失真随笔—————瞬态失真

重感冒

随笔   瞬态失真，是一种功放处于瞬态过载产生的失真，系统瞬时过载的谐波失真会骤然增大10几倍甚至更高，这种失真不容易被仪器测量出来，但是由于人耳的特殊灵敏性（类似于视觉暂留效应），使得这种失真在人脑中被“放大”，从而极大地影响了听感。此问题基本集中在深度反馈的晶体管功放身上，为何？原因就是胆机后级频宽做到零反馈而又能20khz-3DB的极小，电子管属于高阻抗元件，对周边分布电容尤为敏感，管自身的米勒电容就已形成高切电路，而且胆机通常整体倍数不高，反馈量也不大，这方面的问题就变得不那么严重，无反馈的没有这个瞬态失真。假设有一台输入1V输出要求40V的晶体管功放，那么闭环增益则为40倍。那么开环倍数呢？这要看电路，如果遵循反馈量越大，失真越低的概念，那么开环放大倍数是越大越好，就假定开环10000倍吧。那么实际情况是40V/10000=0.004V，其实际净输入信号电压只有4mv，功放就满载，信号源1V的输入量中，有0.996V是负反馈反馈回来的抵消信号，这个信号与输入源信号是抵消作用的，也即电气理论的互差180°的相位差，使得放大器等效闭环40倍。那么一些极端情况，例如反馈信号发生相移反馈信号相位与输入为0°呢？那就成了正反馈了。还有输入信号在0°而反馈信号在滞后90°等类似开环的情况，那放大器就等效于工作在开环状态。这时输入信号幅度还是1V，但经过10000倍放大是个什么情况?由于这样的设计功率注定输出级的电源一般会定在45V左右，也即削顶输入电压为45V/10000=0.0045V=4.5mv，所以开环时严重削顶，产生破音和大量高次谐波。基本情况就是这样，其他反馈相位的信号自行脑补，所以这种失真可以理解为瞬时开环进而导致输出削顶所产生的。这些问题基本都发生在机子的频响上下限之外的位置。为何在放大器输入端并加电容，这个电容是要把超过功放反馈处理能力的或者说移相量过大的超高频信号衰减掉，别小看输入端的小小高切电容。这是消灭这种失真的最有效方法，就是只让放大器处理带内相位响应相对平直的一个范围段，比如一个放大电路1Hz-3db 200khz-3db 我们用带通电路切掉这些带移相的信号不要，比如切到10hz--40khz，这样就根本不会发生这类失真。所以对付这个失真的基础是尽可能的另到机子本身开环频响越高越好，然后再切掉两头即可。如果不介意那0.1%还是0.0001%的失真的话，那就减小反馈量，减低开环倍数，后者显然是反其道而行，也是可以的。
假定某机上限-3db处是20khz，为反馈总电压的0.707倍，结果就是反馈电压小了，输入净信号在增加，按前面的例子40V/10000=0.004V，净信号是4mv，现在20khz的输入净信号为40V/（0.707*10000）=5.66mV，使输出拉回到接近40V。这是正常的反馈修正过程，但带外总有一些信号会出现相移，条件合适时将导致反馈电压为零，形成瞬时开环放大状态，形成输出级削顶失真。无反馈的就根本没这些问题，虽然正常时晶体管机的失真很小很小，但发生削顶失真时失真却是暴增到无法衡量的地步，同时也有可能伴随波形削顶处高频震荡。

然而正常失真的确是反馈得越深失真就越小的。加大开环倍数和加深负反馈量都是对抗失真的正确的有效手段，舍弃不得。由于晶体管线路带宽远高于电子管，于是乎输入端必须加入高切低切电路，使高频容易发生移相的超出音频22KHz的有害信号切除，防止反馈环瞬间失效，导致瞬态失真严重超标，cd的输出最高也就22khz，所以功放带宽再高也是没有多大意义的（这句话不适合于胆机）.算了一下常规的2.7k和220pf 组成的高切电路节点都在268khz。远离音频20khz。对整机实用频响影响其实不大。却很好地避免了瞬态失真


另外 因为电源只有45V。假若最大输出时输出削顶，那么这时反馈环有用吗，当然没用，输出到顶，导致输入净信号激增，而反馈环却无法提供对应的反馈电压。所以这里又涉足到另一个隐性的问题，就是满功率时的反馈失效问题。所以有些失真，你用仪器在额定输出功率内是测不到这些失真的，而音乐的动态范围是很大的，经常另到放大器短时进入削顶，对比开环或浅环反馈线路，大环反馈线路又会加剧这个过程。导致影响听感。这就是深反馈电路特有的问题，反馈量越大，开环倍数越大的功放这个问题越是突出。这些又是厂家不想告诉你的业内秘密。实际想动态失真小的话就找功率大的机子。有200W的就不要用100w的，这些过载失真发生的机率就会小很多，设计功放时能用高电压就不要用低电源电压，这不是全为了增加功率，而是这样可以使削顶失真从概率上减少，缺点是静态功耗偏高，如果是一台设计良好的乙类功放，那这问题就不大，有没有发觉很多名机的电源电压都是+—60-80v的这个足以影响实际听感，结果是大功率的机子声场更稳，现场感更好，更加不吵耳了，并不会发生所谓的功率大声音粗的问题，如果声音粗那只能说明这台功放没做好，设计存在问题。所以理想的石机HiFi架构应该是100W以上的高品质的功放，配中高灵敏度的音箱大动态时才能保持泰山崩于前而不惊的气息。假如一对音箱，平均使用功率为2W，分别有胆机20W和石机100W，同条件对比使用，音乐功率到达20瓦时胆机削顶，但由于输出牛的存在，这种削顶会被弱化，并不会产生平顶。并不会在波顶处产生过量谐波，而石机到达削顶需要到达100W，这个当然有优势，但超100W后是硬削顶，对听感产生更明显的影响。

第尾才子

瞬态互调失真与电子管负反馈的关系不太大。反之晶体管双极管才是巨大问题，一则是双极管开关时有一瞬间乱流，这制造大量失真，二则很多为种种原因加了50%甚至90%负反馈。至使问题加大。这是为何好的双极管机要求全直通DC高速放大的原因。

重感冒

小鬼头 发表于 2024-7-11 09:44
外网上有Walt Jung论述TIM失真的多篇文章，包括发表在AES上的论文。

其中这篇发表于1979年6月的美国《 ...

我说的瞬态失真可能表达得有点模糊，这么说吧，我主要表达的是深大环反馈瞬时反馈失效的系列问题

longshort

早年業界對“瞬態失真”研究不少，最後也沒有比較信服的結果來明白地講清這個現象。後來的發展都看到了，高帶寬、高截止頻率管、高速yun放、高增益等的結合，再采取深度負反饋就可使這類問題消失于無形。減輕失真的惟一途徑，今天仍然是負反饋，深度負反饋。

longshort

量子隧道 发表于 2024-7-10 23:36
我一直以为此类传说中的瞬态失真多伴随这样的功放，但是并没实际验证。
哪类功放呢？
就是设计有缺陷，开 ...

從實踐看，拱起部分多在90KHz~150KHz之間，負反饋回路中可進行適當補償而壓低，補償的節點頻率在我的經驗中是259KHz，與樓主所謂“高切”的268KHz接近。

重感冒

这本来应该到晶体管论坛去的，但想着这个失真发生机制也适合胆机，所以就发这了，提醒一样东西 在diy胆机界，极小有人会主动限制输入带宽的，也即加入高切电路，初看好像没什么问题，但当他是五级管推挽机有深反馈的类似电路时，输出变压器在整机里的带宽往往是最差，这个信号输回到第一级去比较去产生反馈作用，这时我上面说的这个问题情况是不是就值得深思了 另外纯粹的由cd到前级到功放如果屏蔽过关，基本不存在这些瞬态开环失真的问题的，只有在信号传输过程中有可能混进超过功放处理能力的信号才有机会发生，显然这个问题在晶体管系统中更为严重。

HD711

知道得越多越痛苦，究竟以后就连玩的兴趣都没有了

量子隧道

我一直以为此类传说中的瞬态失真多伴随这样的功放，但是并没实际验证。
哪类功放呢？
就是设计有缺陷，开环波特图没调好，闭环后频响不平坦，在高频开始滚降前，频响曲线先“扬起”再落下。灵魂手绘一个，大致是这样的。这种特性的功放容易被高频分量丰富的阶跃输入所激励而产生时域振铃和饱和。

我想应该有音频电路资深大佬对此有解释或解说。

jupeter

出现瞬态失真的前提条件是增益足够强，反馈足够深。对与胆机来讲，只要控制住增益够用，刚刚留给浅浅的负反馈一点增益裕量，瞬态失真就大概率不会出现。另外胆管的弥勒电容、输出牛的分布电容，无形中都行了了逐级的滞后电容补偿，对消除瞬态失真起到关键作用。所以，合理设计的胆机电路，基本不用考虑瞬态失真。

重感冒

量子隧道 发表于 2024-7-10 23:36
我一直以为此类传说中的瞬态失真多伴随这样的功放，但是并没实际验证。
哪类功放呢？
就是设计有缺陷，开 ...

其实我上面说的瞬态失真是分两个论点的，第一时移相反馈信号导致的反馈失效，这个可以通过高切低切这些手段去处理，第二却是满功率输出电压饱和削顶的失真，任何带大环反馈的功放都会发生，只是这个失真的量是不同音乐类型，综合概率不同。无法根本消除，因为这是功放的极限失真。

重感冒

jupeter 发表于 2024-7-10 23:59
出现瞬态失真的前提条件是增益足够强，反馈足够深。对与胆机来讲，只要控制住增益够用，刚刚留给浅浅的负反 ...

胆机出现这些问题的概率比较少，并不是没有，就同一个线路，一个输出变压器的开环-3db是30kHZ，一个是-3db是15khz，那么你可以想象流过后者的信号超过15khz后，肯定是比输入信号响应上要慢，而且带有幅度上的失真，既然慢（相移），那么就会出现输入和反馈信号的不同时域上的比较，那么最后输出的信号就产生了一个附加失真，所以我一直都说，要想用好负反馈开改善功放性能，其对整机的开环性能要求甚高，反馈这玩意只能是锦上添花，绝不能是雪中送炭。

重感冒

longshort 发表于 2024-7-11 07:35
早年業界對“瞬態失真”研究不少，最後也沒有比較信服的結果來明白地講清這個現象。後來的發展都看到了，高 ...

高性能的信号处理器是离不开负反馈技术的。至于胆机为什么经常有开环的单端后级线路，那是性质变了，这样的功放在系统中起到的作用已经由一台功放转变成一种调味料了，失真多小已经不是重点，重点是这调料调出来的味道合自己口味 而石机的高性能就像清蒸鱼，连葱和盐都不放，普通人吃起来肯定很难受

重感冒

小小超人胆 发表于 2024-7-11 06:23
胆机功放由于输出变压器的存在大概率不会出现瞬态失真，如果出现就靠加电容，听感的解析力与瞬态有关。

你刚好说反了，有输出变压器的胆机，输出变压器才是频宽最窄的器件，才是引起这类失真的最关键元件。

重感冒

在胆前级中没有输出变压器，所以反馈后的性能才可以做得很高。

ym78321

大环路反馈、跨级反馈应该都有相移，，，俺问个初级班问题：可不可以每一级都搞本级反馈？

小鬼头

上世纪八十年代九十年代，国内杂志音响电路制作文章中，也包括比较专业的《电声技术》杂志文章，大量引用Matti Otala的瞬态互调失真（即TIM失真）研究论文。依据Otala论文，这些文章多是认为，是由于负反馈加得过深而导致瞬态互调失真严重，因此，这些文章都趋向于把功放电路的设计方向，放在尽量降低大环路负反馈的深度上。

实际上，Otala的论文只是揭示了，采用很深负反馈的设计，容易掩盖瞬态互调失真，并没有说，这些电路瞬态互调失真的根源是来自于深度的负反馈。

著名的ADI公司的运放权威Walt Jung也发表过有关这方面失真的研究文章。他的文章明确指出，那些瞬态互调失真（TIM，Transient Intermodulation Distortion ），实际上是压摆率（SR）限制的产物，即是摆率限制引致的失真（SID，Slew Induced Distortion）。这表明，是因为原电路的SR性能差而导致瞬态互调失真大，而不是因为原电路采用很深的负反馈而导致瞬态互调失真大。

Walt Jung的文章，与hifi音响界的功放情形相吻合。因为很多早有定评的靓声晶体管功放，都是采用大环路深度负反馈的设计。而前面第1段的国内文章设计观点，是与此现实情况有冲突的。

可惜的是，Walt Jung的文章并没有在国内传播开来（我也是很晚才从外网上看到。但实际上，其发表的时间仅比Otala论文稍晚一些，但也是1970年代末），倒是那些有谬误的功放设计观点，在国内流行起码有10多年之久，可能其影响还延续至今。