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

[wert]

Все, причину нашел. При ручной нарезке файлов ошибся на один сэмпл.

При пост обработке и нарезке могут быть ошибки, я начало файлов wav форумчан также по сэмплам считал.
Хотя эталонный сигнал по одной дорожке, выходной сигнал по второй дорожке записывались, ошибки все одно были, приходилось вручную корректировать.
При измерении в реальном времени проще, два щупа (два канала) анализатора спектра фазы в одну точку тракта - разница фаз тысячные доли градуса (экспресс калибровка).
В разных точках звукового тракта соответственно замер.
Сейчас я полностью отказался от пост обработки, так как LabView позволяет любую математику реализовать и проводить измерения в реальном времени, к тому же модули есть для дистанционного измерения.
Да, пост обработка требует большего времени и внимания - ваши выходные на работе в лаборатории, надеюсь польза и удовольствие получены.

[Orion33]

Offтопик:

вплоть до качества проводов... Даже припой влияет...

Ужас какой... Я думал, мантры про провода, смоченные слезой арийской девственницы, только на удипортале и шабаде твердят. Докатились... Наверное, при некашерных проводах и припое Высоцкий на 9й скорости не достаточно хрипит.

---------- Сообщение добавлено 10:46 ---------- Предыдущее сообщение было 10:39 ----------

АС ДГ на порядки дает большие искажения в районе резонанса.

Кстати, да. Евгений, а попробуйте сделать "дырку" с несущей в районе резонанса ДГ.

---------- Сообщение добавлено 10:57 ---------- Предыдущее сообщение было 10:46 ----------

Сейчас я полностью отказался от пост обработки, так как LabView позволяет любую математику реализовать и проводить измерения в реальном времени, к тому же модули есть для дистанционного измерения.

Не стойте иллюзий, это тоже пост-обработка: отсчеты записываются в память буфера "пачками", как Вы задали программой, а потом ведется их математическая обработка. Как в цифровых осциллографах.

[оператор]

Вот и я о том.
Не пользуйтесь цифровыми осциллографами, а при обработке ЦОС нужно всегда помнить что - не все так как кажется, на самом деле.

Что меня смущает в этой, несомненно полезной работе ТС.
1. Все, таки нельзя говорить о динамических процессах, как ни крути. Симулировать полноценно все процессы реального воспроизведения музыки , не получается.
2. Привязка к конкретным усилителям, схемотехнике, технологии, топологии.
Однозначность полученных результатов, лично у меня вызывает сомнения, в их подтверждении на других усилителях, АС, мощностях.
3. Чем, все закончится? Будет очередная методика, и опять спорная.
ТС. без обид и конечно не бросать нужное дело, надеемся конечно, что будет на однозначная методика, которая все расставит по местам.

[anatol0]

Чем, все закончится?

Без корреляции с субъективным восприятием не закончится...

[Semigor]

Честно говоря, интересно было бы выловить именно "феномен безОООСника", если таковой существует.

Тут такое дело. С компьютерной карточкой в качестве источника я бы например не взялся отличить вслепую однотактник от хорошего ОООсника. Поэтому, если считать человека эталонным измерительным инструментом, надо и для инструментальных измерений использовать такой источник, с которым разница между усилителями слышна лучше, то есть бозосый

[bukvarev]

Поэтому, если считать человека эталонным измерительным инструментом, надо и для инструментальных измерений использовать такой источник, с которым разница между усилителями слышна лучше, то есть безосый

Игорь, а Вы сами как считаете, возможны ли такие искажения сигнала, которые, имея очень малую мощность, хорошо заметны на слух?
Имеется ввиду мощность разностного сигнала между эталоном и выходом усилителя.

На примере "Каменного однотактника" был получен лабораторный результат, который можно обосновать с научной точки зрения, без обращения к потусторонним силам, а именно то, что устройство с безинерционными нелинейными искажениями малого порядка обеспечивает в полосах такой же динамический диапазон, как и хороший ОООСник.
Если отградуировать измерительный комплекс, скажем, по шуму квантизации 14 или 15 бит, то в первом приближении половина ОООСных конструкций его не пройдет.

[ИГВИН]

возможны ли такие искажения сигнала, которые, имея очень малую мощность, хорошо заметны на слух?

Диссонансные гармоники, вестимо.
Отсюда можно почерпнуть что-нибудь полезное, для нашего безнадежного дела.
http://theory.solfa.ru/20-%d0%b2%d0%...d%d1%81%d1%8b/

Тут звуковые примеры, не знаю, насколько они полезны...
https://www.music-theory.ru/index.ph...id=226&lang=ru

[eksaedr]

Переходная характеристика усилителя -- это и есть искажения. Правильно я думаю? Векторный индикатор искажений показывает ПХ, кроме того он покажет где искать ошибки. я не понимаю зачем ещё чего-то изобретать, когда есть такой прекрасный инструмент.
Думаю лучше заняться совершенствованием уже имеющегося, чем неизвестно к чему идти.

[Orion33]

Хочется мерить не качественно, а количественно.

[bukvarev]

Переходная характеристика усилителя -- это и есть искажения. Правильно я думаю?

Нет.

Векторный индикатор искажений показывает ПХ, кроме того он покажет где искать ошибки. я не понимаю зачем ещё чего-то изобретать, когда есть такой прекрасный инструмент.

Интересно посмотреть, как Вы будете этим векторным анализатором измерять искажения сигнала в акустике, или хотя бы даже CD проигрывателя /ЦАПа.

[eksaedr]

Нет.

Растолкуйте что не так.?

---------- Сообщение добавлено 16:08 ---------- Предыдущее сообщение было 16:01 ----------

как Вы будете этим векторным анализатором измерять искажения сигнала в акустике

элементарно, максимально компенсируем фазу и амплитуду, остатки и есть пх. имея при этом нормированный сигнал(неважно какой)вычисляем количество искажений.

хотя бы даже CD проигрывателя /ЦАПа

вот и совершенствуйте методу.

[bukvarev]

Растолкуйте что не так.?

ПХ - мера линейных искажений, определяющая частотную характеристику линейной цепи. ПХ прямоугольного вида будет лишь у цепи с бесконечно большой полосой пропускания и линейной ФЧХ.
Нелинейные искажения на ПХ могут не выявляться.

элементарно, максимально компенсируем фазу и амплитуду, остатки и есть пх. имея при этом нормированный сигнал(неважно какой)вычисляем количество искажений.

И наловите всю реверберацию помещения, линейные искажения тракта. И сказать про усилитель будет ничего нельзя.

вот и совершенствуйте методу.

Ваше предложение, вот сами и совершенствуйте.

[eksaedr]

И сказать про усилитель будет ничего нельзя.

Я не понимаю Ваших перескакиваний, мы анализируем усилитель или тракт полностью, с усилителем проще, меняем точку приложения ивсё.

---------- Сообщение добавлено 16:43 ---------- Предыдущее сообщение было 16:30 ----------

И наловите всю реверберацию помещения

за одно и проанализируем кдп, она тоже часть.

[bukvarev]

Я не понимаю Ваших перескакиваний, мы анализируем усилитель или тракт полностью, с усилителем проще, меняем точку приложения ивсё.

Я не перескакиваю никуда. Усилитель - составная часть. Можно измерить отдельно усилитель, можно - тракт. На любом желаемом сигнале, а не только на гармонике.

Есть разрабатываемый способ измерения трактов. Проводятся исследования, причем целенаправленные. Способ развивается, появляются результаты. И они обсуждаются.

А Вы предлагаете на все забить, и использовать древний двухвходовый способ, который сразу является неудобным и ограниченным по возможностям. И который никто на практике не использует.
Если считаете, что все элементарно, и нужно только точку приложения поменять, то сделайте свои измерения, создайте ветку про векторный способ, опубликуйте на форуме результаты и предложения. Их обсудят.
А то все-то у Вас просто. Махнул старой пыльной шашкой - и готово. И все про КДП узнали, и ПХ измерили, и т.д.

[Semigor]

Игорь, а Вы сами как считаете, возможны ли такие искажения сигнала, которые, имея очень малую мощность, хорошо заметны на слух?
Имеется ввиду мощность разностного сигнала между эталоном и выходом усилителя.

Возможно возможны Чисто технических знаний для ответа на этот вопрос я думаю недостаточно. А тут все больше узкие специалисты собрались, знаний психоакустики не хватает. Да и сама эта наука находится в зачаточном состоянии, на мой дилетантский взгляд.

На примере "Каменного однотактника" был получен лабораторный результат, который можно обосновать с научной точки зрения, без обращения к потусторонним силам, а именно то, что устройство с безинерционными нелинейными искажениями малого порядка обеспечивает в полосах такой же динамический диапазон, как и хороший ОООСник.

Это действительно значимый результат, частично снимающий с безосников обвинения в прямом родстве с "бабушкиным радио".
Но он никак не объясняет, почему на мой вслух хороший безосник играет заметно лучше хорошего глубокоосника.
Впрочем, Ваш подход - решить задачу кардинально абсолютно правильный. Даже если это не получится сделать - промежуточные результаты однозначно будут полезны, и они уже есть.

[eksaedr]

Зря Вы про дедовский метод так. Если бы прочитали, то знали бы что измеряется реальный звуковой сигнал.
Я понял точку зрения больше нелезу, изобретайте, УДАЧИ.

все-то у Вас просто

Природа весьма проста -- что неудовлетворяет этому должно быть отвергнуто. Ломоносов.

[brier]

на мой вслух хороший безосник играет заметно лучше хорошего глубокоосника.

Все жанры ?

[bukvarev]

Это действительно значимый результат, частично снимающий с безосников обвинения в прямом родстве с "бабушкиным радио".
Но он никак не объясняет, почему на мой вслух хороший безосник играет заметно лучше хорошего глубокоосника.
Впрочем, Ваш подход - решить задачу кардинально абсолютно правильный. Даже если это не получится сделать - промежуточные результаты однозначно будут полезны, и они уже есть.

Спасибо!
Мы "Одесско-Нижегородской лабораторией" здорово увлеклись эти вопросом. А учитывая тот факт, что сами неплохо паяем и слышим, надеюсь, доберемся до более близких к слуховым ощущениям критериев. Сейчас, кстати, активно обсуждаем в кулуарах еще один подход. Вдруг он "выстрелит" Задача очень сложная, и профессиональное образование с одной стороны помогает, с другой - мешает. Всегда утягивает к классике. А нужно умудриться догадаться до основной причины, это - самое нетривиальное в исследованиях.

[Игорь Гапонов]

Зря Вы про дедовский метод так. Если бы прочитали, то знали бы что измеряется реальный звуковой сигнал.

испешели 4 ю

Скрытый текст

Offтопик:
во-первых, ваш здешний "офф" уже с троллейбусным душком.

во-вторых, с чего вы взяли, что журнал радио со статьями Акулиничева такой редкий и Евгений (или я, т.к. помнится ваш здешний дембельский совет мне с ними ознакомиться) с ними не знаком? Прочтите его сообщение чуть выше с перечислением недостатков "баланса по Акулиничеву": его метод принципиально ничем, кроме визуализации не отличается от метода Баксандала (ссылку на первоисточник на английской мове найдёте на этой ветке). Не понятно? Тогда со своей стороны советую именно вам ещё раз их, статьи Акулиничева, после которых отваливается для вас неизвестно какая половина вопросов, прочитать и уточнить для себя содержание этой половины.

[свернуть]

[Semigor]

Все жанры ?

Нет, наверное, ведь я все не жанры слушаю.

Задача очень сложная, и профессиональное образование с одной стороны помогает, с другой - мешает. Всегда утягивает к классике. А нужно умудриться догадаться до основной причины, это - самое нетривиальное в исследованиях.

Верно, я всегда начинаю решать новую задачу так, как будто никто до меня ей не занимался. И только когда нарисуется энное число вариантов - перехожу к чтению литературы.

Мы "Одесско-Нижегородской лабораторией" здорово увлеклись эти вопросом.

Ну, одесситы в этом плане впереди планеты всей!