显示，各功能键均失效，也无任何声音，像未通电时一样。
检修时首先应检查电源电路。
可用万用表测量电源插头两端的直流电阻值(电源开关应接通)，正常时应有数百欧姆的电阻值。
失真度测量仪
电子工业出版社
7.3.3 失真度测量仪的误差
包括:理论误差、基波抑制度不高引起的误差，以及电平
调节与电压表的指示误差。
1. 理论误差
定义：由于失真度测量值D与失真度定义值D0的不完全 相等而产生的误差，其相对误差为
为了减小理论误差，可以利用下式进行修正。
电子测量与仪器（第3版）
电子工业出版社
7.3.3 失真度测量仪的误差
2. 工作原理
采用基波抑制法测量方案。
平衡不平衡变换器将双端输入信号变为单端输出信号。
宽频带低噪声放大器用于放大被测信号。
陷波网络即基波抑制网络，用于在抑制基波信号。
电压测量电路采用真有效值检波，可以减小测量误差。
电子测量与仪器（第3版）
电子工业出版社
7.3.4 KH4135型全自动数字低失真度测量仪
另外，还有杂散干扰等引入的误差。
电子测量与仪器（第3版）
电子工业出版社
7.3.4 KH4135型全自动数字低失真度测量仪
具有全自动失真度测试功能、内部自动校准、自动跟踪
滤波等功能，能够全自动测量信号电压、频率和信号失真度
等参数。
1. 主要性能指标
（1）失真度测量
（2）SINAD测量
SINAD即信纳比或信杂比，是信号、噪声和谐波
电子测量与仪器（第3版）
电子工业出版社
4. 使用方法
①按下面板上的电源开关，仪器自动进入电压测量状态。
如果未配GPIB接口，则显示全零；否则显示接口地址，例
如IE－23。
②电压测量 测量不平衡电压信号时，只需将信号电缆接
入本仪器的“HIGH”端，“BAL/UNBAL”键抬起，则被
测的信号电压和频率就会自动显示出来；测量平衡电压信号
《失真度仪》课件
失真度仪的操作步骤
开机自检
打开失真度仪电源，等 待自检完成，确保仪器
正常工作。
校准仪器
在开始测量前，应对失 真度仪进行校准，以确 保测量结果的准确性。
进行测量
根据选择的测量模式和 调整好的测试参数，进
行失真度测量。
记录结果
将测量结果显示在失真 度仪的显示屏上，并记
录相关数据。
失真度仪的维护与保养
《失真度仪》PPT课件
目 录
• 失真度仪简介 • 失真度仪的种类与选择 • 失真度仪的使用与操作 • 失真度仪的应用案例 • 失真度仪的发展趋势与未来展望
01
失真度仪简介
失真度仪的定义
01
失真度仪是一种用于测量电子信 号失真程度的仪器。
02
它能够检测信号在传输或处理过 程中产生的畸变，帮助用户了解 信号质量。
数字失真度仪
数字失真度仪采用数字信号处理 技术，具有更高的精度和稳定性
。
数字失真度仪能够提供更丰富的 测试和分析功能，例如频谱分析
、失真类型识别等。
数字失真度仪的操作也更加简便 ，易于实现自动化测试。
选择失真度仪的考虑因素
01
02
03
04
精度和稳定性
选择失真度仪时，需要考虑其 精度和稳定性，以确保测试结
显示结果
将失真度以数值或图形方 式显示，便于用户理解和 分析。
02
失真度仪的种类与选择
模拟失真度仪
模拟失真度仪是早期常见的仪 器，其工作原理是通过模拟电 路来检测信号的失真度。
由于技术限制，模拟失真度仪 的精度和稳定性相对较低，难 以满足高精度测量的需求。
随着数字技术的发展，模拟失 真度仪逐渐被数字失真度仪所 取代。
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信号失真的程度可用非线性失真系数或失真度表示。
其定义是全部谐波能量与基波能量之比的平方根值。
对纯电阻负载，其定义为全部谐波电压(或电流)有效值与基波电压（或电流）有效值之比，即
式中U1为基波电压有效值,U2、U3、…、U n为各次谐波电压有效值。
失真度也可用其近似值K0来表示
K与K0的关系可由下式换算：
当K=10％时，K与K0相差0.5％；K=20％时,K与K0差2％。
K越大则相差越大。
失真度是衡量电声系统的重要指标之一, 通常用失真度仪来测量收录机、电声设备和信号发生器输出的失真度。
其一般技术指标为频率范围：10赫～200千赫,失真度范围：
0.01％～100％，精确度：±5％～10％。
失真度测量有直接测量和间接测量两种方法。
①直接测量法：失真度仪由输入电平调整电路、基波抑制电路和电子毫伏表等三部分组成（图1）。
被测信号输入电平调整电路后,将开关置于“1”位置，电子毫伏表指示在满度(1伏)。
将开关拨向“2”，调整基波抑制电路使基波抑制到最低限度。
这时毫伏表的刻度即为基波与谐波电压有效值之比，直接指示失真度。
②间接测量法:被测信号通过开关S的“1”位置(图2)，经基波抑制电路调谐后，由毫伏表指示全部谐波电压值；然后将开关S接至“2”，并调整衰减器使毫伏表指示原来位置。
从衰减器度盘上读出失真度。
此法操作复杂，但测量精确度较高。
失真度测量
失真度测量
我们平常所说的失真度的技术术语为总谐波失真，英文为：Total Harmonic Distortion，简称THD。