什么是諧波失真?

?? 諧波失真（THD）指原有頻率的各種倍頻的有害干擾。放大1kHZ的頻率信號(hào)時(shí)會(huì)產(chǎn)生2kHZ的2次諧波和3kHZ及許多更高次的諧波，理論上此數(shù)值越小，失真度越低。
　　由于放大器不夠理想，輸出的信號(hào)除了包含放大了的輸入成分之外，還新添了一些原信號(hào)的2倍、3倍、4倍……甚至更高倍的頻率成分（諧波），致使輸出波形走樣。這種因諧波引起的失真叫做諧波失真。
總諧波失真指音頻信號(hào)源通過功率放大器時(shí)，由于非線性元件所引起的輸出信號(hào)比輸入信號(hào)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(hào)有效值的百分比來表示。例如，一個(gè)放大器在輸出10V的1000Hz時(shí)又加上Lv的2000Hz，這時(shí)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(huì)于1974年規(guī)定，總諧波失真必須在20～20000Hz的全音頻范圍內(nèi)測(cè)出，而且放大器的最大功率必須在負(fù)載為8歐揚(yáng)聲器、總諧波失真小于1％條件下測(cè)定。國際電工委員會(huì)規(guī)定的總諧波失真的最低要求為：前級(jí)放大器為0.5％，合并放大器小于等于0.7％，但實(shí)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(shí)際上可做到0.5％以下；激光唱機(jī)更可做到0.01％以下。
　　由于測(cè)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(shí)際的音樂信號(hào)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(dòng)態(tài)指標(biāo)。故高質(zhì)量的放大器有時(shí)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(jiǎn)諧信號(hào)合成波，按4：1的幅值輸入到被測(cè)量的放大器中，從額定負(fù)載上測(cè)出互調(diào)失真系數(shù)。
　　(2)瞬態(tài)失真(TIM)：將方波信號(hào)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(hào)即會(huì)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(hào)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(hào)與15kHz的正弦波信號(hào)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(chǎng)感；反之，則聲音圓滑、細(xì)膩、自然。
早在三十年代，F(xiàn).H.Brittain的揚(yáng)聲器評(píng)價(jià)十一項(xiàng)測(cè)試項(xiàng)目中就有諧波失真，五十年代L.L.Brenek提出的揚(yáng)聲器最重要的特性八項(xiàng)中有它，而今各電聲測(cè)試系統(tǒng)。從幾十萬人民幣的B&K系統(tǒng)到幾千元人民幣的國產(chǎn)測(cè)試系統(tǒng)都把它做為重要的測(cè)量對(duì)象?？梢娭C波失真對(duì)電聲界一直是個(gè)非常重要的參數(shù)。
　　諧波失真：當(dāng)把基頻為f的正弦信號(hào)輸入揚(yáng)聲器時(shí),揚(yáng)聲器輸出除f以外，由揚(yáng)聲器的非線性失真而產(chǎn)生了，同f成整數(shù)倍的各次諧波成分：2f.3f……nf，我們稱之為諧波失真。諧波失真分為三類,而我們常用到的為THD(TOTALHARMONICDISTORTION)總諧波失真和幾次諧波失真（HARMONICDISTORTION）及特性總諧波失真(在實(shí)際測(cè)量中還會(huì)細(xì)分為偶次諧波失真，奇次諧波失真和SUB-HARMONICS)，它們分別的特性規(guī)定為：由失真產(chǎn)生的總諧波聲壓有效值與總輸出聲壓有效值Pt之比；由失真產(chǎn)生的第幾次諧波聲壓有效值與總輸出聲壓有效值Pt之比；由失真產(chǎn)生的總諧波聲壓的有效值與平均特性聲壓Pm之比。在失真的分類中把它劃歸揚(yáng)聲器的非線性失真。
　　對(duì)待諧波失真我們可以用法國著名哲學(xué)大師的薩特的存在主義來看待它!諧波失真客觀存在！現(xiàn)我們以錐型揚(yáng)聲器為例：在揚(yáng)聲器低頻時(shí)或在大振幅運(yùn)動(dòng)時(shí)揚(yáng)聲器的折環(huán)及彈波(定心支片)組成的支撐系統(tǒng)不再符合線性的胡克定律(或稱為虎克定律)如在對(duì)揚(yáng)聲器進(jìn)行純音檢聽時(shí)折環(huán)邊產(chǎn)生的“啪啪”聲，俗稱“打邊”這是非線性的一個(gè)極端表現(xiàn)；在讓布邊折環(huán)的揚(yáng)聲器做大振幅（fo附近,并非所有的揚(yáng)聲器振動(dòng)的最大振幅都在fo處）的運(yùn)動(dòng)時(shí),我們可以很明顯的看到布邊的扭曲變形。在布邊折環(huán)上常會(huì)“打”上阻尼膠，阻尼膠又分“油性”和“水性”，在PA喇叭上多用的是“油性”，但在高檔的廠品上我們?？煽丛谙鹉z折環(huán)上“打”有透明發(fā)亮的水性阻尼膠，一般“打”膠不超過折環(huán)的1/2，但這種打膠方式和膠量很難控制；在橡膠折環(huán)（現(xiàn)大多用NBR?nitrile-butadienerubber丁腈橡膠）改善上，常對(duì)折環(huán)的形狀處理，但在這個(gè)方面的處理方法，國內(nèi)做的不夠，國內(nèi)在對(duì)喇叭單體設(shè)計(jì)時(shí)常重視折環(huán)的質(zhì)量和順性而忽略折環(huán)的另一個(gè)量及橡膠的阻尼，雖然在分析錐型揚(yáng)聲器時(shí)多用集中參數(shù)系統(tǒng)來分析，那是特指在低頻時(shí)，但是我們是否都把錐型揚(yáng)聲器做超低音和低音呢？此時(shí)諧波失真與西勒-斯莫爾參數(shù)（Thille-SmallDepartments）中的Qm(力學(xué)品質(zhì)因數(shù))有著很微妙的聯(lián)系。
　　華司(上導(dǎo)極板)與T鐵的鐵拄間的磁感應(yīng)密度沿軸向（音圈振動(dòng)方向）的不均勻性，是產(chǎn)生諧波失真的另一原因?，F(xiàn)在國內(nèi)普遍運(yùn)用的方法的用對(duì)稱磁路來改善它（如圖所示）,在低.音單元上,知其然者乘少,未曾看到幾許,細(xì)想其原因都是“金錢惹的禍”！丹麥的PELESS是的單體內(nèi)側(cè)加一個(gè)鋁環(huán)來改善它!（如圖所示）當(dāng)然這種做法最易令人發(fā)現(xiàn)的做法。
　　從頻率用是BL（磁力系數(shù)）的增加。的角度來看,中高頻的諧波失真,與低頻時(shí)的諧波失真是由兩類不同的量起決定性作用的,在錐型揚(yáng)聲器中諧波失真客觀存在，你只能改善，不能消除。要解決錐型揚(yáng)聲器的諧波失真，除非采用另類的發(fā)聲原理，但這對(duì)整個(gè)行業(yè)來說是任重而道遠(yuǎn)，失真就跟測(cè)量誤差一樣，看人家外國廠品的廣告“HALCRO------世界上失真最低的放大器”，但在國內(nèi)看到某日本品牌中國公司的廠品廣告上：“徹底解決音箱互調(diào)失真！”我倒，我笑，這是對(duì)國人的誤導(dǎo)和愚弄，更顯現(xiàn)出該公司的不負(fù)責(zé)任和無知！
　　諧波失真客觀存在“有理”?？陀^測(cè)試的結(jié)果與主觀感覺往環(huán)一致，從人耳的聽覺機(jī)理分析人耳只能區(qū)分最初的六個(gè)~七個(gè)諧音(諧波)，對(duì)六次以上的諧音很難在感覺上將它們彼此分開，因?yàn)榈搅A以后的諧音,相鄰的兩個(gè)諧音落在人耳的基底膜上的兩個(gè)對(duì)應(yīng)區(qū)域已相互靠近,并覆蓋在一個(gè)臨界帶以內(nèi)，很難在感覺上將它們彼此分開。但高次諧波對(duì)音質(zhì)的影響不可忽視,通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)異常噪音,來自高次諧波。根據(jù)諧波失真的“階次”，可以分為“軟失真”和“硬失真”。但對(duì)揚(yáng)聲器來說“偶次”諧波失真和“奇次”諧波失真對(duì)音質(zhì)的改善，更具有指導(dǎo)意義，特別是聽感上。膽機(jī)在聽感上大受發(fā)燒友的歡迎就它的“功勞”。從音樂聲學(xué)看，樂器的基頻相對(duì)于各次諧音聽起來并非都是諧和的，如在樂音中諧和的諧音成分愈多，則音色豐富，純凈好聽，不諧和的諧音多，則音樂色粗糲，刺耳難聽，七階以上的奇次諧波會(huì)使聲音變得粗糲變得粗糲刺耳。
　　HALCRO------世界上失真最低的放大器
　　揚(yáng)聲器在中交頻段的失真.主要是磁路(鐵心)的非線性所致，為了消除鐵心所引起的非線性失真，目前常采用一種叫做“線性磁路”的結(jié)構(gòu)，這種磁路結(jié)構(gòu)的特點(diǎn),是在鐵心的頂部中失做成凹陷的形狀，使其和導(dǎo)磁板相對(duì)的部分由于鐵心截面積的減小而接近磁飽和狀態(tài)，此時(shí)，音圈就相當(dāng)于一個(gè)空心線圈,從而避免了鐵心影響，減小非線性失真。
　　音圈的作大長沖程運(yùn)動(dòng)時(shí)。音圈上的音圈線跳出了氣隙半磁場(chǎng)的均勻區(qū)，以致機(jī)電轉(zhuǎn)換系數(shù)BT不能保持恒定電動(dòng)力效應(yīng)F=BTI的線性關(guān)系受到破壞，從而造成非線性失真。
　　改善由于這種原因所引起的失真，一般采用兩種方法:一是采用短音圈，二是采用長音圈.所謂短音圈，即音圈的長度做得比導(dǎo)磁板的厚度小，如圖所了使音圈在振動(dòng)過程中不致于跳出磁場(chǎng)的均勻區(qū)，從而避免了非線性失真。這種方式造成成本提交，不常用，所謂長音圈，則指的是音圈的長度，做得比華司厚度長，使音圈在振動(dòng)過程中與所有的磁通相耦合，(包括均勻區(qū)和非均勻區(qū))從而使平均磁感應(yīng)密度B總體上保持恒定，以避免非線性失真，但這種方法必定造成揚(yáng)聲器在相同直流阻下，必定要使更粗的音圈線靈敏度下降，因你使音圈的轉(zhuǎn)幅增大，音圈的質(zhì)量振大，BT，你的磁間隙,因音圈線的變粗而變大，B變小，而B2T2MD。

? 總諧波失真，英文全稱Total Harmonic Distortion，簡(jiǎn)稱THD。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(huì)產(chǎn)生諧振現(xiàn)象而導(dǎo)致音箱重放聲音時(shí)出現(xiàn)失真。盡管音箱中只有基頻信號(hào)才是聲音的原始信號(hào)，但由于不可避免地會(huì)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(hào)中不再只有基頻信號(hào)，而是還包括由諧波及其倍頻成分，這些倍頻信號(hào)將導(dǎo)致音箱放音時(shí)產(chǎn)生失真。對(duì)于普通音箱允許一定諧波信號(hào)成分存在，但必須是以對(duì)聲音基頻信號(hào)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(hào)源輸入時(shí)，輸出信號(hào)（諧波及其倍頻成分）比輸入信號(hào)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(cè)試總諧波失真時(shí)，是發(fā)出1000Hz的聲音來檢測(cè)，這一個(gè)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(cè)量條件下得到的總諧波失真是不同的。因此，評(píng)價(jià)MP3的總諧波失真指標(biāo)時(shí)應(yīng)注明是在什么條件下測(cè)得的。