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谐波失真harmonic distortion
信号通过传输系统时产生许多高次谐波分量的失真形式。
注:把新增所有的谐波量的有效值和输出总信号的有效值之比来表述，称为总谐波失真(THD)。
谐波失真（Harmonic Distortion）是电声系统中最具代表性的非线性失真类型，其本质源于电子元件的非线性响应特性。当正弦波信号通过晶体管、二极管等非线性元件时，输出信号中会产生基波频率整数倍的谐波分量。以音频放大器为例，输入1kHz信号时，可能产生2kHz（二次谐波）、3kHz（三次谐波）等高频成分，这些额外分量会显著劣化音质清晰度。
通过傅里叶级数可精准描述谐波失真的频谱特征：对于基频f₀的输入信号x(t)，其输出信号可分解为直流分量a₀与各次谐波的叠加形式。总谐波失真（THD）的计算公式为： \[ THD = \frac{\sqrt{\sum_{n=2}^{\infty} (a_n^2 + b_n^2)}}{a_1} \times 100\% \] 国际电工委员会（IEC）要求高保真设备THD需低于0.01%，而专业级调音台则需控制在0.5%以内。值得注意的是，人耳对偶次谐波（2f₀、4f₀）的感知更为和谐，奇次谐波（3f₀、5f₀）则易产生刺耳感。
测量环节需采用频谱分析仪与失真度测试仪联合作业：输入标准正弦波信号后，设备通过快速傅里叶变换（FFT）分析输出信号的频谱成分。美国联邦贸易委员会（FTC）规定，音频放大器必须在20Hz-20kHz全频段测试THD，且最大输出功率需满足8Ω负载下THD<1%。对于开关电源等复杂系统，还需同步检测互调失真与瞬态互调失真（TIM），避免多重失真叠加效应。
在高端音频设备设计中，通常采用三级抑制方案：①选用低非线性特性的JFET或MOSFET元件；②施加深度负反馈（典型值>40dB）降低开环失真；③插入带阻滤波器消除特定谐波。以AB类功放为例，通过差分输入级与动态偏置技术，可将THD控制在0.003%以下。值得注意的是，有源功率因数校正技术在电源设计中的应用，能有效降低50/60Hz工频谐波干扰。
尽管谐波失真多被视为有害现象，但在电吉他效果器领域却发展出独特的艺术表达形式。电子管放大器的软削波特性会产生2%-5%的偶次谐波失真，这种温暖饱满的"电子管音色"已成为摇滚乐的标志性特征。现代DSP技术更可精准控制谐波成分的阶次与比例，如Waves NLS调音台插件通过模拟调音台的非线性特性，复刻经典设备的谐波染色效果。
在复杂电声系统中，谐波失真常与互调失真、交叉调制失真共同作用。当多个频率信号通过非线性系统时，会产生f₁±f₂的和差频率成分，这类互调产物的感知度比单一谐波失真更显著。专业音响系统设计中，需通过多频点互调失真测试（如SMPTE标准的60Hz+7kHz双音信号）全面评估设备非线性特性。
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