Перейти к содержанию

THD+N

«2 × 50 Вт» в рекламе усилителя почти всегда сопровождается мелким «при THD+N = 10 %». Этот параметр объединяет гармоники и шум в одно число, и понять, что за ним стоит, можно только вместе с условиями измерения.

Обновлено Редакция GAW

Содержание

THD+N (total harmonic distortion plus noise) — отношение суммы всех гармоник и всего шума на выходе к полезному сигналу. По определению ADI в MT-003 это отношение действующего значения основной гармоники к среднеквадратичной сумме её гармоник и всех шумовых составляющих без постоянной составляющей; в звуковых даташитах обычно приводят обратную величину — долю мусора относительно сигнала, в процентах или отрицательных децибелах. В отличие от THD, который учитывает только гармоники, сюда входят шум, фон и помехи.

Полоса измерения решает всё

Шум зависит от того, в какой полосе его считают, поэтому THD+N без условий ничего не значит. ADI подчёркивает, что полосу нужно указывать, и предупреждает: в звуковой технике она часто не равна полосе Найквиста. Если же измерение идёт от нуля до fs/2, THD+N совпадает с SINAD. Для звука типовые условия видны в даташите ЦАП PCM5102A: ФВЧ 20 Гц и ФНЧ AES17 20 кГц; при −1 dBFS и 48 кГц THD+N равен −93 дБ типично и не хуже −83 дБ. Для усилителей класса D к анализатору добавляют ФНЧ, иначе в результат попадает частота переключения: Diodes для PAM8403 указывает фильтр AP AUX-0025.

Мощность «при 1 %» и «при 10 %»

У усилителей мощности THD+N служит границей, до которой считают выходную мощность. Вблизи предела сигнал начинает срезаться, гармоники растут, и мощность «при 10 %» заметно больше мощности «при 1 %»:

Усилитель, условияПри THD+N = 1 %При THD+N = 10 %
PAM8403, 5 В, 4 Ом, 1 кГц2,5 Вт3,2 Вт
PAM8403, 5 В, 8 Ом, 1 кГц1,4 Вт1,8 Вт

TI для TPA3116D2 в таблице характеристик приводит мощность только при 10 %: 50 Вт на канал при 21 В и 4 Ом; мощность при 1 % видна на графиках максимальной мощности (рис. 13–14). На половине мощности тот же TPA3116D2 даёт 0,1 % (25 Вт при 21 В), а его отношение сигнал/шум 102 дБ TI считает от мощности при THD+N < 1 %. Отсюда правило: сравнивать усилители класса D и линейные нужно при одном и том же уровне THD+N, одной нагрузке и частоте.

Как читать график

В даташите обычно есть два графика: THD+N от выходной мощности и THD+N от частоты. На первом кривая на малой мощности идёт вниз — шум постоянен, а сигнал растёт, — затем выходит на полку и у предела мощности резко поднимается. На полке и видно реальное качество усилителя; правое «колено» — его честная максимальная мощность. Пример таких графиков для BTL-включения — на рисунках 1–10 даташита TPA3116D2.

Частые вопросы

Почему мощность усилителя указывают при THD+N 10 %?

Так получается большее число. 10 % — это уже заметное ограничение сигнала: синусоида срезана сверху и снизу. У PAM8403 при 5 В и нагрузке 4 Ом по даташиту Diodes 3,2 Вт при THD+N = 10 % и 2,5 Вт при 1 %. Для честного сравнения усилителей берите мощность при 1 % или меньше и одинаковой нагрузке.

Чем THD+N отличается от THD?

THD учитывает только гармоники основной частоты, THD+N — гармоники и весь шум в полосе измерения, включая фон и помехи. Поэтому THD+N всегда не меньше THD. На малой мощности THD+N обычно определяется шумом, на большой — гармониками ограничения. По ADI MT-003, если полоса измерения — от нуля до половины частоты дискретизации, THD+N совпадает с SINAD.

Как перевести THD+N из процентов в децибелы?

По формуле 20·lg(THD+N в долях): 1 % = 0,01 даёт −40 дБ, 0,1 % — −60 дБ, 0,01 % — −80 дБ (наш пересчёт). Значение −93 дБ у ЦАП PCM5102A соответствует примерно 0,0022 %. Сравнивать числа можно только при одинаковых полосе, фильтре, уровне и нагрузке.

Источники

  1. Analog Devices. MT-003 Tutorial: Understand SINAD, ENOB, SNR, THD, THD + N, and SFDR so You Don't Get Lost in the Noise Floor (Rev.A, 10/08) — с. 3: THD + N — отношение действующего значения основной гармоники к среднеквадратичной сумме её гармоник и всех шумовых составляющих (без постоянной); полосу измерения шума нужно указывать; при полосе от нуля до fs/2 THD + N равен SINAD; в звуковой технике полоса измерения может не совпадать с полосой Найквиста
  2. Texas Instruments. TPA3116D2, TPA3118D2, TPA3130D2 15-W, 30-W, 50-W Filter-Free Class-D Stereo Amplifier Family With AM Avoidance (SLOS708G, April 2012, revised December 2017) — Electrical Characteristics (TA = 25 °C, RL = 4 Ом): PO при THD+N = 10 % и 1 кГц — 25 Вт при PVCC = 14,4 В и 50 Вт при 21 В; THD+N при 21 В, 1 кГц и PO = 25 Вт (половина мощности) — 0,1 %; SNR при максимальной мощности с THD+N < 1 %, 1 кГц, A-взвешивание — 102 дБ; рис. 1–10 — THD+N (BTL) от мощности и частоты, рис. 13–14 — максимальная мощность при THD+N 1 % и 10 %
  3. Texas Instruments. PCM510xA 2.1 VRMS, 112/106/100 dB Audio Stereo DAC with PLL and 32-bit, 384 kHz PCM Interface (SLAS859C, May 2012, revised May 2015) — Electrical Characteristics: THD+N при −1 dBFS, fS = 48 кГц — PCM5102A −93 дБ тип., −83 дБ макс.; примечание (2): THD+N измеряется с ФВЧ 20 Гц и ФНЧ AES17 20 кГц на анализаторе Audio Precision System Two в режиме RMS
  4. Diodes Incorporated. PAM8403 Filterless 3W Class-D Stereo Audio Amplifier (DS36439 Rev. 2-3, September 2020) — Electrical Characteristics: PO при VDD = 5 В, 1 кГц, RL = 4 Ом — 3,2 Вт при THD+N = 10 % и 2,5 Вт при THD+N = 1 %; при RL = 8 Ом — 1,8 и 1,4 Вт; Test Setup: для измерения усилителя класса D анализатором AP нужен ФНЧ AUX-0025

Нашли ошибку?

Смотрите также