瞬態(tài)互調(diào)失真(TransientIntermodulationDistortion),得稱TIM失真。是什么時(shí)候被發(fā)現(xiàn)的筆者搞不清楚,但是TIM測(cè)量方法則遲至70年代才公開(kāi)發(fā)表。由於瞬態(tài)互調(diào)失真與負(fù)回輸密切相關(guān),所以在討論瞬態(tài)互調(diào)失真時(shí)就需要先從負(fù)回輸說(shuō)起。負(fù)回輸(NegativeFeedback)是一種廣泛應(yīng)用於各類工程技術(shù)領(lǐng)域,簡(jiǎn)音而實(shí)用的控制技術(shù),負(fù)回輸本來(lái)是屬於控制技術(shù)中的閉環(huán)控制(CloseLoopControl)系統(tǒng)的一個(gè)環(huán)節(jié),但因?yàn)閼?yīng)用廣泛,所以常常被用作閉環(huán)控制的代名詞。負(fù)回輸實(shí)際上是一種普遍存在於人們?nèi)粘I钪械淖匀灰?guī)律,舉例來(lái)說(shuō),當(dāng)我們駕駛汽車的時(shí)候,如果發(fā)現(xiàn)汽車偏離得駛路線,我們就會(huì)向相反方向扭動(dòng)方向盤,使汽車駛回正確路線。在這里我們的眼睛就是充當(dāng)負(fù)回輸通道的作用,負(fù)責(zé)把輸出值(汽車得駛方向)回饋給挖掘器(大腦),然后控制器將輸出值和設(shè)定值(正確方向)互相比較(相減),然后根據(jù)比較后的誤差,發(fā)出修正訊號(hào)(扭方向盤)去糾正由此可見(jiàn),負(fù)回輸?shù)淖饔檬菍⑤敵鲋档瓜啵ㄗ優(yōu)樨?fù)數(shù)),隨后將之回饋至輸入端,和設(shè)定值相減,得出誤差訊號(hào),然后控制器就會(huì)根據(jù)誤差大小作出修正。
在電子放大線路中,由於零件的對(duì)稱,溫度的變化,噪音的干擾以及其他種種原因,使讀號(hào)的被放大的同時(shí),無(wú)可避免地被加入各種各樣的失真,而負(fù)回輸則能有效地降低這些失真。舉一個(gè)簡(jiǎn)單的例子來(lái)說(shuō),如放大器在放大一個(gè)正弦波訊號(hào)時(shí),加入了一個(gè)失真的方波訊號(hào),這個(gè)正弦加方波的訊號(hào)會(huì)被負(fù)回輸線路反相,然后加饋至輸入端,和原來(lái)的正弦波相減,使原來(lái)的訊號(hào)幅度變小之除還含有一個(gè)相反的方波,這個(gè)新的訊號(hào)在經(jīng)過(guò)放大器時(shí)同樣會(huì)被再次加入一個(gè)失真的方波訊號(hào),由於訊號(hào)里面已有一個(gè)相反的方波,這樣正反方波便會(huì)互相抵消,使輸出訊號(hào)只含有正弦波,這就明顯地降低了失真。不過(guò)負(fù)回輸?shù)娜秉c(diǎn)也是很明顯的,因?yàn)樨?fù)回輸令輸入訊號(hào)和回饋的輸出訊號(hào)相減,降低了訊號(hào)電平,如果要使輸出訊號(hào)相沽,降低了訊號(hào)電平,如果要使輸出訊號(hào)被放大到足夠的強(qiáng)度,放大器的放大率(增益)便要加大,所幸的是這并非難事,尢其是晶體管機(jī)。如果我們將負(fù)回輸量加大,使輸出訊號(hào)降低到和輸入訊號(hào)電平相同的程度,即完全沒(méi)有放大,這種放大器線路有一個(gè)特殊的名稱,叫緩沖放大器(BufferAmplifier)。雖然訊號(hào)沒(méi)有被放大,但因?yàn)榉糯笃饕话愣际禽斎胱杩垢撸敵鲎杩沟汀K跃彌_放大器常被用作阻抗匹配之用。
既然負(fù)回輸能有效地降低失真,但為會(huì)么又會(huì)引起瞬態(tài)互調(diào)失真呢?原來(lái)問(wèn)題出在時(shí)間上,其中又以晶體管機(jī)最為嚴(yán)重。和真空管相比,晶體管有堅(jiān)因耐用,體積小,重量輕放大率高等優(yōu)點(diǎn),其缺點(diǎn)是工作特性不穩(wěn)定,易受溫度等因素影響而產(chǎn)生失真甚至失控。解決辦法之一是采用高達(dá)50至60dB左右的深度負(fù)回輸。反正晶體管的放大率很高,犧牲一些無(wú)所謂,由於采用了大深度的負(fù)回輸,大幅度減少了失真,所以晶體管機(jī)很容易獲得高超的技術(shù)規(guī)格。不過(guò)麻煩也就因此而起,為了減少由深度負(fù)回佃所引起的高頻寄生振蕩,晶體管放大器一般要在前置推動(dòng)級(jí)晶體管的基極和集電極之間加入一個(gè)小電容,使高頻段的相位稍為滯后,稱為滯后價(jià)或稱分補(bǔ)價(jià),可是無(wú)論電容如何細(xì)小,總需要一定時(shí)間來(lái)充電,當(dāng)輸入訊號(hào)含有速度很高的瞬態(tài)脈沖時(shí),小電容來(lái)不及充電,也就是說(shuō)在這一剎那線路是處?kù)稕](méi)有負(fù)回輸狀態(tài)。由於輸入訊號(hào)沒(méi)有和負(fù)回輸訊號(hào)相減,造成訊號(hào)過(guò)強(qiáng),這些過(guò)強(qiáng)訊號(hào)會(huì)訟放大線路瞬時(shí)過(guò)載(Overload)。因?yàn)榫w管機(jī)負(fù)回輸量大,訊號(hào)過(guò)強(qiáng)程度更高,常常達(dá)到數(shù)十倍甚至數(shù)百倍,結(jié)果使輸出訊號(hào)削波(Clipping)。這就是瞬態(tài)互調(diào)失真,因?yàn)樵诰w管線路最多出現(xiàn),所以也被稱為“原子粒”聲。
順帶一提的是,這種負(fù)回輸時(shí)間延遲問(wèn)題在工業(yè)控制系統(tǒng)中也常常遇到,稱為純延遲(DeadTime)問(wèn)題,其起因絕大部份是因?yàn)楦袘?yīng)器(Sensor)安裝位置太遠(yuǎn)。例如在一個(gè)恒溫?zé)崴髦校炼忍綔y(cè)被安裝在遠(yuǎn)離發(fā)熱順的位置,結(jié)果是當(dāng)探測(cè)器感應(yīng)到水溫足夠時(shí),在發(fā)熱器附近的水溫早就已經(jīng)過(guò)熱了。這樣的控制結(jié)果必然是水溫在過(guò)熱和過(guò)冷之間大幅擺動(dòng),稱為控制超調(diào)(Overshoot)或系統(tǒng)振蕩。純延遲至今仍然是困擾自動(dòng)控制技術(shù)的一大難題,有關(guān)解決方法的論文由五十年代至今少說(shuō)也有上千篇,但始終找不到一個(gè)簡(jiǎn)單而行之有效的辦法。
雖然負(fù)回輸出現(xiàn)時(shí)間延遲不好對(duì)付,但要解決也不是沒(méi)有辦法,我們可以干脆讓它出現(xiàn),或即使其出現(xiàn)也不至於造成太大的破壞,方法有多種,例如只用小量大環(huán)路負(fù)回輸,這樣即命名出現(xiàn)負(fù)回輸時(shí)間延遲,輸入訊號(hào)也不至於過(guò)強(qiáng)。所減少的負(fù)回輸量則由只跨越1個(gè)放大級(jí)的局部負(fù)回輸代替,,局部負(fù)回輸路徑短,時(shí)間快,不易誘發(fā)瞬態(tài)互調(diào)失真。真空管工作穩(wěn)定,不一定要用大深度負(fù)回輸抑制失真,況且其失真多數(shù)是人耳愛(ài)聽(tīng)的偶次諧波失真所以膽機(jī)沒(méi)有一般所謂的“原子粒”聲。至於其他用於線路設(shè)計(jì)上防范瞬態(tài)互調(diào)失真的方法,因涉及較多枯燥的理論,這里就不一一介紹了。
除了在線路設(shè)計(jì)上防范瞬態(tài)互調(diào)失真外,發(fā)燒友還可以采取另一項(xiàng)措施去減少瞬態(tài)互調(diào)失真,那就是盡量利用各種屏蔽和濾波措施去減少各種高頻干擾訊號(hào)進(jìn)入放大器,雖然這些訊號(hào)有許多是屬於人耳聽(tīng)不見(jiàn)的射頻干擾,但因?yàn)槠漕l率很高,極易誘發(fā)瞬態(tài)互調(diào)失真,令輸入級(jí)過(guò)載,使音樂(lè)訊號(hào)得不到正常的放大。