™± &n§&↔γbsp; & £↓nbsp; &nbs≠↓∞₹p; ↔₽談談音(yīn)頻(pín)功放(fàng)失真及常見(jiàn)☆←β↕改善方法
音(yīn)頻(pín)功放(fàng)失真π¶是(shì)指重放(fàng)音(yīn)頻(pín)信号波形畸變的(α↑₹de)現(xiàn)象,通(tōng)常分(fēn)為(wèi)電(diàn)÷α失真和(hé)聲失真兩大(dà)類。電(diàn)失真就(jiù)是↔(shì)信号電(diàn)流在放(fàng)大(dà)₽Ω✘÷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≥₹β™(xiàn)聲音(yīn)。 無論是(shì)電(diàn)失真還(hái)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λγ↓☆(pín)率分(fēn)量間(jiān)幅度和(hé)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(THD)、互調失真(IMD)等可(kě)産生(shēng)新∑$的(de)頻(pín)率成分(fēn),或各✘↓$頻(pín)率分(fēn)量的(de)調制(zhì)産物(wù),這(zh$♦è)些(xiē)多(duō)餘産物(wù)↕ε✔€與原信号極不(bù)和(hé)諧,引起聲音(yφ© ✘īn)畸變,粗糙刺耳,這(zhè)些(xiē)失真屬于∞$ 非線性失真。在這(zhè)裡(lǐ),分(fēn)别對(du™¥∏γì)諧波失真、互調失真、瞬态互調失真(TIM)、交流接口失真(IHM)等↕'ε加以討(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(yī)種失真。這 δ(zhè)種失真使音(yīn)頻(pín)♠★ ¥信号産生(shēng)許多(duō)新的(de)諧波成分§€¥™(fēn),疊加在原信号上(shàng),形成了(le•↓)波形失真的(de)信号。将各諧波引起的(de)失真疊加起來✔(lái),就(jiù)是(shì)總諧波失真₩↔度,其值常用(yòng)輸出信号中的(de)所有(yǒuλ♣✔₹)諧波均方根值與基波電(diàn)壓有(♦εyǒu)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(wèi)由非線性失"¶δ真引入的(de)各次諧波信号。顯然,該百分(fēn)數(shù)越小(xi₩£★ǎo),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✔ε€(de)諧波失真一(yī)般控制(zhì)在0.0∏∑5%以下(xià),許多(duō)優質功放(fàng)的(de)諧波σ→失真已小(xiǎo)于0.01%,而專業(yè)級音(y $īn)頻(pín)功放(fàng)的(de)諧波失真度一(yī)般控制(zhì•←→ )在0.03%以下(xià)。事(shì→α' )實上(shàng),當總諧波失真度小(xiǎo)于0.1%時(shí),™ 人(rén)耳就(jiù)很(hěn)難分(fēn)辨了(le)。另需說(sh←"¶®uō)明(míng)的(de)是(shì),對(duì)于一(y≠←ī)台指定的(de)音(yīn)頻(píπε♣n)功放(fàng)而言,例如(rú),某音(yīn)頻(pín)≤$功放(fàng)的(de)總諧波失真指标表示為(wèi)TH♠♣D<0.009%(1W)。初看(kàn)起<β∑"來(lái),似乎總諧波失真很(hěn)小(xiǎo)∑®←→,但(dàn)它隻是(shì)在輸出功率為(wèi)1W時(•¶Ωshí)的(de)總諧波失真,這(zhè)與™<在有(yǒu)關标準要(yào)求的(de)測量♠φγ條件(jiàn)下(xià)所得(de)的(de)總諧波¥φ←♠失真值是(shì)不(bù)同的(de)。₹ §₹所以,在标明(míng)音(yīn)頻(p®✘ín)功放(fàng)的(de)總諧波失真指标時(shí §₽),一(yī)般都(dōu)會(huì)£×注明(míng)測量條件(jiàn)。 衆所周知(zhī),人(rén)的(de)聽(t♠<שīng)覺系統是(shì)極其複雜(zá)的(de),有(yǒu)時(sh↓≈£γí)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(xiàn✘β↕€)象的(de)原因是(shì)多(duō)方面的(de♦₹•↕)。其中,與各次諧波成分(fēn)對(duì)音¥δ"≈(yīn)質的(de)影(yǐng)響程度不(b←≥αù)同有(yǒu)直接關系。盡管石機(j∏πλī)與膽機(jī)的(de)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(yīnδ£)明(míng)亮(liàng)圓潤、高(gāo)音♦€(yīn)纖細清澈,極為(wèi)耐聽(tīng);石機(jī) ♠♦λ則低(dī)頻(pín)強勁有(yǒu)力,中高(gāo)頻←"✘(pín)通(tōng)透明(míng)亮(l≤∑iàng),但(dàn)高(gāo)頻(pín)發毛,聲音(y₽ε₩īn)生(shēng)硬,音(yīn)色偏冷(lěng)。© 經頻(pín)譜分(fēn)析發現(xiàn),石機(jī)含有(yγ™ǒu)大(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(bù)敏感。此外♦←δ(wài),人(rén)耳對(duì)偶次諧波失真分( ↔fēn)辨力較低(dī),對(duì)高(gā♦βo)次諧波卻非常敏感,這(zhè)也(yě)是☆∞∏✔(shì)上(shàng)述現(xiàn)象的(de)重> ↕"要(yào)原因之一(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)流負反饋;2)α↔選用(yòng)fT高(gāo)、NF小(xiǎ•↓'o)、線性好(hǎo)的(de)放(fà≤≥ δng)大(dà)元器(qì)件(jiàn);3)盡可(k±±™♣ě)能(néng)地(dì)提高(gāo)各單元電(d"✔•$iàn)路(lù)中對(duì)管的(de)一(yī)緻性;σγ≈4)采用(yòng)甲類放(fàng)大(dà)方式,選用 ↓<(yòng)優秀的(de)電(diàn)路(lù)程式;5≈₹♠)提高(gāo)電(diàn)源的(de)功率儲備,改善電(diàn)源♠≥α的(de)濾波性能(néng)。 2.互調失真 兩種或多(duō)種不(bù)同頻(pí<'↕n)率的(de)信号通(tōng)過放(fàng)大(dà↑π>)器(qì)後或揚聲器(qì)發聲時(shí$ )互相(xiàng)調制(zhì)而産生(shēng)&&了(le)和(hé)頻(pín)與差頻(p ☆♠ín)以及各次諧波組合産生(shēng)了(le)和(hé)頻(pí∑€n)與差頻(pín)信号,這(zhè)些(x≠φ iē)新增加的(de)頻(pín)率成分(fēn)構β ₹φ成的(de)非線性失真稱為(wèi)互調失真。通(tōng)常,将兩₹↔個(gè)振幅按一(yī)定比例(多(duō)取4:1)的δ↑∞(de)高(gāo)低(dī)頻(pín)信号≠↕÷,混合進入電(diàn)路(lù),新産生(sh→©$ēng)的(de)非線性信号的(de)均方根值與原較☆ ≤×高(gāo)頻(pín)率信号的(de)振幅之比的(de)百分₹♥(fēn)數(shù)來(lái)量度互調失真,即™↔¶互調失真的(de)大(dà)小(xiǎo),可(k&∑÷∞ě)用(yòng)互調産物(wù)電(diàn)平與額定信号電(diàn)平的&•∞(de)百分(fēn)比來(lái)表示。此值越大(dà),互調失真越大(₹&β£dà)。顯然,互調失真度的(de)大(dà)小(xiǎo)與輸出>•λ✔功率有(yǒu)關。由于新産生(shēng)的(de)這(zhè)些(xi✘®ē)頻(pín)率成分(fēn)與原信号沒有(yǒu)→±相(xiàng)似性,因而較小(xiǎo)的(de)互調失真也(yě)很• ←(hěn)容易被人(rén)耳覺察到(dε£ào),聽(tīng)起來(lái)感到(dào)又(yòu)尖、又(yòu♥∏)刺耳,且伴有(yǒu)“聲染色”現(xiàn)象。也(yě)就(ji£★☆ù)是(shì)說(shuō),互調失真帶來(♦≠™lái)的(de)影(yǐng)響,會(huì∑±→)使整個(gè)重放(fàng)系統的(de)聲場(chǎng)缺乏∞™' 層次感,清晰度下(xià)降。在Hi-Fi功放(®$♦¶fàng)中,總希望互調失真度越小(xiǎo)越好(hǎo),要(✔σ✘↑yào)做(zuò)到(dào)這(zhè)♦₹一(yī)點是(shì)非常困難的(de),因而高(g ¶≥↕āo)保真功放(fàng)要(yào)求該值α"¥小(xiǎo)于0.1%即可(kě)。當然,石機(jī)與膽機(jī•≈φ)相(xiàng)比,前者的(de)互調失真要(yào)大(↔∏¶dà)一(yī)些(xiē),這(zhè)也(yě)是(shì)>♣®→為(wèi)什(shén)麽石機(jī)的(de)音β÷(yīn)色不(bù)及膽機(jī)甜美(mě¥£φi)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≤↕↓→): 1)采用(yòng)電(diàn)子(zǐ)分(fēn)頻(pín)方式€↕$>,限制(zhì)放(fàng)大(dà)電(∞₽ diàn)路(lù)或揚聲器(qì)的(de)工(gōng)作(zuò ±')帶寬;2)在音(yīn)頻(pín)功放(fàng)的(de)輸入端♦←增設高(gāo)通(tōng)濾波器(qì) σ,消除次低(dī)頻(pín)信号;3)選用(yòng)線性好(h←σ¶★ǎo)的(de)管子(zǐ)或電(diàn)路(lù)結構& &λ。 3.瞬态失真 瞬态失真是(shì)現(xiàn)代聲學的(de★↑ )一(yī)個(gè)重要(yào)指标,它"α↕反映了(le)功放(fàng)電(diàn)路(l✘≠↑ù)對(duì)瞬态躍變信号的(de)保持跟蹤能(nπ®✔↑éng)力,故又(yòu)稱為(wèi)瞬δ₩≈态反映。發生(shēng)瞬态失真的(de)高(gāo)保真系統,輸δ♥ ↑出的(de)音(yīn)樂(yuè)信号缺少♣₩α≈(shǎo)層次感和(hé)透明(míng)度。一(yī)般地(dì),發生 ←(shēng)瞬态失真的(de)原因有(yǒu)≥β<<: 1)電(diàn)路(lù)內(nèi)電(diàn)抗元器(qì ↔")件(jiàn)的(de)作(zuò)用(yòng)過'§大(dà),頻(pín)率範圍不(bù)夠寬;2)₩φ$γ揚聲器(qì)振動系統的(de)動作(zuò)跟不(bù)上©≤(shàng)瞬變電(diàn)信号的(de)變•✘<化(huà)。 瞬态失真的(de)主要(yào)表現(x← ↔≠iàn)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(diàn)路(l$∞ ù)中電(diàn)容(如(rú)滞後補償電(diàn)容、管子(≈₽zǐ)極間(jiān)電(diàn)容等)的(de)存在使輸出端不(bù)☆≈®能(néng)立即得(de)到(dào)應$↑₩有(yǒu)的(de)輸出電(diàn)壓(即相(x÷☆iàng)位滞後)而使輸入級不(bù)能(néng)及時(sh↕₽í)獲得(de)應有(yǒu)的(de)負反饋,≈α放(fàng)大(dà)器(qì)在這(zhè)↕☆'一(yī)瞬間(jiān)處于開(kāi)環狀态,使輸入級瞬間(jiān)過¥δ載,此時(shí)的(de)輸入電(diàn)壓比正¥ 常時(shí)要(yào)高(gāo)出好(hǎo)幾十倍,導$♦緻輸入級瞬間(jiān)的(de)嚴重削波$↕™∑,這(zhè)一(yī)削波失真稱為(wèi)瞬态互調失真。它實質上(s↔<&hàng)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(fàng)大(dà)倍數(shù)低(dīσ ),沒有(yǒu)深度級間(jiān)負反饋,僅有(yǒu)一(yī)些(xi↓©ē)局部負反饋,因而不(bù)易産生(shēng)瞬态互調失真∑€↓。而一(yī)般石機(jī)都(dōu)采用(yòng)了 (le)大(dà)環路(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(yà¶•>o)發生(shēng)在石機(jī)中。此外(wà™♦→i),音(yīn)量大(dà)、頻(pí∏∞n)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。原因在于:音(yīn)樂(yuè)λ☆'π在零信号電(diàn)平附近(jìn)的(de)時(shí)間(jα®≥•iān)變化(huà)率大(dà),會(δΩδ♦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↓π)頻(pín)部分(fēn),産生(shēng)尖硬、♥÷≤₽刺耳的(de)感覺,即所謂的(de)“晶體(tǐ)管聲”和(hé)“金(jīσ÷n)屬聲”。 瞬态互調失真是(shì)在20世紀70年(niá₹£n)代提出來(lái)的(de)一(yī)項動态指标,主要(y&÷×<ào)由音(yīn)頻(pín)功放(fàα✘∑↓ng)內(nèi)部的(de)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)罪魁禍首,人(rén)們對(duì)此極為(♠wèi)重視(shì)。改善TIM可(kě)從(cóng)其&★π₽形成機(jī)理(lǐ)入手,常采用(yòng)的(de)方法有(yǒu): 1)将放(fàng)大(dà)器(qì)的(de)開(kāi)環增益和ε(hé)負反饋量分(fēn)别控制(zhì)∏♠在50dB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(d♠↑π÷e)管子(zǐ),末級功率管的(de)fT應大(dà)于 ☆20MHz,盡量拓寬電(diàn)路(lù)的(de)開(k£λ↓§āi)環頻(pín)響,并加大(dà)各級自(☆γzì)身(shēn)的(de)電(diàn¶↑≠)流負反饋,取消大(dà)環路(lù)負反饋。目前有(yǒu)部¥₹×分(fēn)功放(fàng)(如(rú)鐘(zhōng)聲JA-10∞∑φ"0)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(z₩↓uò)電(diàn)流,并在輸出級前增設緩沖放(fàng)大(d±λ&€à)級,改善電(diàn)路(lù)的(de)瞬态響應;4)取消相(xi♦σΩ àng)位滞後電(diàn)容,改滞後補償為(wèi)超前補償,即不(bλ♠ù)用(yòng)滞後補償電(diàn)容,而在大(dà)環路•"£(lù)反饋電(diàn)阻上(shàngλ")并聯一(yī)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(tōng)濾波器× →•(qì),消除80kHz以上(shàng)的(de)高(gāo)頻(± pín)雜(zá)波信号,防止高(gāo)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)猝發聲信号或脈沖信号的(de¥₩ ε)跟蹤或反應能(néng)力,是(shì)反映Ωδ$功放(fàng)電(diàn)路(lù)瞬态$∏≠應變能(néng)力的(de)重要(yào)參數(shù)。轉換速率過低(dφΩ±ī)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(bπ×<λù)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)輸入一(↕<™yī)個(gè)足夠大(dà)的(de)脈沖信号時(♥$↕ shí),其電(diàn)壓的(de)大(dà)變₹β≈化(huà)速率應是(shì)電(diàn)壓上(shàng)升值與所需時(s£↑↔₽hí)間(jiān)之比,單位是(shì)每秒(miǎo)上(shàng)升£>多(duō)少(shǎo)伏,寫成數(shù)字表達式為(wèi)SR=δ≠>V/μs。SR對(duì)高(gāo)保真功放(f &àng)來(lái)說(shuō),它直接影($€αyǐng)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),>Ω解析力、層次感及定位感都(dōu)好(hǎα↔$←o),聽(tīng)感佳,重放(fàng)流行(xíng)音(y'≈& īn)樂(yuè)更是(shì)如(rú¶♦)此。SR數(shù)值的(de)大(dà)小(xα¥iǎo)與功放(fàng)的(de)輸出電('$♥diàn)壓和(hé)輸出高(gāo)頻(pín)截止頻(pín)率∞σ等有(yǒu)關,輸出功率大(dà)的(de),SR值就(jiù)大(dà);★α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(fà≠↑ng)的(de)SR值,通(tōng)常采用(yòng)≥ε超高(gāo)速、低(dī)噪聲的(de)管子(zǐ),但αβ×(dàn)SR值過高(gāo),易使電(diàn)路(lù)自(zì)激α∑,穩定性變差。此外(wài),前級電(di'©≤àn)路(lù)的(de)SR值不(bù)應高(gāo)于後級電<±ε(diàn)路(lù),否則易引起瞬态互調失真。順便♦₽♦多(duō)說(shuō)幾句,功放(fàng)的(de)✘ SR可(kě)用(yòng)示波器(qì)來(láβ∞i)估測,方法是(shì)先給音(yīn♣•λ)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)結果用(yòng)V/✘βμs表示便是(shì)轉換速率的(de)₩ ÷大(dà)小(xiǎo)。顯然,如(rú)果音(yīn∑Ω∏∞)頻(pín)功放(fàng)能(néng)夠很(hěn)好φβ♥(hǎo)地(dì)處理(lǐ)方波信号,那(nà)就(jiù)表明(mín€↔g)它具有(yǒu)很(hěn)好(hǎo)的(dλ≥©e)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(diàn)動勢通(tōng)過線路(lù)反饋到(dào)電(diàλ∏✔γn)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(∑φ<diàn)路(lù)級數(shù),适當加大(dà)電(diàn)路(lù>δπ)的(de)靜(jìng)态工(gōng)作(zuò)電(diࣙ★₹n)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)容的☆♦φ™(de)容量,在濾波電(diàn)容上(sh×¥€•àng)并聯小(xiǎo)容量CBB電(diàn∞☆ )容。 此外(wài),由于電(diàn)路(lù)直≈←β£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δ♥(hé)削波失真,它們均可(kě)以引起諧波失真和(hé)₹↕∞互調失真。交叉失真又(yòu)稱為(wèσ₽✔i)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∑£♣≈g)中的(de)功率管起始導通(tōng)≥ε♣≥非線性而引起的(de),特别是(shì)↕π在小(xiǎo)電(diàn)流的(de)情況下(xiàα¥™☆),其輸出電(diàn)流在交界處産生(shē•>ng)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§λ©)大(dà)量超聲波,使聲音(yīn)變得(de)模糊而抖動,聽(tīng) 久了(le)使人(rén)頭痛。減小(xi™±☆ǎo)交叉失真常用(yòng)的(de)方法,是(shì)适當提高(gā ☆o)推挽輸出管的(de)直流工(gōng)作(zuα€ ✔ò)點;而改善削波失真的(de)措施,一(yī)般是(←πshì)适當加大(dà)電(diàn)路αΩ∏ε(lù)的(de)線性工(gōng)作(zuò)範圍。