基础声电-THD分析
作者：互联网
1. 音频测试
音频系统是一个复杂的系统，需要从产品定位，电路设计，结构设计，物料选型，喇叭选型，音腔设计等多方面综合考虑。初步设计完成之后，还需要使用专业设备或者到专业的音频实验室进行音频相关的测试：基础声电测试；声质量测试；声功率测试；产品振动测试以及噪声测试等。
根据产品定位以及测试结果反复调整软硬件设计及参数，最终达到一个相对满意的声学效果。这是一个复杂而漫长的过程。
1.1 基础电声测试
基础电声测试是音频系统测试中最基础的一项测试，一般包括频率响应（FR）；总谐波失真（THD）；信噪比（SNR）以及声压级（SPL）。当然也可以根据需要增减指标。
基础声电测试对声学系统的一些基础指标进行了量化测量，能反映一个音频系统最基础的好坏。一个声学系统基础声电指标合格并表表示是一个好的声学系统，但是一个声学系统如果连基础声电指标都是很糟糕的，那一定不是一个优秀的声学系统。
1.2 测试指标
在基础声电中，比较重要的一个指标就是总谐波失真（THD）。
总谐波失真表明功放工作时，由于电路不可避免的振荡或其他谐振产生的二次，三次谐波与实际输入信号叠加，在输出端输出的信号就不单纯是与输入信号完全相同的成分，而是包括了谐波成分的信号，这些多余出来的谐波成分与实际输入信号的对比，用百分比来表示就称为总谐波失真。
一般普通声学系统的THD在2%～3%；低于1%人耳几乎就无法分辨了。
1.3 测试方法
一般采用闭环测试，不建议采用开环测试，在无法闭环测试的条件下开环测试也可以作为参考。
闭环测试一般有蓝牙传输、AUX接口传输，LINN/LINP端口输入。优先采用后两种输入，因为蓝牙模块也有可能导致失真叠加。
1.4 示例
下图是一个真实音频系统在-10dB输入下的总谐波失真（THD）。可以看到在200Hz以下的低频部分和8KHz左右的部分THD非常高，超过了50%。而在其他频段THD基本能够保持在5%以下。从图中可以看出这个音频系统还有非常大的改进空间。
2. 分析框架
一个音频系统的总体失真，可以看作是三个部分的失真叠加而成的。这三个部分一般可以划分为：电路失真、结构失真和喇叭失真。
2.1 电路失真
电路失真是指：音频信号在电路中传输、转换过程中电磁干扰，转换器件失真以及谐振等原因产生的失真。
电路失真一般不大于3%，合格的电路失真一般小于0.5%。对于D类数字功放，毛刺（高频谐波）属于该类功放特性，基本无法消除，不影响使用下可以忽略。
2.2 结构失真
结构失真是指：音腔、前壳甚至产品整机的结构设计问题导致的音频在外方的过程中导致的反射、共振等失真。
对于由于结构导致反射，共振失真，如果频带非常窄，甚至是单频失真，可以忽略。因为正常使用情况下人耳几乎无法察觉。但是宽频失真需要认真处理。
2.3 喇叭失真
喇叭失真是指：喇叭在声电转换过程中发生的声音失真，这是由喇叭的结构，电磁学性能，材料等决定的。
喇叭的失真一般喇叭厂的喇叭规格书上会有标注，且一般会配有20Hz～20KHz的频响曲线及THD。这个失真的控制主要是和厂商沟通。
下图是某厂商喇叭的THD,可以看到基本在2%以下（忽略200Hz以下低频部分）。
3. 解决方案
找到每个部分的问题之后，就需要针对每个部分的失真问题进行优化和调整。
3.1电路失真
在输出端采用两级滤波，最好是π滤波器或者倒L滤波器（2nF+470pF+uH）。
3.2 结构失真
不改变结构的修改：
对于反射失真：音腔增加吸音棉；增加软胶圈。
对于共振：在共振点增加阻尼胶片。
改变结构的修改：
音腔底部设计弧度尽量大（避免直角，最好为球面）
前腔不能过大，过深。
音腔声容积大于喇叭2倍
3.3 喇叭失真
喇叭在低频部分（200Hz）以下几乎没有响应，所以可以在电路上使用滤波器将200Hz以下的音频完全除掉，这样可以使得音质更加纯净。
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