谐波失真、互调失真及差频失真介绍

一、什么是失真

理想：

现实：

评估幅值非线性的方法有：

▪ 谐波失真

▪ 互调失真

▪ 差频失真

对于一个理想的系统，输出信号应该等于输入信号乘以传递函数。但事实上系统中除了理想的输出信号之外，还会插入很多我们不想听到的杂音，或不真实的信号，这些都会给信号带来失真。而评估非线性失真的方法，就包含谐波失真、互调失真和差频失真，这三种失真方式。

二、谐波失真

▪ 使用纯音信号激励 , f1

▪ 对频率是基波f1的整数倍信号进行分析

▪ Hn就是n次谐波

▪ 总谐波失真 (THD) 所有的失真分量相加

谐波失真的激励信号是一个纯音，在基波频率的整数倍频率上，会由于纯音的激励产生失真信号。所以如果对应于基波的n倍，也就是它的n次谐波，我们会得到一个总谐波失真（THD），就是把所有的谐波失真分量相加，再除以基波和所有谐波的量的总和，会得到一个百分数，也就是我们需要测的THD。

三、互调失真

▪ 使用两个规定幅值比的纯音信号激励

▪ 一个纯音信号频率是按步进改变的 , f1

▪ 一个纯音信号频率是固定的f2，f2甚低于f1

▪ 对信号 f1 附近的边带进行频率分析

▪ GB/T 12060.5 2011/IEC 60268 5:2007

▪ 推荐设定：f2 < f1/8, f2和 f1 信号的幅值比为 4:1

互调失真会有一个变化着的纯音信号，它的频率是按步进改变的；同时我们会有一个调制信号，调制信号是一个固定频率的。通常调制信号的频率要远低于纯音激励信号，调制信号的幅值要远大于激励信号。

我们摘录了GB/T 12060.5-2011/IEC 60268-5:2007推荐的设定值，即激励信号开始频率点比调制信号的8倍再大一点，而调制信号和激励信号的幅值比是4:1。

大家也可以想象到，当两个信号的频率一致的时候，就会产生共振，在共振区域附近，信号的失真非常大，将会导致测量无意义。所以在做互调失真时，一定要注意，对于调制信号和激励信号的频率和幅值有一定的要求。

四、差频失真

▪ 使用两个等幅值的纯音信号作为激励

▪ 这两个纯音信号的频率都是按步进改变的

▪ 在 (f1+f2)/2附近边带进行频率分析

▪ 包含低频的边带

▪ GB/T 12060.5-2011/IEC 60268-5:2007

▪ 推荐设定：f1-f2=80Hz, f2的最小值为f1和f2差值的两倍

差频失真是用两个改变的纯音信号作为激励，但是这两个纯音信号之间的频率是保持固定的频率差的。例如，还是以GB/T 12060.5-2011/IEC 60268-5:2007这两个标准里推荐的设定，如果频差是80赫兹的话，开始频率（即f2）的频率点，至少要是差频频差的两倍以上。

五、三种失真的计算公式

六、不同失真方法的区别

对于谐波失真，需要测量基波的整数倍，所以需要一个带宽较宽的数采，确保可以测量所有需要的谐波分量。举个例子，如果我们以前的声卡是到20kHz，如果要做到5次谐波，激励信号就只能到4kHz了，因为再往上，例如到5kHz，5次谐波就是25kHz，超出测量范围，就测不到5次谐波了。所以谐波失真更多是用于评价低频信号的失真方式。

当然，随着硬件技术的发展，例如B&K的3161型LAN-XI分析模块，可以测到204.8kHz的带宽，如果用来测5次谐波，一样可以做到40kHz，随着硬件技术提高，测量传声器和数采的测量频率范围都越来越宽，我们现在可以完成一个完整的可听声频段（20Hz~20kHz）的谐波失真测量。

互调失真与差频失真，可以更好地体现高频部分的非线性失真。由于低频部分受到调制信号频率以及两个激励信号频差的限制，无法完成更低频的非线性失真的测量。

所以，我们要合理利用三种失真方式来评价一个电声产品的非线性失真。