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諧波失真、互調(diào)失真及差頻失真的定義、公式及區(qū)別

2020-08-19 12:12:17·  來(lái)源：BK聲學(xué)與振動(dòng)  
　
什 么 是 失 真理想：現(xiàn)實(shí)：評(píng)估幅值非線性的方法有：諧波失真互調(diào)失真差頻失真對(duì)于一個(gè)理想的系統(tǒng)，輸出信號(hào)應(yīng)該等于輸入信號(hào)乘以傳遞函數(shù)。但事實(shí)上系統(tǒng)中除了
什 么 是 失 真
理想：
 
現(xiàn)實(shí)：
 
評(píng)估幅值非線性的方法有：
  • 諧波失真
  • 互調(diào)失真
  • 差頻失真
對(duì)于一個(gè)理想的系統(tǒng)，輸出信號(hào)應(yīng)該等于輸入信號(hào)乘以傳遞函數(shù)。但事實(shí)上系統(tǒng)中除了理想的輸出信號(hào)之外，還會(huì)插入很多我們不想聽(tīng)到的雜音，或不真實(shí)的信號(hào)，這些都會(huì)給信號(hào)帶來(lái)失真。而評(píng)估非線性失真的方法，就包含諧波失真、互調(diào)失真和差頻失真，這三種失真方式。
諧 波 失 真
 
  • 使用純音信號(hào)激勵(lì) , f1
  • 對(duì)頻率是基波f1的整數(shù)倍信號(hào)進(jìn)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(lì)信號(hào)是一個(gè)純音，在基波頻率的整數(shù)倍頻率上，會(huì)由于純音的激勵(lì)產(chǎn)生失真信號(hào)。所以如果對(duì)應(yīng)于基波的n倍，也就是它的n次諧波，我們會(huì)得到一個(gè)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(huì)得到一個(gè)百分?jǐn)?shù)，也就是我們需要測(cè)的THD。
互 調(diào) 失 真
 
  • 使用兩個(gè)規(guī)定幅值比的純音信號(hào)激勵(lì)
  • 一個(gè)純音信號(hào)頻率是按步進(jìn)改變的 , f1
  • 一個(gè)純音信號(hào)頻率是固定的f2，f2甚低于f1
  • 對(duì)信號(hào) f1 附近的邊帶進(jìn)行頻率分析
  • GB/T 12060.5 2011/IEC 60268 5:2007
  • 推薦設(shè)定：f2 < f1/8, f2和 f1 信號(hào)的幅值比為 4:1
互調(diào)失真會(huì)有一個(gè)變化著的純音信號(hào)，它的頻率是按步進(jìn)改變的；同時(shí)我們會(huì)有一個(gè)調(diào)制信號(hào)，調(diào)制信號(hào)是一個(gè)固定頻率的。通常調(diào)制信號(hào)的頻率要遠(yuǎn)低于純音激勵(lì)信號(hào)，調(diào)制信號(hào)的幅值要遠(yuǎn)大于激勵(lì)信號(hào)。
我們摘錄了GB/T 12060.5-2011/IEC 60268-5:2007推薦的設(shè)定值，即激勵(lì)信號(hào)開(kāi)始頻率點(diǎn)比調(diào)制信號(hào)的8倍再大一點(diǎn)，而調(diào)制信號(hào)和激勵(lì)信號(hào)的幅值比是4:1。
大家也可以想象到，當(dāng)兩個(gè)信號(hào)的頻率完全一致的時(shí)候，就會(huì)產(chǎn)生共振，在共振區(qū)域附近，信號(hào)的失真非常大，將會(huì)導(dǎo)致測(cè)量無(wú)意義。所以在做互調(diào)失真時(shí)，一定要注意，對(duì)于調(diào)制信號(hào)和激勵(lì)信號(hào)的頻率和幅值有一定的要求。
差 頻 失 真
 
  • 使用兩個(gè)等幅值的純音信號(hào)作為激勵(lì)
  • 這兩個(gè)純音信號(hào)的頻率都是按步進(jìn)改變的
  • 在 (f1+f2)/2附近邊帶進(jìn)行頻率分析
  • 包含低頻的邊帶
  • GB/T 12060.5-2011/IEC 60268-5:2007
  • 推薦設(shè)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(gè)改變的純音信號(hào)作為激勵(lì)，但是這兩個(gè)純音信號(hào)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(gè)標(biāo)準(zhǔn)里推薦的設(shè)定，如果頻差是80赫茲的話，開(kāi)始頻率（即f2）的頻率點(diǎn)，至少要是差頻頻差的兩倍以上，但也不能太靠近80赫茲。
三種失真的計(jì)算公式
 
不同失真方法的區(qū)別
 
對(duì)于諧波失真，需要測(cè)量基波的整數(shù)倍，所以需要一個(gè)帶寬較寬的數(shù)采，確保可以測(cè)量所有需要的諧波分量。舉個(gè)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(lì)信號(hào)就只能到4kHz了，因?yàn)樵偻?，例如?kHz，5次諧波就是25kHz，超出測(cè)量范圍，就測(cè)不到5次諧波了。所以諧波失真更多是用于評(píng)價(jià)低頻信號(hào)的失真方式。
 
當(dāng)然，隨著硬件技術(shù)的發(fā)展，例如B&K的3161型LAN-XI分析模塊，可以測(cè)到204.8kHz的帶寬，如果用來(lái)測(cè)5次諧波，一樣可以做到40kHz，隨著硬件技術(shù)提高，測(cè)量傳聲器和數(shù)采的測(cè)量頻率范圍都越來(lái)越寬，我們現(xiàn)在可以完成一個(gè)完整的可聽(tīng)聲頻段（20Hz~20kHz）的諧波失真測(cè)量。
 
互調(diào)失真與差頻失真，可以更好地體現(xiàn)高頻部分的非線性失真。由于低頻部分受到調(diào)制信號(hào)頻率以及兩個(gè)激勵(lì)信號(hào)頻差的限制，無(wú)法完成更低頻的非線性失真的測(cè)量。
所以，我們要合理利用三種失真方式來(lái)評(píng)價(jià)一個(gè)電聲產(chǎn)品的非線性失真。
 
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