摘要：音响系统的失真度测量是评估音质和设备性能的核心环节，常用方法围绕 总谐波失真（THD）、互调失真（IMD） 等指标展开，需借助专业仪器和标准化流程。以下是具体测量方法、设备及步骤：

音响系统的失真度测量是评估音质和设备性能的核心环节，常用方法围绕 总谐波失真（THD）、互调失真（IMD） 等指标展开，需借助专业仪器和标准化流程。以下是具体测量方法、设备及步骤：

一、核心测量指标与原理

1. 总谐波失真（THD, Total Harmonic Distortion）

- 定义：输出信号中所有谐波分量的能量总和与基频能量的比值，通常以百分比（%）表示。

- 公式：

\text{THD} = \frac{\sqrt{U_2^2 + U_3^2 + \dots + U_n^2}}{U_1} \times 100\%

（U_1 为基频电压，U_2, U_3, \dots, U_n 为各次谐波电压）。

2. 总谐波失真+噪声（THD+N）

- 实际测量中，噪声（Noise）常与失真叠加，因此更常用 THD+N 作为指标，反映信号中失真与噪声的综合影响。

3. 互调失真（IMD, Intermodulation Distortion）

- 测量两个不同频率信号（如 f_1 和 f_2）通过系统后，产生的和频（f_1+f_2）、差频（|f_1-f_2|）等互调产物与原始信号的比值，常用 SMPTE IMD（基于4:1频率比，如20Hz和7kHz）或 CCIF IMD（基于等幅双音，如19kHz和20kHz）。

二、测量所需设备

1. 信号发生器（Signal Generator）

- 生成纯净的单频正弦波（测THD）或双频信号（测IMD），频率精度和稳定性直接影响结果。

2. 频谱分析仪（Spectrum Analyzer）

- 分析输出信号的频率成分，分离基频与谐波/互调产物，计算能量比值。

3. 示波器（Oscilloscope）

- 直观观察波形畸变（如削波、交越失真），辅助判断失真类型。

4. 功率放大器/信号调理设备

- 若测量整机（如音箱），需搭配功放驱动负载（扬声器通常接额定阻抗的假负载）。

5. 校准设备

- 包括高精度衰减器、滤波器（去除杂散信号）、噪声屏蔽环境（如消声室，减少外界干扰）。

三、THD 测量步骤（以放大器为例）

1. 设备连接与校准

- 按 信号发生器 → 被测设备（如功放）→ 频谱分析仪 的链路连接，确保线缆屏蔽良好，避免电磁干扰。

- 校准信号发生器：输出标准正弦波（如1kHz，幅度为被测设备额定输入电平的1/2至2/3，避免过载削波）。

- 频谱分析仪设置：带宽覆盖被测频率范围（如20Hz~20kHz），分辨率带宽（RBW）设为1Hz或更低，减少测量误差。

2. 输入测试信号

- 向被测设备输入单一频率的正弦波（如1kHz），调节输入电平至额定工作点（如功放的额定输出功率的1/3，或接近但未达到削波的临界点）。

3. 采集输出信号

- 频谱分析仪采集被测设备的输出信号，分离出基频（1kHz）和各次谐波（2kHz、3kHz等）。

- 示波器同步观察波形：若出现削波，需降低输入电平至波形无明显畸变（确保测量线性工作区的失真）。

4. 计算THD/THD+N

- 频谱分析仪自动计算谐波能量总和与基频能量的比值，显示THD百分比。

- 若开启噪声测量，同步显示THD+N（噪声通常在低频或高频段，需注意区分噪声与谐波）。

四、互调失真（IMD）测量步骤

1. 生成双频测试信号

- 信号发生器输出两个频率 f_1 和 f_2（如SMPTE标准：f_1=20Hz，f_2=7kHz，幅度比4:1；或CCIF标准：f_1=19kHz，f_2=20kHz，等幅）。

2. 注入被测设备

- 输入电平调至被测设备的线性工作区（避免削波），驱动后级（如功放接假负载，音箱需在消声室测量声压级）。

3. 分析互调产物

- 频谱分析仪检测输出信号中 f_1+f_2、|f_1-f_2| 及周边频率的能量，计算其与原始信号 f_1/f_2 的比值（通常要求IMD低于0.5%）。

五、其他失真的辅助测量方法

1. 削波失真：示波器直接观察

- 逐渐增大输入电平，当示波器显示波形顶部/底部被削平时，记录此时的输入电平（即削波阈值），评估动态余量。

2. 相位失真：相位分析仪/网络分析仪

- 测量不同频率信号通过系统后的相位偏移，绘制相位-频率曲线，判断群延迟是否均匀（理想情况：各频率相位差呈线性关系）。

3. 瞬态失真：脉冲信号+示波器

- 输入方波或窄脉冲信号，观察输出波形的上升沿、下降沿是否陡峭，是否有振铃（Ringing）或拖尾（反映扬声器/功放的瞬态响应能力）。

六、测量注意事项

1. 环境与噪声控制

- 实验室测量需在低噪声环境下进行，线缆使用屏蔽线，电源隔离（避免工频干扰）。

- 现场测量音箱时，需在消声室或空旷场地减少反射回声（回声会引入额外失真，影响声信号测量）。

2. 负载匹配

- 被测设备（如功放）需接额定阻抗的负载（如8Ω假负载），否则阻抗不匹配会导致失真异常升高。

3. 频率范围覆盖

- 分频段测量（如20Hz、1kHz、20kHz），因不同频率下元件特性不同（如扬声器在谐振频率附近失真更高）。

4. 输入电平控制

- 测量线性失真时，输入电平需低于削波阈值（通常取额定功率的1/10~1/3，即“小信号失真”）；

- 若测大信号失真（如满功率THD），需确保设备安全，避免长时间过载损坏元件。

七、常见标准与指标参考

- Hi-Fi级功放：THD+N

- 专业级设备：THD+N

- 扬声器系统：THD通常在1%~5%（低频段因振膜振幅大，失真更高，如20Hz时可能达3%以上）。

总结

失真度测量的核心是通过 纯净信号输入→频谱分析→能量比值计算，结合示波器、相位仪等工具辅助判断失真类型。专业测量需依赖高精度仪器和标准化流程，而普通用户可通过波形观察（如削波）或听感（刺耳、破音）初步判断失真。对于设备研发或品质检测，THD、IMD等指标是衡量“保真度”的关键参数，直接反映音响系统还原原始信号的能力。

来源：HIFI音乐试听