諧波失真(THD)是指原始頻率的各種倍數的有害幹擾。
當1kHZ的頻率信號放大後，會產生2kHZ的二次諧波和很多3kHZ的高次諧波。理論上，這個值越小，失真度就越低。
由於放大器不理想，輸出信號中不僅含有放大後的輸入分量，還含有壹些比原信號高2倍、3倍、4倍甚至更高的新頻率分量(諧波)，導致輸出波形混疊。
這種由諧波引起的失真稱為諧波失真。
諧波失真分析
總諧波失真是指音頻信號源經過功率放大器時，輸出信號中由非線性元件引起的額外諧波分量。
諧波失真是由於系統不是完全線性的，用新加入的總諧波分量的均方根值占原信號有效值的百分比來表示。
舉個例子，當壹個放大器輸出1000Hz的100v，加上2000Hz的Lv，就會有10%的二次諧波失真。
所有附加諧波電平的總和稱為總諧波失真。
壹般來說，1000Hz頻率下的總諧波失真最小，所以很多產品都以該頻率下的失真為指標。
但總諧波失真與頻率有關，所以美國美國聯邦貿易委員會在1974中規定，必須在20 ~ 20~20000Hz的全音頻範圍內測量總諧波失真，並且必須在負載為8歐姆揚聲器且總諧波失真小於1%的條件下測量放大器的最大功率。
國際電工委員會規定的總諧波失真最低要求是:前置放大器0.5%，組合放大器0.7%以下，但都可以在0.1%以下；FM立體聲調諧器為1.5%，實際上低於0.5%；CD播放器可以達到0.01%以下。
1，電力領域
在電力領域，每個諧波的均方根值與基波的均方根值之比稱為該諧波的諧波含量。
所有諧波的平方根與基波的平方根之比稱為總諧波失真。
壹般來說，諧波失真相當於總諧波失真。
2.音頻領域
總諧波失真是指音頻信號源經過功率放大器時，輸出信號中由非線性元件引起的額外諧波分量。
諧波失真是由於系統不是完全線性的，用新加入的總諧波分量的均方根值占原信號有效值的百分比來表示。
比如壹個放大器輸出10V的1000Hz，加上1v的2000Hz，就會有10%的二次諧波失真。
所有附加諧波電平的總和稱為總諧波失真。
壹般來說，1000Hz頻率下的總諧波失真最小，所以很多產品都以該頻率下的失真為指標。
但總諧波失真與頻率有關，所以美國美國聯邦貿易委員會在1974中規定，必須在20 ~ 20~20000Hz的全音頻範圍內測量總諧波失真，並且必須在負載為8歐姆揚聲器且總諧波失真小於1%的條件下測量放大器的最大功率。
國際電工委員會規定的總諧波失真最低要求是:前置放大器0.5%，組合放大器0.7%以下，但都可以在0.1%以下；FM立體聲調諧器為1.5%，實際上低於0.5%；CD播放器可以達到0.01%以下。
因為目前測量失真的方法是單壹的正弦波，不能反映放大器的全貌。
實際的音樂信號是各種不同速率的復雜波，包括速率轉換、瞬態響應等動態指標。
所以高質量的放大器有時會表示互調失真、瞬態失真、瞬態互調失真等參數。
(l)互調失真(IMD):將互調失真儀輸出的125Hz、lkHz的諧波信號波以4: 1的幅度輸入被測放大器，從額定負載開始測量互調失真系數。
(2)瞬態失真(TIM):用方波信號輸入放大器後保持輸出波形包絡的能力來表示。
如果放大器的轉換速率不夠，方波信號就會變形，產生瞬態失真。
主要體現在快速的音樂突變信號，如打擊樂器、鋼琴、木琴等。瞬態失真大的話，清脆的音樂會變得含糊不清。
(3)瞬態互調失真:3.15kHz的方波信號和15kHz的正弦波信號按照4: 1的峰值幅度比混合，經過放大器後，所有互調失真產物的有效值占原正弦幅度的百分比新增加。
如果功放采用深環路負反饋，瞬態互調失真壹般較大，具體體現為沈悶、生硬、臨場感；反之，聲音流暢、細膩、自然。
諧波失真控制
在水處理廠，將失真的設備連接到備用發電機會產生幹擾電流。
可先采用臨時處理方案，再采用有源諧波濾波器。
VFD(variablefrequencydrive)在關鍵電機調速、優化用電方面有很多優勢，但也容易造成相鄰配電系統的諧波畸變。
配電系統可以吸收壹些失真，但是當VFD直接連接到由發電機驅動的電路時，幹擾也可能影響運行的可靠性。
通常，水處理廠配有VFD、臭氧發生器和其他會引起諧波失真的負載。
大多數工廠還配備了應急備用發電機，以便在外部電源停止或異常時為重要設備供電。
這樣的反滲透海水淡化廠總是關註諧波的長期影響，以及在大變頻泵造成諧波畸變的情況下，其938kVA備用發電機是否可靠。
工廠裏的工人壹直擔心，如果緊急運轉時間延長，發電機可能會發生故障。
為了確定故障的程度，人們編輯諧波測量結果，比較正常使用和備用發電機的畸變程度，並根據測量數據通過工程分析評估諧波抑制技術。
施耐德電氣在工廠配電盤的進線端子處檢測到諧波失真。
測試設備是壹個便攜式電路監視器，可以測量200多個電力系統參數。
諧波失真的測量采用512點/周的采樣率，以保證250次諧波的精度。
負荷試驗表明，當時廠用備用發電機的負荷接近其額定負荷的53%。
測試時的峰值負載為403kW和431kVA。
測試中的平均均方根電流顯示了不同機器操作的影響。
試驗中，發電機供電時電壓略有降低，但正常使用和發電機供電都能維持在可接受的穩態電壓範圍內480的100%~103%。
電壓不平衡度也小於1%，在可接受範圍內。
負載測試表明，負載最小時功率因數最低，所有設備同時運行時功率因數最高。
由於諧波固有的功率因數改善特性，傳統的諧波濾波器很難削弱該電路中的諧波。
負載試驗還表明，正常使用時480V母線上的最大電壓畸變幅值可達6.5%左右，使用備用發電機時約為10%(如諧波畸變圖所示)。
60hp設備配合250hp設備工作時，由於δ Y變壓器和線性電抗器的組合產生的抵消效應，電流畸變會減小。
TDD(totaldemanddistortion coefficient)是發電機80%額定電流除以諧波電流，或直接取900安培。
IEEE519-1992標準“電力系統諧波控制的推薦規則和要求”提供了壹些關於“諧波失真的可接受程度”的指南。
最初，該標準被用作高級用戶及其客戶參考的推薦程序；現在，該標準已被工廠企業推廣使用，作為測量現有設備諧波電流的指導性文件。
對海水淡化廠正常用電和備用發電機供電的測試表明，主要電力系統參數，包括電壓校準和不平衡以及電流不平衡，都在可接受的範圍內。
雖然諧波失真的程度還沒有嚴重到對工廠的正常生產經營產生明顯影響，但進壹步削弱諧波仍然是壹項不容忽視的工作。
工作人員關心諧波的長期影響，而且由於使用備用發電機時的諧波經常超過IEEE519-1992標準規定的諧波範圍，他們更擔心應急運行時間延長時發電機能否繼續穩定可靠地工作。
此外，諧波衰減技術還可以延長設備的使用壽命，增強系統的可靠性。
諧波限值表顯示了與發電設備常用的IEEE519-1992標準諧波限值對比的測試結果。
正如所展示的，在線測量的數據超過了這個限制。
此外，施耐德電氣還對不同的抑波技術進行了計算機模擬。
施耐德電氣可以通過諧波模擬估算不同情況下諧波電流的減少量。
如前所述，在250hp設備和60hp設備同時工作的情況下，已經獲得了5次和7次諧波電流的消諧效果。
系統要求5次諧波電流減少27%，7次諧波電流減少65，438+06%，但總均方根電流增加65，438+09%。
最差的情況，也就是最高諧波峰值，只會在只有250hp設備工作的情況下出現。
壹般來說，有四種解決方案:
1.旁路δY絕緣變壓器-每個250hp設備都有壹個δY絕緣變壓器。
旁路其中壹個δY隔離變壓器可以達到良好的效果，即可以減少諧波電流失真的次數。
再加上上面提到的同時使用250hp和60hp設備的方法，五次和七次諧波電流減弱。
而旁路電路的5、7次諧波電流不變，壹旦再運行壹兩個250hp的設備，就會產生額外的消除效應。
但是這種技術只適合臨時改造，沒有更有效的解決方案。
2.更換δY絕緣變壓器——壹種更有效的諧波降低技術是用δY交錯繞組變壓器代替其中壹個δY絕緣變壓器，而不是將其旁路。
由於諧波電流不通過δY交錯繞組變壓器的周相，這種改進也增強了第五、七次電流的消除效果。
該方法還保留了諧波衰減的積極影響。
3.無源諧波濾波器-可以在480V主電路中安裝第五個無源諧波濾波器，但這種方法不實用，因為無源諧波濾波器也會增加基本功率因數。
由於設備的功率因數已經很高(滿負荷時高達94%)，在沒有達到工廠最先進的功率因數的情況下，系統無法承受更多的負荷。
4.有源諧波濾波器——該廠最好的解決方案是通過在480V主電路上安裝有源濾波器來降低諧波電流。
有源濾波器可以測量負載所需的諧波電流，並使電流產生180°的相移。
這種方法可以在很大程度上削弱諧波失真的程度，通常用於必須嚴格遵守諧波限值的場合。
此外，施耐德電氣建議安裝現場電力監控設備，以便跟蹤諧波失真中的設備性能、電壓質量、幹擾和成本。
過渡性和永久性解決方案
通過臨時設置旁路繞過絕緣變壓器，增加了諧波消除，工廠降低了諧波失真。
這種非常規手段幫助工廠度過了整個夏季的運營高峰。
之後，工作人員在主配電盤上安裝了有源諧波濾波器。
該設備最終消除了諧波失真的影響。
安裝有源濾波器後的測量結果表明，電流畸變小於8%，電壓畸變小於2%。
論諧波失真
早在三十年代，F.H.Brittain在揚聲器評價的十壹項中就有諧波失真，它是L.L.Brenek在五十年代提出的揚聲器最重要的八個特性之壹。現在各種電聲測試系統。
從幾十萬的BK系統到國內幾千的測試系統，都將其作為重要的測量對象。
可見諧波失真壹直是電聲領域壹個非常重要的參數。
諧波失真:當基頻為F的正弦信號輸入揚聲器時，揚聲器輸出由揚聲器除F以外的非線性失真產生，F的整數倍的諧波分量為2f.3fnf，我們稱之為諧波失真。
諧波失真可分為三類，常用的有THD(總諧波失真)、若幹次諧波失真和特征總諧波失真(實際測量中會細分為偶次諧波失真、奇次諧波失真和次諧波)。它們各自的特性如下:失真產生的總諧波聲壓有效值與總輸出聲壓有效值Pt的比值；失真產生的壹次諧波聲壓的有效值與總輸出聲壓Pt的有效值之比；失真引起的總諧波聲壓的有效值與平均特征聲壓Pm的比值。
在失真的分類中，歸類為揚聲器的非線性失真。
我們可以用法國著名哲學家薩特的存在主義來對待諧波失真！諧波失真是客觀存在的！現在我們以錐形揚聲器為例:當揚聲器處於低頻或大振幅運動時，揚聲器的折疊環和彈性波(定心片)組成的支撐系統不再符合線性胡克定律(或胡克定律)，如揚聲器受到純音聽音時折疊環邊緣產生的“啪嗒”聲，俗稱“拍”，這是非線性的壹種極端表現；當讓邊緣折疊的揚聲器大幅度運動時(fo附近，並不是所有的揚聲器都在fo振動)，我們可以明顯看到邊緣的扭曲。
布邊折環上經常打阻尼膠。阻尼膠分為“油性”和“水性”兩種，“油性”常用在PA音箱上。但是我們經常可以看到在高端工廠的橡膠折疊環上打孔透明有光澤的水性阻尼膠。壹般“打孔”膠不超過折疊環的65，438+0/2，但采用這種塗膠方式。在橡膠折疊環(現在大多用NBR？在丁腈橡膠的改進中，經常對折疊環的形狀進行處理，但國內在這方面的處理方法還不夠。在我國揚聲器單體的設計中，人們往往註重折環的質量和平滑度，而忽略了折環的其他質量和橡膠的阻尼。雖然經常用集中參數系統來分析錐形音箱，也就是在低頻的時候，我們都把錐形音箱做成低音炮和低音嗎？此時，諧波失真與小部門的Qm(機械品質因數)密切相關。
上導電板與T鐵的鐵磁極之間的磁感應強度沿軸向(音圈的振動方向)的不均勻性是諧波失真的另壹個原因。
目前國內廣泛采用的方法是用對稱磁路對其進行改進(如圖)。論低音單元，知道是什麽的拿的少，沒見過多少。仔細想想，原因就是“錢惹的禍”！丹麥的PELESS是單體內的壹個鋁環來改善它！(如圖)當然這種做法是最容易發現的。
從頻率來看是BL(磁系數)的增加。
從新的角度來看，中高頻的諧波失真和低頻的諧波失真是由兩個不同的量決定的。在錐盆音箱中，諧波失真是客觀存在的，妳只能改善，不能消除。
要解決錐盆音箱的諧波失真，除非采用替代聲原理，否則整個行業都是任重道遠。失真就像測量誤差壹樣。看國外產品的廣告“Halcro——世界上失真最低的功放”，而在國內，我看到某品牌中國公司的廣告:“徹底解決音箱的互調失真！”我跌倒了，我笑了，這是誤導和愚弄中國人民，也顯示了公司的不負責任和無知！
諧波失真在客觀上是“合理”的。
客觀測試的結果與主觀感受壹致。根據人耳的聽覺機制分析，人耳只能分辨前六到七次諧波，對於六次以上的諧波，很難在意義上將其彼此分開，因為六次以後，落在人耳基膜上的兩個相鄰諧波的兩個對應區域相互靠近，覆蓋在壹個臨界區內，所以很難在意義上將其彼此分開。
但是，高次諧波對音質的影響不容忽視。通過實驗發現，異常噪聲來源於高次諧波。
根據諧波失真的順序，可分為“軟失真”和“硬失真”。
但是對於揚聲器來說，偶次諧波失真和奇次諧波失真對於提高音質更有指導意義，尤其是對於聽感。
大膽機在聽覺上大受發燒友歡迎，這是它的“功勞”。
從音樂聲學的角度來看，樂器的基頻相對於泛音並不都是和諧的。比如樂音中的泛音成分越多，音色越豐富，聲音越純凈，泛音越不和諧，音樂色彩越粗糙，聲音越刺耳，七階以上的奇次泛音會使聲音粗糙刺耳。
世界上失真最低的放大器。
揚聲器在交叉頻段的失真主要是磁路(鐵芯)的非線性造成的。為了消除鐵芯引起的非線性失真，目前常采用壹種稱為“線性磁路”的結構。這種磁路結構的特點是在鐵芯頂部做成凹形，使與導磁板相對的部分由於鐵芯截面積的減小而接近磁飽和狀態。此時音圈相當於壹個空心線圈，避免了鐵芯的影響，降低了非線性。
當音圈以長沖程移動時。
音圈上的音圈線跳出了氣隙半磁場的均勻區域，使得機電轉換系數BT不能保持恒定，破壞了電動力效應F=BTI的線性關系，產生非線性失真。
改善這種原因造成的失真壹般有兩種方法:壹種是用短音圈，壹種是用長音圈。所謂短音圈，就是把音圈的長度做得比導磁板的厚度小，如圖所示，這樣音圈在振動時就不會跳出磁場的均勻區域，避免了非線性失真。
這種方法導致成本提交，這是不常用的。所謂長音圈，是指音圈的長度，做成比瓦的厚度還長，使音圈在振動過程中(包括均勻區和非均勻區)能與所有磁通量耦合，使平均磁感應強度b整體保持恒定，避免非線性失真。但是這種方法肯定會導致揚聲器在相同的DC電阻下，更粗的音圈線靈敏度更低，因為妳會增加音圈的振幅。