失真

在信号处理中，失真是信号原始形状（或其他特征）的改变。 在通信和电子学中，它表示电子设备或通信信道中信息承载信号波形的改变，例如代表声音的音频信号或代表图像的视频信号。

失真通常是不需要的，因此工程师努力消除或最小化它。 然而，在某些情况下，可能需要失真。 例如，在像杜比系统这样的降噪系统中，音频信号被故意以强调信号受电噪声影响的方面的方式失真，然后在通过嘈杂的通信信道后对称地不失真，从而降低了噪声 接收到的信号。 失真也用作音乐效果，尤其是电吉他。

添加的噪声或其他外部信号（嗡嗡声、干扰）不被视为失真，尽管量化失真的影响有时包含在噪声中。 反映噪声和失真的质量指标包括信噪比和失真 (SINAD) 比以及总谐波失真加噪声 (THD+N)。

在电信和信号处理中，无噪声系统可以用传递函数来表征

输出没有失真。 当传递函数 F 比这更复杂时，就会出现失真。 如果 F 是线性函数，例如增益和/或延迟随频率变化的滤波器，则信号会出现线性失真。 线性失真不会将新的频率成分引入信号，但会改变现有频率成分的平衡。

该图显示了信号（由方波和正弦波组成）在通过各种失真函数时的行为。

• xxx条轨迹（黑色）显示输入。 它还显示了非失真传递函数（直线）的输出。
• 高通滤波器（绿色迹线）通过减少方波的低频分量来扭曲方波的形状。 这是脉冲顶部出现下降的原因。 当一串脉冲必须通过交流耦合（高通滤波）放大器时，这种脉冲失真可能会非常严重。 由于正弦波只有一个频率，所以它的形状是不变的。
• 低通滤波器（蓝色迹线）通过去除高频分量使脉冲变圆。 所有系统在某种程度上都是低通的。 请注意，由于滤波器的相位失真，低通和高通情况下正弦波的相位不同。
• 一种略微非线性的传递函数（紫色），它轻轻地压缩正弦波的峰值，这可能是电子管音频放大器的典型特征。 这会产生少量的低次谐波。
• 硬限幅传递函数（红色）生成高次谐波。 部分传递函数是平坦的，这表明有关输入信号的所有信息都已在该区域丢失。

具有完美增益和延迟的理想放大器的传递函数只是一个近似值。 系统的真实行为通常是不同的。 有源器件（例如真空管、晶体管和运算放大器）的传递函数中的非线性是非线性失真的常见来源； 在无源元件（例如同轴电缆或光纤）中，线性失真可能由传播路径中的不均匀性、反射等引起。

幅度失真是指在特定条件下输出幅度不是输入幅度的线性函数时系统、子系统或设备中发生的失真。

谐波失真会增加泛音，泛音是声波频率的整数倍。 在音频系统中引起幅度失真的非线性通常是根据添加到馈入系统的纯正弦波的谐波（泛音）来测量的。 谐波失真可以用各个分量的相对强度（以分贝为单位）或所有谐波分量的均方根来表示：总谐波失真 (THD)，以百分比表示。 谐波失真变得可听的级别取决于失真的确切性质。 不同类型的失真（如交越失真）比其他失真（如软削波）更容易被听到，即使 THD 测量值相同。 射频应用中的谐波失真很少用 THD 表示。