La distorsion harmonique totale (THD) est une mesure de l’intensité de la distorsion non linéaire dans les signaux électriques. Elle joue un rôle particulièrement important dans les domaines de l ‘audio, de la mesure et de l’énergie, car elle permet de tirer des conclusions sur la pureté et la qualité d’un signal.
La distorsion harmonique totale (THD) est le rapport entre les harmoniques et la fréquence fondamentale d’un signal. Il s’agit de multiples de la fréquence fondamentale qui n’apparaîtraient pas si le signal avait une forme idéale – une sinusoïde pure. Ces fréquences supplémentaires sont dues à des distorsions non linéaires dans les composants ou les circuits.
Le THD est généralement exprimé en pourcentage et indique dans quelle mesure un signal s’écarte de l’idéal. Par exemple, une valeur THD de 1 % signifie que la somme des harmoniques correspond à 1 % du fondamental. Plus cette valeur est faible, plus le signal est « propre ».
La distorsion harmonique totale est calculée à partir du rapport entre les valeurs efficaces des harmoniques et du fondamental. Le calcul dépend de l’amplitude de chaque harmonique par rapport au fondamental.
Pour l’analyse, le signal est décomposé en ses composantes fréquentielles à l’aide d’une transformée de Fourier. La méthode la plus courante est la transformation de Fourier rapide (FFT). Elle permet d’identifier précisément les fréquences contenues dans le signal, par exemple à une fréquence de référence de 1 kHz.
Les instruments de mesure modernes affichent directement la valeur THD après un calcul interne. Outre le pourcentage, le spectre de fréquences est souvent affiché pour rendre la répartition des harmoniques visuelle.
Dans la pratique, les distorsions harmoniques sont causées par des composants non linéaires tels que les semi-conducteurs, les transformateurs ou les haut-parleurs. Ces composants génèrent des composantes de fréquence supplémentaires qui peuvent altérer le signal d’origine.
Domaines d’application typiques :
Dans les applications industrielles, comme les convertisseurs de fréquence ou les alimentations à découpage, un THD élevé peut également avoir un impact négatif sur la qualité du réseau électrique.
Le terme distorsion harmonique est souvent utilisé comme synonyme de distorsion harmonique totale. Au sens strict, il existe cependant des différences. La distorsion harmonique se réfère souvent au rapport entre la distorsion non linéaire et le signal total, tandis que la THD considère spécifiquement les harmoniques par rapport à la fréquence fondamentale.
Il existe en outre une mesure étendue, le THD+N (Total Harmonic Distortion plus Noise), qui prend en compte non seulement les harmoniques mais aussi le bruit. Cette donnée est particulièrement courante dans le domaine de l’audio et de la métrologie, car elle reflète de manière plus réaliste la distorsion réelle du signal.
Le niveau de THD dépend de plusieurs facteurs :
Le THD est influencé par la forme et l’amplitude de la tension appliquée au système. Un signal de tension constant et propre contribue de manière significative à minimiser la distorsion.
Pour réduire le THD, on utilise notamment des trajets de signaux symétriques, des filtres actifs, des amplificateurs à fonctionnement linéaire et des contre-réactions. L’utilisation de composants de haute qualité contribue également à réduire la distorsion au minimum.
Selon l’application, différentes valeurs indicatives de THD sont considérées comme acceptables :
| Application | Valeur THD typique |
|---|---|
| Amplificateur audio Hi-Fi | < 0,1 % |
| Électricité du réseau (service public) | < 5 % |
| Radio / Téléphonie mobile | < 1 % |
| Installations industrielles / charge du réseau | < 8-10 % (admissible) |
Les normes telles que la norme CEI 61000 ou les réglementations DIN correspondantes définissent des valeurs limites, notamment pour les applications industrielles ou le raccordement au réseau des appareils.
La distorsion harmonique totale est une mesure essentielle pour évaluer la qualité du signal dans les systèmes électriques et électroniques. Elle décrit la proportion de distorsion harmonique causée par les harmoniques et s’exprime en pourcentage ou en dB.
Un faible THD est synonyme de grande pureté de signal – et est donc essentiel dans des domaines tels que l’audio, la métrologie, la communication et l’énergie. Grâce à des méthodes d’analyse modernes et à une conception ciblée des systèmes, il est aujourd’hui possible de mesurer et de minimiser efficacement le THD – un facteur décisif pour la qualité, l’efficacité et la sécurité.
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