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

[Medan]

Это подтверждается и на слух (по меньшей мере, в условиях моей лаборатории). Но субъективно, незначительная разница все равно есть.

Евгений, найдите слухача, и привяжите его рядом)) И только с ним поговорите. Возможно, у Вас что-то прояснится. Это единственное, что могу посоветовать по результатам Ваших исследований. А пока искренне сочувствую. Уж простите меня старого))
Чувствую, пока рано всё выкладывать.

[eksaedr]

Полноформатно поучаствовать в дискуссии не смогу. Но всё же хочу напомнить ещё один очень простой взгляд (то есть модель, которую легко представить) на то, что нашим ушам предположительно не нравится. А именно, эта модуляция нелинейности может быть представлена следующим образом. У нас есть амплитудная характеристика (АХ) усилителя Vout = Vout(Vin). В идеале - прямая, реально - не совсем (ну нелинейность же). И сигнал - это точка, которая бегает по графику этой почти прямой. Так вот если по каким-то причинам точка бегает не всё время по одной и той же прямой, а "немного где-то рядом", можно использовать термин джиттер АХ - отклонение пути этой точки от некоего квазистационарного случая (для УПТ это понятно что).

джиттер АХ четко фиксируется по одному пути обратной связью(назовём предсказуемость), в безООСных усилителях путь непредсказуем. Одним нравится предсказуемость другим неизвестность, это всего лишь ещё одна аналогия всем известная(но прежде всего чувствуемая на подсознательном уровне).

[Medan]

но с сильным сигналом. Тут всё и выползает..

[bukvarev]

Так в этом и есть вопрос: что допиливать? Какие именно параметры и для чего.

У каждого аппарата свои "болячки". Для того, чтобы уровень искажений оказался ниже порога, определяемого шумом квантизации 15 бит ("пилить", пока в "Windows" тесте в полосах искажений будет не больше "минус" 78 дБ).
Эти искажения не смогут субъективно выловить (на вскидку, за цифру не ручаюсь) процентов 90 слушателей.

А после сами послушаете, может, и желание дальше что-либо улучшать пропадет.

[Orion33]

У каждого аппарата свои "болячки".

Я про параметры, а не болячки. У каждой топологии свои способы понижения уровней THD и IMD. Чтобы что-то лечить, нужно сначала получить "кардиограмму" и правильно ее интерпретировать.

[Semigor]

Но субъективно, незначительная разница после "допиливания" все равно есть.

Послушайте с хорошим безосым источником - с большой вероятностью будет значительная.

[bukvarev]

Я про параметры, а не болячки. У каждой топологии свои способы понижения уровней THD и IMD. Чтобы что-то лечить, нужно сначала получить "кардиограмму" и правильно ее интерпретировать.

Еще раз. Без разницы, как Вы это будете делать. Если Вы - хороший конструктор, то сможете вне зависимости от топологии этих результатов добиться.

[Medan]

С точки зрения "технократического подхода" все очевидно: меньше разность - точнее результат. И это сомнению не подлежит.

Евгений, Вы понимаете, что опровергаете,то что сами замечали?!! Меньше Кг, а звук хуже!!! Ну блин! Не садитесь на этот крючок. Коррелируйте с услышанным. Только так!!! Пока Ваша фраза Вас губит. Успехов.

[bukvarev]

Евгений, Вы понимаете, что опровергаете,то что сами замечали?!! Меньше Кг, а звук хуже!!! Ну блин! Не садитесь на этот крючок. Коррелируйте с услышанным. Только так!!!

Да блин блинский . Наоборот, предложен способ оценки уровня искажений, который имеет мало общего с коэффициентом гармоник.

[Semigor]

Да блин блинский . Наоборот, предложен способ оценки уровня искажений, который имеет мало общего с коэффициентом гармоник.

Это действительно здорово!
Завязываю с офтопом.

[Medan]

Да блин блинский . Наоборот

В масленицу, это особо монументально звучит, хотя уже пост начался. Поэтому прошу меня искренне простить., я тоже завязываю с офтопом. И пошёл я, непросто...., а пошел паять )) Всем успехов.))!

[Orion33]

Еще раз. Без разницы, как Вы это будете делать. Если Вы - хороший конструктор, то сможете вне зависимости от топологии этих результатов добиться.

Еще раз. Я не спрашиваю, что и где мне настраивать. Мне хочется иметь измерительный инструмент, который будет давать объективную оценку доселе эфемерным понятиям.

[bondar100]

Offтопик:

И не просто на реальную нагрузку, но с сильным сигналом. Тут всё и выползает...

Однако (!) у нас есть описанный ранее эксперимент Медана.
Заключается в том, что ВК (вернее УМ) отделен от УН - разные БП и даже в разных корпусах (насколько я понял). ОС между УМ и УН отсутствует.
При этом он слышит разницу между УН с ООС и УН без ООС при том же УМ. Как человек увлеченный , он слышит, что ООС все портит.

Но ведь с реальной нагрузкой общается только УМ... Как же быть? Выходит, что не только в нагрузке дело?

[bukvarev]

Мне хочется иметь измерительный инструмент, который будет давать объективную оценку доселе эфемерным понятиям.

А текущее предложение с оценкой уровня искажений в полосах относительно порога заметности чем конкретно не устраивает?
Могу добавить указание на те участки фонограммы, где искажения кратковременно превышают пороги, в этих местах можно попробовать "вслушаться" (как я когда-то делал с искажениями квантизации)

[begemot61]

Поэтому я попробовал теперь подойти к вопросу с точки зрения психоакустики, и убедился в том, что:
1. Хороший безОООСник может давать искажения ниже порога заметности.
2. Хороший ОООСник не сильно его в этом обгоняет.

А что сопсно в этом удивительного или нового?Ключевое слово "хороший".
Вне зависимости от того как Вы их измеряете, классическими или Вашим методом. Их очень немного и в первой и во второй категории.
А учитывая что большинство вообще не измеряет почти ничего и считает что так и надо.
А потом рассказывают трагичные истории про то что осник на Ы90 ну не звучит совсем...

[Orion33]

А текущее предложение с оценкой уровня искажений в полосах относительно порога заметности чем конкретно не устраивает?

\
Тем, что это выполнено в виде модели, а не конкретного прибора или хотя бы программы.

[Rondo]

Offтопик:

разницу между УН с ООС и УН без ООС

Да,именно эти утверждения почему-то были упущены при рассуждениях,а речь шла с некоторой подачи об ОС,как деградирующем факторе в принципе,а не с привязкой её к УМ,работающему на комплексную нагрузку и с токами.

[bukvarev]

Тем, что это выполнено в виде модели, а не конкретного прибора или хотя бы программы.

Ну ни фига себе, уже и программу подавай
Это не модель, а реальные измерения. Сама программа выглядит в виде скрипта для Матлаба.
Поправлю тестовый файл, можно будет записать, я обработаю.
Скрипт тоже выложу. Ставьте Матлаб и проверяйте на здоровье результаты.

Для того, чтобы писать исполняемый код, нужно провести полный цикл исследований и получить статистику. У меня еще не все мысли проверены.

---------- Сообщение добавлено 20:26 ---------- Предыдущее сообщение было 20:12 ----------

А что сопсно в этом удивительного или нового?Ключевое слово "хороший".
Вне зависимости от того как Вы их измеряете, классическими или Вашим методом. Их очень немного и в первой и во второй категории.

И да, и нет. Например, для меня было неожиданно, что безОООСник показал такие результаты в полосах. Вы лично это знали раньше?
Кроме того, теперь я точно знаю, как звучит "подшерсток" из гладких нелинейных искажений малого порядка и какой можно выставить порог детектора искажений.
И еще представляю, что этим дело не ограничивается. Нужно искать причину разницы, например в детальности.

Рассматривайте эту ветку как мою (а точнее, нашу в составе лаборатории) попытку ответить на "основной вопрос усилителестроения", уж не знаю, правильную или нет

А так - да. Как не измеряли толком обычными способами, так и предложенным вряд ли будут. Это ж нужно хоть какое-нибудь усилие приложить..

[Игорь Гапонов]

Offтопик:
...Если глянуть любой микшерский пульт и прочие ПРО-устройства, применяемые для записи звука - там много ОУ, причем чаще всего далеко не аудиофильские. Естественно, все с ООС. Не очень понятно, как после десятков ОУ и петель ООС в тракте записи именно еще одна петля в тракте воспроизведения все портит?

Я не оппонирую, просто не понимаю, как это работает? Тот же вопрос и противникам применения ОУ в тракте воспроизведения.

Казалось бы, тракт записи и воспроизведения - это один тракт транспортировки звука от источника звука (поющей тетеньки) до потребителя звука (уха слушателя). Принципиальное же отличие в том, что запись звука ведется на слабом токе, а воспроизведение требует относительно сильных токов (и напряжений) в финале, даже если это будут наушники.

Между прочим, это твоё сообщение здесь вовсе не оффтоп.

https://ru.wikipedia.org/wiki/Led_Zeppelin_IV

Скрытый текст

После записи основных треков для альбома, группа направилась в Island Studios, в то время как на студии Sunset Sound в Лос-Анджелесе началось микширование композиций Пейджем и Джонсоном. Однако, из-за некачественного сведения песен, было принято решение заново провести мастеринг в Лондоне, в связи с чем на несколько месяцев сместилась дата релиза.^[6] По словам Пейджа, студия Sunset была великолепна и за проведённую там неделю было смикшировано много материала, однако, послушав результат в студии Olympic, остальные участники группы забраковали его и в финальный альбом попал только вариант «When the Levee Breaks». Проблема, по словам Пейджа, заключалась в разнице оборудования студий Sunset и Olympic: динамики последней были настроены на средние частоты, в результате «вся высота и глубина звука куда-то исчезли»^[5].

[свернуть]

(сразу видно, что на студийной стороне неизбежно присутствует какой-никакой воспроизводящий тракт)

Таким образом, основная цель аудио - передать акустические стимулы, включая стимулы от искажений студийной аппаратуры, слушателю такими, как если бы слушатель сидел на месте продюсеров-творцов. А не "отсутствие искажений в тракте"!

[Semigor]

Offтопик:

Таким образом, основная цель аудио - передать акустические стимулы, включая стимулы от искажений студийной аппаратуры, слушателю такими, как если бы слушатель сидел на месте продюсеров-творцов. А не "отсутствие искажений в тракте"!

Во, хоть с тезкой у нас есть общие мысли