Показано с 1 по 11 из 11

Тема:

  1. Завсегдатай
    Автор темы
    Аватар для shura1959
    Регистрация
    13.02.2009
    Адрес
    г. Ижевск
    Возраст
    58
    Сообщений
    1.126

    По умолчанию Простые научные критерии качества звучания

    Часть1. Аналоговый тракт.
    Не так давно (лет 15 назад) я пытался объяснить себе какие же должны быть параметры звуковых устройств, чтобы звучание их было приемлемым, а искажения считались незаметными. По ряду причин тема осталась незавершённой, и есть желание, так сказать, «добить вопрос». Хотелось, чтобы обоснование величин было разумным, простым, пусть даже не очень точным (плюс-минус лапоть), но укладывающимся в голове и доступным для размышлений в транспорте, на прогулке, и т.п.
    За параметры звука были взяты громкость и частота, а критерием отсчёта выбраны результаты исследования человеческого слуха по заметности изменения частоты и громкости.
    Данные взяты, например, отсюда http://www.ref.by/refs/68/16322/1.html .
    Результаты этого небольшого расчётно-теоретического исследования приведены в некоем подобии таблицы (первое число для частоты 1кГц, второе - для 20кГц).
    Код:
    Частота сигнала, кГц:                                   1        20
    Необходимая полоса пропускания усилителя, кГц:          50      1000
    Допустимый коэфф. нелинейных искажений, %:              5       5
    Допустимый уровень шумов, дБ:                          -85     -85
    Минимально-необходимая частота дискретизации, кГц:      50      1000
    Минимально необходимое число разрядов:                  20      20
    Более менее похожими на общепринятые данные получились, как мне кажется, разрядность и шумы, остальное «слегка» не вписывается в имеющиеся значения и стандарты.
    Далее попытаюсь изложить исходные данные, условия, допущения, и предположения:
    1. Все сентенции будут излагаться для синусоидального сигнала частотой 1000 Герц (Гц), амплитудой напряжения 1 Вольт (В), (если будет необходимо пользоваться напряжением).
    2. Уровень заметности отклонения частоты примем 0,3%, или 3 Гц на частоте 1000 Гц, в диапазоне уровней громкости 30 - 90 дециБелл (дБ).
    3. Уровень заметности отклонения громкости примем 10%, или 0,1 на частоте 1000 Гц, в диапазоне уровней громкости 30 - 90 дБ.
    4. Нелинейные искажения и шумы будут рассматриваться как изменения частоты.
    5. Изменения разности фаз двух частот после прохождения звукового тракта также попытаемся интерпретировать как изменение частоты.
    6. Уровень звука минимальной громкости условно возьмём 30 дБ (звучание скрипки пианиссимо).
    7. Уровень звука максимальной громкости примем за 90 дБ (фортиссимо симфонического оркестра).
    ПОЛОСА ЧАСТОТ. Для начала попытаемся определить самую «популярную в народе» характеристику – полосу пропускаемых частот. Для удобства подсчёта времён и частот представим сигнал трапецией, в которой фронты по длительности равны «полочке», и каждая из них составляет 1/6-ю часть периода.
    Для частоты 1000Гц это время равно 1миллисекунда (мс)/6=150микросекунд (мкс). Предположим, что через звуковое устройство проходят две частоты 0 Гц и 1000 Гц. Чтобы расхождение фаз этих частот было незаметно для уха, задержка фазы частоты 1000Гц (период=1мс) должна быть равна 0,003х1мс=3мкс. Интерпретируем её как 1/6 часть периода изменения частоты, т.е. период = 18мкс, что соответствует частоте примерно 50кГц. То есть, чтобы частота 1кГц прошла через тракт незаметно для уха, полоса частот тракта должна быть 50кГц.
    Кстати, анализ АЧХ-ФЧХ показывает задержку 3мкс для частоты 1000Гц RC фильтра низкой частоты (НЧ) 1-го порядка с частотой среза 50 кГц, R= 3 килоОм (кОм), C=.1 наноФарада (нФ).
    ДАЛЕЕ-ШУМЫ. Примем как предположение, что напряжение шумов, воспринимаемое как изменение частоты, должно быть 0,003 от уровня звука минимальной громкости, что составляет 5дБ (на 25 дБ ниже), то есть отношение сигнал/шум системы должно быть минимум 90дБ-30дБ+25дБ=85дБ.
    НЕЛИНЕЙНЫЕ ИСКАЖЕНИЯ посчитаем следующим образом. Согласимся что суммарный уровень гармоник, рассматриваемый как порог заметности изменения частоты, составляет 0,003 (или 0,3%) от уровня 0-ой гармоники (т.е. тона частотой 1000Гц) по мощности. А по напряжению соответственно корень квадратный из 0,003 равный 0,055, или 5% (!?). Такой получился минимально необходимый уровень искажений.
    Продолжение темы предполагается во втором посте (дабы не удлинять первый).
    Миниатюры Миниатюры Нажмите на изображение для увеличения. 

Название:	14 синусоиду.jpg 
Просмотров:	310 
Размер:	14,3 Кб 
ID:	50799  
    Вложения Вложения
    Последний раз редактировалось shura1959; 20.04.2009 в 11:39. Причина: устранение ошибок
    «Не торопитесь соглашаться или опровергать. Не так уж важно, что утверждает или отрицает автор. Важно то, что он направляет Ваше внимание по определенному руслу». Павел Сергеевич Таранов.

  2. Завсегдатай
    Автор темы
    Аватар для shura1959
    Регистрация
    13.02.2009
    Адрес
    г. Ижевск
    Возраст
    58
    Сообщений
    1.126

    По умолчанию Re: Простые научные критерии качества звучания аппаратуры

    Часть 2. Оцифровка сигнала.
    ДЛЯ ОЦЕНКИ ИСКАЖЕНИЙ ОЦИФРОВКИ возьмём за критерий заметность изменения частоты, и, примем предположение, что изменение энергии сигнала можно рассматривать как изменение частоты. Энергия сигнала пропорциональна площади описываемой кривой относительно оси Х. Для оценки искажений будем анализировать 1/4 периода синусоиды f(x)=a*sin(b*x), где а - амплитуда, в - коэффициент (времени в данном случае), х – угол в радианах (рисунок во вложении). Для а=1, в=1, х=ПИ/2 (90град), площадь 1/4 синусоиды равна 1.
    Была написана программа (*.RAR во вложении, на Борланд Турбо Бейсик и Power Basic) для подсчёта площади аппроксимации 1/4 синусоиды в зависимости от частоты дискретизации, разрядности, и амплитуды.
    Аппроксимация предполагалась ломаными линиями. Такая модель физически реализуема в виде источника тока. Фигура разбивается на отрезки ABCDE. Площадь считалась как сумма площадей фигур, (см. рисунок). Текст программы и ЕХЕ-файл прилагаются. .
    ДЛЯ НАЧАЛА выбирается частота дискретизации с таким условием, чтобы площадь аппроксимированной синусоиды отличалась от единицы на величину 0,003. Разрядность и амплитуду при этом не вводить. Разрядность по умолчанию равна 0, и не учитывается при расчёте площади, амплитуда по умолчанию равна 1. Получаемое число дискрет приведено к одному периоду, и для частоты 1 кГц , частота дискретизации получается как 1кГц умножить на N.
    Разница в 0,003 получается уже при числе дискрет 35, что соответствует частоте 35 кГц, и от амплитуды сигнала не зависит.
    ДАЛЕЕ посчитаем минимально необходимое число разрядов оцифровки. Чтобы обеспечить запас для разрядности примем частоту дискретизации 50кГц. При числе разрядов 10 площадь опять будет меньше 1 на 0,003. Это для минимального сигнала (30дБ) и отношения сигнал/шум 25дБ. Поскольку соотношение максимального и минимального сигналов - 60дБ (миллион раз) по мощности , или 1000раз по напряжению, то, чтобы перекрыть этот диапазон необходимо добавить ещё 10 разрядов (2 в 10-й степени=1024), итого получилось 20 разрядов.

    ПРИЛОЖЕНИЕ. Пока (а может и совсем) не будем рассматривать такие вещи как маскировка сильным звуком слабого, аддитивные и мультипликативные помехи, заметность различных видов искажений, заметность искажений на разных частотах и уровнях громкости, возрастные и индивидуальные особенности, личные пристрастия, и т.п.
    Также, для справки привожу справочные толкования некоторых понятий, величин и размерностей. Предел чувствительности человеческого уха на частоте 1000Гц составляет по звуковому давлению 0,00002 Паскаль (Па), (Ньютон (Н)/квадратный метр(кв.м), или сила звука 10 в минус 12-й степени Ватт (Вт)/кв.м, и эта интенсивность звука принимается за 0 дециБелл. Отношение двух мощностей рассматривается как 10Lg(P1/P2), а напряжений - 20Lg(U1/U2).
    Последний раз редактировалось shura1959; 20.04.2009 в 11:40. Причина: устранение ошибок
    «Не торопитесь соглашаться или опровергать. Не так уж важно, что утверждает или отрицает автор. Важно то, что он направляет Ваше внимание по определенному руслу». Павел Сергеевич Таранов.

  3. Частый гость Аватар для ыхтыж
    Регистрация
    18.01.2009
    Адрес
    UA Donetsk
    Возраст
    43
    Сообщений
    259

    Улыбка Re: Простые научные критерии качества звучания аппаратуры


    Offтопик:
    ход мысли интересен, но многое не осилил , страстная пятница и просто конец недели...

  4. Завсегдатай Аватар для mAxSpace
    Регистрация
    19.05.2008
    Адрес
    Арзамас
    Сообщений
    10.961

    По умолчанию Re: Простые научные критерии качества звучания аппаратуры

    нееее,.... давайте на следующей недельке - слишком много буков

  5. Завсегдатай
    Автор темы
    Аватар для shura1959
    Регистрация
    13.02.2009
    Адрес
    г. Ижевск
    Возраст
    58
    Сообщений
    1.126

    По умолчанию Re: Простые научные критерии качества звучания

    "После тщательных раздумий и проверки многократной", (С) Ю. Визбор. Обнаружил небольшой недочёт в своей методике подсчёта необходимого количества разрядов для оцифровки сигнала, и после исправления получил число 30 (для диапазона интенсивностей 90дБ).
    Что во всём этом забавно: если принять за основу принятые предположения, то получается, чтобы искажения сигнала 1кГц были за пределами заметности, нужно, чтобы сигнал был оцифрован с дискретностью 50 кГц-30 20 разрядов, усилитель обладал полосой пропускания 50 кГц, шумами -85дБ и нелинейными искажениями... 5%. Для 20-ти кГц, сотответственно - полоса 1 мегагерц, частота дискретизации - 1 МГц. Ну,а если учесть, что в ухе распознающие рецепторы только на частоты в диапазоне 100...10000Гц, то и 500 кГц сгодится.
    Правда Шкритек в своей книге утверждает что отставание фазы становится заметным после 30град (для 1кГц это полоса 2000 кГц), но это, наверно, как мерять.
    В выходные на досуге потестил свои ухи на предмет отличия частот 1000 Гц и 1003 Гц, отставания фазы 1000Гц от 100Гц-ых сигналов, и разрядности оцифровки, вроде слышны различия (хотя не могу ручаться за достоверность, надо будет ышо попробовать).
    Если кому-то интересно потеститься "на дому" , могу выложить образцы сигналов секунд по 20.
    Последний раз редактировалось shura1959; 20.04.2009 в 11:11. Причина: устранение ошибок
    «Не торопитесь соглашаться или опровергать. Не так уж важно, что утверждает или отрицает автор. Важно то, что он направляет Ваше внимание по определенному руслу». Павел Сергеевич Таранов.

  6. Завсегдатай Аватар для ИГВИН
    Регистрация
    06.05.2005
    Адрес
    Ростов-на-Дону
    Возраст
    59
    Сообщений
    9.920

    По умолчанию Re: Простые научные критерии качества звучания


    Offтопик:
    shura1959, извините, но если вы
    а) не малограмотный,
    б) хотите, чтобы Вас понимали;
    - разделяйте мысли на абзацы.
    Игорь. Meridian 507.24 => DAC6 v2+свой выхлоп => Noosfera Echo v5 => Celestion A2 + Hand-made cable

  7. Завсегдатай
    Автор темы
    Аватар для shura1959
    Регистрация
    13.02.2009
    Адрес
    г. Ижевск
    Возраст
    58
    Сообщений
    1.126

    По умолчанию Re: Простые научные критерии качества звучания

    Цитата Сообщение от ИГВИН Посмотреть сообщение
    shura1959, извините...
    Конечно...
    Цитата Сообщение от ИГВИН Посмотреть сообщение
    но если вы
    а) не малограмотный,
    Пока не выработал критерии собственной грамотности, со стороны, как говорится - виднее.
    Цитата Сообщение от ИГВИН Посмотреть сообщение
    - разделяйте мысли на абзацы
    Ещё раз попробовал структурировать изложенное (выделил ещё больше абзацев, написал подзаголовки прописными буквами). К сожалению не знаю как сделать красную строку (ведущие пробелы всё время аннулируются). Правда немного смог сделать таблицу в первом посте.
    «Не торопитесь соглашаться или опровергать. Не так уж важно, что утверждает или отрицает автор. Важно то, что он направляет Ваше внимание по определенному руслу». Павел Сергеевич Таранов.

  8. Завсегдатай Аватар для aal
    Регистрация
    04.11.2004
    Адрес
    пос. Краснообск, Новосибирская область
    Возраст
    45
    Сообщений
    2.861

    По умолчанию Re: Простые научные критерии качества звучания

    А почему вы для подсчёта разрядности ссылаетесь на мощьность - оцифровывается напряжение, а вот тогда достаточно 20разрядов (ИМХО - это ближе к истене).. Ведь если по напряжению ошибка составит менее 0.0015, то по мощности будет меньше 0.003..... Т.е. накинем 1 бит и усредним частоту до 16х от 44,1 = 705,6кГц (многие ЦАП для сего режима расчитаны). Т.е. отсюда и понятна любовь к PCM63 & AD1862 - они на грани воспримчивости слуха....
    Пароли - штука неустойчивая. Взламываются терморектальным криптоанализатором.

  9. Завсегдатай
    Автор темы
    Аватар для shura1959
    Регистрация
    13.02.2009
    Адрес
    г. Ижевск
    Возраст
    58
    Сообщений
    1.126

    По умолчанию Re: Простые научные критерии качества звучания

    Цитата Сообщение от aal Посмотреть сообщение
    если по напряжению ошибка составит менее 0.0015, то по мощности будет меньше 0.003.....
    Попытаюсь изложить ход своей мысли (может и сам поточнее пойму). За начало подсчёта разрядности я взял условно минимально необходимый уровень 30дБ (скрипка пианиссимо). Программулиной своей посчитал: чтобы по мощности погрешность не превысила 0,003 достаточно даже Fдискретизации=50кГц и 10-ти разрядов.
    Цитата Сообщение от aal Посмотреть сообщение
    ... тогда достаточно 20разрядов
    Кстати , поначалу я так и насчитал, 20 разрядов, а потом помудрил и насчитал 30 (и переправил в таблице). И, ... похоже Вы правы (и я поначалу тоже был прав). И вот почему. Полный диапазон мощностей был принят за 90 дБ. Для 30 дБ разрядность посчитали - 10разр. Оствшиеся 60дБ (90-30=60) по мощности составляют увеличение в 10Е6 (миллион) раз, что по напряжению составляет 1000 раз, а это 10 разрядов. Спасибо большое за внимательность и участие. Срочно переправляю таблицу...

    Добавлено через 49 минут
    Ещё раз попытался структурировать излагаемое (действительно, длинновато для прочтения). Кое что выделил синим. Вроде, более внятно, чем было.
    Последний раз редактировалось shura1959; 25.04.2009 в 12:14. Причина: Добавлено сообщение
    «Не торопитесь соглашаться или опровергать. Не так уж важно, что утверждает или отрицает автор. Важно то, что он направляет Ваше внимание по определенному руслу». Павел Сергеевич Таранов.

  10. По умолчанию Re: Простые научные критерии качества звучания

    Многое не понял, но согласен с автором, что 20 разрядов дискретизации гораздо лучше для звука, чем 16, принятые в стандарте CD-Audio. Лишние 4 разряда дают прирост в точности в 16 раз, а объём данных увеличивается всего на 25 процентов.

  11. Завсегдатай
    Автор темы
    Аватар для shura1959
    Регистрация
    13.02.2009
    Адрес
    г. Ижевск
    Возраст
    58
    Сообщений
    1.126

    По умолчанию Re: Простые научные критерии качества звучания

    В общем то идея была попытаться сформулировать минимально необходимые параметры тракта, чтобы искажения считались не слышными среднестатистическим слушателем. Полученные цифры в чём то даже сопоставимы с имеющимися взглядами (например, полоса частот) и, даже, стандартами (например, шумы, разрядность) на звуковоспроизводжящую аппаратуру. Единственное, что меня смущает - это получившийся теоретический коэффициент нелинейных искажений. Расчёты вроде проверял: если считать по мощности, получается 0,3%, и, вроде, цифра привычно небольшая. А если считать по стандарту как корень квадратный из суммы квадратов напряжений гармоник то получается 5% (а по стандарту для хай-фая должно быть менее 1%).
    «Не торопитесь соглашаться или опровергать. Не так уж важно, что утверждает или отрицает автор. Важно то, что он направляет Ваше внимание по определенному руслу». Павел Сергеевич Таранов.

Социальные закладки

Социальные закладки

Ваши права

  • Вы не можете создавать новые темы
  • Вы не можете отвечать в темах
  • Вы не можете прикреплять вложения
  • Вы не можете редактировать свои сообщения
  •