走向超值而極緻的 HI-FI電腦訊源（連載）

**bchsieh** · 2020-05-20, 04:53 PM

作者: flying fish

bchsieh您好，可否麻煩解釋一下這張圖的義意?他的測試方法「1k方波+12k正弦波」與標準的「3.18k方波+15k正弦波」不同。

飛魚兄您好，

根據部落格作者的說法，他是參考小弟之前提過的The Tektronix Cookbook of Standard Audio Tests (1975)裡面的測試法，
也就是500Hz方波 + 6KHz正弦波，以4:1的強度混合。
但是他做了些修正，把頻率都乘以二，並把強度比例改為5:1，讓TIM失真更容易測出來。

用500Hz方波+6KHz正弦波，又或是1KHz方波+12KHz正弦波，好處是可以直接用眼睛看頻譜，就可以很輕鬆的看出TIM的大小。
以1KHz方波+12KHz正弦波來說，如果有TIM失真，
這些失真會剛好出現在2KHz, 4KHz, 6KHz, 8KHz, 10KHz, 14KHz, 16KHz, 18KHz, 20KHz這些頻率上，清楚明白，
不容易跟其他種類的失真混淆造成誤判。

而標準DIM30和DIM100所用的3.15KHz方波+15KHz正弦波，強度比例為5:1。
這個測試比1KHz方波＋12KHz正弦波還更容易測出TIM失真。
因為一方面15KHz的頻率比12KHz更高，波形完整度更容易被方波破壞。
另一方面3.15KHz方波並非為15KHz正弦波的整數倍，方波的上升緣和下降緣在不同時間會切在15KHz正弦波的不同位置，
應該更能模擬測試各種不同的情況。
而1KHz方波+12KHz正弦波的情況，方波總是切在正弦波的相同位置，這一點就不如標準DIM30和DIM100的測試了。

3.15KHz方波+15KHz正弦波的測試訊號 (取自https://www.ap.com/technical-library...with-ap2700/):
kb139-fig1-waveform.png

1KHz方波+12KHz正弦波的測試訊號 (取自https://archimago.blogspot.com/2019/...mment-form)：
TIM_Waveform.png

但是DIM30和DIM100的TIM失真，
會出現在0.75KHz, 2.4KHz, 3.9KHz, 5.55KHz, 7.05KHz, 8.7KHz, 10.2KHz, 11.85KHz, 13.35KHz等等頻率上，
如果測試軟體沒有設計DIM30/DIM100的測試輔助，光靠人眼很難特別挑出這些頻率，直接看出TIM的大小。
這就是DIM30/DIM100測試的缺點。

目前為止REW和ARTA等軟體還沒有提供DIM30/DIM100的標準測試輔助。
如果沒有AP的話，用1kHz方波+12KHz正弦波，應該是在妥協之下最容易的測試方式。

剛剛才注意到，測試Onkyo TX_NR1009的TIM時，用的是500Hz方波+6KHz正弦波。
所以拿去跟Emotiva XPA-1L的測試結果相比，是不公平的。
因為同一台機器，500Hz方波+6KHz正弦波的TIM失真本來就會比1KHz方波+12KHz正弦波來得低。

**flying fish** · 2020-05-20, 07:13 PM

作者: bchsieh

…

但是DIM30和DIM100的TIM失真，
會出現在0.75KHz, 2.4KHz, 3.9KHz, 5.55KHz, 7.05KHz, 8.7KHz, 10.2KHz, 11.85KHz, 13.35KHz等等頻率上，
如果測試軟體沒有設計DIM30/DIM100的測試輔助，光靠人眼很難特別挑出這些頻率，直接看出TIM的大小。
這就是DIM30/DIM100測試的缺點。

TIM-4.jpg
他的測試方式似乎有些問題，頻率的選擇也可能不恰當，頻譜看到的比較像是方波降速之後產生的偶次諧波。

**bchsieh** · 2020-05-20, 10:17 PM

作者: flying fish

他的測試方式似乎有些問題，頻率的選擇也可能不恰當，頻譜看到的比較像是方波降速之後產生的偶次諧波。

飛魚兄您好，

如果是方波降速(也就是完美方波過一個低通濾波)，應該是不至於會有偶次項出現。
像是軟削峰波形的頻譜，仍然只有奇次項。
(取自https://www.prosoundweb.com/clip-to-...of-clipping/2/)
20180904clip2.jpg

但如果波形不對稱，偶次項就會冒出來：
20180904clip3.jpg

可是，這些偶次項的強度基本上是跟著奇次項的強度變化。
而前面那個blog內的測試圖，最強是出現在10KHz的頻率，並往兩邊依次遞減，算是符合TIM的特徵。
比較不像是不對稱波形造成的。

不過，您說的沒錯，小弟沒想到不對稱波形所造成的偶次諧波可能會混淆TIM的判讀。
看來DIM30/DIM100應該有特別考慮到這個問題，所以才會故意用這樣的頻率組合。

ps. 剛剛修正了前面的貼文，AP的DIM30/DIM100的頻率組合為3.15KHz方波+15KHz正弦波。

**flying fish** · 2020-05-20, 11:39 PM

作者: bchsieh

飛魚兄您好，

如果是方波降速(也就是完美方波過一個低通濾波)，應該是不至於會有偶次項出現。
像是軟削峰波形的頻譜，仍然只有奇次項。
…

軟體模擬，非實測，僅供參考

模擬電路
TIM-1.jpg
波形
TIM-2.jpg
頻譜圖
TIM-3.jpg

**bchsieh** · 2020-05-21, 05:10 PM

作者: flying fish

軟體模擬，非實測，僅供參考

多謝飛魚兄指正，方波通過低通濾波之後，因為波形會變成不對稱，所以頻譜的確會出現偶次項。

在您的軟體模擬中，低通濾波的高頻截止點大約是3KHz。
所以輸出波形中的12KHz正弦波強度跟輸入波形相比，弱了很多。

為了模擬一般音響的頻寬，小弟把低通濾波的阻值改成100歐姆之後，高頻截止點大約提高到了30KHz。
顏色參考了您的設定，綠色為輸入波形，洋紅色為輸出波形：
1K+12K_wave.jpg

輸出波形的頻譜如下：
1K+12K_FFT.jpg

如飛魚兄所說，就算沒有TIM，2KHz、4KHz、6KHz、8KHz...等等頻率也有出現訊號，強度約為-100dBc。
因此，這樣的頻率組合，的確很難判斷是否有TIM失真。

不過，小弟有個想法。
可以先送1KHz的方波訊號輸入待測機器之後取得頻譜，模擬如下：
1K_FFT.jpg
各位可以發現12KHz的強度跟其他的偶次項相比，並沒有特別高，表示沒有12KHz的正弦波。
再將1KHz方波+12KHz正弦波的測試訊號，並取得頻譜。
最後，只要將兩個頻譜資料相減，就可以去除原本因為機器頻寬不足所造成的偶次項干擾，而得到純粹的TIM失真結果。
這裡指的兩個頻譜資料相減，是原始電壓資料相減，而非dB值相減。
因為dB是對數單位，相減之後的意義不同。

理論上應該是可行的，實際上要真的測試過才知道。
在重測Nano DAC的時候，小弟會一併試試上面所提的這個方法。

**flying fish** · 2020-05-21, 09:26 PM

七顆OP的TIM失真模擬，SR約大於5V/uS就看不到失真
01-TIM TEST-OP37.jpg
02-TIM TEST-LT1056.jpg
03-TIM TEST-LT1028.jpg
04-TIM TEST-LT1128.jpg
05-TIM TEST-OP292.jpg
06-TIM TEST-OP27.jpg
07-TIM TEST-OP113.jpg

**bchsieh** · 2020-05-21, 11:13 PM

作者: flying fish

七顆OP的TIM失真模擬，SR約大於5V/uS就看不到失真

飛魚兄您好，

小弟也用了您模擬中slew rate最高的OP37來做了AP的DIM30模擬。

以下是電路，用的是標準OP電路，輸入訊號為3.15KHz方波+15KHz正弦波，強度比例為5:1：
op37_TIM1.png

以及頻譜：
op37_TIM_FFT.jpg

TIM失真的頻率，小弟以洋紅色箭頭標示出來了。
小弟認為TIM失真並不算低。

**flying fish** · 2020-05-22, 12:33 AM

作者: bchsieh

飛魚兄您好，

小弟也用了您模擬中slew rate最高的OP37來做了AP的DIM30模擬。

以下是電路，用的是標準OP電路，輸入訊號為3.15KHz方波+15KHz正弦波，強度比例為5:1：
…
TIM失真的頻率，小弟以洋紅色箭頭標示出來了。
小弟認為TIM失真並不算低。

未命名.jpg
我用相同的設定跑一次，輸出=輸入，顯然有狀況，你跑太快了，timestep未設定，我跑一次要好幾分鐘，通常是程式一邊跑，我利用空檔做
其他事，文山大常抱怨他的電腦跑到當掉。diyaudio有一個討論串教LTspice，我懂的也只皮毛而以。

**bchsieh** · 2020-05-22, 06:53 AM

作者: flying fish

我用相同的設定跑一次，輸出=輸入，顯然有狀況，你跑太快了，timestep未設定，我跑一次要好幾分鐘，通常是程式一邊跑，我利用空檔做
其他事，文山大常抱怨他的電腦跑到當掉。diyaudio有一個討論串教LTspice，我懂的也只皮毛而以。

感謝飛魚兄的提醒，小弟真的忘了設定timestep。

小弟後來再用您之前的設定，也就是.tran 0 500m 480m 0.005u重跑一次。
結果如下，綠色是輸入頻譜，洋紅色是輸出頻譜：
OP37_TIM_Vin_Vout.jpg

很明顯的，輸入訊號完全沒有失真，而輸出訊號出現了TIM失真，
最強的失真出現在11.85KHz，強度為-40dB。
如果以15KHz正弦波的強度為基準，TIM失真為-43dBc，應該可以算是很明顯的失真。

**flying fish** · 2020-05-22, 11:40 AM

作者: bchsieh

感謝飛魚兄的提醒，小弟真的忘了設定timestep。

小弟後來再用您之前的設定，也就是.tran 0 500m 480m 0.005u重跑一次。
結果如下，綠色是輸入頻譜，洋紅色是輸出頻譜：
…
很明顯的，輸入訊號完全沒有失真，而輸出訊號出現了TIM失真，
最強的失真出現在11.85KHz，強度為-40dB。
如果以15KHz正弦波的強度為基準，TIM失真為-43dBc，應該可以算是很明顯的失真。

我的電路與參數設定，把增益降了一點，方波從-1起跑，可能是增益的問題，您再試試吧。
op37-tim-sch.jpg
op37-tim.jpg

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