音响基础知识： 老纪谈“失真”

说起“失真”，那话就长了，想起几十年前我头一次接触到有关音响的词汇就是这个字眼，那时从这垃圾桶翻出来的《超外差收音机》就是我走进音响殿堂的启蒙书，转眼五十几个年头过去！

“失真”简单讲就是失去原来应有的真实性，很多音响器材你听着好听，但其实它不一定是不失真，但是不好听绝对是有失真。在音响器材中能谈的失真现象实在太多，我也无法一一列举。一般音响厂家最喜欢用的就是总谐波失真THD，因为这是最好测也最好看的一种，很多机器标示THD0.001的失真，好像几乎不失真，而其它真正能影响声音音质的失真标示并没有表现出来。

真正会影响听觉的最重要的要数“相位失真”、“互调失真”以及很少被提及的“TIM失真”。自从有人发明了回授观念也就是回箦电路后，借着这个观念改善了很多有关线性失真及带宽的情况，尤其在晶体管电路中，很多机器的放大结构中必然要加上这样的东西。

回授有两个主要目的：一是除错，利用回授信号和输入信号做比较，当有任何不对称的信号出现就会加以抵消达成减少失真的目的；其二改善输出电压的稳定性，达到能控制中点电压。当然还有改善噪音的污染，并且，回箦电路能在不同的负载下改善输出信号的准确水平（这是要在很理想的状况下）。

接下来，我先谈一下关于总谐波失真的测量方法：发出一个固定频率的标准正弦波（1KHz），经过被测放大电路回到测试点，在和原输出信号做比较，利用电位器做调整，达到最接近值，这两个值之间的差额就是所谓失真率。实际上，一个电路上的失真原因除了放大元件上的基本差异，及不同电流和不同工作点偏压影响外，还有热消耗引起的问题，再就是时间上的延迟反应。当实际上的失真非常严重，再接上一个回授电路（也就是回馈电路）后，将失真都掩盖下来后，再用相同原理去测试失真时，失真就显得非常小了。

“线性失真”：晶体管有个起动电压一般约0.6V，再根据电流量的变动提升而形成放大曲线，也就是说，输入的电流量是直线上升而输出却不是按输入相同的直线，这就叫线性失真。

为了减少失真最好能尽量找曲线平直的地方：一是用小范围，也就是设定整个周期尽量在直线范围，不过它的缺点是利用率便很少，相对的如果将电压加高，同样会增加利用率，就像用电子管相对的能得到更高的直线率，如果晶体管同样采用高电压、低电流，同样会有不错的效果；二是采用较低的电流，也就是用较高的负载形成的电压放大，因为在相同的条件下，电流高的必然直线部分会较短，不过不能只用低电流，却不考虑电流太低同样也在直线外，在设计放大电路时，一定要考虑开环失真的问题，不要单靠反馈掩盖失真的事实。

接下来谈另外一种失真状态——“互调失真”。其实互调失真和相位失真有相当的关系，一个波形当遇到和它有倍数关系的波形，会造成相加或相抵的状况，这就是互调失真的基本情况。放大电路里的元件常常会有延迟的状况，当延迟后的波形和最原先波形相抵就会造成另一种失真，这就是互调失真的根源，也是为什么人们都讲究高速，目的就是要减少这种失真问题的出现！

在这我顺便说件事：很多人认为电子管是慢速的元件，其实很多需要高速的放大器仍选用电子管来担当。一般听觉出现“拖延”并不是电子管的问题，而是输出牛的问题。变压器是靠电磁转换而成，而在硅钢内反应的速度不一致就造成“拖”的感觉，有些像加了回音，不过，声音有了些厚度反而更好听。关于牛的问题，放在以后来详谈。

最后来谈谈“频响失真”的问题，一个理想放大器应该是对不同的频率应该是相同的放大系数，最好由零到无限高的频率都完全一样，现实是很难有这样理想的元件，常常在低端好的元件在高端就不行，反之亦然。大部分的放大元件在速度上都会有所限制，在这种情况下自然会造成频宽不足、高频相移、还有衰减等问题。

很多人很在意功放高频能到百千周0db，其实人耳对高低频的差额感觉并不敏锐，实在在意的话，也有一个简单的办法就是用反馈方式达成。实际上，音箱上的分音电路有很大的误差，很多时候是靠人耳去调整、匹配，仅靠一大堆仪器去调整，其结果往往并不理想。

前些时谈了“失真”的大概问题[参看《音响基础知识： 老纪谈“失真”》]，本篇我想多谈谈比较少人提及的TIM失真。首先，我们来了解TIM失真产生的原因！

我们将一个电子放大电路看作是由一群不同性质的零件依据特性组构而成的，在这个组建的过程中，零件为了彼此的协调做了很多妥协，比方说放大率、电流量、阻抗、电源供应、共模共斥等等等......

当这个结构完成时，会产生两个问题：一是零件本身因对频响及不同放大曲线或不同负载形成了失真，一般归类于THD失真，也就是总谐波失真；再就是因为寻求更多的性能的妥协，就将所须放大倍数高出N倍做为输出。

为求输出的电位点在可要求的范围内，这时就采用一种叫回授（反馈）的方式来解决，它有两种基本方式主要是正相及反相（其实都可以，一般以反相居多），其原理是将输出的信号根据需求的放大倍数做等量的衰减后再与输入的信号做比对，无论波形、带宽、负载、中点电压都因反馈而改善非常多，它可以直接掩盖很多因为线性问题产生的失真，所以几乎所有的电路都会采用的方式。

现在要谈问题真正的所在：当一个信号放大电路从输入到输出必然经过很多道零件放大组件，再到输出端，这一路走来难免会走累休息喝个茶，耽误一点时间，如果让它回头再找它原来的形状做比对时，是不是晚了一步？这样就会产生一个现象，当一个信号输入时，最先端的信号因为反馈还没回到比对点就会将放大电路中的包括线性失真、高倍放大及中点电压都表现出来，造成失控，这就是造成TIM失真的真正原因。

那现在我们怎么去了解并证明它的存在？如果用示波器查看一个放大电路时，当输入加一个触发信号时，也就是方波，要看得方便，就把信号加大些，原信号要工整不能见到垂直线，频率越高越容易看到。输入的信号和输出信号不相同的地方就是TIM失真，如果方波在开始点有个突波，甚至有上下来回都是突波，其实就是因为二次三次TIM失真造成的，如果你看到的没什么差别也别高兴的太早，虽然电路中高频被中和电容给压掉了，但事实上还存在，这种在示波器方形波形上的前缘被压下成圆弧状，就是高频被压制的表现。

结论就是放大器整体延时越久，TIM越高；放大器未反馈前放大率越高，TIM失真就越大；放大器带宽越窄，TIM失真也就越大；反馈越大，TIM失真也越大。

前段谈到TIM失真的基本原因，现在想来谈些怎样解决的办法。当然，既然会产生TIM失真的原因有很多，那我们就得“对症下药”！当然，如果完全没有反馈，就不会有TIM失真，但是很多时候也不能将反愧的优点抹杀掉。

TIM失真的主因是反馈的信号时间上的延误所造成。如果将时间的延迟问题改善的话，相对就会减少TIM失真的产生，所以很多OP芯片就强调SR值，它主要是强调信号输入时输出的反应的速度及功率强度。一般而言，电流小的结构速度快，极级电容小的速度，放大级数少的速度高，容性感性零件少，也相对速度快些。当然负载也是关键之一，比方说，很多人很希望做一个真正纯甲类的功放，而其实甲类和甲乙类区别只在静态电流的不同，应该无需特别设计电路，问题是，常常将静态电流调高容易产生这样的情况：

电流会突然变得超大，造成高频震荡或直接烧掉功率晶体管。其主要原因就是速度延缓造成相移，引起振荡，尤其在高频下很快就让功放管崩溃以致烧毁。所以，这也是为什么很多甲类机是不从功放管输出端做为反馈点。当然也有将整体电路中加上中和电容，将整体放大电路中带宽压低来防止发生震荡，不过这都是会影响整机的性能。

当然还有别的办法降低TIM失真，比方说采取较近的各单级放大反馈让逐级放大个别反馈，用以增加速度、减少TIM失真，也有一些厂家用这种方式却说是无反馈电路，说实在的不能称为真正无反馈电路，我已经有推出真正无反馈的功放，过些时我会公开来发表让有兴趣的朋友一试。

还有个办法就是采用低放大因子的放大元件及设计方式，比方说有些电子管具有低放大因子可以做为单一直接放大，也会因而减少反馈量而减少TIM失真。如果只是单纯为了减少反馈量而不去考虑线性失真也不切事实，这时就要考虑输出电压是否在线性曲线内，所以如果采用高电压低放大就比较容易解决这个问题，因此很多电子管电路可以采用无反馈或低反馈来解决这个问题！