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

[Alex]

а все измеренные усилители с КНИ ниже единиц % - звучат одинаково,

А если это не так - то надо придумать еще две-три галиматьи, типа "амплитудно-фазовых" или еще каких?

[Ageres]

А если это не так - то надо придумать еще две-три галиматьи, типа "амплитудно-фазовых" или еще каких?

Не надо ничего придумывать, позовите Верта - он вам всё толково расскажет. И про линейные динамические и нединамические косые прямые и обратные.

[stan marsh]

[misha88]

Нагрузка - SB17NRX35-8-UC без фильтров.

И без корпуса? Реакция многополосной системы в корпусе будет другая, чем от отдельного динамика (кстати, поэтому использовать свой усилитель на каждый динамик лучше). Я уж не говорю, что реакция системы будет заметна на усилителях, у которых очень малые искажения на активной нагрузке, а не как у Вас. В любом случае у Вас неплохой ВК на выходе и проверять на реальную нагрузку стОит. В любом случае только по количеству гармоник на синусе или двух синусах о качестве звучания судить не возможно. Как минимум надо проверить импульсную реакцию на реальной нагрузке.

[Malinovsky D]

И без корпуса?

В заглушенном ОЯ. По планам это СЧ бокс.

Реакция многополосной системы в корпусе будет другая, чем от отдельного динамика (кстати, поэтому использовать свой усилитель на каждый динамик лучше)

Это понятно. В данном случае было интересно проверить отличия в искажениях на активной нагрузке и на динамике. Эти отличия находятся за пределами моей измериловки.
Да, на картинке есть отличия в третьей гармонике.
По факту эта третья гармоника не стоит на одной амплитуде, а "плавает" с небольшой скоростью вверх-вниз.

Я уж не говорю, что реакция системы будет заметна на усилителях, у которых очень малые искажения на активной нагрузке, а не как у Вас.

Основная мысль, которую хотелось донести этими картинками, заключается в том, что если у УМ низкое выходное сопротивление, то нелинейность потребляемого тока динамика не оказывает существенного влияния на его параметры.

Коллега Vinni выкладывал здесь модель динамика в MicroCap для использования в качестве реалистичной нагрузки для УМ. И вот эта модель нагрузки просто феноменально влияла на линейность усилителя даже на обычном синусе, вызывая некоторое беспокойство.
Однако, на спектрах можно увидеть, что беспокоиться не о чем. Ничего такого сверхъестественного с УМ не происходит. Столь сильное влияние модели на УМ обусловлено лишь проблемами симулятора, и к реальности отношения не имеет.

[Alex]

Не надо ничего придумывать, позовите Верта - он вам всё толково расскажет

Так он-же эту галиматью и придумывает

[Vinni]

Vinni выкладывал здесь модель динамика в MicroCap для

универсального применения.
Вот даже ГРЧ отладил, работает.
ГРЧ.cir
Искажухи подправил, ума и времени не хватает на это:
https://www.researchgate.net/publica...r_Dopant_Drift
https://www.researchgate.net/publica...uctive_Systems

[Malinovsky D]

работает.

Два варианта нагрузки на некую модель УМ. Частота 10 кГц
Первый - резистор 4 Ом с паралельно ему включенным через диод MUR820 резистором 4 Ом. Нагрузка с отвратительной линейностью.
Вторая - модель динамика.


В первом случае искажения 30 u%
Во втором - частокол гармоник с уровнями 1200u% каждая.
Так и должно быть? Модель динамика увеличивает искажения УМ на два порядка, по сравнению с нагрузкой, имеющей двукратную несимметрию.




На 1 кГц разница в пользу модели динамика - искажений в несколько раз меньше, чем через RDR цепочку.

---------- Сообщение добавлено 15:32 ---------- Предыдущее сообщение было 15:26 ----------

https://www.researchgate.net/publica...uctive_Systems

Признаюсь - вникать не буду. За всеми знаниями не угонишься.

[Vinni]

Частота 10 кГц

Я старался сделать максимально реальный динамик.
Но абсолютные значения нелинейности я не шлифовал.
Причину указал выше.
Старался попасть в порядок.
Если на 30 Гц на 10В искажения 30-50% по SPL, то считаю что похоже.
Типа так 0.01, 0.1, 1 И 10в.

Как поведёт себя мидбас на 10 кГц с нелинейностями?
На мой скромный взгляд, предсказать невозможно.

0.0012%?
Мне кажется очень даже похоже на правду.

Эта модель - новый инструмент, и мы только начали им пользоваться.

[Malinovsky D]

0.0012%?
Мне кажется очень даже похоже на правду.

Ваша модель на 10 кГц в 100 более нелинейна, чем цепь RDR для УМ с высокой линейностью. Не в два и не три раза. А в 100. При том, что в RDR ток положительной и отрицательной полуволны отличается в ДВА раза, и сам этот ток имеет десятки процентов искажений. Динамику до таких искажений тока очень и очень далеко.
Поэтому, с точки зрения эмуляции нагрузки на УМ, ваша модель не полной мере отражает реальность. И спектры, показанные выше, об этом и говорят.

Каждый решает сам, что ему и где применять. Но дополнительный анализ пригодности модели лишним не будет.

[wert]

надо придумать еще две-три галиматьи, типа "амплитудно-фазовых" или еще каких?

Для особо одаренных обычно раз двадцать одно и тоже повторяют,
и после этого не факт что зайдет,
но надежда всегда остается.
Повторю в какой уж раз несколько русскоязычных источников по амплитудно-фазовым искажениям,
а их тысячи таких источников не русскоязычных...
1. Амплитудно-фазовая конверсия / Под ред. Г.М. Крылова. М.: Связь, 1979
2. Автоматические компенсаторы амплитудно-фазовых искажений / Под ред. П.А. Попова. Воронеж: Воронежская высшая школа МВД России, 1998
3. Разработка и исследование квадратурных фазовых модуляторов с компенсацией амплитудно фазовых искажений тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.12.17,
Шерстюков Сергей Анатольевич
4. Теория и применение усилителей радиосигналов с автоматической компенсацией амплитудно-фазовых искажений
тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.12.17, доктор технических наук Ромашов Владимир Викторович
5. Основы построения радиолокационных станций радиотехнических войск. стр.245
6. АМПЛИТУДНО-ФАЗОВАЯ КОМПЕНСАЦИЯ ВОЗДЕЙСТВИЯ МОЩНОЙ ВНЕПОЛОСНОЙ ПОМЕХИ НА РАДИОПРИЕМНОЕ УСТРОЙСТВО 01.04.03 – Радиофизика,
Калинин Владимир Андреевич
7. Метод аналитического расчета вероятности символьной и битовой ошибок сигнала с амплитудно-фазовой манипуляцией в нелинейном канале А. П. Струков
8. Коррекция фазовых искажений и обработка биомедицинских сигналов.
Беляев К.Р., Морозов А.А.

9. ИССЛЕДОВАНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК ТОЛСТЫХ ДИФРАКЦИОННЫХ РЕШЁТОК МЕТОДОМ ЛАЗЕРНОЙ ГЕТЕРОДИННОЙ ТОМОГРАФИИ П. Е. Твердохлеб, Ю. А. Щепеткин, И. Ш. Штейнберг
Рис. 3. Зона малых амплитудно-фазовых искажений
10. Имитатор фазовых искажений волнового фронта В. Киселев, Е. Берченко, А. Филатов
11. Эквалайзер для коррекции мультидоплеровских искажений OFDM-сигналов в сетях LTE и McWILL О.А. Шорин, профессор, д.т.н.; Г.О. Бокк, д.т.н.

[Ageres]

Осталось глянуть на каких частотах велись исследования в этих уважаемых книжках, а заодно понять причем тут усилки ЗЧ и золотой ключик у нас в кармане .

[wert]

Осталось глянуть на каких частотах велись исследования в этих уважаемых книжках, а заодно понять причем тут усилки ЗЧ и золотой ключик у нас в кармане .

Источник №1 почитайте, в инете есть.
Общие принципы для всех диапазонов описаны,
проявление и расчет таких искажений в том числе
для транзисторных однокаскадных схем в НЧ диапазоне рассматривается.

[Johny]

Амплитудно-фазовая конверсия / Под ред. Г.М. Крылова. М.: Связь, 1979

почитайте

проявление и расчет таких искажений в том числе
для транзисторных однокаскадных схем в НЧ диапазоне рассматривается.

Какую страничку почитать, подскажите.

[Vinni]

Ваша модель на 10 кГц в 100 более нелинейна

Естественно.
Мидбас на 10 кГц почти не двигается и как она себя ведёт...?

Ещё раз повторю, это не генератор искажух, а модель реального динамика.
И она ведёт себя в электрической, механической и акустической части, как настоящий динамик.

Нелинейность можно подправить параметром K меминдукторов в меньшую сторону - THD меньше.
Сделайте K=10 или меньше, пока нелинейность вас не устроит.
Больше всего влияет Сms.

[Alex]

wert, не путай фазовые искажения, с пропагандируемой тобой в соседних темах галиматьей.

[wert]

Какую страничку почитать, подскажите

Желательно с начала до конца пройтись для ознакомления с проблемой.
В содержании есть расчет искажений каскадов...

[Malinovsky D]

Offтопик:

Источник №1 почитайте, в инете есть.

Спасибо, посмотрел.
Все, что увидел, касается радиосигналов.
Возможно, для всяких там уплотнителей каналов, где используется одновременно несколько видов модуляции на одной несущей, это важные вещи.
Для звука, где в многополосной АС фаза может вращаться самыми загогулистыми способами и при этом хорошо играть, такие строгие дисциплины не кажутся актуальными.

---------- Сообщение добавлено 18:56 ---------- Предыдущее сообщение было 18:53 ----------

Естественно.

Вы серьезно? Мидбас на 10 кГц ухудшит линейность усилителя в 100 раз сильнее, чем RDR цепочка из резисторов 4 Ом и диода?
Есть измерения? Покажете?

[Dieselboy]

Примерные варианты ситуации ...
1. Не тренирован слух(отсутствие).
2. Не встречал звучащих иначе.
3. Показалось.

В том-то и дело, что встречал и встречаю, правда при макетировании. Бывают такие ситуации, что не обмануть слух, даже если захочешь. Но дело там не в каких-то долях искажений, а реально происходит "доработка" сигнала, причём по громкостной составляющей. Но наступает иногда момент икс, когда что-то "подгарает" и всё уходит как будто и не было - соответсвует результатам моделирования; например, введение ПОС по результатам моделирования даёт только увеличение Ку - т.е. линейное увеличение громкости во всей полосе частот, но если собрать с 0 не подгоревшее, не перегруженное возбудами, то басы "тянутся" процентов на 200. Есть и тому подобные другие приёмы со схемотехникой каскадов построения УНа.

Но в случае когда нет ПОС и других "фишек" модифицирующих звук, а только классика и ОООС - ловить нечего - звучит всё одинаково (транзисторно-неразборчиво) - разница в звучании на уровне самовнушения. Проверено - через пару минут-часов всё слышимое улучшение/различие проходит.

[wert]

Все, что увидел, касается радиосигналов.

66 страница и далее,
усилительные каскады без ОС с ОС, в линейных режимах и проч...