Audio 失真度 ( THD + N )

失真度 ( THD + N )

英文全名為” Total Harmonic Distortion + Noise ”,一般都縮寫為THD + N,又稱總諧波失真 + 噪聲,在 Audio的領域中,是一種電聲訊號品質的度量,目的在量測功率放大器,信號輸入放大器前與經過放大器後的信號作比較,將放大過的信號與原信號兩者訊號的功率比率,THD + N比數值越小,代表失真度越小。

THD + N的定義

以功率放大器爲例,信號在通過放大器時,由於非線性元件的影響,工作時電路不可避免的發生振盪,產生了奇次/偶次諧波 (二次諧波 ”2f”,三次諧波 ”3f”,四次諧波”4f”… ”nf” ) 混疊在輸出訊號,因此輸出的信號就不會單純是與輸入完全相同的成分(f),而是包括了諧波成分的信號(2f,3f,4f…nf),這些多餘出來的諧波成分加上噪聲的成分後,與輸入信號的比值就是總諧波失真,常以百分數 ( % ) 表示。

Note.           f = 輸入頻率
                    n = 倍數

音頻失真產生的原因
1. 訊號干擾及傳輸損失:當音訊信號在傳輸過程中經過雜訊、衰減等影響時,導致音訊信號的品質受損。
2. 電源噪聲:當音訊設備使用的電源供應,噪聲較大時,導致音訊信號品質受損。
3. 過度增益 : 當音訊信號通過擴大器等設備時,通常功放的額定功率也與諧波失真有一定的關係,過度增益可能會導致非線性失真,導致音訊信號的品質受損。

失真度的測量
失真度依照放大器要驅動的產品不同(如耳機、喇叭),一般量測到可接受的範圍會在0.00n%~10% 之間 (n=1~9),而放大器在不同的輸出功率時,會有不同的失真度表現,在量測時通常會設定在 1/2 額定輸出功率的條件,以下演示,是設備輸出針對不同負載阻抗,所量測到失真度的差異。

量測環境


1. Audio Performance Measurement Equipment
2. Audio Headphone Amplifier
3. Power supply (DC 3.3V)
4.Test Load ( 16Ω / 33Ω )



量測結果
1. AMP 輸出負載 : 33Ω
   輸出功率 : 左聲道13.96mW,右聲道 15.21mW
   失真度 : 左聲道0.006886%,右聲道 0.007207%

    

2.AMP 輸出負載 : 16Ω
  輸出功率 : 左聲道26.88mW,右聲道 30.47mW
  失真度 : 左聲道0.010666%,右聲道 0.011632%

    

量測結果可以看出兩者相差約 0.00378%,透過所呈現的差異,可以瞭解音響設備輸出在不同負載時,對於失真度的影響。

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