一，什么是失真
在音響領(lǐng)域，畸變失真（通常稱為“失真”）是指音響系統(tǒng)輸出的信號與輸入信號在波形、頻率、幅度等方面存在差異，導(dǎo)致聲音偏離原始狀態(tài)的現(xiàn)象。
它是影響音質(zhì)的核心問題之一，根據(jù)成因和表現(xiàn)可分為多種類型，以下是主要分類及特點(diǎn)：
二，音響中常見的失真
1-畸變失真
音響中任何輸出波形與輸入波形相比產(chǎn)生了異常的形變，都算畸變失真。
2-諧波失真：音響設(shè)備的非線性元件（如功放、揚(yáng)聲器）在處理信號時，會產(chǎn)生原信號中不存在的諧波成分（頻率為原信號的整數(shù)倍）。
3- 低階諧波（如2次、3次）可能讓聲音更“豐滿”（如部分膽機(jī)的溫暖感）；
4- 高階諧波（5次以上）則會導(dǎo)致聲音刺耳、粗糙，破壞純凈度。
5- 互調(diào)失真：當(dāng)設(shè)備同時處理兩個或多個不同頻率的信號時，因非線性特性產(chǎn)生新的頻率（互調(diào)產(chǎn)物），這些額外頻率會干擾原信號，導(dǎo)致聲音混雜、層次感模糊（比如樂器合奏時音色“打架”）。
6- 削波失真：當(dāng)輸入信號強(qiáng)度超過設(shè)備的處理極限（如功放功率不足、音量過大），信號波形被“削平”，會產(chǎn)生刺耳的雜音、破音，常見于音量開太大時的“爆音”。
7- 瞬態(tài)失真：設(shè)備對快速變化的信號（如鼓點(diǎn)、琴弦的撥奏）響應(yīng)不及時，無法準(zhǔn)確還原信號的瞬間變化，導(dǎo)致聲音拖沓、缺乏爆發(fā)力（比如鼓點(diǎn)聽起來“軟綿”而非“清脆”）。
以上這些失真主要由設(shè)備的電路設(shè)計、元件質(zhì)量、功率匹配等因素導(dǎo)致，嚴(yán)重時會明顯破壞聽感，因此在音響系統(tǒng)設(shè)計和調(diào)試中，控制失真度是提升音質(zhì)的關(guān)鍵。
三，如何降低音響的失真度
在音響設(shè)計之初降低失真度（包括顯性失真和隱性失真），需從核心元件選型、電路拓?fù)湓O(shè)計、信號路徑優(yōu)化等關(guān)鍵環(huán)節(jié)入手，針對性解決非線性、信號干擾、負(fù)載匹配等根本問題，具體可從以下6個核心方向展開：
1. 優(yōu)先選擇低非線性特性的核心元件
元件的非線性是失真（尤其是諧波失真、互調(diào)失真）的主要來源，設(shè)計時需優(yōu)先篩選“線性表現(xiàn)更優(yōu)”的器件：
①放大元件：
膽機(jī)場景：選擇跨導(dǎo)曲線更平滑、線性區(qū)間更寬的電子管（如部分經(jīng)典旁熱式三極管），并通過精密設(shè)計確定最佳工作點(diǎn)（避免電子管工作在截止區(qū)或飽和區(qū)的非線性段），減少因柵極控制電子流“失衡”導(dǎo)致的偶次諧波過量。
②晶體管/芯片場景：選用低失真的運(yùn)放（如Hi-End級音頻運(yùn)放）、場效應(yīng)管（FET），利用其接近電子管的高輸入阻抗和更線性的轉(zhuǎn)移特性，降低奇次諧波和互調(diào)產(chǎn)物。
③無源元件：
電容：優(yōu)先用音頻專用電容（如聚丙烯電容、特氟龍電容），避免普通電解電容的“容抗隨頻率變化”導(dǎo)致的相位失真；
電阻：選擇低溫度系數(shù)的金屬膜電阻（而非碳膜電阻），減少溫度變化引發(fā)的阻值波動，避免信號分壓/限流的非線性；
電感/變壓器：音頻變壓器（如膽機(jī)輸出牛）需采用高導(dǎo)磁率、低損耗的鐵芯（如硅鋼片、坡莫合金），并優(yōu)化繞組繞制工藝（如分層分段繞制），降低磁飽和導(dǎo)致的非線性失真和漏感引發(fā)的相位失真。
2. 優(yōu)化電路拓?fù)�，抑制非線性失真
電路結(jié)構(gòu)的合理性直接決定信號放大過程的線性度，需從“減少信號非線性疊加”角度設(shè)計：
1- 采用低失真拓?fù)洌?br>
功率放大級：膽機(jī)優(yōu)先用“推挽放大”（通過兩只電子管對稱放大正負(fù)半周信號，抵消部分非線性），或“單端甲類”（讓電子管始終工作在最線性的甲類區(qū)間，避免乙類/甲乙類的交越失真）；
前級放大：避免復(fù)雜的多級放大（每級放大都會疊加非線性），優(yōu)先用“共射-共集”組合拓?fù)洌骖櫾鲆媾c線性），或“差分放大電路”（利用對稱性抵消溫漂和偶次非線性干擾）。
抑制互調(diào)失真：
互調(diào)失真的核心是“多頻率信號在非線性元件中相互作用”，設(shè)計時需：① 限制單級放大的增益（避免單級增益過高導(dǎo)致信號進(jìn)入非線性區(qū)）；② 在信號路徑中加入“頻率補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)”（如RC補(bǔ)償電路），減少不同頻率信號的相互干擾；③ 采用“電流反饋型運(yùn)放”（相比電壓反饋型，互調(diào)失真更低）。
3. 確保電源系統(tǒng)的穩(wěn)定性，減少電源引入的失真
電源的波動（如紋波、電壓跌落）會直接導(dǎo)致放大元件工作點(diǎn)漂移，產(chǎn)生“電源噪聲失真”（隱性失真的一種），設(shè)計時需重點(diǎn)優(yōu)化：
① 電源濾波與穩(wěn)壓：
采用“多級濾波”（如電容+電感組成的π型濾波、扼流圈濾波），大幅降低市電整流后的交流紋波（目標(biāo)是將紋波電壓控制在mV級以下）；
關(guān)鍵放大級（如前級、功率級）單獨(dú)配備穩(wěn)壓電路（如線性穩(wěn)壓電源LDO，而非開關(guān)電源——開關(guān)電源的高頻噪聲易引入隱性失真），確保各級供電電壓穩(wěn)定，避免因負(fù)載變化（如信號動態(tài)增大）導(dǎo)致的電壓波動。
電源隔離：
前級、功率級、數(shù)字電路（如控制部分）采用獨(dú)立的電源繞組或隔離變壓器供電，避免不同模塊的電源噪聲相互串?dāng)_（例如功率級的大電流波動不會影響前級的小信號放大）。
4. 優(yōu)化信號路徑，減少傳輸過程中的失真
信號在傳輸中若遇到阻抗不匹配、寄生參數(shù)干擾，會產(chǎn)生反射、衰減或相位偏移，形成隱性失真，設(shè)計時需：
①- 阻抗匹配設(shè)計：
確保信號源、傳輸線、負(fù)載的阻抗一致（如音頻信號常用“高輸入阻抗-低輸出阻抗”匹配：前級輸出阻抗＜1kΩ，后級輸入阻抗＞10kΩ），避免信號反射導(dǎo)致的波形畸變；
功率放大級與揚(yáng)聲器的阻抗嚴(yán)格匹配（如4Ω功放接4Ω音箱），減少因阻抗不匹配導(dǎo)致的功率損耗和互調(diào)失真。
②縮短信號路徑與屏蔽：
盡量縮短前級小信號的傳輸距離（小信號易受干擾），且信號線采用屏蔽線（如帶金屬網(wǎng)的同軸電纜），避免外界電磁干擾（如電源紋波、射頻噪聲）引入的隱性失真；
③電路板布局時，將強(qiáng)電區(qū)（電源、功率級）與弱電區(qū)（前級、信號輸入）嚴(yán)格分離，減少寄生電容、寄生電感的耦合干擾。
5. 控制負(fù)載特性，避免負(fù)載引發(fā)的失真
揚(yáng)聲器等負(fù)載的“非線性阻抗”（阻抗隨頻率變化）會反向影響功放，導(dǎo)致功放輸出非線性失真，設(shè)計時需：
①- 功放與負(fù)載的適配：
設(shè)計功放時，預(yù)留足夠的“阻尼系數(shù)”（阻尼系數(shù)=功放輸出阻抗/負(fù)載阻抗，通常Hi-Fi功放阻尼系數(shù)需＞20），確保功放能穩(wěn)定控制揚(yáng)聲器振膜的運(yùn)動，避免因負(fù)載阻抗波動導(dǎo)致的失真；
針對揚(yáng)聲器的頻響曲線，在功放輸出端或分頻器中加入“阻抗補(bǔ)償電路”，減少負(fù)載阻抗隨頻率變化的幅度。
②- 避免過載失真：
設(shè)計功放的“動態(tài)范圍”（最大不失真輸出功率與噪聲的比值）時，需預(yù)留足夠余量（通常比實(shí)際使用的最大音量需求高3-6dB），避免大動態(tài)信號（如音樂中的鼓點(diǎn)、人聲高潮）導(dǎo)致功放進(jìn)入飽和區(qū)，產(chǎn)生過載失真。
6. 利用負(fù)反饋技術(shù)，修正非線性失真
負(fù)反饋是降低失真的經(jīng)典手段，通過將輸出信號的一部分“反向反饋”到輸入端，抵消放大過程中產(chǎn)生的非線性誤差：
①- 合理設(shè)計負(fù)反饋：
采用“電壓串聯(lián)負(fù)反饋”（提升輸入阻抗、降低輸出阻抗，減少負(fù)載影響）或“電流并聯(lián)負(fù)反饋”（增強(qiáng)帶負(fù)載能力），反饋深度需平衡——過深的負(fù)反饋可能引入相位失真，過淺則無法有效抑制非線性；
針對高頻信號易產(chǎn)生的相位偏移，在反饋回路中加入“相位補(bǔ)償電容”，避免高頻段因相位差導(dǎo)致的自激或失真。
②- 避免負(fù)反饋失效：
確保反饋信號的采樣點(diǎn)（如功放輸出端）遠(yuǎn)離干擾源，反饋路徑的阻抗匹配良好，避免反饋信號被污染導(dǎo)致失真修正失效。 |
