音频功放失真是指重放音频信号波形畸变的景象,通常分为电失真和声失真两大类。电失真就是信号电流在放大过程中产生了失真,而声失真是信号电流通过扬声器,扬声器未能如实地重现声音。
无论是电失真还是声失真,按失真的性质来分,重要有频率失真和非线性失真两种。其中,引起信号各频率分量间幅度和相位的关系变动,仅出现波形失真,不增长新的频率成分,属于线性失真。而谐波失真(THD)、互调失真(IMD)等可产生新的频率成分,或各频率分量的调造产品,这些有余产品与原信号极不和谐,引起声音畸变,粗糙刺耳,这些失真属于非线性失真。在这里,我们别离对谐波失真、互调失真、瞬态互调失真(TIM)、互换接口失真(IHM)等加以会商。
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1.谐波失真
谐波失真是由功放中的非线性元器件引起的一种失真。这种失真使音频信号产生很多新的谐波成分,叠加在原信号上,形成了波形失真的信号。将各谐波引起的失真叠加起来,就是总谐波失真度,其值常用输出信号中的所有谐波均方根值与基波电压有效值之比的百分数来暗示。在这里,基波信号就是输入信号,所有谐波信号为由非线性失真引入的各次谐波信号。显然,该百分数越幼,谐波失真越幼,电路机能越好。目前,Hi-Fi功放的谐波失真通常节造在0.05%以下,很多优质功放的谐波失真已幼于0.01%,而专业级音频功放的谐波失真度通常节造在0.03%以下。事实上,当总谐波失真度幼于0.1%时,人耳就很难分辨了。另需注明的是,对于一台指定的音频功放而言,例如,某音频功放的总谐波失真指标暗示为THD<0.009%(1W)。初看起来,似乎总谐波失真很幼,但它只是在输出功率为1W时的总谐波失真,这与在有关尺度要求的丈量前提下所得的总谐波失真值是分歧的。所以,在表明音频功放的总谐波失真指标时,通常城市注明丈量前提。
多所周知,人的听觉系统是极其复杂的,有时谐波失真幼的功放不如谐波失真大的耐听,这种景象的原因是多方面的。其中,与各次谐波成分对音质的影响水平分歧有直接关系。只管石机与胆机的稳态测试数据一样,但人们总感触胆机的低音醇厚激荡、中音明亮圆润、高音轻微明澈,极为耐听;石机则低频强劲有力,中高频统统明亮,但高频发毛,声音生硬,音色偏冷。经频谱分析发现,石机含有大量的奇次谐波,奇次谐波给人耳造成刺耳难听的感触;胆机则含有丰硕的偶次谐波,而人耳对偶次谐波不敏感。此表,人耳对偶次谐波失真分辨力较低,对高次谐波却极度敏感,这也是上述景象的重要原因之一。
降低谐波失真的法子重要有:
1)施加适量的电压负反馈或电流负反;2)选用fT高、NF幼、线性好的放大元器件;3)尽可能地提高各单元电路中对管的一致性;4)选取甲类放风雅式,选用优良的电旅程式;5)提高电源的功率储蓄,改善电源的滤波机能。
2.互调失真
两种或多种分歧频率的信号通过放大器后或扬声器发声时相互调造而产生了和频与差频以及各次谐波组合产生了和频与差频信号,这些新增长的频率成分组成的非线性失真称为互调失真。通常,将两个振幅按肯定比例(多取4:1)的凹凸频信号,混合进入电路,新产生的非线性信号的均方根值与原较高频率信号的振幅之比的百分数来量度互调失真,即互调失真的大幼,可用互调产品电平与额定信号电平的百分比来暗示。此值越大,互调失真越大。显然,互调失真度的大幼与输出功率有关。由于新产生的这些频率成分与原信号没有类似性,因而较幼的互调失真也很容易被人耳发觉到,听起来感应又尖、又刺耳,且伴佑装声染色”景象。也就是说,互调失真带来的影响,会使整个重放系统的声场不足档次感,清澈度降落。在Hi-Fi功放中,总但愿互调失真度越幼越好,要做到这一点是极度难题的,因而高保真功放要求该值幼于0.1%即可。当然,石机与胆机相比,前者的互调失真要大一些,这也是为什么石机的音色不及胆机甜美的一个原因。
减幼互调失真的步骤,常见的有:
1)选取电子吩斓方式,限度放大电路或扬声器的工作带宽;2)在音频功放的输入端增设高通滤波器,解除次低频信号;3)选用线性好的管子或电路结构。
3.瞬态失真
瞬态失真是现代声学的一个重要指标,它反映了功放电路对瞬态跃变信号的维持跟踪能力,故又称为瞬态反映。发生瞬态失真的高保真系统,输出的音乐信号短缺档次感和通明度。通常地,发生瞬态失真的原因有:
1)电路内电抗元器件的作用过大,频率领域不够宽;2)扬声器振动系统的作为跟不上瞬变电信号的变动。
瞬态失真的重要阐发大局有两种,即瞬态互调失真和转换速度(SR)过低引起的失真。
A.瞬态互调失真
在输入脉冲性瞬态信号时,因电路中电容(如滞后赔偿电容、管子极间电容等)的存在使输出端不能立即得到应有的输出电压(即相位滞后)而使输入级不能实时获得应有的负反馈,放大器在这一瞬间处于开环状态,使输入级瞬间过载,此时的输入电压比正常时要逾越好几十倍,导致输入级瞬间的严重削波,这一削波失真称为瞬态互调失真。它内容上是一种瞬态过载景象。
由于胆机抗过载能力强,放大倍数低,没有深度级间负反馈,仅有一些部门负反馈,因而不易产生瞬态互调失真。而通常石机都选取了大环路深度负反馈网络来满足低失真、宽频带的要求?杉,瞬态互调失真重要发生在石机中。此表,音量大、频率高、动态领域大的节目源最容易产生瞬态互调失真。原因在于:音乐在零信号电平左近的功夫变动率最大,会使声音变得不齐全清澈,出格是中低档石机,往往呈此刻高频部门,产生尖硬、刺耳的感触,即所谓的“晶体管声”和“金属声”。
瞬态互调失真是在20世纪70年代提出来的一项动态指标,重要由音频功放内部的深度负反馈引起的。被公以为是影响石机音质,导致“晶体管声”和“金属声”的罪魁祸首,人们对此极为器重。改善TIM可从其形成机理动手,常选取的步骤有:
1)将放大器的开环增益和负反馈量别离节造在50dB和20dB左右;2)选用高fT的管子,前级选取fT大于100MHz的管子,末级功率管的fT应大于20MHz,尽量拓宽电路的开环频响,并加大各级自身的电流负反馈,取缔大环路负反馈。目前有部门功放(如钟声JA-100)的末级扩流电路不染指环路负反馈,其主张之一便在于此;3)选取全互补对称电路,提高功率输出级的工作电流,并在输出级前增设缓冲放大级,改善电路的瞬态响应;4)取缔相位滞后电容,改滞后赔偿为超前赔偿,即不用滞后赔偿电容,而在大环路反馈电阻上并联一只适当容量的幼电容;5)适当加大输入级的静态电流,增大其动态领域,并在其输入电路中设置低通滤波器,解除80kHz以上的高频杂波信号,预防高频滋扰信号导致输入级瞬间过载。
B.转换速度过低引起的失真
转换速度指音频设备对猝发声信号或脉冲信号的跟踪或反映能力,是反映功放电路瞬态应变能力的重要参数。转换速度过低引起的瞬态失真是由于放大器输出信号的变动跟不上输入信号的迅速变动而引起的。若是给放大器输入一个足够大的脉冲信号时,其电压的最大变动速度应是电压上升值与所需功夫之比,单元是每秒上升几多伏,写成数字表白式为SR=V/μs。SR对高保真功放来说,它直接影响放大器的瞬态响应和反映速度,SR值高的功放,解析力、档次感及定位感都好,听感佳,重放盛行音乐更是如此。SR数值的大幼与功放的输出电压和输出高频截止频率蹬仔关,输出功率大的,SR值就大;高频截止频率高的,SR值也大,优质功放的SR值可达100V/μs。为了提高功放的SR值,通常选取超高速、低噪声的管子,但SR值过高,易使电路自激,不变性变差。此表,前级电路的SR值不应高于后级电路,不然易引起瞬态互调失真。顺便多说几句,功放的SR可用示波器来估测,步骤是先给音频功放馈送一方波信号,作为输入信号,其输出信号波形前沿上升至额定值所需功夫,所得的了局用V/μs暗示就是转换速度的大幼。显然,若是音频功放可能很好地处置方波信号,那就批注它拥有很好的转换速度和较宽的频率个性。
4.互换接口失真
互换接口失真是由扬声器的反电动势通过线路反馈到电路而引起的。改善这种失真的步骤有:1)削减电路级数,适当加大电路的静态工作电流;2)选择适合的扬声器,使阻尼系数更趋合理;3)选取大容量优质电源变压器,并适当提高滤波电容的容量,在滤波电容上并联幼容量CBB电容。
此表,由于电路直流工作点选择不当或元器件质量不高,还会出现另一些非线性失真,诸如交叉失真和削波失真,它们均能够引起谐波失真和互调失真。交叉失真又称为交越失真,它是对推挽功放而言的,重要由乙类推挽功放中的功率管肇始导通非线性而引起的,出格是在幼电流的情况下,其输出电流在接壤处产生非线性失真,且信号幅度越幼,失真越严重。削波失真是功放管动态领域不够,由鼓和导通引起大信号被限幅削波而造成的,削波失真产生了大量超声波,使声音变得吞吐而抖动,听久了使人头痛。减幼交叉失真常用的步骤,是适当提高推挽输出管的直流工作点;而改善削波失真的措施,通常是适当加大电路的线性工作领域。
由于放大器件自身拥有极间电容,以及放大电路中有时存在电抗性元件,所以,当输入分歧频率信号时,电路的放大倍数将成为频率的函数,这个个性就是频率个性或者频率响应。分为幅频个性和相频特性。 扭转频响曲线就是扭转其幅度和相位响应,能够通过表加RC,LC网络来扭转其幅频个性和相频个性。

