¥✔↕↑ π✔↓ &n♥Ω$¥bsp; &nbα↓πsp; &nb®≥sp; 談談音(yīn)頻(pín)功放(fà ≈÷ng)失真及常見(jiàn)改善方法
音(yīn)頻(pín)功放(fàng)失真是(shì)指重放(fànσ✔"g)音(yīn)頻(pín)信号波形畸變的(de)現(xiàn✘ )象，通(tōng)常分(fēn)為(wèi)電(diàn)失真和♥"(hé)聲失真兩大(dà)類。電(diàn)失真就(j✘₩iù)是(shì)信号電(diàn)流在放(fàng∞¶)大(dà)過程中産生(shēng)了(le)失真，而≤©→聲失真是(shì)信号電(diàn)流通(tōng)過揚聲器(qì↑¥∞¥)，揚聲器(qì)未能(néng)如(rú)實地(dì)重現(xiàn)•&&✔聲音(yīn)。 無論是(shì)電(diàn)失真還(hשái)是(shì)聲失真，按失真的(de)性質來(lái)分•&®(fēn)，主要(yào)有(yǒu)頻(pí≠n)率失真和(hé)非線性失真兩種。其中，引起信号各頻←±(pín)率分(fēn)量間(jiān)幅度和(h☆₽→é)相(xiàng)位的(de)關系變化(huà)，僅出現(₽♣xiàn)波形失真，不(bù)增加新的(de)頻 ↕↔(pín)率成分(fēn)，屬于線性失真。而諧波失真（TH±φD）、互調失真（IMD）等可(kě)産生(shēng)新¥∏→ 的(de)頻(pín)率成分(fēn)，或各頻(pí≤×n)率分(fēn)量的(de)調制(zhì)産物(wù)，這(zhè)些₩∏(xiē)多(duō)餘産物(wù)與原信号極不(bù)和(h™↑♠>é)諧，引起聲音(yīn)畸變，粗糙刺耳，這"≈×Ω(zhè)些(xiē)失真屬于非線性失真。在這(zhè)裡(λ€♠lǐ)，分(fēn)别對(duì)諧波失真、互調失真、瞬态✔÷互調失真（TIM）、交流接口失真（IHM）等加以λ₹討(tǎo)論。 １．諧波失真 諧波失真是(shì)由功放(fàng)中的(de)非線性元器£¶↔(qì)件(jiàn)引起的(de)一(y££λ✘ī)種失真。這(zhè)種失真使音(yīn)頻(pín♣©)信号産生(shēng)許多(duō)新的(dφ∏βe)諧波成分(fēn)，疊加在原信号上(shΩ α™àng)，形成了(le)波形失真的(de)信号。将各諧波引起的(& ε™de)失真疊加起來(lái)，就(jiù)是(s↑™hì)總諧波失真度，其值常用(yòng)輸出信δ±♣号中的(de)所有(yǒu)諧波均方根值與基π±≤波電(diàn)壓有(yǒu)效值之比的(de)百分(fēn)數(shù)來(→&lái)表示。在這(zhè)裡(lǐ)，基波信号就(¶₩jiù)是(shì)輸入信号，所有(yǒu)諧波信号為(wè♥♥§∏i)由非線性失真引入的(de)各次諧波信号。顯然，該百™ 分(fēn)數(shù)越小(xiǎo)，諧波失真越小(xiǎo✘ ₽)，電(diàn)路(lù)性能(néng)越₽好(hǎo)。目前，Ｈｉ－Ｆｉ功放(fàng)的(de)諧波失∞₹ ×真一(yī)般控制(zhì)在0.05%以下(xià)，許多(duō)優♣'質功放(fàng)的(de)諧波失真已小(xiǎo)于0.01% ×←，而專業(yè)級音(yīn)頻(pín)功放(fàng)的(d×∑ e)諧波失真度一(yī)般控制(zhì)在0.03%以下(xià)。事(shβì)實上(shàng)，當總諧波失真度小(xiǎo)于0.1%時(shí≠ Ω )，人(rén)耳就(jiù)很(hěn)難分(fēn)辨了(le×♥)。另需說(shuō)明(míng)的(de)是(shì)，對(d↓∏uì)于一(yī)台指定的(de)音(yīn)頻(pín)功 ÷™Ω放(fàng)而言，例如(rú)，某音(y₩ ↔×īn)頻(pín)功放(fàng)的(de)總諧波失真指标表•β示為(wèi)THD<0.009%(1W)φ≥'。初看(kàn)起來(lái)，似乎總諧波失真很(hěn)小(xiǎo)ε&，但(dàn)它隻是(shì)在輸出功率為(wèi)1W時(shí)•σ♥的(de)總諧波失真，這(zhè)與在有(yǒu)關标準β¥↓←要(yào)求的(de)測量條件(jiàn)下(xià)所得(deλ$)的(de)總諧波失真值是(shì)不(bù)同的(de)。所以，在标明(™♦míng)音(yīn)頻(pín)功放(fàng)的(β×✔©de)總諧波失真指标時(shí)，一(yī)般都(dōu)會(hu©γ'₩ì)注明(míng)測量條件(jiàn)。 衆所周知(zhī)，人(rén)的(de)≠"•♠聽(tīng)覺系統是(shì)極其複雜(zá)的(d<$e)，有(yǒu)時(shí)諧波失真小(xiǎo)的(♦&¥de)功放(fàng)不(bù)如(rú)£®¶諧波失真大(dà)的(de)耐聽(tīng)，這(zhè)種現(xi★☆≤àn)象的(de)原因是(shì)多(duō)方面σ →的(de)。其中，與各次諧波成分(fēn)✔φ∞≤對(duì)音(yīn)質的(de)影(yǐng)響程度不(bù)同有(yǒu₹≠")直接關系。盡管石機(jī)與膽機(jī)的(dβ≠e)穩态測試數(shù)據相(xiàng)同，但 × <(dàn)人(rén)們總覺得(de)膽機(jī)的(de)低(dī)音¶••←(yīn)醇厚激蕩、中音(yīn)明(m₩íng)亮(liàng)圓潤、高(gāo)音¶÷(yīn)纖細清澈，極為(wèi)耐聽(tīng)；石機(jī)則低(d∏✔ī)頻(pín)強勁有(yǒu)力，中高(gāo)頻(pín)通(tōng)透×σ明(míng)亮(liàng)，但(dàn)高(gāo)頻(pín)§"&"發毛，聲音(yīn)生(shēng)硬，音(yīn)色偏冷(lěng)。經頻(↕ ↕pín)譜分(fēn)析發現(xiàn)，石機(jī)含有(yǒu)大(↑Ω• dà)量的(de)奇次諧波，奇次諧波給人(rén)耳造成刺耳難聽 ★♥<(tīng)的(de)感覺；膽機(jī)則含有(yǒu₹ )豐富的(de)偶次諧波，而人(rén)耳對(duì)偶次諧波不(¥αbù)敏感。此外(wài)，人(rén)耳對(duì)偶次諧÷ ÷波失真分(fēn)辨力較低(dī)，對(duì) §高(gāo)次諧波卻非常敏感，這(zhè)也(yě)是(sh♠±✘ì)上(shàng)述現(xiàn)象的(de)重要(yào)原↑β因之一(yī)。 降低(dī)諧波失真的(de)辦法主要(yào)有(yǒu)： 1)施加适量的(de)電(diàn)壓負反饋或電(diàn←π♣™)流負反饋；2)選用(yòng)ｆT高(gāo)、NF小(xiǎo)↕ε ≤、線性好(hǎo)的(de)放(fàng)大(dà)元器(qì)件(jiàε≠₹n)；3)盡可(kě)能(néng)地(dì)提高(gā•£∏↔o)各單元電(diàn)路(lù)中對(duì)管的∏÷(de)一(yī)緻性；4)采用(yòng)甲類放(fàng)大(∞☆dà)方式，選用(yòng)優秀的(de)電(diàn)路 λγ(lù)程式；5)提高(gāo)電(diàn)源的(de)功率儲備€≤，改善電(diàn)源的(de)濾波性能(néng)₹¥"。 2．互調失真 兩種或多(duō)種不(bù)同頻(pín)λ 率的(de)信号通(tōng)過放(fàng)大(d∏®§☆à)器(qì)後或揚聲器(qì)發聲時(shí)互相(xi≥ &₹àng)調制(zhì)而産生(shēng)了(l>e)和(hé)頻(pín)與差頻(pín)以及各次諧波組合産生(shēδ↑®'ng)了(le)和(hé)頻(pín)與差頻(pín)信号π €，這(zhè)些(xiē)新增加的(de)頻(pín)率成分(fēn)構成的(€≥de)非線性失真稱為(wèi)互調失真。通(tōng)常，将←δ兩個(gè)振幅按一(yī)定比例（多(↓πduō)取4:1）的(de)高(gāo)低(dλ€ī)頻(pín)信号，混合進入電(diàn)路'<(lù)，新産生(shēng)的(de)非線性信号的(de)均方根值與原¶₩¶較高(gāo)頻(pín)率信号的(de)振δ幅之比的(de)百分(fēn)數(shù)來(lái← ♣₽)量度互調失真，即互調失真的(de)大(dà)小(xiǎo)，可(kě)用(Ω★↔yòng)互調産物(wù)電(diàn)平與額定信α€号電(diàn)平的(de)百分(fēn)比來(lái)表示。此值越大(dàγ )，互調失真越大(dà)。顯然，互調失真度的(de)大(dà> )小(xiǎo)與輸出功率有(yǒu)關。由•™£于新産生(shēng)的(de)這(zhè)些≠ ε(xiē)頻(pín)率成分(fēn)與原信号沒有(yǒu)相(xi☆₩àng)似性，因而較小(xiǎo)的(de)互調失真也φ€ (yě)很(hěn)容易被人(rén)耳覺察到(dào)∞♣σ×，聽(tīng)起來(lái)感到(dào)又(yòu)尖、又(y♥' òu)刺耳，且伴有(yǒu)“聲染色”現(xiàn)象。也(yě)¥♦σ♠就(jiù)是(shì)說(shuō)，互調失真帶來(lái)的(d≠γ$e)影(yǐng)響，會(huì)使整個(gè)重放(fàng)系統的(☆→de)聲場(chǎng)缺乏層次感，清晰度下(xià)降。在Hi-F¥✘Ωi功放(fàng)中，總希望互調失真度越小(xiǎo)越好(hǎoπΩ)，要(yào)做(zuò)到(dào)這(zhè)一(yī≤£↔)點是(shì)非常困難的(de)，因而高(gāo)保真功放(fà₹₽&©ng)要(yào)求該值小(xiǎo)于0.1%即可(kě)。當然，石機♠∑×←(jī)與膽機(jī)相(xiàng)比，前者的(de)互≤©☆≥調失真要(yào)大(dà)一(yī)些β§(xiē)，這(zhè)也(yě)是(s ∏hì)為(wèi)什(shén)麽石機(jī)的(de)≠÷音(yīn)色不(bù)及膽機(jī)甜美(mě₹↕πi)的(de)一(yī)個(gè)原因。 減小(xiǎo)互調失真的(de)方法，常見(jiàn)的(de)有(yǒu&φπ)： 1)采用(yòng)電(diàn)子(zǐ)分(fēn)頻(p± •±ín)方式，限制(zhì)放(fàng)大(dà)∏>≠¶電(diàn)路(lù)或揚聲器(qì)的(de)工(gōng)作(zuò)帶β•寬；2)在音(yīn)頻(pín)功放(fàng)的(dβ₹≠$e)輸入端增設高(gāo)通(tōng)π>濾波器(qì)，消除次低(dī)頻(pín)信号；3)選用(y≥≥òng)線性好(hǎo)的(de)管子(zǐ)或Ω∑電(diàn)路(lù)結構。 3．瞬态失真 瞬态失真是(shì)現(xiàn)代聲學的(de)一(yπγ✘ ī)個(gè)重要(yào)指标，它反映了(le)功放(fàng)電(diàβn)路(lù)對(duì)瞬态躍變信号的(de) ∏§保持跟蹤能(néng)力，故又(yòu)稱®×₩為(wèi)瞬态反映。發生(shēng)₹γ∏瞬态失真的(de)高(gāo)保真系統，δ©輸出的(de)音(yīn)樂(yuè)信号缺少(shǎo)層次感和(hé)透明↑ <(míng)度。一(yī)般地(dì)，發生(shēng)瞬态失真的↓∏™©(de)原因有(yǒu)： 1)電(diàn)路(lù)內(nèi)電$≥$♠(diàn)抗元器(qì)件(jiàn)的₹×(de)作(zuò)用(yòng)過大(dà)，頻(pín)率範圍不(b♥<ù)夠寬；2)揚聲器(qì)振動系統的(de)動作(zuò)跟§φ不(bù)上(shàng)瞬變電(diàn)信号的(de)變化(h÷↑$εuà)。 瞬态失真的(de)主要(yào)表現(x±¶φiàn)形式有(yǒu)兩種，即瞬态互調失真和(hé)轉換速&率(SR)過低(dī)引起的(de)失真。 瞬态互調失真 在輸入脈沖性瞬态信号時(shí)，因電(d∑ ±βiàn)路(lù)中電(diàn)容（如(rú)滞後補償電(₹ ♦diàn)容、管子(zǐ)極間(jiān)電≈δ±₽(diàn)容等）的(de)存在使輸出端不(bù)能(nén÷∞≥g)立即得(de)到(dào)應有(yǒu)的(de→¶∞)輸出電(diàn)壓（即相(xiàng)位滞後）而使輸入級不(bù)能(n♣♣γéng)及時(shí)獲得(de)應有(yǒu)的(de)負反饋，放(fàng©®®)大(dà)器(qì)在這(zhè)一(yī)瞬間(jiā☆λn)處于開(kāi)環狀态，使輸入級瞬間(jλ∑€iān)過載，此時(shí)的(de)輸入電(diàλ✘n)壓比正常時(shí)要(yào)高(gāo)出好(hǎo)幾十倍，導緻Ω§✔輸入級瞬間(jiān)的(de)嚴重削波，這(zhè)一(y•∏ī)削波失真稱為(wèi)瞬态互調失真。它實質•±上(shàng)是(shì)一(yī)種瞬态過載現•₽(xiàn)象。 由于膽機(jī)抗過載能(néng)力強，放(fàn≠≤↕₽g)大(dà)倍數(shù)低(dī)，沒有(yǒu)深度級間(jiān)負σσ反饋，僅有(yǒu)一(yī)些(xiē)局部負∏'反饋，因而不(bù)易産生(shēng)瞬态互調失真。而一φλ∞↕(yī)般石機(jī)都(dōu)采用(yòng)了(le)大(dà)環路(δδ•♣lù)深度負反饋網絡來(lái)滿足低(dī)$ §失真、寬頻(pín)帶的(de)要(yào)求。可(kě)見(jiàn)，瞬∑☆态互調失真主要(yào)發生(shēng)在石機(jī)中。此外(wài)，音÷×(yīn)量大(dà)、頻(pín)率高(gāo)、動态範圍大(£×♣dà)的(de)節目源容易産生(shēng)瞬态互調失真。£π₹原因在于：音(yīn)樂(yuè)在零信号電(diΩ♣₽àn)平附近(jìn)的(de)時(shíε≤÷β)間(jiān)變化(huà)率大(dà)，會(huì)使聲音(yīn)變得(®↕de)不(bù)完全清晰，特别是(shì)中低(dī)檔石機(jī)，往往出現§÷(xiàn)在高(gāo)頻(pín)部分(fēn)，産生(s¥♠εhēng)尖硬、刺耳的(de)感覺，即所謂的(de)“晶體(tλαǐ)管聲”和(hé)“金(jīn)屬聲”。 瞬态互調失真是(shì)在20世紀70年(nián)代提出來(lái)的☆★δ"(de)一(yī)項動态指标，主要(yào)由σ音(yīn)頻(pín)功放(fàng)內(nèi)部的(de♥✘☆φ)深度負反饋引起的(de)。被公認為(wèi)↓≠∑ 是(shì)影(yǐng)響石機(jī)音(yīn)★<☆•質，導緻“晶體(tǐ)管聲”和(hé)“金(jīn)屬聲”的(de)罪魁±♥π禍首，人(rén)們對(duì)此極為(wè∏ ☆i)重視(shì)。改善ＴＩＭ可(kě)從(cónΩ$ ♦g)其形成機(jī)理(lǐ)入手，常采用(yòng)的"φβ(de)方法有(yǒu)： 1)将放(fàng)大(dà)器(qì)的(de)開(kāi λ)環增益和(hé)負反饋量分(fēn)别控制(zhì)在50dB®&β和(hé)20dB左右；2)選用(yòng)$$高(gāo)ｆT的(de)管子(zǐ)，前級采用(yòng)ｆT大(dà§✔♦)于100MHz的(de)管子(zǐ)，末級功率管的(de)ｆT♦φ應大(dà)于20MHz，盡量拓寬電(diàn)路(lβ✘™φù)的(de)開(kāi)環頻(pín)響，并加大(dà)Ω¥™各級自(zì)身(shēn)的(de)電(dφ←$iàn)流負反饋，取消大(dà)環路(lù)負反饋。目前有(yǒu)部分(f• ®ēn)功放(fàng)（如(rú)鐘(zhōng)聲JA-100）的(&₹₽de)末級擴流電(diàn)路(lù)不(bù)介" ×入環路(lù)負反饋，其目的(de)之一(yī)便在于δ≤'β此；3)采用(yòng)全互補對(duì)稱電(≥'diàn)路(lù)，提高(gāo)功率輸出級的(• ♠de)工(gōng)作(zuò)電(diàn)流，并在輸出級前增設緩∞αδ沖放(fàng)大(dà)級，改善電(diàn)路(lù)的(de)瞬↑★¶态響應；4)取消相(xiàng)位滞後電(diàn)容，改滞後補償為(wè₽•§λi)超前補償，即不(bù)用(yòng)滞後補γ ©'償電(diàn)容，而在大(dà)環路(lù)反↓ ↓饋電(diàn)阻上(shàng)并聯一(y™£σ×ī)隻适當容量的(de)小(xiǎo)電(diàn)容；5)适當加♣£×↕大(dà)輸入級的(de)靜(jìng)态電(diàn)流，增÷→大(dà)其動态範圍，并在其輸入電(diàn)路(lù)中設置低(dī)通(≈Ω£☆tōng)濾波器(qì)，消除80kHz以上(shàng)≈×β的(de)高(gāo)頻(pín)雜(zá)波信号，防止高(gā$§©o)頻(pín)幹擾信号導緻輸入級瞬間(jiān)過載。 轉換速率過低(dī)引起的(de)失真 轉換速率指音(yīn)頻(pín)設備對(duì)猝發聲信επ"号或脈沖信号的(de)跟蹤或反應能(néng)力，是₽ ±α(shì)反映功放(fàng)電(diàn)路(lù)瞬态應變能(néng)力§→的(de)重要(yào)參數(shù)。轉換速率過低(dīβ¶)引起的(de)瞬态失真是(shì)由于放(fàng £)大(dà)器(qì)輸出信号的(de)變化(huà)跟不(bù£β>)上(shàng)輸入信号的(de)迅速變化(huà)而引起的(¥®de)。如(rú)果給放(fàng)大(dà)器(qì)<Ω®輸入一(yī)個(gè)足夠大(dà)的(de)脈沖信号時(shí)，§♠其電(diàn)壓的(de)大(dà)變化(huà)速率應是(shìπ≤)電(diàn)壓上(shàng)升值與所需時(s<&♦hí)間(jiān)之比，單位是(shì)每秒(miǎo ✔')上(shàng)升多(duō)少(shǎo)α∏↕™伏，寫成數(shù)字表達式為(wèi)SR=V/μｓ。SR對£✔(duì)高(gāo)保真功放(fàng)來(lái)說(shuō)∏← ，它直接影(yǐng)響放(fàng)大(dà)器(qì)的(de)瞬态響應和 ¥÷€(hé)反應速度，SR值高(gāo)的(de)功放(fàng)，解析力、'§&層次感及定位感都(dōu)好(hǎo)，聽(tīnε₩★g)感佳，重放(fàng)流行(xíng)音(yīn)樂(y♣↕uè)更是(shì)如(rú)此。SR數(sh←÷ù)值的(de)大(dà)小(xiǎo)與功放(fàng)的(de)輸出π×電(diàn)壓和(hé)輸出高(gāo)頻(pín)截止頻(p♦±₩ín)率等有(yǒu)關，輸出功率大(dà)的(de)，SR值就(ji♥&≥ù)大(dà)；高(gāo)頻(pín)截止頻(pín)率高(gāo)的£∏↑×(de)，SR值也(yě)大(dà)，優質功放(fàng)的(de★×♣♥)SR值可(kě)達100V/μｓ。為(wèi)↑★了(le)提高(gāo)功放(fàng)£γ≤的(de)SR值，通(tōng)常采用(yòng)超高(gāα≤¶o)速、低(dī)噪聲的(de)管子(zǐ)，但(dàn)SR✔₽✘值過高(gāo)，易使電(diàn)路(lù)自(zì)激，穩定性變差。此外( €∏wài)，前級電(diàn)路(lù)的(de)SR值不λ♦(bù)應高(gāo)于後級電(diàn)路(lù≠↔¥)，否則易引起瞬态互調失真。順便多(duō)說(shuō)幾句，功≈β←→放(fàng)的(de)SR可(kě)用(yòng∞ )示波器(qì)來(lái)估測，方法是(shì)先給音(yīn)頻(pín)™©♠功放(fàng)饋送一(yī)方波信号，≥'作(zuò)為(wèi)輸入信号，其輸出信号波形±∏÷×前沿上(shàng)升至額定值所需時(shí)間≤♦¶✘(jiān)，所得(de)的(de)結果≈ε用(yòng)V/μｓ表示便是(shì)轉換速率的(dαπe)大(dà)小(xiǎo)。顯然，如(rú)果音(yīn)頻(✘♣€αpín)功放(fàng)能(néng)夠很(hěn)↕> 好(hǎo)地(dì)處理(lǐ)方波信号，那(nà)就(jiù)表明(mí§ε£ng)它具有(yǒu)很(hěn)好(hǎo)的(de)轉換速率和(hé)較§₽寬的(de)頻(pín)率特性。 4．交流接口失真 交流接口失真是(shì)由揚聲器(qì)的(de)反電(dià®Ωn)動勢通(tōng)過線路(lù)反饋到(dào)電(diàn)路(lù)而€∞✘×引起的(de)。改善這(zhè)種失真的(de)方法有(yǒu)：1 &÷)減少(shǎo)電(diàn)路(lù)級數(™¥÷shù)，适當加大(dà)電(diàn)路(lù)的(de)靜(jìn♠×&γg)态工(gōng)作(zuò)電(diàn)流；2)✘∞₹選擇适合的(de)揚聲器(qì)，使阻尼系數(shù€✘ )更趨合理(lǐ)；3)采用(yòng)大(dà)容量優質電(diàn)'£≈源變壓器(qì)，并适當提高(gāo)濾波電(diàn ™★ε)容的(de)容量，在濾波電(diàn)容上(shàng)并聯小(xiǎo)≈<"容量ＣＢＢ電(diàn)容。 此外(wài)，由于電(diàn)路(l®¶₩♣ù)直流工(gōng)作(zuò)點選擇不"&✘¥(bù)當或元器(qì)件(jiàn)質量不(↔∑<☆bù)高(gāo)，還(hái)會(huì)出現(xiàn)另一(yī★♥)些(xiē)非線性失真，諸如(rú)交叉失真和(héγ€)削波失真，它們均可(kě)以引起諧波失真≈σ₩≥和(hé)互調失真。交叉失真又(yòu)稱為(wèi±≥)交越失真，它是(shì)對(duì)推挽功放(fàng)而言的(de×₹)，主要(yào)由乙類推挽功放(fàn±¥Ωg)中的(de)功率管起始導通(tōng)非線性而引起的(de)，特别是(™©€↓shì)在小(xiǎo)電(diàn)流的(de)情況下(xiλ¶à)，其輸出電(diàn)流在交界處産生(★₽'shēng)非線性失真，且信号幅度越小(xiǎo)，失真越嚴重。削波失真是± (shì)功放(fàng)管動态範圍不(bù)夠，由飽和(hé)<☆¥導通(tōng)引起大(dà)信号被限幅削波♣≠₩ 而造成的(de)，削波失真産生(shēng)了(le)大(>¥✘dà)量超聲波，使聲音(yīn)變得(de)模糊而抖動✔••σ，聽(tīng)久了(le)使人(rén)頭痛。減©£™小(xiǎo)交叉失真常用(yòng)的(de)方法，是(shì)适當提高₹≥♠(gāo)推挽輸出管的(de)直流工(gōng)作(zuò)點；而改善削波失真γ≈的(de)措施，一(yī)般是(shì)适當加大(dà)電(diàn)路λ♥(lù)的(de)線性工(gōng)作(zuò)範圍。