Измерения усилителя на реальном сигнале.

[zoog]

Распространено мнение, что параметры усилительного тракта имеют по крайней мере относительную ценность, т.к. измеряются на синтетическом сигнале, да и сами не очень связаны с качеством звука, те же гармонические составляющие, и так имеющиеся в сигнале. Версию о превосходстве разрешающей способности слуха над таковой электронного измерителя пока не будем трогать.
Так почему бы не измерить деградацию реального сигнала? Выборку длиной 20..30 секунд, за которые слух успевает принять решение о том, что же происходит, подаём на вход, с выхода, нагруженного на реальную систему, берём и оцифровываем искажённый сигнал, а уж софт считает, сколько там гармоник, интермод и какого порядка, сдвиг по фазе, АЧХ, даже тепловые искажения выявит, если время побольше поставить.
Плюсы - можно испытывать на нужной акустике, и она не сгорит); разные стили - крикливый джаз, грязный трэш, вокал полифонический - что и как исказит данный аппарат. Ну и возможность найти-таки корелляцию с субъективным восприятием, главное)
Минус - написание софта, разложить на спектр миллион сэмплов без компромиссов по точности (не знаю даже, есть ли такие алгоритмы, популярные рассчитаны на стационарный сигнал афаик) - это уже труд. А вычислить, кто в выходном сигнале чья гармоника-интермода - вообще нетривиальной задачей может оказаться. В крайнем случае - можно тупо вычесть и получить рмс/пиковое значение искажений/их спектр.

[rogozhin]

А никто не пробовал смотреть аудиотехнику анализаторами с большим накоплением, типа как радиолюбители сейчас любят смотреть приемники софтовыми анализаторами минут по 40, так что ПО якобы вычисляет сигналы даже ниже уровня шума и получают графики под 200дБ разрешением? может там что-то интересное будет видно?

[zoog]

Проблема в том, что измерять характеристики случайного сигнала (или почти-случайного), - такие как коэффициент гармоник, коэффициент интермодуляционных искажений, - не научились. Поэтому посмотреть такой сигнал на экране осциллографа можно, но и только. Измерить ничего из перечисленного не получится. На синусоиде - пожалуйста. Но реальный музыкальный сигнал - это не синусоида.

Строго говоря, тот синус, которым измеряют сейчас, тоже не является стационарным (в математическом смысле, если хотите). Pаспространить это измерение на выборку звукового сигнала - м.б. всего лишь количественная задача.

А никто не пробовал смотреть аудиотехнику анализаторами с большим накоплением, типа как радиолюбители сейчас любят смотреть приемники софтовыми анализаторами минут по 40, так что ПО якобы вычисляет сигналы даже ниже уровня шума и получают графики под 200дБ разрешением? может там что-то интересное будет видно?

Лучше не удаляться в сторону экзотерики (см. 1й пост), разобраться хотя б с тем, что есть. Ну увидим мы 50ю интермоду или Несси - скорее всего (99,(9)%) слух это не различит.. даже гармоники в единицы процентов слух не замечает или воспринимает "тепло". Имхо тупик.

[Сухоруков Сергей]

Строго говоря, тот синус, которым измеряют сейчас, тоже не является стационарным (в математическом смысле, если хотите). Pаспространить это измерение на выборку звукового сигнала - м.б. всего лишь количественная задача.

Разумеется, ничего идеального в природе нет. Только в математике. Но тем не менее, тот "синус", который используется в измерениях достаточно близок к идеалу для того, чтобы ошибка измерения была невелика по сравнению с измеряемым параметром. С музыкальным сигналом все по-другому. Он СУГУБО нестационарный, и попытка применить к нему критерии, справедливые для синусоидальных сигналов, закончится фиаско. Потому что это МЕТОДОЛОГИЧЕСКИ неправильно. И ни математика, ни ее отражение, - ПО, - здесь никак не поможет.
Вспомните, что и теорема Фурье справедлива только для периодических сигналом. А для непериодических (а таковы все нестационарные) несправедлива в математическом смысле, и ее можно использовать только как некое приближение (то же БПФ) на свой страх и риск безо всяких гарантий.

[zoog]

Он СУГУБО нестационарный, и попытка применить к нему критерии, справедливые для синусоидальных сигналов, закончится фиаско. Потому что это МЕТОДОЛОГИЧЕСКИ неправильно. И ни математика, ни ее отражение, - ПО, - здесь никак не поможет.

Не согласен с таким подходом. Синус в реале принимается стационарным за счёт накопления по нескольким периодам и соотв. софтовой обработки афаик, это делается для простоты-удобства-точности. Но ничто (теоретически) не мешает провести анализ по одному периоду. И сделать этот период равным десяткам секунд. Просто методы поменяются.

[Сухоруков Сергей]

Не согласен с таким подходом. Синус в реале принимается стационарным за счёт накопления по нескольким периодам и соотв. софтовой обработки афаик, это делается для простоты-удобства-точности. Но ничто (теоретически) не мешает провести анализ по одному периоду. И сделать этот период равным десяткам секунд. Просто методы поменяются.

Поймите,что математический анализ электрических сигналов, на основе которого работает программное обеспечение, оперирует только со стационарными периодическими сигналами. Согласны Вы с таким подходом или нет. Если не согласны - разработайте свою математику, свои математические методы. Пока таковых для обработки случайных сигналов не создано, если не считать методы мат. статистики. Но статметоды не позволяют определить те параметры, которые Вас интересуют.

[Nota Bene]

Если не согласны - разработайте свою математику, свои математические методы.

И чтоб на "выходе" программы было: "нравится/не нравится", "лучше/хуже" или "воздушнее/более спёрто"...

[zoog]

Вы меня не поняли. Я не говорил, что преобразовывать нужно/можно нестационарный сигнал. Реальный звук хоть и менее стационарен, чем реальный синус, но отличается по этому параметру лишь количественно. Нам даже в шараге показывали, как произвольный ограниченный во времени сигнал повторяется (становясь стационарным) и раскладывается на спектр. Неужели не ясно написал? Или не так что-то другое?

[Сухоруков Сергей]

Вы меня не поняли. Я не говорил, что преобразовывать нужно/можно нестационарный сигнал. Реальный звук хоть и менее стационарен, чем реальный синус, но отличается по этому параметру лишь количественно. Нам даже в шараге показывали, как произвольный ограниченный во времени сигнал повторяется (становясь стационарным) и раскладывается на спектр. Неужели не ясно написал? Или не так что-то другое?

БПФ примерно так и работает. Выделяется временное окно, выделенный фрагмент считают периодом и т.д., "понеслась по кочкам".
Но эти методы дают большую погрешность. Если окно несколько сдвинуть влево-вправо на быстро меняющемся сигнале, получите совершенно иной спектр с другим набором параметров. И таких спектров можете получить бесконечно много. И что с этим делать?

[zoog]

Будьте внимательней, несколько раз писал - окно равно всему сигналу, т.е. все 30 сек - один период.

[Сухоруков Сергей]

Будьте внимательней, несколько раз писал - окно равно всему сигналу, т.е. все 30 сек - один период.

Пусть так, пусть окно равно всему сигналу. Получите некий ПРИБЛИЖЕННЫЙ результат. Он приближенный не только потому, что окно не равно всему реальному музыкальному сигналу (всей песне, пьесе и т.д.), но и из-за манипуляции по преобразованию непериодического сигнала в периодический, что принципиально вносит погрешность.
Но дело даже не в погрешности. Полученный спектр будет настолько плотным, что похож на непрерывный. И снова: что с этим делать?

Вообще, коллега, похоже, что наш диалог интересен только нам двоим. Отсюда вывод: не пора ли закругляться?

[zoog]

Он приближенный не только потому, что окно не равно всему реальному музыкальному сигналу (всей песне, пьесе и т.д.), но и из-за манипуляции по преобразованию непериодического сигнала в периодический, что принципиально вносит погрешность.

ОМГ.. конечно часть песни не равно целому - что с того?? Нас интересует кусок и мы его изучаем. Про погрешность преобразования - вы шутите?
Спектр будет, естественно, сплошным, - тут вопрос в требуемом разрешении по частоте. А насчёт посещаемости темы - никто не убедил меня в ненужности сабжа, пока есть вопросы - я отвечаю.

[Audiomaniac]

zoog, если с английским дружите - разбирайтесь вот с этим

http://www.libinst.com/Audio%20DiffMaker.htm

люди серьезно заморачивались интересующими вас вопросами и добились определенных результатов.

[Nikolay_Po]

Пусть так, пусть окно равно всему сигналу. Получите некий ПРИБЛИЖЕННЫЙ результат. Он приближенный не только потому, что окно не равно всему реальному музыкальному сигналу (всей песне, пьесе и т.д.), но и из-за манипуляции по преобразованию непериодического сигнала в периодический, что принципиально вносит погрешность.

Если использовать метод сравнения, то искажения от преобразования непериодического сигнала окажутся одинаковыми что для образца, записанного со входа исследуемого устройства, что для записанного с выхода усилителя.

Но дело даже не в погрешности. Полученный спектр будет настолько плотным, что похож на непрерывный. И снова: что с этим делать?

Дискретное преобразование никогда не даст непрерывного спектра. К сожалению, сколько ни повышал разрешение - спектр музыкального сигнала не приближается на вид к непрерывному (плавному). Всё равно вижу лес разрозненных "палок" гармоник. Смотрел окном до 2^22 отсчётов.

Вообще, коллега, похоже, что наш диалог интересен только нам двоим. Отсюда вывод: не пора ли закругляться?

Я не делал бы столь поспешных выводов. Времени и аппаратуры, не хватет, но тема лично мне очень интересна.
Ключевая мысль о том, что состояние усилителя зависит от того, какой сигнал прошёл через него ранее, не даёт покоя.

Если взять за основу ПФ, то что сделать с результатом?

1. Сровнить распределение энергии по спектру - вычислить отношение модулей коэффициентов ПФ, то есть, АЧХ ислледуемого устройства.
2. Аналогично рассчитать ФЧХ устройства.
3. Анализировать результат в деталях.

На что обратить внимание при анализе АЧХ/ФЧХ высокого разрешения, полученных на реальном сигнале? Думаю, в первую очередь, на ФЧХ. Чем более шершавая ФЧХ получится, тем больше проблем у усилителя с временными искажениями. Не знаю, какой термин для таких искажений больше подходит, но речь об искажениях, обусловленных памятью усилителя, то есть, влиянием предыдущего состояния на сиюмоментную работу устройства.
Наклон ФЧХ (зубчатость, скачки графика между +/- 180 градусов) будет зависеть от разницы во времени между записанным и эталонным (записанным со входа исследуемого устройства) сигналом. Задержку можно вычислить и скорректировать, устранив зубчатость на результате вычисления ФЧХ. в номинальном диапазоне частот исследуемого устройтсва.

---------- Добавлено в 11:18 ---------- Предыдущее сообщение в 10:58 ----------

Для анализа ФЧХ с высоким разрешением на нестационартном (музыкальном) сигнале, необходимо, чтобы образец и записанный сигнал были строго равонмерны по времени. Задержка или опережение могут быть скомпенсированны расчётами, но фазовые искажения (джиттер ЦАП/АЦП, если записывать образец со входа и измерение с выхоад в разные заходы) могут сильно помешать оценке нестационарных фазовых искажений усилителя, так как могут быть похожи. Значит, нужно записывать два сигнала одновременно - со входа и с выхода исследуемого усилителя - образцовый и измеренный.
Как вариант - можно использовать запись одним каналом, в два захода: один раз со входа, другой раз - с выхода. Но при этом источник тестового сигнала (ЦАП) и записывающее устройство (АЦП) должны быть жёстко синхронными. В таком случае, джиттер тактового генератора измерительной системы, разный в каждом заходе, будет нейтрализован синхронностью ЦАП/АЦП и не приведёт к большой погрешности оценки фазовых искажений исследуемого устройства. Такой вариант имеет право на жизнь, так как используется только один записывающий канал, а значит, гарантирована идентичность записи как образцового сигнала со входа, так и измеряемого сигнала с выхода DUT.

[zoog]

Audiomaniac, не открывается, потом ещё попробую

Если использовать метод сравнения, то искажения от преобразования непериодического сигнала окажутся одинаковыми что для образца, записанного со входа исследуемого устройства, что для записанного с выхода усилителя.

т.е. погрешность преобразования "без усреднения" на уровне чуть ли не долей процента??? Может, есть всё-таки математически корректные методы?

Всё равно вижу лес разрозненных "палок" гармоник. Смотрел окном до 2^22 отсчётов.

Offтопик:
а число этих палок не скажете?
я не очень разбираюсь в вопросе, но имхо, "влияние предыдущего состояния на сиюмоментную работу устройства" корректно меряют IMD. Хотя, м.б. интегрально и одномерно.

И, если кто не догадался, основная задумка была - а вдруг на реальном сигнале легендарный "ужасно звучащий усилитель со многими нулями в паспорте" покажет-таки на порядок большие икажения.

[EUGENE]

Привет Пару лет назад была очень популярная тема "тепловые искажения" Толчком к обсуждению послужила одноименная статья в №2 1999 журнала Радиолюбитель В первой части статьи автор к испытательным сигналам добавил сигнал частотой 0,1 Гц и изумился результатам. С уважением ES

[.Васильев]

Вообще т это еще Майоров эту тему закрыл ,радио10/79год.

[Nikolay_Po]

т.е. погрешность преобразования "без усреднения" на уровне чуть ли не долей процента??? Может, есть всё-таки математически корректные методы?

Важна в первую очередь психофизическая корректность. Так как мы слушаем ушами музыку, тестовый сигнал должен быть максимально похож на музыку же.
Погрешность получим ровно в те доли процента, какие обеспечивает точность АЦП по всем аспектам с учётом "памяти": по времени и по амплитуде. Да, полагаю, погрешность будет на уровне долей процента.
"Математически-корректные" методы это какие? Ваши предложения?
ИМХО, современная техника позволяет делать преобразования Фурье большими блоками, большими настолько, что окно преобразования может с запасом перекрывать всё время записи тестового отрезка. Не нужно скользящего окна ПФ, окно одно-единственное. Какие могут быть погрешности в этом случае, если вся энергия сигнала записана и учтена в одном ДПФ? Сдвиг во времени относительно границ окна, не выходя за рамки, не приведёт к искажению спектральных плотностей, а фазы гармоник изменятся известным способом и могут быть скорректированы без потерь.

Offтопик:
а число этих палок не скажете?
я не очень разбираюсь в вопросе, но имхо, "влияние предыдущего состояния на сиюмоментную работу устройства" корректно меряют IMD. Хотя, м.б. интегрально и одномерно.

Число палок было 2097151 (реальная часть спектра после ПФ), разрешение порядка 0,01Гц по частоте. Усредняя энергию спектральных составляющих по частоте можно получить классический, непрерывный на вид, спектр. Но без усреднения, палки пляшут вверх/вниз почти без связи.

Про IMD - полагаю, этот тест показывает влияние только "памяти" определённой длины, равной периоду тестового сигнала и (со снижением чувствительности) гармоник (частот, кратных периоду тестового сигнала). Чтобы измерить влияние большего количества вариантов "памяти", нужен более сложный сигнал. Например, мультитон Мусатова. Тест с большим количеством частотных составляющих позволит проверить больше точек на "шкале памяти" усилителя.

И, если кто не догадался, основная задумка была - а вдруг на реальном сигнале легендарный "ужасно звучащий усилитель со многими нулями в паспорте" покажет-таки на порядок большие искажения.

Разумеется. До тех пор, пока нет объектиных методов измерений, результаты которых хорошо коррелировали бы со слуховыми тестами, приходится проверять и выдумывать различные методики.

Продолжу логику развития тестового сигнала от IMD и дальше:

• IMD. Отличный, детерминированный сигнал, на большом промежутке времени - стационарный. Измерения просты, но определяет икажения "по памяти" преимущественно только в одной точке по "шкале памяти".
• Тест Мусатова. Так же стационарен, но с большим периодом - 10 секунд. Легко задаётся аналитически, соответственно, легко анализируется. Работает так же, как IMD но даёт большее количество комбинационных частот с большим периодом.
• Тест музыкальным сигналом. Музыкальный сигнал нельзя описать простой формулой. Значит, и анализировать не просто. Можно только сравнить оригинал и копию, прошедшую через исследуемое устройство. Можно попытаться количественно измерить и оценить качественно отличие полученного от заданного.
• Тест со сложным нестационарным сигналом, аналогичный по спектральному составу с музыкой. Например, шум с распределением спектральной плотности по "кривой равной кромкости". В отилчие от музыкального отрезка, такой шум можно стандартизировать как пр спектральному составу, так и по пик-фактору.

[Сухоруков Сергей]

Про погрешность преобразования - вы шутите?

Какие тут шутки. Вы заменяете непериодический сигнал многократно повторенным фрагментом этого сигнала. И надеетесь, что это не вносит погрешность в результат?

Спектр будет, естественно, сплошным, - тут вопрос в требуемом разрешении по частоте.

Что же Вы будете делать с этим квази-сплошным спектром, коллега? Как добудете отсюда искомый Кг?

---------- Добавлено в 18:07 ---------- Предыдущее сообщение в 18:02 ----------

тема лично мне очень интересна

Флаг Вам в руки! Просто какое-то время мы с автором темы "пели дуэтом". Вот и сложилось впечатление...

Ключевая мысль о том, что состояние усилителя зависит от того, какой сигнал прошёл через него ранее, не даёт покоя.

Это свойственно ВСЕМ нелинейным цепям. И старо как мир электроника. Только как это связано с заявленной темой? Эти искажения характерны для любых сигналов, а не только "реальных".

[zoog]

Вы заменяете непериодический сигнал многократно повторенным фрагментом этого сигнала.

ээ... когда я это делаю? запутали Вы меня.

Что же Вы будете делать с этим квази-сплошным спектром, коллега? Как добудете отсюда искомый Кг?

и до столба можно докопаться. Хотя искать IMD 10го порядка сигнала с 1М составляющих даже для современных компьютеров м.б. неадекватной задачей -> потребуется оптимизация.

Погрешность получим ровно в те доли процента, какие обеспечивает точность АЦП по всем аспектам с учётом "памяти": по времени и по амплитуде. Да, полагаю, погрешность будет на уровне долей процента.

Потерял Вашу мысль. Амплитудная погрешность АЦП не хуже сотых долей процента даже в интегрированных ЗК. По времени - ? что-то экзотерическое?

"Математически-корректные" методы это какие? Ваши предложения?

Мне кажется, ошибку в доли процента можно получить только в сильно-инженерно-оптимизированных алгоритмах. Обычное преобразование даёт любую нужную точность ценой вычислений.

[Audiomaniac]

Audiomaniac, не открывается, потом ещё попробую

Все должно работать, только что проверил