失真度

通信技术名词

传统意义上的“失真度”是指照片，图片和现实的差距过大，就如我们看到的婚纱照、艺术照、个性照片等；另外一方面是指处理过的声音与原声之间的差别。

概述

谐波失真是由放大器的非线性引起的，失真的结果是使放大器输出产生了原信号中没有的谐波分量，使声音失去了原有的音色，严重时声音会不自然。多媒体音箱的谐波失真在标称额定功率时的失真度均为10%，要求较高的一般应该在1%以下。谐波失真还有奇、偶次之分，人们通过试验和分析发现：奇次谐波使人烦躁不爱听，而少量的偶次谐波则能使音色更好听。

定义

失真度是用一个未经放大器放大前的信号与经过放大器放大后的信号作比较，被放大过的信号与原信号之比的差别，我们称之为失真度。其单位为百分比。

音箱的失真度定义与放大器的失真度基本相同，不同的是放大器输入的是电信号，输出的还是电信号，而音箱输入的是电信号，输出的则是声波信号。所以音箱的失真度是指电声信号转换的失真。声波的失真允许范围是10%内，一般人耳对5%以内的失真不敏感。

失真的分类

失真有谐波失真、互调失真和瞬态失真之分。

谐波失真

谐波失真是指声音回放中增加了原信号没有的高次谐波成分而导致的失真。

互调失真

互调失真影响到的主要是声音的音调方面。

瞬态失真

瞬态失真是因为扬声器具有一定的惯性质量存在，盆体的震动无法跟上瞬间变化的电信号的震动而导致的原信号与回放音色之间存在的差异。它在音箱与扬声器系统中则是更为重要的，直接影响到音质音色的还原程度的，所以这项指标与音箱的品质密切相关。这项常以百分数表示，数值越小表示失真度越小。普通多媒体音箱的失真度以小于0.5%为宜，而通常低音炮的失真度普遍较大，小于5%就可以接受了。

失真度的测量方法

1.基波抑制法

首先，当开关S接向1的位置，用电压表测出被测信号电压的总有效值。然后将S开关接到2的位置，即接入基波抑制电路，将基波信号滤除，再用电压表测出除基波外的全部谐波电压的总有效值。基波抑制电路通常采用具有频率选择性的无源网络，例如：谐振电桥、文氏电桥、T型电桥等，也可以用截止频率高于基波频率而低于二次谐波频率的无源高通滤波器。

基波抑制法是一种间接测量法，无法直接测量出失真定义值。在这里，应着重强调的是：由于基波抑制法不能单独测量出基波电压的有效值。所以，其失真度定义值公式也就不能够直接应用于失真示值结果的误差处理过程中。换句话说，采用基波抑制原理测量失真不能够直接测出失真定义值。基波抑制法实际上是一种间接测量法，但直接刻度成失真度Kx值，它和谐波分析法相比，具有结构简单，操作方便，不需要计算便可直接读出10%以下失真度值（电压表直接按失真度刻度）等特点，因而在低频频段得到了广泛的应用，失真度测量仪就是根据这一测量原理而设计制造的。

2.谐波分析

频谱分析仪是利用扫频原理，把基波和各次谐波频率分量，以谱线的方式显示在频谱仪的荧光屏上，从而实现失真度的测量。

频谱分析仪有扫频和非扫频方式，但以扫频方式应用最为广泛。频谱仪由外差接收机和示波器组成，接收机的本振频率由扫描电压控制，以实现扫频测量。扫描电压同时加到示波器的水平偏转板上，于是在示波管荧光屏上便显示出被测信号的各分量的谱线幅值，由此测出基波和各次谐波的大小。

谐波分析法可以根据不同频段选用测量设备，在低频段可选用波形分析仪或选频电压表，在高频段可采用测量接收机或频谱分析仪，因此，这种方法可以实现宽频范围内的失真度测量。

但这种方法操作计算复杂，所以在低频段一般不采用此种方法测量失真度。另外用谐波分析法测量失真度的下限受测量设备自身的失真度及动态范围的限制，如采用测量接收机，一般测量的最小失真度在0.1%左右；采用动态范围为80dB的频谱分析仪一般可测到0.01%左右。

3.模拟法

模拟法是只指测量中直接应用模拟电路对信号处理测量失真度的方法。基于模拟法的失真度测量仪由于前级电路有源器件的非线形，因此对小信号的测量不够准确。模拟法又可分为基波抑制法和谐波分析法。基波抑制法的失真度测量仪采用基波抑制原理，通过具有频率选择性的无源网络抑制基波，由总的电压有效值和抑制基波后的谐波电压有效值计算出失真度。基波抑制法构成的失真测量仪可以解决的频率的范围为1Hz~1MHz，但测量准确度为5%~30%，因此本实验中不采用该种方法；谐波分析法的失真度测量中，用了频谱分析仪和波形分析仪检测信号中的基波和各次谐波的电压，获得基波和各次谐波的电压并带，从而计算出失真度。

4.数字化方法

数字化方法是指先通过将信号数字化并送入计算机，在由计算机计算出失真度的测量方法。根据失真度的计算方法可分为FFT法和曲线拟合法。

失真度的控制技术

E.I.D.C.的英文全称是Edifier Intelligent Distortion Control，即Edifier智能失真度控制系统，已在中国、美国等多个国家申请专利。EIDC采用单片微处理器对功率输出进行失真度的采集、计算，自动控制放大器的增益，以实现对不同音源的高低电平输入兼容，避免硬件损坏。

漫步者移动系列M3(国外型号为MP300)是第一款采用EIDC技术的产品，EIDC在她身上是看得着，听得见的技术。您可以这样试验一下，把声卡的输出调到最大，播放一些力度比较强劲的乐曲，然后把M3的音量按到最大（看电源指示灯变成快速闪烁），这个时候声音可能会变得很嘈杂，即有明显失真出现。请保持注视指示灯，您就可以发现指示灯会有若干次闪烁，这就是EIDC根据失真度自动控制音箱的增益。指示灯每闪烁一下，说明音箱增益作一次调整。一会儿，音箱的声音变得不嘈杂了，基本上听不出有明显的失真。

EIDC技术核心

对失真度进行检测采集；

采用单片微型中央处理器（MCU）和软件编程中的优化算法进行参数的计算；

MCU来控制调整放大器的增益。

EIDC在多媒体音箱中应用框图

框图中输入、前级放大电路、音量调节、后级功放电路、扬声器是常规多媒体音箱的主要工作组成部分。而EIDC系统增加了MCU智能处理器、失真度及波型检测电路、调节操作界面，并把普通模拟的音量调节更改为数字音量电位器 IC。失真度及波型检测电路从功率放大器的末级输出进行采样，将失真度信号转换成脉冲宽度信号，供MCU采集计算。MCU的控制主程序采用优化算法，判断失真度是否超限，并做出修正指令，通过I2C总线控制电子音量集成块，以达到控制放大器整体增益的目的。

EIDC技术特点

EIDC技术采用的是对失真度等参数的检测采集，以失真度作为调节控制的依据，这个不同于常规的电压负反馈电路、电流负反馈电路采用的是输出的电压或电流值。由于扬声器是感性负载，加上复杂频率变化的瞬时音乐信号，采用输出电压或电流很难反映出放大器实际输出功率、失真度和温度特性。而EIDC采用失真度来作为智能控制，以保证输出的音质质量，避免功率放大器和扬声器系统的损坏。

EIDC采用单片微型中央处理器（MCU）和软件编程中的优化算法进行参数的计算。由于采用的MCU编程，可以使用优化的软件算法来实现失真度的采集，代替了昂贵复杂的硬件电路及其繁杂的硬件调试工作，控制算法中的参数也可以灵活调整。对于不同等级的产品，还可以对软件算法作适当修订。

采用电子音量集成块，以I2C总线或其他IO方式跟MCU连接，这样MCU就可以根据系统的需要智能地调整增益。

EIDC控制不同于普通的AGC 自动增益控制。AGC一般是以输出电压来作为反馈，控制放大器的增益，其作用是连续的、单一的调节。而EIDC使用失真度作依据来智能控制放大器增益，由于采用MCU的软件算法，可以做到积分型的或者分段式的调整，不是连续的作增益调整，只是根据系统的实况分析，在适当的时间做出恰当的调节，在用户不知不觉中完成。这样可以避免了AGC容易出现的声音忽大忽小的问题，保证了原有音乐的动态。

EIDC通过对放大器增益的智能控制，实现了对各种音源的高、低电平输入的兼容，保证了声音的低失真，并避免产品系统的损坏。

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