失真的案例
諧波失真、互調失真及差頻失真的定義、公式及區別
什 么 是 失 真
理想：
現實：
評估幅值非線性的方法有：
諧波失真
互調失真
差頻失真
對于一個理想的系統，輸出信號應該等于輸入信號乘以傳遞函數。但事實上系統中除了理想的輸出信號之外，還會插入很多我們不想聽到的雜音，或不真實的信號，這些都會給信號帶來失真。而評估非線性失真的方法，就包含諧波失真、互調失真和差頻失真，這三種失真方式。
諧 波 失 真
使用純音信號激勵 , f1
對頻率是基波f1的整數倍信號進行分析
Hn就是n次諧波
總諧波失真 (THD) 所有的失真分量相加
諧波失真的激勵信號是一個純音，在基波頻率的整數倍頻率上，會由于純音的激勵產生失真信號。所以如果對應于基波的n倍，也就是它的n次諧波，我們會得到一個總諧波失真（THD），就是把所有的諧波失真分量相加，再除以基波和所有諧波的量的總和，會得到一個百分數，也就是我們需要測的THD。
互 調 失 真
使用兩個規定幅值比的純音信號激勵
一個純音信號頻率是按步進改變的 , f1
一個純音信號頻率是固定的f2，f2甚低于f1
對信號 f1 附近的邊帶進行頻率分析
GB/T 12060.5 2011/IEC 60268 5:2007
推薦設定：f2 < f1/8, f2和 f1 信號的幅值比為 4:1
互調失真會有一個變化著的純音信號，它的頻率是按步進改變的；同時我們會有一個調制信號，調制信號是一個固定頻率的。通常調制信號的頻率要遠低于純音激勵信號，調制信號的幅值要遠大于激勵信號。
展開 諧波失真、互調失真及差頻失真的定義、公式及區別
三種失真的計算公式
不同失真方法的區別
對于
諧波失真，需要測量基波的整數倍，所以需要一個
帶寬較寬的數采，確保可以測量所有需要的諧波分量。舉個例子，如果我們以前的聲卡是到20kHz，如果要做到5次諧波，激勵信號就只能到4kHz了，因為再往上，例如到5kHz，5次諧波就是25kHz，超出測量范圍，就測不到5次諧波了。所以諧波失真更多是用于
評價低頻信號的失真方式。
當然，隨著硬件技術的發展，例如B&K的3161型LAN-XI分析模塊，可以測到204.8kHz的帶寬，如果用來測5次諧波，一樣可以做到40kHz，隨著硬件技術提高，測量傳聲器和數采的測量頻率范圍都越來越寬，我們現在可以完成一個完整的可聽聲頻段（20Hz~20kHz）的諧波失真測量。
互調失真與差頻失真，可以更好地體現
高頻部分的非線性失真。由于低頻部分受到
調制信號頻率以及兩個激勵信號
頻差的限制，無法完成更低頻的非線性失真的測量。
所以，我們要合理利用三種失真方式來評價一個電聲產品的非線性失真。
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還有這種操作？
展開 揚聲器的非線性失真模擬
在本文中，我們將討論系統非線性如何影響聲音的生成，以及如何使用 COMSOL Multiphysics? 軟件對揚聲器驅動器執行非線性失真分析。
認識線性和非線性失真
換能器可將具有一種能量形式的信號（輸入信號）轉換成具有另一種能量形式的信號（輸出信號）。揚聲器屬于電聲換能器，在動圈式揚聲器中，輸入信號是驅動音圈的電壓。輸出信號是被人耳感知為聲音的聲壓。失真現象指的是輸出信號與輸出信號產生量與/或質上的差別。
動圈式揚聲器的示意圖。
失真主要分成兩種：
線性失真
非線性失真
線性失真，這個讓人不明所以的專業詞匯表明輸出信號與輸入信號具有相同的頻率組成。在線性失真中，失真對象是輸出信號的幅度和/或相位。非線性失真 則暗示輸出信號包含輸入信號中不存在的頻率組成。這意味著輸入端為單一頻率的能量到達輸出端時產生了多個頻率。
線性和非線性換能器的輸入和輸出信號。
將正弦信號 應用于采用非線性傳遞函數的換能器后，輸出信號將由多頻組成。除了與頻率 對應的信號基本部分之外，還存在著失真部分。它的頻譜通常（但不總是）由頻率 組成，這些頻率均為基頻的倍數，即 ，其中 。這些頻率存在于聲音之中，被稱為泛音。泛音賦予了樂器與眾不同的音色：小提琴彈奏的樂聲聽起來與吉他迥然不同。揚聲器發出的聲音亦是如此。
失真是一個相對量，可以通過總諧波失真（total harmonic distortion，簡稱THD）的值來描述，該值為信號失真部分與基本部分的大小比：
具有較高 THD 值的信號的輪廓明顯不同于純正弦波信號。
不幸的是，輸出信號本身的 THD 值可能不足以作為判斷揚聲器質量的依據。THD 值較小的信號可能聽起來比 THD 較大的信號差，原因是人耳能夠以不同的方式感知各種泛音。
展開 干貨｜大學生電子競賽題目分析——2021年A題《信號失真度測量裝置》
一、任務
設計制作信號失真度測量裝置，對來自函數/任意波形發生器的周期信號（以下簡稱為輸入信號）進行采集分析，測得輸入信號的總諧波失真THD（以下簡稱為失真度），并可在手機上顯示測量信息。測量裝置系統組成示意圖如圖所示。
二、要求
1. 基本要求
（1）輸入信號的峰峰值電壓范圍：300mV~600mV。
（2）輸入信號基頻：1kHz。
（3）輸入信號失真度范圍：5% ~ 50%。
（4）要求對輸入信號失真度測量誤差絕對值Δ=|THDx -THDo|≤5%，THDx和THDo分別為失真度的測量值與標稱值。
（5）顯示失真度測量值THDx。
（6）失真度測量與顯示用時不超過10秒。
2. 發揮部分
（1）輸入信號的峰峰值電壓范圍：30mV ~ 600mV。。
（2）輸入信號基頻范圍：1kHz ~100kHz。
（3）測量并顯示輸入信號失真度THDx值，要求Δ=|THDx -THDo|≤3%。
（4）測量并顯示輸入信號的一個周期波形。
（5）顯示輸入信號基波與諧波的歸一化幅值，只顯示到5 次諧波。
（6）在手機上顯示測量裝置測得并顯示的輸入信號THDx值、一個周期波形、基波與諧波的歸一化幅值。
（7）其他。
三、說明
（1）本題用于信號失真度測量的主控制器和數據采集器必須使用TI 公司的MCU及其片內ADC，不得使用其他片外ADC 和數據采集模塊（卡）成品。
（2）關于THD 的說明：當放大器輸入為正弦信號時，放大器的非線性失真表現為輸出信號中出現諧波分量，即出現諧波失真，通常用“總諧波失真THD（total harmonic distortion）”定量分析放大器的非線性失真程度。
展開 
揚聲器系統低頻諧波失真仿真 V1.0發布
01
—
揚聲器系統低頻諧波失真仿真工具
整體軟件界面如下圖所示
參數輸入
查看非線性曲線
輸出諧波失真等結果
可以仿真BL(x）,Kms(x)，Le(x)以及閉箱容積等非線性對揚聲器和音箱諧波失真的影響。
軟件下載地址 “揚聲器系統諧波失真仿真 V1.0.exe”
鏈接：https://pan.baidu.com/s/1thiDPnZnFZuMt8WvZ1rtLw 密碼：ghn7
02
—
使用說明
首先同樣需要安裝matlab運行環境。
下載并運行“MyAppInstaller_web.exe”
鏈接：https://pan.baidu.com/s/1eTrAQtW 密碼：jgkh
參數輸入
若希望計算揚聲器單元的諧波失真。可以把閉箱容積設置成較大數值，比如1e10 L。
非線性項按4階多項式表達式進行擬合
BL(x)=BL0+BL1*x+BL2*x^2+BL3*x^3+BL4*x^4
Kms(x)=Kms0+Kms1*x+Kms2*x^2+Kms3*x^3+Kms4*x^4
Le(x)=Le0+Le1*x+Le2*x^2+Le3*x^3+Le4*x^4
可以選擇手動輸入非線性項的系數，或直接導入非線性曲線。當導入曲線后，對應的系數輸入項將禁止輸入以進行區別。每一項都可以自由選擇輸入參數或導入曲線。
數據來源可以是Klippel或有限元模擬軟件的結果。
展開 揚聲器仿真高階應用】Bl(x)和激勵頻率的關系，兼論另一種揚聲器低頻失真仿真方法
揚聲器仿真高階應用】Bl(x)和激勵頻率的關系，兼論另一種揚聲器低頻失真仿真方法
通常的Bl(x)都是通過靜態掃描得到的，和激勵信號無關。
在實際運動過程中，音圈在磁場中運動會生成感應電流，且磁路中的鐵件也會生成感應電流。根據楞次定律，感應電流的磁場總要阻礙引起感應電流的磁通量的變化，即感應電流的效果總是反抗引起感應電流的原因。
所以在實際運動過程中感應電流會略微影響磁場，從而影響Bl值。所以Bl（x）和激勵信號的頻率相關。
可以采用Comsol或者Ansoft Maxwell軟件（屬于Ansys公司）來進行仿真。
為減少計算規模，且只考慮揚聲器低頻段。在軟件中仿真磁路，同時耦合運動微分方程，導入Kms（x）的曲線。 需要采用移動網格，否則很難收斂。
得到幅值1A，100Hz的激勵電流下的Bl（x）循環。可以看到Bl（x）上下循環時變化較小，也就是運動過程中感應電流對磁場影響很小。
由此，也可以衍生出另一種揚聲器低頻失真仿真的方法。
得到位移的時域曲線
做快速傅里葉變換FFT。可以計算二次/三次諧波失真，最大位移，直流偏移等。如下圖100Hz的激勵信號，200Hz和300Hz的幅值/100Hz的幅值就是二次/三次諧波失真的數值。
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展開 低音失真會變噪音 汽車音響升級不貪便宜
低音失真會變噪音 汽車音響升級不貪便宜
有的車主認為給價格相對便宜的經濟型轎車的音響升級，買些便宜的音響器材就可以 了。有關專家近日告訴記者，其實不然。這不僅會使不正規的商家鉆空子，為貪便宜的用戶胡亂配置一些質量低劣、利潤高的器材，而且時間稍長就會出現一系列的問題，給用戶帶來諸多麻煩。
據介紹，由于原車音響配置通常沒有低音箱，車主以前也沒有機會試聽高品質的低音，所以剛改裝完音響，裝上低音炮時，可以感覺音效比以前有所好轉，可是聽一段時間后，車主就會感覺低音含糊不清，聽后胸悶，頭腦發蒙。這是因為低音在失真的狀態下變成噪聲，這種噪聲不但會損傷大腦，而且可能引發交通事故。
另外，與專業音響店相比，非專業店配置安裝的汽車音響，看似便宜，但效果實在是太差了。除了器材搭配、聲場定位調試以外，安裝技術、工藝，使用的線材都存在差距，并且故障多發、無售后服務。因此，車主千萬不要貪便宜，只有經過培訓的技師進行安裝和調試，才能充分發揮音響器材的優勢。
展開 截圖效果質量差，放大后還失真怎么辦？用Digger更懂你 | 操作視頻
截圖效果質量差，放大后還失真怎么辦？用Digger更懂你 | 操作視頻
SOLIDWORKS Composer為用戶提供了更快、更輕松的創建圖形內容的工具，這些工具可以清晰、準確的將產品進行展示，并在創建產品營銷材料時消除對物理原型的需求，通過逼真的視覺效果，從而給客戶留下深刻的印象。
本期我們使用 SOLIDWORKS Composer內的Digger 工具對 2D 圖像進行截圖，通過視頻大家可以了解到：
1. 如何在屬性窗格內設置底色。
2. 如何在屬性窗格內設置照相機高度。
3. 如何在渲染選項卡內選擇照明模式，啟用陰影、環境光遮擋以及隱藏地面并獲得高質量的圖像效果。
4. 如何在視口內使用 Digger 工具對 2D 圖像進行截圖。
5. 如何在屬性窗格內設置附加線的顏色、曲率和截圖的寬度。
6. 如何在視圖窗格內創建視圖。
關于SOLIDWORKS Composer 使用 Digger工具對 2D 圖像進行截圖的詳細操作，歡迎大家觀看視頻。
SOLIDWORKS Composer 使用 Digger 工具對 2D 圖像進行截圖
展開 干貨｜射頻功率放大器（RF PA） 科普：射頻原來是這么一回事！
一般情況，當基波功率降低1dB時，三階交調失真改善2dB。
功率回退法簡單且易實現，不需要增加任何附加設備，是改善放大器線性度行之有效的方法，缺點是效率大為降低。另外，當功率回退到一定程度，當三階交調制達到-50dBc以下時，繼續回退將不再改善放大器的線性度。因此，在線性度要求很高的場合，完全靠功率回退是不夠的。
2-2、預失真
預失真就是在功率放大器前增加一個非線性電路用以補償功率放大器的非線性失真。
預失真線性化技術，它的優點在于不存在穩定性問題，有更寬的信號頻帶，能夠處理含多載波的信號。預失真技術成本較低，由幾個仔細選取的元件封裝成單一模塊，連在信號源與功放之間，就構成預失真線性功放。手持移動臺中的功放已采用了預失真技術，它僅用少量的元件就降低了互調產物幾dB，但卻是很關鍵的幾dB。
預失真技術分為RF預失真和數字基帶預失真兩種基本類型。RF預失真一般采用模擬電路來實現，具有電路結構簡單、成本低、易于高頻、寬帶應用等優點，缺點是頻譜再生分量改善較少、高階頻譜分量抵消較困難。
數字基帶預失真由于工作頻率低，可以用數字電路實現，適應性強，而且可以通過增加采樣頻率和增大量化階數的辦法來抵消高階互調失真，是一種很有發展前途的方法。這種預失真器由一個矢量增益調節器組成，根據查找表(LUT)的內容來控制輸入信號的幅度和相位，預失真的大小由查找表的輸入來控制。矢量增益調節器一旦被優化，將提供一個與功放相反的非線性特性。理想情況下，這時輸出的互調產物應該與雙音信號通過功放的輸出幅度相等而相位相反，即自適應調節模塊就是要調節查找表的輸入，從而使輸入信號與功放輸出信號的差別最小。
展開 Wi-Fi FEM進入非線性時代
非線性是射頻功放的固有特性，其非線性失真表現為信號幅度和相位的失真。當不存在記憶效應時，一定幅度的信號通過非線性功放后，輸出信號幅度的增益 隨著輸入信號幅度而變化，同時相位的改變量也隨輸入信號幅度而變化。
功放的非線性失真特性及常用的非線性指標，包括幅度/幅度和幅度/相位失真特性、1dB 壓縮點、三階交調系數、鄰近通道功率比、誤差矢量幅度及歸一化均方誤差。
典型的數字預失真(DPD)系統框圖如下圖所示。首先在數字域中利用預失真器對輸入信號 u(n)進行預處理；然后將預處理后的信號x(n)經過上變頻通道（包括數模轉換、濾波、正交上變頻調制）后送入射頻功放；最后經功率放大后的射頻信號s(t)由天線發射出去。若預失真器與功放的非線性特性相逆，則功放輸出信號為線性放大的射頻信號。為了設計與功放非線性特性相逆的預失真器，需要將功放輸出信號s(t)經耦合衰減后反饋回來，反饋信號經過下變頻通道（包括正交下變頻解調、濾波、模數轉換）后得到含有失真信息的基帶信號y(n)，然后利用輸出信號和反饋信號就可設計出相應的預失真器。
業界領先的射頻前端模組（FEM）供應商Qorvo認為，用于Wi-Fi接入點的非線性FEM技術是正確實現三頻段Wi-Fi 6E和Wi-Fi 7設計的關鍵；原因在于，新的非線性方法提高了功率放大器（PA）的效率，降低了功耗。Qorvo表示，這將帶來一系列優勢；其新型非線性FEM元件也已準備就緒，將于2024年批量投放市場。
在此之前，線性放大一直是包括Wi-Fi前端模組（FEM）在內射頻（RF）設計所追求的“圣杯”，即在RF信號到達Wi-Fi天線之前用于放大發射和接收RF信號（且失真最小）的集成電路。
目前FEM的設計和應用方法正在整個行業發生轉變，與線性放大器相比，非線性FEM所需的電流更小，功耗可降低20-25%。
展開 機器視覺需要鏡頭的選擇和分析
二、低失真度 (Distortion)
影像的變形是限制光學量測準確性的重要因素之一，再好的鏡頭都還是無法避免。然而有時候一或數個像素的錯誤可能具決定性的影響。 失真度也可以說是影像與實際畫面的差異度。失真度是利用影像點與影像中心位置的距離和在標準影像(未失真影像)的實際距離之間的差異來計算。舉例來說，一個與畫面中心距離200像素的標的在影像畫面中只有和中心點間隔198個像素，其失真度則為：
distortion = (198-200)/200 = -2/200 = 1%
正向放射性失真 (Positive radial distortion) 也被稱為 “pincushion” 性失真，負向放射性失真 (negative radial distortion) 可被另稱為 “barrel” distortion。此類的變形和影像中心的距離大小有絕對的關聯性。
“pincushion” type distortion “barrel” type distortion
影像的失真可被視作真實畫面經過二維幾何性變形的結果，由于通常不是線性改變而是二或三度的多項式的變形，影像會被些許的拉扯及扭曲。
一般的鏡頭具有數度或數十度的失真度，不過由于大部分的影像鏡頭是用在一般監測系統或普通攝影中，些許的影像失真是能被容許的，但此瑕疵讓精密影像測量變的困難。
高品質的遠心鏡頭只具有低于0.1%失真度的特性，雖然這個數次聽起來很小，但在高分辨率的攝影機下仍能造成將近一個像素的誤差。因此許多失真的影像會利用軟件做校正：將校正用圖樣(此圖樣的精密度必須比)置于鏡頭下方拍攝，之后利用軟件計算影像校正公式，將失真影像做校正。由于影像的失真程度與物體和鏡頭的距離有極高的關聯性，因此必須格外留意物體在被攝影時與鏡頭的距離。
展開 
ADC/DAC設計經典問答，涵蓋了眾多經典問題
這些包括信/噪比（SNR），SINAD（信號噪聲+失真），ENOB（有效位數），THD（總諧波失真），IMD（互調失真），FPBW（全功率帶寬），SSBW（小信號帶寬）。
15. 什么是互調失真（IMD）？
互調失真（Intermodulation Distortion），是指沒有出現在輸入端，作為兩個正弦曲線的頻率同時作用于模數轉換器的輸入，而形成的額外的頻譜成分。它被定義為在互調積中的能量和原始頻率中的總能量比值。互調失真（IMD）通常用分貝（dB）來表示。
16. 什么是增益溫度系數（滿量程溫度系數）？
增益溫度系數（滿量程溫度系數）是指增益誤差變化量和溫度變化量的比值。通常用每百萬分之/ 攝氏度（ppm/°C）表示。
17. 什么是總諧波失真（THD）？
總諧波失真（THD），用dB或dBc表示，是指總的諧波電平（美國國家半導體模數轉換器是9個諧波段）和輸入信號的倍頻出現在輸出的電平。總諧波失真（THD）計算方法如下：THD=“sqrt”［ （ f2xf2 + f3xf3 +f4xf4 + f5xf5 + f6xf6 + f7xf7 + f8xf8 + f9xf9 + f10xf10） / （f1xf1） ］ f1是輸入信號的基頻，f2 到f10這9個諧波頻率是基頻的倍頻。
18. 什么是零刻度偏移誤差？
單極輸出模數轉換器的零刻度偏移誤差是指理想的輸入電壓（1/2 LSB） 和實際輸入電壓之間的差，引起輸出代碼由0到輸出代碼1的轉換。
19. 什么是全功率帶寬（FPBW）？
全功率帶寬（FPBW）是指滿量程輸入在重構的輸出基頻下降到3分貝時低于其低頻值的頻率。
20. 什么LSB（最低有效位）？
LSB（最低有效位），是指所有位中最小的值或權值。
展開 一種新的揚聲器單元低頻非線性模型的迭代求解法
很早之前我有寫過一篇關于揚聲器低頻失真仿真的文章。【揚聲器系統設計與仿真】揚聲器失真仿真
匯總了行業內主要的揚聲器失真仿真方法，主要都是采用的數值仿真方法。
今天要提到的是一種新的思路。
GGEC（國光電器）的Wei, Shaolin等三人在AES上發表過一篇題為“Low Frequency Nonlinear Model for Loudspeaker Transducers”的論文。
http://www.aes.org/e-lib/browse.cfm?elib=17708
嘗試了一種揚聲器單元低頻非線性模型的迭代求解法。最終模擬出來的揚聲器位移/頻響/二三次諧波失真等都可以用非線性的系數來表示。是一個新的貢獻。 最初的時候，我還和魏老師探討過這個問題。
最終得到用系數表示的基波/二次三次諧波
頻響曲線/二三次諧波失真的計算/測試對比
這種求解方法的缺陷：非線性系數目前只計算到2階，主流是采用3階或4階，這樣才能擬合得比較好。從最后的計算/測試對比也可以看出來，對頻響曲線的吻合得還是很好的，但諧波失真的吻合程度還不夠。
展開 一款具有94%超高效率、22mA超低靜態電流及無濾波器設計的高性能D類音頻放大器-IML6602
iML6602作為一款高性能D類音頻功放，在功率效率、輸出失真、保護機制和成本控制等方面均表現出色，使其在消費電子、工業設備及專業音頻領域具有廣泛適用性，對于追求國產化替代、需快速迭代的廠商而言，iML6602不僅是技術升級的選擇，更是供應鏈安全的重要保障。
線性Wi-Fi FEM被卷死，非線性FEM是未來？
非線性Wi-Fi FEM（Front-End Module，前端模塊）的由來與無線通信技術的發展和硬件設計挑戰密切相關，其核心在于解決高頻、高功率、高效率需求下的非線性失真問題。
傳統PA在高壓時可能進入非線性區（如飽和區），導致信號失真（如諧波、互調干擾）。但現代非線性PA通過設計優化，如預失真（DPD）技術，在高效和高線性之間取得平衡。通過算法預校正PA的非線性失真，提升信號保真度，尤其對OFDMA（Wi-Fi6/ 7）等復雜調制至關重要。
隨著Wi-Fi標準從2.4GHz（802.11b/g/n）擴展到5GHz（802.11a/ac）乃至6GHz（802.11ax/be），高頻信號對功率放大器（PA）和低噪聲放大器（LNA）的線性度要求更高。高階調制（如1024-QAM in 802.11ax/be）對信號純凈度極為敏感，非線性失真會導致誤碼率（BER）急劇上升。而FEM需將PA、LNA、開關、濾波器等集成到微小模塊中，傳統線性設計難以兼顧效率與性能。當 PA在接近飽和功率時會出現增益壓縮（AM-AM失真）和相位畸變（AM-PM失真），導致諧波和交調失真（IMD），例如，OFDM信號的高峰均比（PAPR）會迫使PA工作在非線性區，TDD系統中快速開關引入的瞬態非線性，還有在熱效應與記憶效應下，高功率下器件溫度變化導致參數漂移，進一步加劇非線性。
非線性Wi-Fi FEM的設計創新在于數字預失真（DPD）技術，通過算法預補償PA的非線性特性，顯著提升線性輸出功率（如從20dBm提升至28dBm）。非線性Wi-Fi FEM的誕生是無線通信系統逼近香農極限的必然結果，其技術本質是通過聯合優化器件物理特性（如材料、工藝）與信號處理算法（如DPD、ET），在效率、線性度和成本之間取得平衡。
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