Mathématiser, c'est un bien grand mot.
On va faire simple:
Une distortion, c'est une différence entre le signal original (en entrée de l'appareil à tester) et le signal en sortie.
On ne parle ici que des différences non linéaires, c'est à dire qui ne sont pas un simple facteur de gain ou d'atténuation, ce qu'on attend normalement d'un ampli audio.
Un théorème bien connu de notre ami Joseph Fourier nous dit que tout signal est une superposition (potentiellement infinie) de signaux sinusoïdaux.
En conséquence, dans les analyses audio, on se concentre sur les distortion d'un signal sinus simple.
La distortion harmoniqe, c'est l'apparition d'harmoniques, c'est à dire de sinus à des fréquences multiples de la fréquence du signal d'origine.
C'est souvent indésirable, sauf dans certains cas de musique électronique, ou d'amplis à tubes qui génèrent certaines harmoniqes "plaisantes à l'oreille".
En général, on a des harmoniques 2, 3, 4, 5, ... avec des niveaux qui diminuent avec l'ordre (mais pas toujours).
La THD (Total Harmonic Disrtortion), c'est la somme de toutes ces distortion harmoniques.
THD+N= THD + Noise (Bruit)
La méthode habituelle de mesure de THD+N consiste à envoyer un signal sinusoïdal "pur" (c'est à dire avec un taux de THD+N le plus faible possible) en entrée.
On récupère la sortie, on mesure son niveau, et on lui enlève la fréquence de base grace à un filtrage avec un facteur de Qualité important.
On mesure ensuite ce qui reste: c'est le niveau des distoirtions et du bruit résiduel.
Et il ne reste plus qu'à faire le rapport de cette (distortion + bruit) par le niveau du signal complet, et ca donne la THD+N (en pourcent)
Comme ce sont des chifres faibles, on les convertit souvent en dB (decibel), qui se calcule par dB = 20log*(D)
Par exemple:
le signal en sortie est mesuré à 1V RMS, et le signal sans la fréquence fondamentale est de 0,1V
la THD+N est donc de 0,1/1, c'est à dire 10%, ou encore 20*log(0,1) = -20dB (pas terrible comme ampli)
1% de THD, c'est -40dB
0.1% c'est -60dB
Imaginons maintenant que le signal sinus en entrée n'est pas "pur" mais contient lui même un partie de THD+N venant du générateur audio.
Le signal en sortie est donc une combinaison de ce signal (avec harmoniques et bruit) amplifié, plus les harmoniques et bruit générés dans l'appareil en test.
Mais on ne peut pas simplement additioner la THD+N du générateur et de l'ampli, car les harmoniques ne sont pas forcément les mêmes, ni en phase.
Il n'est pas possible de distinguer en sortie quelles distortions viennent du générateur ou de l'ampli, et si ells s'ajoutent ou s'opposent.
Prenons par exemple le cas de l'harmonique 2:
imaginons que le générateur ajoute 1% d'harmonique 2, en phase avec la fréquence fondamentale
si l'ampli génére aussi 1% d'harmonique 2, ca peut être en phase avec celle du générateur, ce qui fera qu'elles s'ajoutent, et donnera 2% au total, mais si elle est en opposition elle l'annulera complètement et donnera 0%.
Entre ces deux extrèmes, les taux peut donc s'ajouter, se retrancher ,ou n'importe quelle situation intermédiaire.
Une fois qu'on ajoute toutes les harmoniques, la THD peut se trouver entre 0 et la somme des THD de chaque appareil.
Et je ne parle pas du fait que les distortions harmoniques du générateur vont elles aussi créer des harmoniques dans l'ampli, ce qui va ajouter un peu de distortion au total.
Pour faire une mesure significative de la THD+N, on recommande en général d'avoir un taux de THD+N du générateur bien inférieur à la mesure en sortie (pourcentage entre 5 et 10 fois plus faible).
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peut être que l'un est plus proche de la réalité que l'autre 
c'est -40dB sous le signal 
c'est le seuil d'audibilité. Pour quelques watts tu devrais être aux alentours de -60dB (0,1%) donc dans la zone de bruit de ton générateur.