瞬態互調失真(TransientIntermodulationDistortion),得稱TIM失真。是什么時候被發現的筆者搞不清楚,但是TIM測量方法則遲至70年代才公開發表。由於瞬態互調失真與負回輸密切相關,所以在討論瞬態互調失真時就需要先從負回輸說起。負回輸(NegativeFeedback)是一種廣泛應用於各類工程技術領域,簡音而實用的控制技術,負回輸本來是屬於控制技術中的閉環控制(CloseLoopControl)系統的一個環節,但因為應用廣泛,所以常常被用作閉環控制的代名詞。負回輸實際上是一種普遍存在於人們日常生活中的自然規律,舉例來說,當我們駕駛汽車的時候,如果發現汽車偏離得駛路線,我們就會向相反方向扭動方向盤,使汽車駛回正確路線。在這里我們的眼睛就是充當負回輸通道的作用,負責把輸出值(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定值(正確方向)互相比較(相減),然后根據比較后的誤差,發出修正訊號(扭方向盤)去糾正由此可見,負回輸的作用是將輸出值倒相(變為負數),隨后將之回饋至輸入端,和設定值相減,得出誤差訊號,然后控制器就會根據誤差大小作出修正。
在電子放大線路中,由於零件的對稱,溫度的變化,噪音的干擾以及其他種種原因,使讀號的被放大的同時,無可避免地被加入各種各樣的失真,而負回輸則能有效地降低這些失真。舉一個簡單的例子來說,如放大器在放大一個正弦波訊號時,加入了一個失真的方波訊號,這個正弦加方波的訊號會被負回輸線路反相,然后加饋至輸入端,和原來的正弦波相減,使原來的訊號幅度變小之除還含有一個相反的方波,這個新的訊號在經過放大器時同樣會被再次加入一個失真的方波訊號,由於訊號里面已有一個相反的方波,這樣正反方波便會互相抵消,使輸出訊號只含有正弦波,這就明顯地降低了失真。不過負回輸的缺點也是很明顯的,因為負回輸令輸入訊號和回饋的輸出訊號相減,降低了訊號電平,如果要使輸出訊號相沽,降低了訊號電平,如果要使輸出訊號被放大到足夠的強度,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。如果我們將負回輸量加大,使輸出訊號降低到和輸入訊號電平相同的程度,即完全沒有放大,這種放大器線路有一個特殊的名稱,叫緩沖放大器(BufferAmplifier)。雖然訊號沒有被放大,但因為放大器一般都是輸入阻抗高,輸出阻抗低。所以緩沖放大器常被用作阻抗匹配之用。
既然負回輸能有效地降低失真,但為會么又會引起瞬態互調失真呢?原來問題出在時間上,其中又以晶體管機最為嚴重。和真空管相比,晶體管有堅因耐用,體積小,重量輕放大率高等優點,其缺點是工作特性不穩定,易受溫度等因素影響而產生失真甚至失控。解決辦法之一是采用高達50至60dB左右的深度負回輸。反正晶體管的放大率很高,犧牲一些無所謂,由於采用了大深度的負回輸,大幅度減少了失真,所以晶體管機很容易獲得高超的技術規格。不過麻煩也就因此而起,為了減少由深度負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級晶體管的基極和集電極之間加入一個小電容,使高頻段的相位稍為滯后,稱為滯后價或稱分補價,可是無論電容如何細小,總需要一定時間來充電,當輸入訊號含有速度很高的瞬態脈沖時,小電容來不及充電,也就是說在這一剎那線路是處於沒有負回輸狀態。由於輸入訊號沒有和負回輸訊號相減,造成訊號過強,這些過強訊號會訟放大線路瞬時過載(Overload)。因為晶體管機負回輸量大,訊號過強程度更高,常常達到數十倍甚至數百倍,結果使輸出訊號削波(Clipping)。這就是瞬態互調失真,因為在晶體管線路最多出現,所以也被稱為“原子粒”聲。
順帶一提的是,這種負回輸時間延遲問題在工業控制系統中也常常遇到,稱為純延遲(DeadTime)問題,其起因絕大部份是因為感應器(Sensor)安裝位置太遠。例如在一個恒溫熱水器中,瘟度探測被安裝在遠離發熱順的位置,結果是當探測器感應到水溫足夠時,在發熱器附近的水溫早就已經過熱了。這樣的控制結果必然是水溫在過熱和過冷之間大幅擺動,稱為控制超調(Overshoot)或系統振蕩。純延遲至今仍然是困擾自動控制技術的一大難題,有關解決方法的論文由五十年代至今少說也有上千篇,但始終找不到一個簡單而行之有效的辦法。
雖然負回輸出現時間延遲不好對付,但要解決也不是沒有辦法,我們可以干脆讓它出現,或即使其出現也不至於造成太大的破壞,方法有多種,例如只用小量大環路負回輸,這樣即命名出現負回輸時間延遲,輸入訊號也不至於過強。所減少的負回輸量則由只跨越1個放大級的局部負回輸代替,,局部負回輸路徑短,時間快,不易誘發瞬態互調失真。真空管工作穩定,不一定要用大深度負回輸抑制失真,況且其失真多數是人耳愛聽的偶次諧波失真所以膽機沒有一般所謂的“原子粒”聲。至於其他用於線路設計上防范瞬態互調失真的方法,因涉及較多枯燥的理論,這里就不一一介紹了。
除了在線路設計上防范瞬態互調失真外,發燒友還可以采取另一項措施去減少瞬態互調失真,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進入放大器,雖然這些訊號有許多是屬於人耳聽不見的射頻干擾,但因為其頻率很高,極易誘發瞬態互調失真,令輸入級過載,使音樂訊號得不到正常的放大。