总谐波失真

2021-03-09 09:26:57 浏览:410

定义

用线性信号驱动非线性系统时会产生谐波成分,这些多出来的谐波成分和实际输入信号的比称为总谐波失真(Total Harmonic Distortion, THD)。

计算

根据《GBT--17626.7-2008电磁兼容试验和测量技术供电系统及所连设备谐波、谐间波的测量和测量仪器导则》,THD的计算为:不大于某特定阶数H的所有谐波分量有效值Gn与基波分量有效值G1比值的方和根,即:

其中,G表示谐波分量的有效值,它将按要求在表示电流时被I代替,表示电压时被U代替。H的取值需要参考GB17625系列。

产生原因

谐波是原有基波频率的倍频波,譬如1kHz信号的3次谐波为3kHz。谐波失真的产生需要从谐波的产生说起:

(1)在电力系统里,由于非线性电路器件、负荷等的存在,假设输入为周期的正弦信号,流过时会发生畸变,变为周期的非正弦信号,根据傅里叶级数,这个周期的非正弦信号可以被分解为一个基波和多个谐波的和,这些谐波的频率和基波呈倍频关系,这里的谐波是输入信号的失真成分。

(2)在音乐里,不同的乐器会产生不同的谐波,譬如拨动琴弦的中点,可以看到整条琴弦各个分位点存在不同程度、和中心波动倍频率的波动,这里的谐波并非是失真,而是不同乐器发声的特征。

(3)人说话产生的谐波主要是由于口腔、声带共振导致的,依照人说话时的谐波甚至可以评估人的口腔大小,这里的谐波也是发声特征。

总谐波失真一般评估的是音频处理系统对输入音频产生的各阶次谐波失真的和,因此谐波失真主要是由于(1)所述的原因。

测量方式

对于一个音频处理系统而言,需要单独测量每一个频点的总谐波失真,最后形成一个总谐波失真曲线。譬如,对于1kHz处的THD,需要对系统输入1kHz的正弦信号,逐渐提升电压,使信号功率为1W,然后获取一段信号,计算该信号2~N阶次谐波成分分别对1kHz基波电压比值的方和根,作为该频点的总谐波失真[1]。依次推类测量获得系统所有感兴趣频点的THD曲线。

图 1 作者实测Sony N3AP入耳耳机的THD曲线(20~20kHz)

参考文献

[1] 测量功放总谐波失真的方法和步骤. 搜狐. https://www.sohu.com/a/148705916_659888 

作          者: 泮桥成像光电商城

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