理解THD與THD+N

絕大多數(shù)聲學(xué)工程師，雖然天天聽到THD和THD+N，但卻未曾理解THD與THD+N的相同點和差異點，即使有些理解了這兩個概念的工程師，也很難簡短地表達(dá)清楚。

小M最近費盡心思，終成此文，從定義，計算公式，聽感三方面來幫助大家更好地理解這2個概念，希望能幫到大家，也希望喜歡的朋友幫轉(zhuǎn)發(fā)點好看哦！

1. 1 THD的定義

THD（Total Harmonic Distortion, 總諧波失真）是指信號總諧波的能量占基波能量的百分比。諧波頻率就是頻率為基波整數(shù)倍的頻點頻率，如下面這個功率譜圖：

1.2 THD產(chǎn)生的原因

我們以功放為例，它在工作時由于電路不可避免的振蕩或其他諧振產(chǎn)生的二次諧波（V2），三次諧波(V3)，四次諧波(V4)……，輸出的信號就不單純是與輸入完全相同的成分（V1），而是包括了諧波成分的信號（V2,V3,V4……），這些多余出來的諧波成分與實際輸入信號的比值就是總諧波失真。

1.3THD的計算

THD是用電壓幅值比例關(guān)系表示，諧波能量幅值TD為：

?

國際上，有2種THD計算標(biāo)準(zhǔn)，IEC和IEEE的標(biāo)準(zhǔn)，其實差別就只是分母不同，IEC把基波能量和諧波能量都當(dāng)成分母，而IEEE則只把基波能量當(dāng)分母。

IEC標(biāo)準(zhǔn)，各次諧波幅值與基波加諧波幅值之比

?

IEEE標(biāo)準(zhǔn)，各次諧波幅值與基波幅值之比

?

所以，在諧波能量很小很小的場合，IEC和IEEE結(jié)果差不多，但諧波能量很大時，IEC會明顯小于IEEE的計算值。

除此以外，失真的階次也很重要，很多時侯大于6階的失真就幾乎可以忽略，所以，有一些軟件計算THD時默認(rèn)就按2-5階算的。

下次，如果你要和同事或客戶溝通THD這個指標(biāo)時，為了更加嚴(yán)謹(jǐn)，你可以講清楚你的是什么標(biāo)準(zhǔn)的，哪幾階的THD。AudioExpert支持標(biāo)準(zhǔn)的選擇，以及THD階次的選擇，用戶可以根據(jù)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)特性任意挑選階次進行組合。

2.1 THD+N的定義

THD+N就是總諧波失真+噪聲（THD+Noise）

2.2 THD+N產(chǎn)生的原因

來自于兩方面，THD和Noise

* THD（上面已經(jīng)介紹過）

* Noise，來自于設(shè)備噪聲或干擾噪聲

設(shè)備噪聲－由設(shè)備元器件，電路等工作引起

干擾噪聲－環(huán)境或者設(shè)備中其他信號干擾引起

THD+N測量包含了上述所有不需要的聲音。如果這兩項任何一項過大，都會反映在THD+N里。

2.3THD+N的計算

我們還是以功放為例，先給功放送一個單一頻率的正弦信號，在輸出端得到一個電壓幅值V1，這時候會在頻譜上會有一些不需要的聲音成分（如下圖底噪，諧波）

假如我們能在輸出來的信號上加一個超窄帶陷波濾波器以濾除基頻成分，使基波信號幾乎完全濾除可以忽略不計算，在輸出端得到一個電壓幅值V2（如下圖）

這時，我們得到的V2和V1的能量比就是測量的THD+N參數(shù)

3. THD與THD+N聽覺感受

看完上面的介紹與公式，如果感覺還是懵乎乎的，那就對了，說明你是正常人，正常人對公式不敏感，而對聲音十分敏感，所以，接下來，我們來試試不同THD與THD+N信號給我們帶來的聽覺感受。（建議帶上耳機，并把音量先調(diào)小，再根據(jù)個人喜好調(diào)大）

視頻下載鏈接：http://www.megasig.com/Sequence 01.mov

第1段，是個完美的500 Hz信號，它的THD和THD+N都比較小，功率譜及實時AudioExpert失真測試數(shù)據(jù)如下圖所示

第2段，同樣是500Hz的信號，但它的THD較大的信號，即大諧波的信號，功率譜及測試數(shù)據(jù)如下圖所示：

第3段，是底噪比較大的500Hz信號，功率譜及測試數(shù)據(jù)如下圖所示，底噪能量大于-100dB，我們可以聽到很明顯的噪聲。

小結(jié)

THD和THD+N本質(zhì)上都是失真，指信號在傳輸過程中與原有信號相比所發(fā)生的偏差。如果我們的產(chǎn)品出現(xiàn)失真就會導(dǎo)致我們聽到的本不應(yīng)該存在的聲音，80年的流行音樂，如果大家仔細(xì)去聽，就會發(fā)現(xiàn)其底噪較大，可能也是局限于當(dāng)時的錄音設(shè)備的THD+N指標(biāo)。

對于THD和THD+N，AudioExpert有完整的準(zhǔn)確的測試方法。其中，THD+N的電聲信號測試，對儀器的要求更加高，美格信擁有THD+N指標(biāo)低于-105dB的儀器配置，可以滿足幾乎所有消費類電子產(chǎn)品的電聲測試要求。

?審核編輯：湯梓紅