И снова - про измерение искажений

[bukvarev]

Ниже - материал, посвященный оценке искажений элементов звуковоспроизводящего тракта.
Файл упаковал посильнее, по ссылкам в тексте - картинки в нормальном разрешении и звуковые файлы.

Способ определ&#10.pdf

20.03.2016 Создал новые каталоги в облаке. Основная ссылка проекта: https://drive.google.com/folderview?...Dg&usp=sharing
Старые ссылки из ранних постов позже снесу или обновлю.
В папке "МОДЕЛЬ MATLAB" буду выкладывать файлы программ. Пока выложил функцию генератора тестовых файлов "test_file_generator.m".
В ближайшем будущем напишу развернутое описание, как пользоваться ключами, с примерами.
Теперь есть возможность создания теста по своему вкусу любому, кто захочет .
В папке "ТЕСТОВЫЕ ФАЙЛЫ" буду выкладывать или обновлять/заменять тестовые файлы. Пока там следующие файлы:
TEST-RAND-48000Hz-1ch-16x-3s-500ms-0ms.wav (шум с равномерным распределением)
TEST-NORM-48000Hz-1ch-16x-3s-500ms-0ms.wav (шум звуковой полосы с нормальным распределением)
TEST-PINK-48000Hz-1ch-16x-3s-500ms-0ms.wav ("розовый" шум по DIN)
TEST-FILE--FRNT-48000Hz-1ch-16x-3s-500ms-0ms.wav (фрагмент "Together" Front 242)
TEST-FILE--HOSA-48000Hz-1ch-16x-4s-500ms-0ms.wav (фрагмент "Hosanna" Вебера)
TEST-FILE--JOVI-48000Hz-1ch-16x-3s-500ms-0ms.wav (фрагмент "We Don*t Run" Bon Jovi)
TEST-FILE--META-48000Hz-1ch-16x-3s-500ms-0ms.wav (фрагмент "Dirty Window" Metallica)
Все вышеперечисленные файлы имеют одноименные текстовые файлы с отчетом функции "test_file_generator.m".
Также в папке "ТЕСТОВЫЕ ФАЙЛЫ" создан подкаталог "ИСХОДНЫЕ ФАЙЛЫ", в котором содержатся муз. произведения, использованные при генерации тестовых файлов. Если кому интересно, может сам повторить синтез, введя в командной строке Matlab вызов ф-и test_file_generator.m с соответствуюшими параметрами.

31.03.2016 Обновил файлы моделей : https://drive.google.com/folderview?...zQ&usp=sharing
1. Теперь поиск маркеров стал быстрым (применил комбинированный алгоритм поиска вместо согласованной фильтрации по всему файлу). Открывается возможность "без тормозов" анализировать файлы с очень большим количеством проб - больше 100.
2. В очередной раз скорректирован список рассчитываемых параметров:
-> profile noise level (RMS, ref to 0 dB garm RMS): -111.80 dB - уровень шума по отношению к полной шкале. Характеризует уровень шума паузы в анализируемом тракте. От уровня записи не зависит.
-> average signal to noise ratio: 111.57 dB - реальное отношение мощности тестового сигнала к уровню шума (оно зависит от уровня записи ).
-> signal power deviation to signal, RMS: -44.74 dB - относительное изменение мощности тестового сигнала от пробы к пробе. Косвенно характеризует временнОй уход коэффициента передачи в измеряемом тракте, насколько "дышит" система. Если эта величина значительно больше уровня шума, то есть проблемы со стабильностью системы.
-> FIND (Relative Distortion Power): -88.58 dB - это отношение мощностей продуктов искажений и тестового сигнала. Собственно, "Коэффициент нелинейных искажений".
-> distortion power deviation to distortion average waveform, RMS: 9.45 dB - среднеквадратическое отклонение мощности продуктов искажений от пробы к пробе. Характеризует отношение "нестационарной" составляющей искажений (динамические амплитудные, фазовые, джиттер) к "стационарной" (нелинейность ААХ и усредненные тепловые шумы). Очень условно, данный параметр показывает, в какой степени можно ожидать расхождения результатов классического измерения КНИ и предложенного способа. Если данное отношение значительно меньше 0, то следует ожидать близких результатов. В противном случае есть шанс получить "плохо звучащий аппарат" при его малом Kr.
-> (distortion average waveform power to noise ratio: 13.07 dB) - среднее превышение мощности продуктов искажений над шумом (условная заметность).
И два параметра, характеризующих наихудший случай из всех проб:
-> FIND worst estimation (peak): -82.66 dB
-> (worst case distortion power to noise ratio: 28.91 dB) .

Переписка Теоретика с ИГВИНом по теме предложенного способа. Простое объяснение.

переписка

ИГВИН:
У меня есть предположение, что усилители (и прочие девайсы) нужно измерять в естественной среде их обитания - т.е. непосредственно в составе системы. В ходе воспроизведения музыки. Кажется Букварёв такое делает, но я что-то его плохо понимаю.

Teoretic:
Да. Букварев, Гапонов и К. Ребята нащупали универсальный метод измерения нелинейности именно на музыкальном сигнале. Мощность современных компьютеров позволяет это проделывать даже любителям.
Суть понять не трудно. Методика позволяет сравнить исходный сигнал с воспроизведенным и нечувствительна к линейным искажениям (это бич всех компенсационных/векторных методов). Примеры разностных файлов (чистые нелинейные искажения) можно послушать (выложены по ссылкам в теме https://forum.vegalab.ru/showthread.php?t=72049 )

ИГВИН:
По Букваревской методике надо мне разобраться в сути.
Что с чем сравниваем, как именно. Мельком я не понял.

Teoretic:
В двух словах. Берем музыкальный фрагмент. Пропускаем его через тракт (какой хотите, вплоть до динамиков), записываем результат. Преобразуем фрагмент. Снова пропускаем его через тракт и делаем обратное преобразование. Вычитаем из первого фрагмента второй. Результат (разностный сигнал) соответствует только нелинейным искажениям тракта.

ИГВИН:
Спасибо, суть понятна. Неясно, как это выполнить практически.

Teoretic:
Практически все выполняется на компьютере с хорошей звуковой картой.
Вывод через карту и запись обратно в комп тоже.
Преобразуем - это математика, преобразование Гильберта для исходного фрагмента, потом - обратное преобразование Гильберта, вычитание сигналов. Все в цифре. Букварев пока что это делает в Матлабе (ну, ему так удобнее), программы для пользователя еще не существует.

ИГВИН:
Метод теоретически хорош. Как быть с антиалисинговым фильтром, искажениями АЦП... преобразование возможно без искажения?... искажениями ЦАП и пост-фильтра - пусть авторы метода решают это практически.
И я всё-таки не понимаю, что такое "ортогональный сигнал". И почему после его прохождения через усилитель образуются какие-то другие искажения.

Teoretic:
Преобразование Гильберта сдвигает все спектральные составляющие исходного сигнала на 90 градусов.
Поэтому преобразованный сигнал "ортогональный". В принципе, это все.
Если в тракте есть нелинейные искажения, то прямой и ортогональный сигнал будут искажены по-разному.
Из ортогонального сигнала восстанавливаем обратно прямой. По разнице не преобразованного и восстановленного сигнала судим об искажениях. Эту разницу можно просто послушать.
Меру для величины таким образом полученных искажений еще не определили.

ИГВИН:
Сдвигает по фазе на 90 градусов? Относительно чего? Основная (первая) гармоника остаётся в своей фазе? или тоже отъезжает на 90?
Чем это отличается от задержки?

Teoretic:
Все гармоники сдвигаются на 90 градусов относительно гармоник исходного сигнала. Это совсем не задержка. При временной задержке сдвиг фазы пропорционален частоте, а у нас фаза постоянна. Это идеальный фазовращатель.

Мне самому стало интересно.
Я взял простой сигнал: меандр с ограниченным спектром (от первой до одиннадцатой гармоники):
h(x)=cos(x)-cos(3*x)/3+cos(5*x)/5-cos(7*x)/7+cos(9*x)/9-cos(11*x)/11
После сдвига всех гармоник на 90 градусов получим сигнал
g(x)=sin(x)-sin(3*x)/3+sin(5*x)/5-sin(7*x)/7+sin(9*x)/9-sin(11*x)/11
(все косинусы стали синусами).
И построил их графики. Вот они, "ортогональные" сигналы:
https://drive.google.com/open?id=0B8...GJwZTR6VFk4NTQ

ИГВИН:
Вижу. Здорово!!!
Интегралы по площади равны, форма сильно разная.

Теперь дайте подумать...
Итак, мы смотрим искажения двух разных сигналов. В идеальном случае оба не искажены.
В реале из-за различий формы будут разные амплитудные искажения.
Сравниваем их.
Чем меньше разница - тем меньше зависимость искажения vs амплитуда. То есть устройство более линейно.
Как будто сходится - метод теоретически должен работать.

[свернуть]

09.02.2018 КАК ПРОВЕСТИ ИЗМЕРЕНИЯ (ВРЕМЕННЫЙ СПОЙЛЕР)

Скрытый текст

По ссылке находятся десять тестовых файлов: https://drive.google.com/drive/folde...b_?usp=sharing

Эти файлы делятся на группы по названию:
тесты определения коэффициента гармоник и шумовой полки
-test-1KHz-48.wav
-test_multitone_48.wav

тесты на основе FFT фильтра
-test-nonstationar--NoMercy-FFT-48KHz.wav
-test-nonstationar--NoMercy-FFT-EN-48KHz.wav
-test-nonstationar--NoMercy-FFT-FRQ-48KHz.wav
-test-nonstationar--NoMercy-FFT-FRQ-EN-48KHz.wav

тесты на основе БИХ фильтра Чебшева
-test-nonstationar--NoMercy-IIR-48KHz.wav
-test-nonstationar--NoMercy-IIR-EN-48KHz.wav
-test-nonstationar--NoMercy-IIR-FRQ-48KHz.wav
-test-nonstationar--NoMercy-IIR-FRQ-EN-48KHz.wav

Длительность файлов - 1 минута

Нужно их воспроизвести и записать с выхода усилителя (каскада). Частота дискретизации - 48 КГц, очень желательно использовать при записи режим ASIO.
При использовании для воспроизведения и записи двух различных звуковых карт, их лучше всего синхронизировать по SPDIF.
В крайнем случае, воспроизвести и записать как есть, на внутренних частотах карт.

Стерео или моно - без разницы. Если в разных каналах будут разные сигналы (к примеру, со входа и выхода усилителя), то нужно об этом написать в названии файла.
Самое главное - главное - правильно записать на саму карту. Уровень записи на звуковой карте лучше делать в пределах -20..-10 дБ при испытательном файле 1 КГц (-test-1KHz-48.wav). Это делается внешним делителем напряжения. Все регуляторы уровня в микшерах - на 100% (это проверить с помощью соединения входа и выхода карты напрямую коротким шнурком), все эффекты - отключены.

Вначале записать сигнал напрямую, чтобы привязаться к "сквозному каналу".

Потом включить в тракт усилитель под нагрузкой, и записать повторно. Записанные файлы назвать, как считаете нужным.

Между записями разных файлов ничего в системе не изменять.

Потом заменить усилитель (если есть желание и возможность измерить несколько аппаратов), и повторить запись.

По минимуму нужно записать первые шесть файлов из списка. Обязательно записывать ЦЕЛИКОМ. Можно даже оставить в начале и в конце паузы.

[свернуть]

Ссылки на две интересные темы:
https://forum.vegalab.ru/showthread.php?t=35395
https://forum.vegalab.ru/showthread.php?t=34487

[ИГВИН]

Offтопик:

К сожалению, пока мало кто имеет опыт реального прослушивания глубокоосных усилителей и способен выдать конкретный пример типа "сравнивал усилитель 1 (схема) с усилителем 2 (схема), измерения ИМД такие-то, впечатления от прослушивания такие-то".

Электрокомпаниты 3 и 5, сделанные по схемотехнике Оталы, с глубокой широкополосной ОООС, звучат довольно-таки уныло, по сравнению с безосным двухтактом в классе АВ. Впрочем, хорошим, а не первым попавшимся.
А в сравнении с однотактом, скроенным примерно по указанному вами рецепту (3), и подавно.

Offтопик:

Правда, так приготовленный усилитель субъективно уступает усилителю, у которого высокое петлевое усиление ("глубокая ООС" и низкие искажения) во всем рабочем диапазоне частот.

А это как привидение.
Все о них говорят, но никто их не видел.
Хотя отдельные экземпляры может и есть, тут кое-кто может показать кое-что.

Вообще же промышленности это не очень-то нужно, проще и выгоднее выпускать Dartzil-ы с банальной схемой и по баснословной стоимости. Ну там БП наворочен, корпус хороший и тяжелый и т.д. и т.п.

[alexcp]

отдельный сетап, высокого качества + группа единодушных энтузиазистов

...сферических, в вакууме. Если не доверяешь своим ушам, как доверять чужим? Коллективные прослушивания, конечно, интересны, но результаты сложно интерпретировать и невозможно повторить. Сначала измерения, затем собственные уши, после отзывы других.

[Carter]

Если не доверяешь своим ушам

Полностью доверяю своим ушам, а коллективные прослушивания пока только укрепляют эту веру. Не верю только златоухим экспертам, описывающим в интернетах сказочную музыкальность разных изделий, всё равно, что читаешь рекламный буклет, у некоторых даже интереснее получается и аргументированней, но лажают на первом же слепом тесте. От того и страх до истерики коллективных прослушиваний со слепым тестированием. Прикольно наблюдать на выставках стокилобаксовые ящики, все сэллеры на понтах и на фасоне, но при просьбе замутить слепое тестирование - все, как один, морозятся.

[Teoretic]

при просьбе замутить слепое тестирование - все, как один, морозятся.

Религию (и поэзию) - не трогай!

[Johny]

Offтопик:

Электрокомпаниты 3 и 5, сделанные по схемотехнике Оталы, с глубокой широкополосной ОООС, звучат довольно-таки уныло, по сравнению с безосным двухтактом в классе АВ. Впрочем, хорошим, а не первым попавшимся.

+100500!
Какая глубина мысли, какой необъятный опыт просматривается за этими словами (сын ошибок трудных)... Страшно...

[Carter]

Религию (и поэзию) - не трогай!

Знаю, не по наслышке - очень паскудные и очень ранимые типажи, но талантливые!
Ах, как их от слепого тестирования корёжит.

А вдруг их дорогущее творение окажется ничем не лучше или, О !!!УЖАС!!!, проиграет усилку на правильно приготовленной копеечной LM-ке, собранной Васей Пупкиным, по всем известной схеме. Причём публично.

[оператор]

Все много проще.
-
Усилитель мощности НЧ это такая штука, которая должна управлять катушкой, которая движется в магнитном поле или катушками.
Это основная его функция.
И если бы этот усилитель был нагружен на простой резистор или линейную нагрузку - не было бы никаких проблем.
От слова совсем.
И все диспуты о цифрах, прослушках, тестах, методиках даже! и не возникали бы!
-
Основная проблема - это именно нелинейная нагрузка. АС, динамик.
В этой нагрузке - простыми словами огромная куча нелинейностей, начиная с противоЭДС и заканчивая ЭДС от второго канала.
Не упоминая о собственных нелинейностях динамика, оформления и пр.
-
В этой ситуации какие либо гонки за нолями выглядят смешно КНИ, ИМД, КИ и тд...
Основная проблема усиления - управление динамиком.
Точка.
Отсюда - согласование и еще раз согласование.
Далее - питание, устойчивость, помехозащищенность.

[Carter]

Основная проблема усиления - управление динамиком.

АС

Вот тут и вступают ИТУН-ы, ИНУН-ы и всяки-разные отрицательные выходные сопротивления.

[оператор]

Вопрос скорее философский.
Основная задача усилителя мощности - управление катушкой ГД.
Как это сделать в условиях всего диапазона нелинейности нагрузки - и есть основная задача.
А сколько там нолей после запятой вообще не имеет значения.
Вернее имеет - но это далеко не первостепенная задача.
Если не сказать из последних.
-
По вопросу ЭМОСОв, кабелечисток и пр.
Это дополнительные цепи автоматического управления.
Которые в свою очередь обладают собственными негативными свойствами.
Переходными процессами и пр.
Что в свою очередь, как правило только вредит лишними гармониками и рассогласованием.
На любителя тема.

[Carter]

По вопросу ЭМОСОв, кабелечисток

А при чем тут это? Уточни.

[оператор]

Есть такая дисциплина - теория автоматического управления.
Куда относятся все эти приблуды.
Включая и собственную ОС усилителя мощности.
И чем меньше этих вложенных цепей, алгоритмов, систем - тем лучше для точного усиления.
Что очевидно.

[Ageres]

Есть такая дисциплина - теория автоматического управления.
Куда относятся все эти приблуды.
Включая и собственную ОС усилителя мощности.
И чем меньше этих вложенных цепей, алгоритмов, систем - тем лучше для точного усиления.

Лучше если забыть что сам по себе транзистор на редкость нелинейный прибор и без оос работает так себе.
Соберите простейший каскад с заземлённым эмиттером и отслушайте, будет вам немало открытий чудных. Но никаких вложенных цепей , никаких олгоритмов или систем. Даже оос максимально подавлена.
Это я к тому веду что неплохо было бы бредить прекратить.

[оператор]

Самокритично.

[Carter]

Есть такая дисциплина - теория автоматического управления.
Куда относятся все эти приблуды.

Да, и подача смеси в цилиндр и крутящий момент на валу регулируются автоматически, но это разные темы.
ИМХО, вы - перезанимались. Пусть меня поправят

[оператор]

В чем проблема?
Напишите собственный учебник по теории автоматического управления.
Чудес не бывает.

[Carter]

При чем тут учебник? Там всё правильно написано.
Проблема в вас. Вы не понимаете о чём пишете, ставя знак равенства между топологией построения усилителя и приблудой в составе него.

[Ageres]

Самокритично.

Крыть нечем, как я посмотрю. Вас послушать так вообще усилки надо на двух транзисторах делать. Цепи смещения? Ни-ни. Этож саморегулирование. Точность звука сломается.

[Carter]

Крыть нечем, как я посмотрю. Вас послушать так вообще усилки надо на двух транзисторах делать. Цепи смещения? Ни-ни. Этож саморегулирование. Точность звука сломается.

Да чел по-ходу вообще не в теме.

[оператор]

Да чел по-ходу вообще не в теме.

-
Аналогичный ответ.
Сами придумали, сами отвечают и еще обвиняют.
Ребята научитесь вести дискуссии, уважать чужое мнение, а если не доходит - задавайте уточняющие вопросы.

[VladimirV]

В неявном виде, но многие признали, что глупо просто оценивать УМ по ушам. Оценивать звук можно по ушам - а УМ звук не выдает.
Из этого, между прочим, логично вытекает написанный мною выше вывод - проектировать надо не УМ, а сетап, имеющий на выходе - звук. И оценивать нужно только его, а не отдельные компоненты. По большому счету, оценивать отдельно УМ эквивалентно оцениванию конкретного транзистора в схеме УМ.

Тут вот в голову неожиданная мысль пришла: известно, что разные конструкции динамиков обладают разным характером звучания. Скажем, твиттеры купольные, ленточные и Хейла - дают совсем разный звук, который одним жанрам музыки подходит больше, другим - меньше. В этом смысле внежанровые АС (есть же меломаны любящие и лиричный вокал и тяжелый рок) в идеальном случае должны иметь разные наборы излучателей, переключаемые по желанию слушателя на тот или иной жанр. Естественно, каждой комбинации должна соответствовать своя переключаемая матрица сведения.
Кто-нибудь такие АС делал, или хотя бы - слушал??? Может, эту идею кто-нить возмется воплотить к следующему РХЭ?