声学基础知识(二)失真

四、失真
• • • • • 谐波失真 互调失真 调制失真 瞬态失真 相位失真
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c.由失真产生的总谐波声压的有效值 与平均特性声压Pm之比。在失真的分类中把 它划归扬声器的非线性失真。
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改进谐波失真的方法： a.短音圈（成本高）、长音圈（磁通利 用率高，缺点是B下降，效率降低。采用 长音圈是能够设计出性能好的产品的， 如目前的高保真扬声器几乎都是采用长 音圈。使用长音圈通常存在二次谐波失 真。） b.对称磁路，可降低二次谐波失真。 c. 采用线性好的导磁材料如硅钢片，可 降低三次谐波失真，但是B会下降。
谐波失真客观存在。以锥型扬声器为例： 在扬声器低频时或在大振幅运动时扬声器 的折环及弹波(定心支片)组成的支撑系统 不再符合线性的胡克定律(或称为虎克定 律)如在对扬声器进行纯音检听时折环边 产生的“啪啪”声，俗称“打边”，这是 非线性的一个极端表现；在让布边折环的 扬声器做大振幅（fo附近,并非所有的扬声 器振动的最大振幅都在fo处）的运动时,
声学基础知识
Prepared by：RD 郑春隆 Feb.26.2009 Mail： chunlong.zheng@
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谐波失真产生原因： 扬声器系统的谐波失真主要由三个方面所造 成： 1、磁气隙中沿轴向的磁感应密度不均匀， 造成磁场推动音圈的力与电信号变化不成比 例。 2、低音扬声器单元在大振幅时，支撑系 统的折环（悬边）和定心支片（弹波）的工 作已出现非线性状况。 3、中高频段时，扬声器单元的音圈受下 导磁板极芯（铁芯）的影响，输入一个不失 真的信号会输出一个包含谐波失真的信号。
n=1，2，3，··· · ·· ·· ·
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我们可以很明显的看到布边的扭曲变形。从 音乐声学看，乐器的基频相对于各次谐音听 起来并非都是谐和的，如在乐音中谐和的谐 音成分愈多，则音色丰富，纯净好听，不谐 和的谐音多，则音乐色粗粝，刺耳难听，七 阶以上的奇次谐波会使声音变得粗粝变得粗 粝刺耳。
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1、谐波失真 基频：复合波中的最低频率，复合振动 或波形(如声波)的谐波成分,它具有最低频率, 且通常具有最大振幅——亦称“基谐波” 。 谐频：为基频的整数倍，基频称为第一 谐频，当倍数大于1时，称为泛频。 nc n T fn 2l 2l
n n Bn sin x cos( 2f nt n ) l
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谐波失真指原有频率的各种倍频的有害干扰。 放大1kHZ的频率信号时会产生2kHZ的2次谐波 和3kHZ及许多更高次的谐波，理论上此数值 越小，失真度越低。 另一种解释：由于放大器不够理想，输 出的信号除了包含放大了的输入成分之外， 还新添了一些原信号的2倍、3倍、4倍……甚 至更高倍的频率成分（谐波），致使输出波 形走样。这种因谐波引起的失真叫做谐波失 真。
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谐波失真分为三类,而我们常用到的为 THD(TOTAL HARMONIC DISTORTION)总谐波失 真和几次谐波失真（HARMONIC DISTORTION） 及特性总谐波失真，它们分别的特性规定为： a.由失真产生的总谐波声压有效值与总输出 声压有效值Pt之比；
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。
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d. 采用短路环，起到音圈次级线圈的作用， 减小音圈电感量的变化，同时减小了失真。 在T铁及华司上加短路环减小三次谐波失真， 在外磁式磁体内径及U杯内径加短路环可减 小二次谐波失真 e. 磁饱和法,减小了磁导率的非线性失真， 可减小三次谐波失真。
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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。
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