美格信-理解THD与THD+N

MegaSig

绝大多数声学工程师，虽然天天听到THD和THD+N，但却未曾理解THD与THD+N的相同点和差异点，即使有些理解了这两个概念的工程师，也很难简短地表达清楚。
小M最近费尽心思，终成此文，从定义，计算公式，听感三方面来帮助大家更好地理解这2个概念，希望能帮到大家，也希望喜欢的朋友帮转发点好看哦！
6 ^  ~* L2 ?6 x+ C$ D1. 1 THD的定义THD（Total Harmonic Distortion, 总谐波失真）是指信号总谐波的能量占基波能量的百分比。谐波频率就是频率为基波整数倍的频点频率，如下面这个功率谱图：
3 B# ?+ I* H5 c) W. N2 \" T1.2 THD产生的原因我们以功放为例，它在工作时由于电路不可避免的振荡或其他谐振产生的二次谐波（V2），三次谐波(V3)，四次谐波(V4)……，输出的信号就不单纯是与输入完全相同的成分（V1），而是包括了谐波成分的信号（V2,V3,V4……），这些多余出来的谐波成分与实际输入信号的比值就是总谐波失真。
1.3 THD的计算THD是用电压幅值比例关系表示，谐波能量幅值TD为：
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5 O9 S( C* D5 I7 `' ?& F2 h国际上，有2种THD计算标准，IEC和IEEE的标准，其实差别就只是分母不同，IEC把基波能量和谐波能量都当成分母，而IEEE则只把基波能量当分母。
IEC标准，各次谐波幅值与基波加谐波幅值之比
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& g6 ?  z& G) O7 U- i2 n& lIEEE标准，各次谐波幅值与基波幅值之比
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所以，在谐波能量很小很小的场合，IEC和IEEE结果差不多，但谐波能量很大时，IEC会明显小于IEEE的计算值。
0 Y5 |; k* X+ d* S( [" G4 a除此以外，失真的阶次也很重要，很多时侯大于6阶的失真就几乎可以忽略，所以，有一些软件计算THD时默认就按2-5阶算的。
下次，如果你要和同事或客户沟通THD这个指标时，为了更加严谨，你可以讲清楚你的是什么标准的，哪几阶的THD。AudioExpert支持标准的选择，以及THD阶次的选择，用户可以根据产品结构特性任意挑选阶次进行组合。
2.1 THD+N的定义THD+N就是总谐波失真+噪声（THD+Noise）
2.2 THD+N产生的原因来自于两方面，THD和Noise
* THD（上面已经介绍过）
* a; H9 p0 f8 ~. R0 r7 G/ N- |* Noise，来自于设备噪声或干扰噪声
      设备噪声－由设备元器件，电路等工作引起
      干扰噪声－环境或者设备中其他信号干扰引起
- s, E: r( k9 e3 h4 W  c. DTHD+N测量包含了上述所有不需要的声音。如果这两项任何一项过大，都会反映在THD+N里。
2.3 THD+N的计算我们还是以功放为例，先给功放送一个单一频率的正弦信号，在输出端得到一个电压幅值V1，这时候会在频谱上会有一些不需要的声音成分（如下图底噪，谐波）
* }9 b9 G1 O$ w0 V假如我们能在输出来的信号上加一个超窄带陷波滤波器以滤除基频成分，使基波信号几乎完全滤除可以忽略不计算，在输出端得到一个电压幅值V2（如下图）
* X, b- N3 _5 Y
这时，我们得到的V2和V1的能量比就是测量的THD+N参数

! _/ G/ }7 A1 @( B4 y% k7 G: ?, Y3. THD与THD+N听觉感受看完上面的介绍与公式，如果感觉还是懵乎乎的，那就对了，说明你是正常人，正常人对公式不敏感，而对声音十分敏感，所以，接下来，我们来试试不同THD与THD+N信号给我们带来的听觉感受。（建议带上耳机，并把音量先调小，再根据个人喜好调大）
视频下载链接：http://www.megasig.com/Sequence 01.mov
第1段，是个完美的500 Hz信号，它的THD和THD+N都比较小，功率谱及实时AudioExpert失真测试数据如下图所示
- T6 e1 W0 s3 b* Q( V2 ~- e: L
第2段，同样是500Hz的信号，但它的THD较大的信号，即大谐波的信号，功率谱及测试数据如下图所示：
; Q7 ^2 s2 D1 K2 n
$ r3 ^4 C; B. g7 t4 O8 N, n* D, V4 f第3段，是底噪比较大的500Hz信号，功率谱及测试数据如下图所示，底噪能量大于-100dB，我们可以听到很明显的噪声。
小结
THD和THD+N本质上都是失真，指信号在传输过程中与原有信号相比所发生的偏差。如果我们的产品出现失真就会导致我们听到的本不应该存在的声音，80年的流行音乐，如果大家仔细去听，就会发现其底噪较大，可能也是局限于当时的录音设备的THD+N指标。
( N4 q( H4 I1 x5 e& n4 c, t9 y对于THD和THD+N，AudioExpert有完整的准确的测试方法。其中，THD+N的电声信号测试，对仪器的要求更加高，美格信拥有THD+N指标低于-105dB的仪器配置，可以满足几乎所有消费类电子产品的电声测试要求。
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