諧波失真、互調失真及差頻失真介紹
2024-04-23
一、什么是失真
理想：
現實：
評估幅值非線性的方法有：
? 諧波失真
? 互調失真
? 差頻失真
對于一個理想的系統，輸出信號應該等于輸入信號乘以傳遞函數。但事實上系統中除了理想的輸出信號之外，還會插入很多我們不想聽到的雜音，或不真實的信號，這些都會給信號帶來失真。而評估非線性失真的方法，就包含諧波失真、互調失真和差頻失真，這三種失真方式。
二、諧波失真
? 使用純音信號激勵 , f1
? 對頻率是基波f1的整數倍信號進行分析
? Hn就是n次諧波
? 總諧波失真 (THD) 所有的失真分量相加
諧波失真的激勵信號是一個純音，在基波頻率的整數倍頻率上，會由于純音的激勵產生失真信號。所以如果對應于基波的n倍，也就是它的n次諧波，我們會得到一個總諧波失真（THD），就是把所有的諧波失真分量相加，再除以基波和所有諧波的量的總和，會得到一個百分數，也就是我們需要測的THD。
三、互調失真
? 使用兩個規定幅值比的純音信號激勵
? 一個純音信號頻率是按步進改變的 , f1
? 一個純音信號頻率是固定的f2，f2甚低于f1
? 對信號 f1 附近的邊帶進行頻率分析
? GB/T 12060.5 2011/IEC 60268 5:2007
? 推薦設定：f2 < f1/8, f2和 f1 信號的幅值比為 4:1
互調失真會有一個變化著的純音信號，它的頻率是按步進改變的；同時我們會有一個調制信號，調制信號是一個固定頻率的。通常調制信號的頻率要遠低于純音激勵信號，調制信號的幅值要遠大于激勵信號。
我們摘錄了GB/T 12060.5-2011/IEC 60268-5:2007推薦的設定值，即激勵信號開始頻率點比調制信號的8倍再大一點，而調制信號和激勵信號的幅值比是4:1。
大家也可以想象到，當兩個信號的頻率完全一致的時候，就會產生共振，在共振區域附近，信號的失真非常大，將會導致測量無意義。所以在做互調失真時，一定要注意，對于調制信號和激勵信號的頻率和幅值有一定的要求。
四、差頻失真
? 使用兩個等幅值的純音信號作為激勵
? 這兩個純音信號的頻率都是按步進改變的
? 在 (f1+f2)/2附近邊帶進行頻率分析
? 包含低頻的邊帶
? GB/T 12060.5-2011/IEC 60268-5:2007
? 推薦設定：f1-f2=80Hz, f2的最小值為f1和f2差值的兩倍
差頻失真是用兩個改變的純音信號作為激勵，但是這兩個純音信號之間的頻率是保持固定的頻率差的。例如，還是以GB/T 12060.5-2011/IEC 60268-5:2007這兩個標準里推薦的設定，如果頻差是80赫茲的話，開始頻率（即f2）的頻率點，至少要是差頻頻差的兩倍以上。
五、三種失真的計算公式
六、不同失真方法的區別
對于諧波失真，需要測量基波的整數倍，所以需要一個帶寬較寬的數采，確保可以測量所有需要的諧波分量。舉個例子，如果我們以前的聲卡是到20kHz，如果要做到5次諧波，激勵信號就只能到4kHz了，因為再往上，例如到5kHz，5次諧波就是25kHz，超出測量范圍，就測不到5次諧波了。所以諧波失真更多是用于評價低頻信號的失真方式。
當然，隨著硬件技術的發展，例如B&K的3161型LAN-XI分析模塊，可以測到204.8kHz的帶寬，如果用來測5次諧波，一樣可以做到40kHz，隨著硬件技術提高，測量傳聲器和數采的測量頻率范圍都越來越寬，我們現在可以完成一個完整的可聽聲頻段（20Hz~20kHz）的諧波失真測量。
互調失真與差頻失真，可以更好地體現高頻部分的非線性失真。由于低頻部分受到調制信號頻率以及兩個激勵信號頻差的限制，無法完成更低頻的非線性失真的測量。
所以，我們要合理利用三種失真方式來評價一個電聲產品的非線性失真。
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