总谐波失真（THD 或 THDi）是衡量信号中存在的谐波失真程度的一个重要指标，它定义为所有谐波分量的功率之和与基频功率之比。失真因子是一个相关的术语，常常被用作THD的同义词。在音频、通信和电力系统等领域，总谐波失真都有着重要的应用，其水平的高低直接关系到系统性能和质量。

 音频系统中的应用

在音频系统中，较低的失真水平意味着扬声器、放大器、麦克风等设备中的组件可以更准确地再现录音。音频系统通常以原始正弦波的"纯度"为主要性能标准。通过测量一组RMS振幅的比率，即高次谐波频率与基频RMS振幅的比值，可以得到THD的度量公式。在实际应用中，THD常用于音频失真规范，尤其以百分比THD的形式表达。然而，由于THD是非标准化规格，制造商之间的结果难以比较，需要公开测试信号频率范围、电平和增益条件以及进行的测量次数。

 无线电通信中的应用

在无线电通信领域，具有较低THD的设备通常会对其他电子设备产生较少的无意干扰。这是因为谐波失真会通过以输入频率的倍数添加信号来加宽设备输出发射的频谱。因此，对于频谱共享和频谱感测等应用，要求设备具有较低的THD水平。THD的测量方法包括总谐波失真因子（THDF）和均方根谐波失真因子（THDR）。这两种方法的差异在低失真水平下可以忽略不计，但在更高的失真水平下差异变得显著。

 电力系统中的应用

在电力系统中，较低的THD水平对系统性能和稳定性有着直接的影响。低THD意味着较低的峰值电流、较少的发热、较低的电磁辐射和较少的电机铁芯损耗。电力系统中常用的另一个术语是总谐波因数，它表示交流量谐波含量的RMS值与该量的RMS值之比。这个指标也是国际电工委员会（IEC）使用的一个标准，用于评估电力系统的谐波特性。

 总谐波失真加噪声（THD+N）

除了总谐波失真，还有一个更综合的指标叫做总谐波失真加噪声（THD+N）。这种测量方法更为常见且更具可比性。通过输入一个正弦波，对输出进行陷波滤波，比较输出信号有无正弦波的比值，可以得到THD+N的度量。这个指标考虑了除谐波失真外的其他噪声成分，提供了更全面的系统性能评估。

 率失真理论

除了在实际系统中应用外，总谐波失真的概念还在信息论中有所体现。率失真理论是信息论的一个主要分支，为有损数据压缩提供了理论基础。它解决了确定每个符号的最小位数，即速率R，以通过信道进行通信，以便在接收器处近似地重建源信号而不超过预期失真D的问题。

 压缩失真

在多媒体领域，压缩失真是由有损压缩引起的明显失真。有损数据压缩通常涉及丢弃一些媒体数据，使其足够小，可以存储在所需的磁盘空间内或在可用带宽内传输。如果压缩器无法在压缩版本中存储足够的数据，就会导致质量下降或引入伪像。压缩失真是媒体压缩算法中需要平衡的一个关键问题。

 失真的多重含义

在信号处理中，失真是指信号原始形状或其他特征的改变。在通信和电子学中，失真表示电子设备或通信信道中信息承载信号波形的改变，如音频信号或视频信号。一般情况下，工程师努力消除或最小化失真，但在某些情况下，失真也可能是需要的。

 谐波阻尼器

最后，谐波阻尼器作为一个应用案例，是一种安装在内燃机曲轴自由端的装置，用于抵消曲轴产生的扭转和共振振动。谐波阻尼器必须与曲轴过盈配合，确保设备与曲轴完美同步。对于具有长曲轴的发动

机或带有交叉平面曲柄的发动机而言，谐波阻尼器的使用可以有效减少系统的振动和噪声，提高整体性能。

通过以上对总谐波失真在不同领域的应用的介绍，我们可以看到它在音频、通信、电力、信息论等多个领域中发挥着关键作用。不同领域对于THD水平的要求各有不同，但总体来说，较低的总谐波失真有助于提高系统性能、降低干扰和改善信号质量。在未来的技术发展中，对于总谐波失真及其相关理论的研究将继续推动各个领域的创新和进步。

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