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    隻有了解“失真”根本才能更好解決
    作者: 發布於:2020/5/25 8:56:58 點擊量:

    失真是輸入信號與輸出信號在幅度比例關係、相位關係及波形形狀產生變化的現象。音頻功放的失真分為電失真和聲失真兩大類。電失真是由電路引起的,聲失真是由還音器件揚聲器引起的。電失真的類型有:諧波失真、互調失真、瞬態失真。聲失真主要是交流接口失真。按性質分,有非線性失真和線性失真。 

    音頻功放失真是指重放音頻信號波形畸變的現象,通常分為電失真和聲失真兩大類。電失真就是信號電流在放大過程中產生了失真,而聲失真是信號電流通過揚聲器,揚聲器未能如實地重現聲音。

    線性失真是指信號頻率分量間幅度和相位關係的變化,僅出現波形的幅度及相位失真,這種失真的特點是不產生新的頻率分量。而非線性失真是指信號波形發生了畸變,並產生了新的頻率分量的失真。音頻功放所產生的失真要點如下: 

      無論是電失真還是聲失真,按失真的性質來分,主要有頻率失真和非線性失真兩種。其中,引起信號各頻率分量間幅度和相位的關係變化,僅出現波形失真,不增加新的頻率成分,屬於線性失真。而諧波失真(THD)、互調失真(IMD)等可產生新的頻率成分,或各頻率分量的調製產物,這些多餘產物與原信號極不和諧,引起聲音畸變,粗糙刺耳,這些失真屬於非線性失真。在這裏,分別對互調失真、瞬態互調失真(TIM)、交流接口失真(IHM)等加以討論。


      1.互調失真

      兩種或多種不同頻率的信號通過放大器後或揚聲器發聲時互相調製而產生了和頻與差頻以及各次諧波組合產生了和頻與差頻信號,這些新增加的頻率成分構成的非線性失真稱為互調失真。通常,將兩個振幅按一定比例(多取4:1)的高低頻信號,混合進入電路,新產生的非線性信號的均方根值與原較高頻率信號的振幅之比的百分數來量度互調失真,即互調失真的大小,可用互調產物電平與額定信號電平的百分比來表示。此值越大,互調失真越大。顯然,互調失真度的大小與輸出功率有關。由於新產生的這些頻率成分與原信號沒有相似性,因而較小的互調失真也很容易被人耳覺察到,聽起來感到又尖、又刺耳,且伴有“聲染色”現象。也就是說,互調失真帶來的影響,會使整個重放係統的聲場缺乏層次感,清晰度下降。在Hi-Fi功放中,總希望互調失真度越小越好,要做到這一點是非常困難的,因而高保真功放要求該值小於0.1%即可。當然,石機與膽機相比,前者的互調失真要大一些,這也是為什麽石機的音色不及膽機甜美的一個原因。


      減小互調失真的方法,常見的有:

      1)采用電子分頻方式,限製放大電路或揚聲器的工作帶寬;2)在音頻功放的輸入端增設高通濾波器,消除次低頻信號;3)選用線性好的管子或電路結構。


      3.瞬態失真

      瞬態失真是現代聲學的一個重要指標,它反映了功放電路對瞬態躍變信號的保持跟蹤能力,故又稱為瞬態反映。發生瞬態失真的高保真係統,輸出的音樂信號缺少層次感和透明度。一般地,發生瞬態失真的原因有:

      1)電路內電抗元器件的作用過大,頻率範圍不夠寬;2)揚聲器振動係統的動作跟不上瞬變電信號的變化。

      瞬態失真的主要表現形式有兩種,即瞬態互調失真和轉換速率(SR)過低引起的失真。

      瞬態互調失真

      在輸入脈衝性瞬態信號時,因電路中電容(如滯後補償電容、管子極間電容等)的存在使輸出端不能立即得到應有的輸出電壓(即相位滯後)而使輸入級不能及時獲得應有的負反饋,放大器在這一瞬間處於開環狀態,使輸入級瞬間過載,此時的輸入電壓比正常時要高出好幾十倍,導致輸入級瞬間的嚴重削波,這一削波失真稱為瞬態互調失真。它實質上是一種瞬態過載現象。

      由於膽機抗過載能力強,放大倍數低,沒有深度級間負反饋,僅有一些局部負反饋,因而不易產生瞬態互調失真。而一般石機都采用了大環路深度負反饋網絡來滿足低失真、寬頻帶的要求。可見,瞬態互調失真主要發生在石機中。此外,音量大、頻率高、動態範圍大的節目源最容易產生瞬態互調失真。原因在於:音樂在零信號電平附近的時間變化率最大,會使聲音變得不完全清晰,特別是中低檔石機,往往出現在高頻部分,產生尖硬、刺耳的感覺,即所謂的“晶體管聲”和“金屬聲”。

      瞬態互調失真是在20世紀70年代提出來的一項動態指標,主要由音頻功放內部的深度負反饋引起的。被公認為是影響石機音質,導致“晶體管聲”和“金屬聲”的罪魁禍首,人們對此極為重視。改善TIM可從其形成機理入手,常采用的方法有:

      1)將放大器的開環增益和負反饋量分別控製在50dB和20dB左右;2)選用高fT的管子,前級采用fT大於100MHz的管子,末級功率管的fT應大於20MHz,盡量拓寬電路的開環頻響,並加大各級自身的電流負反饋,取消大環路負反饋。目前有部分功放(如鍾聲JA-100)的末級擴流電路不介入環路負反饋,其目的之一便在於此;3)采用全互補對稱電路,提高功率輸出級的工作電流,並在輸出級前增設緩衝放大級,改善電路的瞬態響應;4)取消相位滯後電容,改滯後補償為超前補償,即不用滯後補償電容,而在大環路反饋電阻上並聯一隻適當容量的小電容;5)適當加大輸入級的靜態電流,增大其動態範圍,並在其輸入電路中設置低通濾波器,消除80kHz以上的高頻雜波信號,防止高頻幹擾信號導致輸入級瞬間過載。


      轉換速率過低引起的失真

      轉換速率指音頻設備對猝發聲信號或脈衝信號的跟蹤或反應能力,是反映功放電路瞬態應變能力的重要參數。轉換速率過低引起的瞬態失真是由於放大器輸出信號的變化跟不上輸入信號的迅速變化而引起的。如果給放大器輸入一個足夠大的脈衝信號時,其電壓的最大變化速率應是電壓上升值與所需時間之比,單位是每秒上升多少伏,寫成數字表達式為SR=V/μs。SR對高保真功放來說,它直接影響放大器的瞬態響應和反應速度,SR值高的功放,解析力、層次感及定位感都好,聽感佳,重放流行音樂更是如此。SR數值的大小與功放的輸出電壓和輸出高頻截止頻率等有關,輸出功率大的,SR值就大;高頻截止頻率高的,SR值也大,優質功放的SR值可達100V/μs。為了提高功放的SR值,通常采用超高速、低噪聲的管子,但SR值過高,易使電路自激,穩定性變差。此外,前級電路的SR值不應高於後級電路,否則易引起瞬態互調失真。順便多說幾句,功放的SR可用示波器來估測,方法是先給音頻功放饋送一方波信號,作為輸入信號,其輸出信號波形前沿上升至額定值所需時間,所得的結果用V/μs表示便是轉換速率的大小。顯然,如果音頻功放能夠很好地處理方波信號,那就表明它具有很好的轉換速率和較寬的頻率特性。


      4.交流接口失真

      交流接口失真是由揚聲器的反電動勢通過線路反饋到電路而引起的。改善這種失真的方法有:1)減少電路級數,適當加大電路的靜態工作電流;2)選擇適合的揚聲器,使阻尼係數更趨合理;3)采用大容量優質電源變壓器,並適當提高濾波電容的容量,在濾波電容上並聯小容量CBB電容。

      此外,由於電路直流工作點選擇不當或元器件質量不高,還會出現另一些非線性失真,諸如交叉失真和削波失真,它們均可以引起諧波失真和互調失真。交叉失真又稱為交越失真,它是對推挽功放而言的,主要由乙類推挽功放中的功率管起始導通非線性而引起的,特別是在小電流的情況下,其輸出電流在交界處產生非線性失真,且信號幅度越小,失真越嚴重。削波失真是功放管動態範圍不夠,由飽和導通引起大信號被限幅削波而造成的,削波失真產生了大量超聲波,使聲音變得模糊而抖動,聽久了使人頭痛。減小交叉失真常用的方法,是適當提高推挽輸出管的直流工作點;而改善削波失真的措施,一般是適當加大電路的線性工作範圍。




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