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

[bukvarev]

[Alex]

Offтопик:

Сейчас "Коневодство" неактуально. Актуально "Сфероконеводство"

Почему?

---------- Сообщение добавлено 15:54 ---------- Предыдущее сообщение было 15:53 ----------

Что ни делай, ничего не докажешь.

Аудио - это вообще поголовное мифотворчество.
Если бы такое-же было бы в видео - до сих пор с Диском Нипкова сидели бы....

[stan marsh]

"Сфероконеводство"

Вакуумное, причём.

[bukvarev]

Offтопик:

Почему?

Дык откуда ж мне знать. Но факт, что доступность и кажущаяся простота симуляторов породила целую сфероконную армию бойцов, которые в виртуальном вакууме занимаются виртуальным размахиванием шашек. Даже в атаку ходят из этого, как его, вакуума через сеть. Вот.

[Alex]

Дык откуда ж мне знать. Но факт, что доступность и кажущаяся простота симуляторов породила целую сфероконную армию бойцов, которые в виртуальном вакууме занимаются виртуальным размахиванием шашек.

А ты про симуляторшиков, это бывает.
Некоторые, типа Саггипусика, при этом даже не понимают, что именно они симулирут.
И получается "сферическиф конь в вакууме".


Только "Радио" прозвали "Коневодством" совсем по другой причине, и когда ты написал про сферу, я подумал - мож там еще чего прикольнго со сферой напечатали?

[Игорь Гапонов]

Offтопик:
С другой стороны, Практика и Теория имеют право на раздельное существование. И нельзя идеологически навязывать им совместную жизнь. Когда надо они сами женятся, хоть на костре сжигай.

[Semigor]

bukvarev, ваш подход верен. Так держать!
Что касается дифференциального съема сигнала ОС - это классика в измерительной технике.

[Johny]

Что касается дифференциального съема сигнала ОС - это классика в измерительной технике.

А можно поподробней в применении к УЗЧ?

[MAXIM_A]

Для инверта с низкоомным источником можно использовать простую доработку:
Вложение 316468

А вот - для неинвертирующего УНЧ:
Вложение 316474

Естественно, подходит лишь для УНЧ с ДК на входе.
Цена вопроса - один резистор.

Вот смотри

[Johny]

Вот смотри

не могу понять как это

касается дифференциального съема сигнала ОС

[bukvarev]

Сегодня мы с Андреем провели лабораторку с "меккой" TDA и предложенным корректором на резисторах.
В двух словах, дополнительная компенсация через ДК самой микросхемы не работает Причина пока неясна. Возможно, фаза сигнала на мекке, или еще что.

Зато работает медный шунт. По звуку на живых записях сильная разница, по спектрам - практически никакой разницы нет. Позднее выложу фотки и спектры.
Константиныч, пока рецепт - проволока или шинка. Лучшего предложить не могу..

[MAXIM_A]

Я Прицепил медную серебряную проволоку. Ф1. 0мм.
По измерения, - 15дб.

---------- Сообщение добавлено 21:41 ---------- Предыдущее сообщение было 21:31 ----------

Причём сверху ПП, снизу хуже...

[Игорь Гапонов]

Думаю, что литц экв. сечения должен быть лучше, т.к. к ёмкости между точками соединения не предъявляется особых требований.

[Ломатель]

MAXIM_A, есть ли разница в звуке?

[MAXIM_A]

MAXIM_A, есть ли разница в звуке?

Доделаю второй канал, послушаю, на днях...

---------- Сообщение добавлено 22:05 ---------- Предыдущее сообщение было 21:47 ----------

https://forum.vegalab.ru/attachment....8&d=1522485023
Вот так получилось...

[dekko]

есть ли разница в звуке?

должна быть

[bukvarev]

Сегодня сравнивали два канала TDA, с доработанными цепями ОООС. В одном был дополнительно установлен медный шунт.
Шунт воткнули после того, как поняли, что схема дифференциального съема ОООС не заработала.

Схемы питались от раздельных стабилизированных линейных источников питания, работали на реальную АС.
Эффект от шунта на участке "земля-мекка" при воспроизведении музыкального фрагмента (напряжение "земля-мекка") в диапазоне НЧ-СЧ составляет порядка 20 дБ:


Субъективно, с шунтом усилитель звучал лучше. Особенно на записи голоса с оркестром. По сравнению с недоработанным вариантом субъективно звук стал лучше. Это было хорошо заметно на "горячем" переключении. В деталях эти различия опишет Андрей. Так как "грязи" недоработанный канал давал много, мы решили проверить искажения на частоте 1 КГц и многочастотном тесте.
Картинки слева направо - немодифицированный (без шунта), модифицированный (с шунтом) каналы.


В общем, различий мало.

Под самый вечер добрались до MW, прицепили к нему на участок "земля-мекка" зонд и стали смотреть сигнал, (а также немного успели послушать). В общем, на этом участке видно много чего: как переключаются диоды в выпрямителе, чем отличаются усредненные спектры музыкального сигнала при питании буфера от линейного и импульсного источника сигнала.. То, чего не видно при подключении к выходу УНЧ.
По цифрам, падение на участке "земля входного разъема-мекка" у MW частотно зависимое (при выходном напряжении 30 В ампл, на нагрузке 4 Ом):
-85 дБ на частоте 10 КГц,
-103 дБ на частоте 1 КГц,
-106 дБ на частоте 100 Гц.
С этим я еще поразбираюсь на досуге, а также попробую применить шунт (хорошо, что на плате уже есть специальные очищенные от маски области для экспериментов с "меккой", теперь они будут востребованы).

Все таки, есть мысль, касающаяся самих измерений: переделать существующий пробник на дифференциальный, с батарейным питанием, переключаемым в диапазоне 20..60 дБ усилением и гальванической развязкой. С ним можно будет смотреть сигналы как на платах усилителей, так и на соединениях внутри корпуса.
А Андрей пока планирует использовать для подобных измерений микрофонный вход (дифференциальный) своей звуковой карты.

[Medan]

Сегодня сравнивали два канала TDA, с доработанными цепями ОООС. В одном был дополнительно установлен медный шунт.

Евгений, а Вы прогоните отдельно выходной каскад у этих микросхем, без УН и ООС. Там всё с отсечкой. Даже классом В назвать сложно.)) Пропадёт всякое желание с этим г…. ковыряться. У Вас даже ОС это не вытягивает...)) Как мне кажется, Вы ушли от основных вопросов по гармоникам, то, что за гранью традиционной метрологии.(( Ведь это было изначально в теме и действительно представляло интерес.

[A.B.ANTONOV]

Евгений, на второй картинке изврат (на мой взгляд). Надо резать полигон, иначе ни как. Не видно второй стороны к сожалению.
Может печатку просто другую сделать для этой микрухи и сравнить с имеющейся? Могу сделать, если что.

[Ломатель]

Offтопик:
Это не изврат, это исследовательская работа по подтверждению/опровержению гипотезы.