THD : Comprendre la distorsion harmonique totale
Aujourd’hui on va voir en détail ce qu’est la distorsion harmonique totale, plus connue sous le sigle THD. C’est un paramètre essentiel dans l’analyse de la qualité d’un signal électrique, particulièrement en audio, électronique de puissance et instrumentation.
Définition et principe de la THD
La distorsion harmonique totale mesure le rapport entre l’énergie des harmoniques d’un signal et celle de sa fréquence fondamentale. En d’autres termes, elle quantifie à quel point un signal est altéré par des fréquences multiples indésirables de sa fréquence principale.
Mathématiquement, elle est exprimée comme suit :
- THD = √(V₂² + V₃² + V₄² + … + Vₙ²) / V₁
où V₁ est l’amplitude de la composante fondamentale et V₂, V₃, …, Vₙ sont les amplitudes des harmoniques.
Origines des harmoniques
Les harmoniques proviennent des non-linéarités des composants électroniques : amplificateurs, convertisseurs, transformateurs ou tout autre circuit qui ne répond pas parfaitement de manière linéaire. Ces imperfections génèrent des fréquences multiples de la fréquence d’entrée, perturbant la fidélité du signal.
Interprétation des valeurs de THD
- THD < 0,1 % : excellente qualité (audio haut de gamme, instrumentation de précision)
- THD entre 0,1 % et 1 % : acceptable pour la plupart des applications audio
- THD > 1 % : perceptible à l’oreille ou impactant la performance selon le domaine
Méthodes de mesure
La mesure de la THD peut se faire à l’aide d’un analyseur de spectre ou d’un instrument spécialisé (THD meter). Le signal est injecté dans le système testé, puis l’amplitude des harmoniques est extraite via une transformée de Fourier. Certains multimètres avancés intègrent aussi une fonction THD.
Importance dans différents domaines
- Audio : Un faible THD est synonyme de fidélité sonore. Dans les amplificateurs audio haut de gamme, la THD doit être la plus basse possible.
- Électronique de puissance : Une faible THD évite les pertes, échauffements et interférences dans les systèmes d’alimentation et de conversion.
- Réseaux électriques : Un taux de THD élevé peut engendrer des perturbations, déclenchements intempestifs de protections ou usure prématurée des équipements.
Réduction de la THD
La réduction de la THD passe par la conception soignée des circuits (topologies linéaires, filtres actifs/passifs, composants de qualité) et l’usage de techniques de correction (feedback, modulation optimisée, traitement numérique du signal).
THD et autres formes de distorsion
Il existe d’autres types de distorsion comme la distorsion d’intermodulation (IMD) ou la distorsion de phase. Cependant, la THD reste une mesure directe et normalisée qui fournit une indication synthétique de la linéarité d’un système.
Pour aller plus loin, il est utile de comprendre comment les filtres passifs permettent de minimiser l’impact des harmoniques sur le signal global.
