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请教各位老大，什么叫调制失真和分谐波失真
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2楼#
发布于：2005-07-04 00:27
我也是在网上找的,大家相互学习哈! 降低扬声器系统设计中的失真(1) 1．前言 这个老生常谈的话题由于具有假冒的可能性而依然很吸引扬声器工程师们的兴趣。国外专家讲过一个故事：话说牛津大学有一位极富进取精神的扬声器设计师骄傲地带着一只新开发的扬声器样品到著名的吉它演奏家Leo Fender那里，供Leo的吉它放大器使用。Fender试验了这只扬声器，然后告诉那位工程师，这只扬声器"太干净"了，为了达到满意度，他要求在扬声器中必须表达更多的失真。 通常，附加失真对扬声器不算什么问题，更合适地说，问题在于如何降低失真。成本在音频声源（例如CD唱机）和放大器的失真规定已小于0.01%的时代，扬声器是音响链中最弱环节的老看法已变得越来越准确。但是，人们已经学会了在扬声器系统里怎样降低失真的好措施了。 首先，要阐明一些术语：所谓失真，是指扬声器传输函数中的非线性的结果。有一些人定义失真为：在装置的输入和输出的波形幅值之间存在的任何另外的变化。这种定义还包括了频率响应和相位相应的影响，这类影响本质上是线性影响。 第二，我们来评论一下系统中非线性的影响。非线性的任何形式都有两种影响：它促成输入频率在输出端出现谐波（频率的多倍数），而且它促成出现调制产物（和及差），影响的形式常常称为谐波失真；后者则称为调制失真（或称互调失真）。由非线性产生的特殊的外来频率取决于非线性的性质。换句话说，一些非线性形式成比例地引起较多的谐波失真，而另一些形式引起较多的调制失真。 同样，特殊的谐波或调制的产物也取决于非线性的形式。举例来说，中心胶接口处松脱就会在扬声器中产生较高次的谐波--10次、12次等等--而音圈在磁气隙中偏心就会产生低次的偶次谐波，例如2次和四次。 一般地说，调制失真能更多的听出而且比谐波失真更令人讨厌：音调增添谐波只不过改变了音调的音色，而增添和或差的频率（这些频率很可能是与有关节目源中的任何频率都不调和的），就像在管弦乐队中增添了奏错了的音调。 通常，失真是以要求信号的百分比规定的。人们已经做过许多试验以确定能听到的谐波失真和调制失真的最小的百分比。最终远离目标的变化证明了这样一个事实，试验者寻求的是错误的问题。事实上，失真的最小可听量是由人类听觉的掩蔽现象决定的。因此，就是由频率范围、SPL和声源的复杂性来决定的。 音响设备制造商常常对有关失真指标及通过打印出的电子设备的失真曲线图的主观反应的难度做出反应（在设备中失真可以好到小于0.01%），但是忽略了扬声器在有效频率范围内及实际使用的听音声级下的失真情况（扬声器谐波失真是很少小于1%的）。虽然，扬声器系统的频响一般是公开的，但是许多实验证明耳朵能包容大多数频响的变化，实际上就是非线性失真的变化随着令听音者疲劳的时间而更使人头痛了。 最近，人们对寻求有用的确定扬声器失真的方法有了许多兴趣（那种方法是与主观实验有关）。为此目的近来的一些论文推荐使用多音调测试。这是一种把四个或更多的正弦波馈给被测装置的测试形式，而在输出端由FFT完成任务。总的来说，结果能够以信号/噪音比那样的方式，或以百分比，或以图表的形式来表达。在任何情况下，对测出的谐波失真，低次调制失真（例如：和或差），以及高次调制失真（例如：3f1-3f2）中都是没有差别的。 广州国光电器有限公司 |
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3楼#
发布于：2005-07-04 00:29
张维国 李泉珍? (青岛大学，青岛：266071)(贵州工业大学，贵阳：550003) 摘要 本文在简述电声换能器工作原理与理想工作状态的基础上，分析了它的各种失真现象、产生的原因及对音质的影响，并提出了防止与减小失真的措施。? 关键词 电声换能器；原理；失真；音质? 中国图书资料分类号TN912? 电声换能器(扬声器、耳机与传声器等)由于涉及到能量形式的转换以及材料、工艺等种种影响，至今仍是音响系统中最薄弱的环节，它极大地影响着音质的进一步提高。? 1 电声换能器的工作原理? 电声换能器是电—机—声三者的复合系统，将它们等效地变换为相应的电路，就可用成熟的电路理论加以描述，这就是拉格朗日—麦克斯韦方程〔1〕?? 在电磁型换能器中，方程(1)的具体表达式为??〔2〕??? 式中，E0、Z0和F0、z0分别是外部加到电声换 能器的等效电源的电动势、内阻抗和等效声源的激励力、声阻抗；? Z1、z1——分别是换能器电学系统和机械系统的振动速度；? A=Bl—力系数? B——磁隙的磁感应强度? l——音圈长度? 方程(2)的等效电路示于图1。? 图1简化的电—机械—声复合系统? (电磁型换能器)的等效电路 图2还原到电学系统方面和声学系统方面的等效电路 当能量由电能向声能方向变换的扬声器(或耳机)的情况时，F=0，表示成图2(a)还原为电学系统方面的结构；反之，当能量由声能向电能方向变换的传声器情况时，E=0，表示成图2(b)还原为机械声系统方面的结构。在这两个等效电路中新出现的Zm和zm由式(3)表达： ? 式中，Zm——代表了机械声系统对电学系统的作用，称为动态电学阻抗(也称动生阻抗)? zm—代表了电学系统对机械声系统的作用，称为动态机械阻抗。? 它们是电声换能器在电声之间进行能量相互变换的重要参数。? 2 电声换能器的理想工作状态? 为了描述电声换能器能量变换的能力，引入称为工作衰减量的参数b：[1] 经分析可知，只有当b=0时，才能真正实现能量变换器的理想状态(换能效率为50%)，此时? Z1=0，z1=0 。 z0Z0=A2 (5)?? 这就是说，只有在电学系统阻抗、机械声系统阻抗都为零且通过端点11或22中某一方实行阻抗匹配，才可以实现这种理想状态。? 3 电声换能器理想状态的实现? 现在对能否达到这种理想状态，即式(5)能否满足讨论如下：? Z1=0，即电学系统阻抗(比如扬声器音圈阻抗)等于零，由于现存导线材料的限制，显然是不可能的。? b、z1=0，表示机械声系统的阻抗等于零。由于材料性能的限制，目前也是不可能的。? c、条件z?0Z?0=A?2的实现，也受材料的限制。? d、式(5)只表示了实现理想状态的充分条件，但它不是必要条件。这就暗示了电声换能器的设计可能找到与上面完全不同的设计原则。? 图3锥盆扬声器的电阻抗频率特性 e、不难看出，当动生阻抗Zm越大时，电声换能器效率越高。一种典型的锥盆扬声器的电阻抗频率特性示于图3。由图可见，最低共振频率处阻抗最大，是动生阻抗的影响所致，此峰值越大，换能效率越高，对同样的输入功率，输出的声压级也越高。? 4电声换能器的失真及其对音质的影响? 电声换能器在能量形式转换过程中，由于电、机、声系统的各种原因造成了种种的失真，致使音质恶化，严重地影响了听音效果。现以扬声器为例进行讨论。? 4.1幅度非线性? 扬声器的输出声压中，出现输入信号所没有的频率成分，称为幅度非线性，新出现的频率与输入信号的特性有关。对扬声器来说，有如下几种幅度非线性失真类型。? 4.1.1谐波失真? 由于扬声器的机械振动系统或磁路系统的非线性，导致表征声音音色的各成分音产生谐波失真和互调失真，使频谱改变，音色也发生变化。根据掩蔽效应，可得到谐波失真的辨别阈为0.6%。? 由失真产生的总谐波声压的有效值与总输出声压的有效值之比称为总谐波失真。电失真产生的n次谐波声压有效值与总声压有效值之比称为n次谐波失真(表达式从略)。? 理论分析和客观测试表明，总谐波失真系数是频率的函数，而且在低频段比高频段为大。4.1.2互调失真? 输入基频为f1、f2，……的正弦信号(至少两个)时，由于扬声器的非线性，输出中除这两个频率的信号外，还会出现它们的各种和、差频信号。用频率为pf1+qf2+…(其中p、q为正负整数)的输出信号与总输出信号之比表示的幅度非线性即为互调失真。这些信号可以用功率、电压或声压表示。? 当有互调失真时，声音听起来混浊，特别是在重放合唱时会显著出现。斯特洛根据研究结果，主张互调失真应在2%以下。? 比如，f1为音g′=391.995 Hz，f2为音d2=587.330 Hz(这是小提琴两根最低的空弦音，它们组成的五度和弦是很和谐的)。由于扬声器的非线性表现的互调现象，输出中会产生多余的f2+f1=979.325 Hz、f2-f1=195.335 Hz、f2+2f1=1371.320 Hz等频率的声音。其中f2-f1接近音g=195.998 Hz，听起来和原二音和谐，但f2+2f1=1371.320 Hz介于音e3=1318.512 Hz与音f3=1396.912 Hz之间，后二者相差半度，与前述各音不谐和，明显地改变了原很谐和的和弦。另外，还可能产生一些不谐和的频率成分，这里就不列举了。? 4.1.2.1调制失真? 这是一种特殊的互调失真，是由低频大幅度信号f1和高频小信号f2(f2＞8f1，电压幅度比为4)组成的输入信号所产生的互调失真，称为n次调制失真。当n=2时为二次调制失真，n=3时为三次调制失真。? 例如，f1为音c′=261.626 Hz，f2为音e4=2637.024 Hz，这是大三度和弦，比较悦耳，算半谐和音。 由于调制失真，输出中会产生新的频率分别为f2±f1=2375.3982898.650Hz、f2±2f1=3160.2762113.772Hz的成分，与这些频率最接近的乐音分别是C4=2093.004 Hz，d4=2349.320 Hz，f4=2793.824 Hz，g4=3135.960 Hz。可见，新产生的四个频率成分会明显改变原和弦的效果，而成为不谐和音。实际上等于多了四个非标准音，它们不是乐音，根本不能用谐和程度描述。听音结果将是嘈杂刺耳，甚至不如电锯声。? 由于非线性原因引起的调制失真称为幅度调制失真；由于与非线性无关的频率调制引起的称为频率调制失真，这就是多普勒效应。如果为了简单起见，单说调制失真，则应理解为幅度调制失真。? 4.1.2.2差频失真? 以两个幅度相近或相等的正弦信号频率f1和f2组成输入信号产生的互调失真，这两个信号频率之差小于较低的那个频率。新产生的频率有f2-f1电声换能器的失真及其对音质的影响f2-f1,2f1-f2，2f2-f1。? 4.2分谐波失真与异常声? 当加给扬声器强纯音时，由于振膜的非线性会在中低声频段产生频率为信号频率1／2或1／3等的模糊声音，这种现象称为分谐波失真。分谐波失真是由于振膜的振动跟不上音圈的振动，当驱动力历经两个周期时，振膜仅仅运动一周期，这就出现了1／2次谐波。? 另外，当加给扬声器纯音时，在某一频率会听到与谐波无关的模糊噪声。其产生的原因是振膜与引线或音圈与振膜连接不良、磁隙中有灰尘、盆架振动、音圈打底等。这些噪声统称为异常声。日本工业标准(JIS)规定的试验是加给扬声器额定输入功率的扫频信号，距扬声器30cm处试听有无异常声，若有异常声需进行修理或报废。? 4.3 瞬态失真? 扬声器的瞬态特性是指其对猝发声信号的跟随以及“停顿”能力。比如，当快速击鼓时，扬声器能迅速地“跟上”鼓点，清晰地而不是模糊地响应出来，并且能及时地停顿。瞬态特性有前沿和后沿之分。给扬声器输入一个矩形波，如果扬声器输出的波形仍为方整的矩形波，即前、后沿陡直，这称为瞬态响应好，瞬态失真小。由于扬声器的结构、振膜材料特性等不利因素，前沿和后沿不可能都非常陡直，即产生所谓瞬态失真。? 比如金属振膜硬球顶扬声器，其前沿瞬态特性好，即爆发快，但后沿特性欠佳；而软球顶扬声器恰恰相反。电声工作者的难处是寻找一种材料和制造工艺，既使前沿特性好，又使后沿特性好，这在目前说来尚难办到。这是因为决定前后沿特性的重要因素是阻尼特性。材料的阻尼大，起动慢，前沿特性不好，而后沿特性好；阻尼小，爆发力大，起动快，前沿特性好，但后沿特性欠佳。? 4.4 相位失真? 这里所指的相位，是指声音各成分音之间的相位差。心理声学研究表明，人耳对相位差不是很敏感的，研究报告还指出，由于复音中的各成分音的相位差会引起波形变化，从而导致音色变化，人们对相位差的感知是通过音色的不同而达到的。但也有人提出相反的结论，认为人耳只能对人工产生的复音感知相位差；而对音乐、语言，是感知不出相位差的。? 传统的三分软音箱，三个扬声器的盆边都装在一个垂直平面障板上，其声源中心却不处于同一铅垂面。这样，它们发生的声音不可能同时到达人们的耳朵，这就形成了相位失真。为了纠正这种失真，人们设计了能够恰好补偿这种相位的分频器，称为“声分频器”或称“声巴特沃斯(Batterworth)滤波器”；或将三只扬声器的声源中心安装在同一铅垂面上，而设计出“零相位失真分频器”。? 5 扬声器产生失真的原因与减小失真的途径? 扬声器音质的好坏，几乎完全决定于它的失真情况。关于失真产生的原因，在前面已做了说明，现主要从非线性失真方面加以讨论。? 5.1由驱动力的变化引起的失真? 音圈驱动力F=bli，导体长度l可看作常量，因而驱动力F是磁感应强度B与音圈电流i的函数。由于磁通分布的不均匀性，必然引起F的变化。为此常采用短音圈设计方式，使其始终在均匀磁场内运动从而B为常量。或采用长音圈设计，以加强音圈与磁通的耗合。前者成本高，后者效率低。权衡利弊，实用设计中多采用长音圈方式。? 磁通不均匀性是在大振幅情况下引起的，因而常出现在低声频范围。在同样输出情况下，大口径扬声器在小振幅时就能重放低音，从而减小失真。而小口径扬声器要重放同样低音必须增大振幅，因而增加了失真。? 为了解决磁导率的非线性引起的失真(即电流失真)，常采用线性良好的磁性材料(磁滞性能较小)，在导磁柱外径和磁体内径加装铜制短路环以减小音圈感抗，以及磁饱和等方法。? 5.2由支承系统引起的失真? 振膜内外圈由定心支片和折环支承，由于力和位移之间不成线性关系而产生失真。为了改善线性关系，常把折环和定心片做成力顺大的波纹形状，这可明显的减小底声频段失真。? 5.3由振膜引起的失真? 振膜的分割振动是产生失真的主要原因，特别是折环的共振产生的失真较大，影响中频段放音。由于振膜材料和形状的影响，也会使高频段失真。因此适当选择振膜材料和形状，可以扩大活塞振动范围。使用线性良好、内阻尼适当的材料也是减小失真的有效办法。? |
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发布于：2005-07-04 01:10
以下是引用Anson在2005-7-3 1:32:00的发言：请教各位老大，什么叫调制失真和分谐波失真 |
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发布于：2005-07-04 02:01
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7楼#
发布于：2012-09-04 22:00
可叹现在去看书，十分钟不到就困了。 刚入行学习时学习技术可以整晚不睡觉！时光一去--------
按我的记忆我来简单解释几句，如果说错了那就是记忆力减退了。其他朋友品评指正 调制失真；一套音响或者喇叭里，打个比方你给它输入40HZ的频率和1900HZ的频率，这个时候音响里发出来的声音不只会有40 和1900HZ的频率，还会有其他的频率发出，这种声音就是俩种不同频率因为互相调制干扰所发出来的，而不是输入产生的。这样的失真就叫做调制失真。 分谐波失真，这个名词我还真没太留意。知之为知之、不知为不知。只说我知道的。谐波失真，就是你给音响输入500HZ的频率，音响里重放出来的声音会有1000HZ 1500hz等倍频程的频率，这样的失真就是谐波失真。这样的失真只会高于基波的频率而不会低于。 事实上所有的音响里都会有各种各样的失真存在，只是高档的音响失真比较少，亦或失真被利用了使声音更好听了。失真是把双刃剑，但是把控好的厂家寥之无几，所以大多厂家都是努力减少失真。不能说下去了，说下去就天亮了 若有错误请各位指点，以免误导新人。感谢 |
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8楼#
发布于：2012-09-04 22:10
回 潘钢 的帖子
潘钢:可叹现在去看书，十分钟不到就困了。 刚入行学习时学习技术可以整晚不睡觉！时光一去-------- 学习 |
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