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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:

BK-1

現實:

BK-2

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

BK-3

? 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

BK-4

? 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

BK-5

? 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

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六、不同失真方法的區別

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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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