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非线性失真nonlinear distortion
输出信号与输入信号不呈线性关系注:非线性引起的失真使输出信号中产生新的频率分量，改变了原信号的频谱。
非线性失真（Nonlinear Distortion）是电声与音响系统中常见的信号畸变现象，表现为输出信号与输入信号之间失去线性比例关系。其核心成因在于电子元器件的非线性特性，例如晶体管、放大器的输入输出曲线在特定工作区间呈现弯曲或饱和状态。这种非线性会导致输出信号中产生输入信号原本不存在的谐波成分（如二次谐波、三次谐波），从而改变原始信号的频谱结构。
在理想线性系统中，输出波形仅会按比例放大或延迟输入信号。然而实际系统中，当信号幅度超过器件线性工作范围时，会触发饱和或截止效应，进而引发波形削顶、削底等失真现象。例如，晶体管放大器在静态工作点设置不当时，可能同时出现饱和失真（正半周削波）与截止失真（负半周削波）。
非线性失真根据产生机制可分为四类：谐波失真、互调失真、交越失真和瞬态互调失真。其中谐波失真最为典型，表现为单一频率输入信号在输出端产生整数倍频的高次谐波；互调失真则发生在多频信号输入时，不同频率分量相互作用生成和频与差频成分。
交越失真（Crossover Distortion）是乙类功放特有的问题，由于晶体管在零偏置时存在死区电压，导致信号过零处出现波形断裂。而瞬态互调失真则与反馈延迟相关，在大动态信号下易引发高频振荡。这些失真类型均会显著降低音频信号的保真度，使音质呈现发毛、发破等劣化特征。
在Hi-Fi音响系统中，非线性失真是音质劣化的主要元凶之一。谐波成分的引入会掩盖原始声音的细节层次，例如二次谐波使声音"温暖化"，而奇次谐波则导致刺耳感。互调失真更会破坏乐器音色的空间定位，使混音变得浑浊不清。
极端情况下，非线性失真产生的直流分量和高频谐波可能超过扬声器承受范围，造成高音单元烧毁或低音振膜机械损伤。实验数据显示，总谐波失真（THD）超过1%时，人耳即可感知音质变化；当THD＞3%时，系统已不满足专业音频标准要求。
非线性失真的量化评估主要采用总谐波失真系数（THD）和互调失真系数（IMD）。THD通过频谱分析仪测量各次谐波电压有效值与基波的比值，典型测试信号为1kHz正弦波；IMD则采用双音法，检测19kHz+20kHz输入时产生的1kHz差频分量。
抑制技术方面，负反馈电路可有效降低谐波失真，其原理是通过反馈网络将输出失真波形预补偿到输入端。甲乙类（Class AB）放大架构结合Vbe倍增器偏置，能消除交越失真同时保持较高效率。此外，采用高线性度的JFET输入级器件、优化电源退耦设计以及限制输入信号动态范围，均可显著改善系统线性度。
专业音响系统设计中，需在器件选型、电路拓扑和工作点设置三个层面协同优化。例如选择特征频率（fT）比最高工作频率高10倍以上的晶体管，确保器件在音频带宽内保持平坦增益；采用全对称互补推挽电路可抵消偶次谐波；静态电流设置在20-100mA区间以兼顾线性与效率。
数字信号处理技术为非线性补偿提供了新思路，如基于Volterra级数的预失真算法能建模放大器非线性特性，通过DSP实时修正输入信号。实测表明，该方法可使THD从0.8%降至0.05%以下，特别适用于高保真功放与专业录音设备。
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