互調失真

互調失真（intermodulation distortion）係指由放大器所引入的一種輸入信號的和及差的失真。例如，在給放大器輸入混合信號後，便會產生互調失真成分。 ^[2] 

互調失真是指由於訊號互相調製所引起的失真，調製一詞本來是指一種在通訊技術中，用以提高訊號傳送效率的技術。由於含有聲音、圖像，文字等的原始訊號“加進”高頻訊號裏面，然後同時將這個合成訊號發送出去。這種將高低頻相“加”的過程和方式稱為調製技術，所合成的訊號稱為調製訊號。調製訊號除保留高頻訊號的主要特徵外，還包含有低頻訊號的所有信息。 ^[2] 

產生互調失真的過程實質上也是一種調製過程，由於一個電子線路或一台放大器不可能做到完全理想的線性度，當不同頻率的訊號同時進入放大器被放大時，在非線性作用下，每個不同頻率的訊號就會自動相加和相減，產生出兩個在原訊號中沒有的額外訊號，原訊號如有三個不同頻率，額外訊號便會有6個，當原訊號為N個時，輸出訊號便會有N（N-1）個。可以想像的是，當輸入訊號是複雜的多頻率訊號，例如管絃樂時，由互調失真所產生的額外訊號數量是多麼的驚人！ ^[2] 

當音頻放大電路放大輸入頻率為F的音頻信號時，如果有下列兩個干擾信號同時作用於放大電路輸入端：

U_f1=U_f1cos2πF₁t

U_f2=U_f2cos2πF₂t

那麼，由於元器件特性的非線性，就會引起這兩個信號之間的互相作用，產生出一種與有用信號頻率相近的新生干擾信號。這時，經音頻放大電路聽到的除了有用信號的聲音外，還同時夾雜着哨叫聲和雜亂的干擾聲。這種由於干擾之間互相調製作用對有用信號引起的失真稱為互調失真或互調幹擾。

互調失真的測量技術中使用的激勵信號都不止單個簡單的正弦信號。專業音響、廣播和消費類音響等領域，用兩個正弦波作為激勵信號來進行互調失真的測量。因為任意兩個頻率分別為F₁和F₂的正弦信號作用於非線性器件時，就會產生出原有的兩個正弦波再加上無數個互調失真項，即無數個組合頻率分量，如下式：

mF₁±nF₂

其中m、n為任意正整數。任意特定的互調失真（IMD）項的階數即m與n的和。下面列出一些互調失真項的階數：

F₁-F₂ 2階（偶次）

F₁+F₂ 2階（偶次）

2F₁-F₂ 3階（奇次）

F₁-2F₂ 3階（奇次）

2F₁+F₂ 3階（奇次）

3F₁-F₂ 4階（偶次）

3F₁+2F₂ 5階（奇次）

…….

上面的“奇次”和“偶次”指的是m+n是奇數還是偶數。

互調失真的測量方法實際上是對諧波電壓分量的測量，其公式為：

f₁為高音頻，f₂為低音頻。

SMPTE （Society of Motion Picture and Television Engineers）RP120-1983標準和DIN（Deutsches Institut fur Normung e.V.）DIN45403標準是最普通的兩種互調失真測量標準。因為越是複雜的測試信號就越接近於模擬實際的節目源。而SMPTE和DIN互調失真測試高幅低頻音頻信號與低幅高頻音頻信號的頻譜關係類似於音樂和聲音的頻譜分佈。兩者均規定用兩個正弦波測試信號，一個是低頻率高幅度信號，另一個是高頻率信號但幅度是低頻率信號的四分之一。SMPTE標準規定信號頻率分別為60 Hz和7 kHz。而DIN標準規定了幾種可選擇的高、低頻頻率，250 Hz和8 kHz是其中最常用的一組頻率。有時也要用到其它類似於SMPTE和DIN標準的信號，如70 Hz和7 kHz信號。

當上述的雙音頻測試信號作用於非線性器件時，在高音頻周圍就會產生邊帶分量羣。高音頻和第一對邊帶（二階邊帶，F₁±F₂）之間，第二對邊帶（三階邊帶，F₁±2F₂）與高頻之間等，如圖1所示。

互調失真定義為這些邊帶的調幅值與高頻載波調幅值之比的百分值。

典型的SMPTE或DIN互調失真分析儀工作原理簡化框圖如圖2所示。

高通濾波器先將低頻率的音頻信號濾去，餘下的信號基本上是一個調幅信號，被送至AM解調器。解調器的輸出為邊帶分量，這些邊帶分量被轉化為基帶，例如，一個產生二階、三階互調失真項的SMPTE測試信號，在通過解調器後，其上、下各邊帶將被轉化成60 Hz和120 Hz的分量，解調器後面的低通濾波器用來除去任何殘留的高頻載波，剩餘的信號由真RMS檢波器測量。測量儀輸出讀數以百分比或分貝數表示。

對於音頻類產品的互調失真當然是越少越好，CLIO&AUDIO PRECISION等測試儀器均有互調失真測量功能。

1、採用電子分頻方式，限制放大電路或揚聲器的工作寬帶，從而減少失真的產生。 ^[1] 

2、選用線性好的管子或電路結構。 ^[1]