總諧波失真（Total Harmonic Distortion，通常簡稱 THD）是一項用來描述音頻訊號通過放大器、揚聲器、麥克風、混音器、音頻介面、訊號處理器、接收器以及通訊系統等設備時，被加入了多少非預期諧波成分的量測指標。簡單來說，THD 顯示了由於非線性失真，輸出訊號與原始訊號之間產生了多大的差異。

在音頻工程中，較低的失真通常意味著重現的聲音更貼近原始訊號，而 THD 正是用來描述這種精確度的關鍵量測之一。

諧波失真的基本意義

當一部音頻設備接收到一個純音時，理想的輸出應該只包含那個相同的純音。然而在實際的設備中，可能會出現些微的額外頻率。這些多出來的頻率就稱為諧波，因為它們發生在原始頻率的整數倍上。

舉例來說，假如原始訊號是 1 kHz，諧波失真就有可能在 2 kHz、3 kHz、4 kHz 以及更高的倍頻處產生額外的成分。這些多出來的頻率原本不屬於原始訊號，因此代表了由設備或系統所引入的失真。

基頻與諧波

基頻就是正在被測試或重播的原始訊號，而諧波則是在該基頻的整數倍處所產生的額外音。二次諧波是原始頻率的兩倍，三次諧波是三倍，依此類推。

有些諧波失真可能極其微小而聽不出來，然而當失真量較高時，就可能改變聲音的音色特質。取決於設備和失真量的大小，聽起來的結果可能被感知為溫暖、染色、刺耳、模糊，或者是清晰度的喪失。

為什麼 THD 以百分比表示

THD 通常以百分比來表示。較低的百分比意味著諧波失真相對於原始訊號的程度較小。舉例來說，0.01% 的 THD 代表非常低的失真，而 10% 的 THD 則表示失真顯著了許多。

然而，不能單看數字來評斷 THD。測試頻率、輸出功率、負載阻抗、量測頻寬、設備類型以及聆聽環境，都會影響該數值在實際使用上的意義有多大。

測量原理

THD 的量測方式是將已知的測試訊號施加於設備，然後分析其輸出。量測儀器會將諧波成分的強度與原始基頻的強度進行比對，再將所有諧波的能量總和計算為基頻訊號的百分比。

在音頻測試中，輸入訊號通常採用正弦波，因為純正弦波只包含單一頻率。假如設備是完美線性的，輸出也只會包含該頻率；任何額外的諧波成分都代表失真。

訊號輸入與輸出分析

測試流程始於一個乾淨的訊號源，這個訊號源會將純音送入待測設備，例如放大器、前級、揚聲器或是音頻介面。輸出的訊號接著由音頻分析儀、量測麥克風或是數位分析系統進行擷取。

分析儀會將基頻與諧波頻率分開，測量每個諧波成分的強度，然後計算出總諧波失真值。這為工程師提供了一種可重複的方式來比較設備的性能表現。

THD 與 THD+N

THD 與 THD+N 彼此相關但並不相同。THD 只量測諧波失真，THD+N 則是量測諧波失真再加上雜訊。因為包含了雜訊，THD+N 的數值通常會比純粹的 THD 數值要高。

在音頻產品的規格書中，THD+N 很常見，因為實際的音頻系統同時存在失真與雜訊。它能夠提供一個更全面的訊號潔淨度視角，特別是對於放大器、DAC、音頻介面和通訊設備而言。

量測條件至關重要

唯有在測試條件清楚明瞭的情況下，THD 數值才有意義。一部放大器可能在 1 瓦時表現出非常低的 THD，但在接近最大輸出時 THD 卻會升高。一支揚聲器在不同的頻率以及音壓級下，也可能會產生不同程度的失真。

良好的規格應該要明確標示測試頻率、輸出功率、負載阻抗、頻寬以及量測方法。缺少這些細節，在不同產品之間比較 THD 數值就可能產生誤導。

它對音質為什麼重要

THD 很重要，因為失真會改變原始聲音與重現聲音之間的關係。在高傳真音響、廣播、會議系統、公共廣播、錄音以及專業擴聲等領域，訊號的精確度直接影響聆聽品質和清晰度。

較低的 THD 值往往代表設備能夠更乾淨地重現音頻。這在系統需要提供自然的語音、精準的音樂、低聆聽疲勞或是可靠監聽的時候尤其重要。

更乾淨的重現

低諧波失真有利於保留原始素材的音色、動態與細節。在音樂重播上，這能讓樂器與人聲聽起來更自然；在語音系統中，則有助於維持說話的清晰度。

乾淨的重現不僅對發燒友的聆聽有幫助，在會議室、錄音室、教室、控制室、交通運輸廣播、緊急通訊，以及任何聽者必須精確理解聲音的環境中，也同樣重要。

減少刺耳感與聆聽疲勞

較高的失真會為聲音添加非預期的尖銳感、粗糙感或渾濁感。即使失真尚未明顯到可被視為獨立的聲音，它也可能讓長時間的聆聽變得更加疲倦。

這就是為什麼在挑選放大器、評估揚聲器、設計頭戴耳機、測試麥克風前級，以及進行系統調校時，THD 常常會被納入考量。更乾淨的訊號路徑可以隨著時間提升舒適度與感知品質。

更好的餘裕度與系統穩定性

當設備被推近其極限時，THD 通常會隨之升高。一部被驅動到接近削峰的放大器、一支操作超出線性範圍的揚聲器，或者一個過載的輸入級，都可能產生明顯更多的失真。

監測 THD 可以幫助工程師了解系統在可聽到的失真成為問題之前，還擁有多少可用的餘裕度。這有助於建立更安全的增益結構、更合適的放大器功率配置，以及更可靠的音頻表現。

造成 THD 的技術特徵

總諧波失真與非線性行為息息相關。任何對輸入訊號沒有做出完全等比回應的音頻組件，都有可能產生諧波成分。這種情況可能發生在電子電路、磁性元件、揚聲器的機械運動、過載的轉換器，或是匹配不佳的系統級之間。

非線性放大

放大器是量測 THD 最常見的地方之一。線性放大器會提高訊號電平，但不會改變波形；非線性放大器則會稍微改變波形，從而製造出諧波。

當放大器過載、電源供應能力不足、負載阻抗較難應付，或是電路設計未臻最佳化時，失真都可能增加。這就是為什麼放大器的 THD 通常會標示在特定的輸出功率與負載條件下。

揚聲器單體的行為

揚聲器會產生諧波失真，是因為它們將電能轉換為機械運動。振膜、音圈、懸邊、磁路結構、箱體以及分頻網路，都會影響揚聲器追隨輸入訊號的精準度。

低頻往往會產生更大的機械應力，因為揚聲器振膜必須移動更遠的距離。這可能會增加失真，尤其是對於小型單體，或是低頻餘裕度不足的系統。

數位與類比訊號鏈

THD 可能同時出現在類比與數位音頻系統中。類比電路可能透過放大器、變壓器、電容、真空管、電晶體或過載的輸入端引入失真；數位系統則可能因為削峰、不良的轉換、處理錯誤，或是電平管理不當而產生失真。

數位音頻並不會自動消除失真。如果訊號在轉換前就發生削峰、讓某個插件過載、超出內部處理的限制，或是將輸出級推得太過頭，失真依然會發生。

在音頻系統中低 THD 的好處

低 THD 是有益的，因為它有助於音頻系統更忠實地重現聲音。光靠它本身並不能保證完美的聲音，但它是技術性音質中重要的一環，特別是在結合了良好的頻率響應、低雜訊、合適的增益結構和恰當的聲學設計之後。

更準確的聲音

較低的 THD 意味著被添加到訊號中的非預期諧波成分更少，這能讓輸出更貼近輸入，這對錄音室監聽、廣播製作、量測系統以及高傳真重播來說特別重要。

精準的聲音重現能讓工程師、演出者、聽眾和操作人員做出更好的判斷。如果監聽系統加入了過多失真，要判別原始音源真正的品質就會變得更加困難。

改善語音清晰度

在語音通訊和公共廣播系統中，失真會降低清晰度。過多的諧波成分可能會遮蔽子音、使語音聽起來粗糙，或在嘈雜的環境中降低清晰度。

低 THD 有助於維持更清楚的語音傳輸。這對會議室、教室、控制室、車站、機場、工業廠區、緊急尋呼系統和商用音響系統來說，都極具價值。

專業系統的可靠性

在正常操作電平下僅有低失真的音頻系統，通常較不容易運作在接近極限的狀態。這可以帶來更好的可靠性、更穩定的輸出，並降低動態峰值出現削峰的風險。

對於固定安裝的系統，選擇具備合適 THD 表現和足夠餘裕度的設備，可以減少客訴、維修問題，以及經常需要調整電平的情形。

常見應用

THD 出現於許多音頻產品的規格與測試中，製造商、工程師、安裝商、評論者和買家都會用它來評估訊號品質，並在明確的條件下比較設備。

放大器與接收器

功率放大器、綜合放大器、耳機放大器、AV 接收器以及專業放大器，在其規格中通常都會包含 THD 或 THD+N 的數值。這些數值可以幫助使用者了解，在特定功率水準下輸出能保持得多乾淨。

在比較放大器時，需要仔細審視量測條件：低功率下的 THD 可能與額定功率下的 THD 差異極大，同時也應一併考慮負載阻抗和頻率範圍。

揚聲器與超低音喇叭

揚聲器的 THD 很重要，因為喇叭是機械裝置，往往會比電子元件產生更多失真。失真會隨著頻率、音量大小、箱體設計、單體尺寸、分頻行為和空間條件而變化。

超低音喇叭和小型揚聲器尤其容易受到影響，因為重現低頻需要較大的振膜衝程。量測 THD 有助於評估揚聲器能否在所需的輸出音壓下，依然乾淨地重現聲音。

錄音與錄音室設備

音頻介面、麥克風前級、混音器、壓縮器、等化器、轉換器和錄音室監聽喇叭，都可以用 THD 或 THD+N 來加以評估。在錄音環境中，低失真對保留原始訊號的品質有幫助。

然而，部分錄音室器材會刻意添加諧波特質。真空管前級、盤帶機、變壓器和類比飽和處理器，都可能創造出被認為音樂性悅耳的失真。在這些案例中，目標是受控制的染色，而非追求最低的 THD。

廣播、會議和公共廣播系統

廣播和會議系統需要乾淨的語音和穩定的音頻品質。過度的失真會降低清晰度，並讓聽眾感到不適。THD 是在挑選麥克風、處理器、放大器和揚聲器時，所使用的多項技術指標之一。

公共廣播系統同樣受益於低失真，尤其是在聲學條件本身已具挑戰性的大型空間裡。一個帶有失真的訊號被送入殘響過重的環境中，只會變得更難以理解。

耳機與消費性音響

頭戴式耳機、耳塞式耳機、聲霸、藍牙喇叭、DAC 和隨身播放器，都可能標有 THD 規格。對消費性產品而言，THD 有助於描述技術上的潔淨度，但它應該與調音、舒適度、雜訊水準、編解碼器品質以及使用者的聆聽偏好一併納入考量。

一款 THD 非常低的產品，如果其頻率響應調校不佳，並不一定會自動變得好聽；同樣地，一款 THD 稍高的產品，只要失真夠低且整體設計扎實，聽起來仍然可以很悅耳。

正確解讀 THD 規格

THD 規格很有用，但必須仔細解讀。單單一個數字並不能描述音頻設備的完整聲音品質，它僅描述在特定測試條件下的諧波失真。

確認測試功率等級

放大器的 THD 往往會隨著輸出功率的增加而改變。一份規格可能顯示在 1 瓦時失真極低，但在接近最大輸出時卻高出許多。如果產品用於要求嚴苛的系統，那麼額定功率下的 THD 數值會比低功率的測試結果更具意義。

對揚聲器來說，測量時所使用的音壓級就很重要：一支喇叭在中度音量下 THD 可能很低，但在高輸出時失真可能會高出許多。

確認頻率與頻寬

有些規格只在 1 kHz 處測量 THD，這雖然有用，但無法顯示整個音頻頻段內的表現。失真在低頻、中頻和高頻段可能各有不同。

要獲得更全面的視角，與頻率相關的失真圖表會比單一數字提供更多資訊，它們展示出失真在整個聆聽範圍內如何變化。

不要忽略雜訊

一部設備可能 THD 很低，卻仍有可聞的雜訊。這也就是為什麼 THD+N、訊噪比、動態範圍和底噪都應該一併考量。在安靜的聆聽環境中，雜訊可能比諧波失真更加明顯。

對麥克風、前級、耳機放大器和錄音室介面來說，低雜訊特別重要，因為微弱訊號可能需要高增益。

THD 與相關音頻指標的比較

THD 僅是音頻表現的其中一個面向，應該與頻率響應、雜訊、動態範圍、互調失真、阻尼因數、靈敏度、最大音壓級以及聲學表現一同評估。

THD 與互調失真

THD 利用測試頻率的諧波，而互調失真則量測兩個或更多音相互影響時，所產生出來的新頻率。真實的音樂和語音同時包含許多頻率，因此互調失真在實際聆聽中可能相當重要。

一部設備可能在單純的 THD 測試中表現良好，但在複雜訊號下卻顯露出弱點。在進行嚴格評估時，工程師經常會檢視多項量測結果，而不是只依賴單一個數字。

THD 與頻率響應

頻率響應描述音色的平衡，而 THD 描述失真。一支揚聲器可能擁有低 THD，但音色平衡卻不佳；或者有著討喜的頻率響應，卻在特定音量下產生較高失真。

良好的音頻表現同時需要低失真和合適的頻率響應。在聆聽空間和固定安裝系統中，聲學處理、揚聲器擺位和校準也都會影響最終的聆聽結果。

實用的選購指南

在挑選音頻設備時，應將 THD 放在具體情境中來考量。最佳選擇取決於應用場合、所需的輸出音壓、聆聽距離、背景雜訊、節目素材、安裝環境以及使用者的期望。

高傳真與錄音室用途

對高傳真重播和錄音室監聽來說，低 THD 通常較為理想，因為目標是精準的重現。放大器、DAC、音頻介面和監聽喇叭在正常的聆聽音量下，都應該擁有低失真。

錄音室使用者還應該一併考慮底噪、延遲、動態範圍、轉換器品質、監聽準確度和空間聲學。單憑一個低 THD 數值，並不足以保證監聽環境的可靠。

公共廣播與語音系統

對公共廣播、尋呼和語音強化系統來說，清晰度是首要考量。低失真固然有幫助，但揚聲器覆蓋範圍、聲學設計、麥克風擺位、等化處理、回授控制和背景雜訊也都同等重要。

在大型空間中，如果殘響過長或揚聲器佈局不佳，即使是乾淨的訊號也可能變得模糊不清。THD 應該作為更廣泛系統設計方針中的一環來看待。

高功率擴聲系統

在現場擴聲和高功率系統中，當放大器或揚聲器被推得過猛時，失真會快速上升。應該選用具備足夠峰值餘裕度的設備。

限制器、適當的增益級規劃、放大器匹配、揚聲器保護和系統調校，這些都能幫助在實際活動中將失真控制在可接受的範圍。

常見誤解

THD 很有用，但經常被誤解。部分使用者認定最低的 THD 值就代表最好的聲音；另一些人則認為凡是失真就是不好。事實上，可聽度、失真類型、諧波階次、失真量以及聆聽情境，全都扮演了重要角色。

極低的 THD 並不一定聽起來更好

一旦失真低於某個水準，再進一步降低，在一般的聆聽條件下可能就聽不出來了。0.001% 和 0.0001% THD 之間的差異或許在技術上測得出來，但對多數聽眾來說未必有意義。

諸如揚聲器品質、空間聲學、底噪和頻率響應等其他因素，對感知聲音品質的影響可能要大得多。

某些失真可以是刻意為之

在音樂製作中，有些失真是為了創意效果而刻意添加的。吉他音箱、真空管前級、類比磁帶、飽和效果外掛程式，以及某些復古風格的處理器，都可能產生聽眾覺得音樂性悅耳的諧波失真。

這與追求低 THD 的價值並不牴觸，只是說明了技術上的精準與創意性的染色，是兩種不同的目標。在量測上，失真是誤差；在音樂製作中，受控制的失真則可以是一種藝術工具。

THD 並不能描述一切

THD 並未完整描述暫態響應、立體音場結像、雜訊、壓縮行為、頻率平衡、失真階次、空間聲學，或是主觀的聆聽偏好。它只是眾多實用量測中的其中一項。

良好的音頻評估，會結合規格、量測數據、聆聽測試、安裝設計和實際的應用需求。

常見問答

音頻中的總諧波失真是什麼？

總諧波失真是一項量測，用來說明設備或系統在音頻訊號中添加了多少非預期的諧波頻率，它顯示出由於非線性失真，輸出訊號與原始訊號之間的差異有多大。

THD 越低一定越好嗎？

較低的 THD 通常意味著更乾淨的訊號重現，但它不是決定聲音品質的唯一因素。頻率響應、雜訊、動態範圍、揚聲器設計、空間聲學和聆聽音量也都同樣重要。

什麼是好的 THD 值？

好的 THD 值取決於設備類型與應用場合。像放大器和 DAC 之類的電子設備，通常具有極低的 THD；而揚聲器的失真通常較高。該數值應在明確標示的測試條件下加以評判。

THD 和 THD+N 有什麼不同？

THD 僅量測諧波失真，THD+N 則量測諧波失真加上雜訊。因為 THD+N 同時包含了非預期的諧波成分和背景雜訊，所以數值通常會比較高。

為什麼在高音量時 THD 會增加？

在高音量下 THD 通常會增加，是因為放大器、揚聲器和其他組件可能會在更靠近其物理或電氣極限的狀態下運作。削峰、振膜衝程限制、電源供應壓力以及熱效應，全都可能導致失真上升。

THD 對語音系統重要嗎？

是的。過度的失真會降低語音清晰度，並增加聆聽疲勞。對會議室、公共廣播、尋呼、廣播和通訊系統來說，低失真可以幫助維持清晰度和專業的音質。