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

[bukvarev]

внятного и обоснованного ответа нет, просто "мне так нравится".

К счастью, причины отсутствия ответа могут быть и другими

---------- Сообщение добавлено 13:54 ---------- Предыдущее сообщение было 13:51 ----------

Для кого искать измерения, наилучшим образом сочетающихся со слуховыми ощущениями?

Каждый прежде всего ищет для себя, если ему это интересно.
И он вправе поделиться, если заметит что-нибудь по его мнению стоящее внимания.
Ну, или не поделиться.

[Alex]

К счастью, причины отсутствия ответа могут быть и другими

Тогда их было бы легче обяснить

[Валет]

Каждый прежде всего ищет для себя, если ему это интересно.
И он вправе поделиться, если заметит что-нибудь по его мнению стоящее внимания.
Ну, или не поделиться.

речь идет о поиске измерений, наилучшим образом сочетающихся со слуховыми ощущениями.

В каком состоянии поиск? Он идет уже много лет.

[bukvarev]

В каком состоянии поиск?

В прекрасном. И приносит результаты: технические решения, о которых без этого поиска я бы не стал задумываться, посчитав их несущественными.
За эти годы моя личная система приоритетов (которая, надеюсь, есть у каждого инженера), трансформировалась в значительной степени.

[VladimirV]

А зачем обнаруживать? То, что для одного лучшесть, для другого будет худшестью. Звуковые предпочтения у людей различаются. Кому-то нравится звучание с минимумом искажений, другие предпочитают различного характера искажения, кому-то нравятся даже коммутационные искажения. Любое звучание найдет своего потребителя.

С одной стороны - вроде правильно. Но с другой - полностью отрицает значимость объективных критериев субъективного восприятия.
Как ни крути, а "кислость" еды однозначно определяется показателем pH. И хотя все люди эту "кислость" оценивают у одних и тех же продуктов по разному - продукт, у которого pH меньше покажется каждому из них кислее остальных. Без исключений.
Вот тоже самое и в звукотехнике. Да, восприятие у каждого субъективное. Но это вовсе не означает, что нету объективных критериев его оценки, пусть не функционально-однозначных, а хотя бы монотонно соответствующих. Вот поиском таких критериев и занимаются многие звукотехники. Включая и автора темы.

---------- Сообщение добавлено 12:44 ---------- Предыдущее сообщение было 12:39 ----------

Он идет уже много лет.

Причем - во многих странах. Но проблема сложна.
Это в начале пути быстренько усвоили КНИ, сигнал/шум и полоса. Потому что их легко было измерить. Но потом оказалось, что просто этих критериев мало, и они однозначной расстановки по шкале качества не дают. Так что - ищут.

[ААПП]

Ищут пожарные, ищет милиция, ищут давно и не могут найти такие критерии, чтоб свои горбатые усилители представить восхитительными.
Нуачо, искать критерии оказалось существенно проще, чем сделать приличный усилитель.

[shura1959]

искать критерии оказалось существенно проще, чем сделать приличный усилитель

У автора темы с сотоварищи есть "в железе" прекрасные усилители, например, CSA.

[Валет]

это вовсе не означает, что нету объективных критериев его оценки, пусть не функционально-однозначных, а хотя бы монотонно соответствующих. Вот поиском таких критериев и занимаются многие звукотехники. Включая и автора темы.

Объективность КНИ, его корреляция с качеством звучания не подвергалась сомнению в ламповую эру. Однако, это корреляция была утрачена с появлением транзисторных усилителей. В них изменился характер искажений – появились ВЧ гармоники, сильно влияющие на слышимость искажений. По некоторым оценкам их заметность пропорциональна квадрату порядка гармоник, чего существующие методики измерения не учитывают, а удифильские измерения в большинстве случаев их просто игнорируют. Так что, если речь идет о поиске измерений, наилучшим образом сочетающихся со слуховыми ощущениями, то в первую очередь нужно правильно измерять искажения. Для этого нужно научиться учитывать при измерениях ВЧ гармоники, для чего измерения надо проводить в полосе не менее нескольких МГц. Кроме того, надо учитывать их весовой вклад в субъективную заметность искажений, как это делается при взвешивании шума. В определении коэффициентов взвешивания нужна массовость, и здесь заинтересованные удифилы могли бы сказать свое слово. А пока поиск измерений, наилучшим образом сочетающихся со слуховыми ощущениями, похож на поиск под фонарем, а не там, где потерял.
ИМХО

У автора темы с сотоварищи есть "в железе" прекрасные усилители, например, CSA.

Какая категория удифилов из перечисленных (Кому-то нравится звучание с минимумом искажений, другие предпочитают различного характера искажения, кому-то нравятся даже коммутационные искажения) считает усилители CSA прекрасными?

[bukvarev]

Какая категория ...

Абсолютное большинство из тех, кто хоть раз его услышал.

[Petr-1951]

В настоящий момент в теме появилось обсуждение совершенно другого способа оценки искажений, которое активно продвигается Александром Петровым.
Мое мнение по этому поводу следующее.
"Векторная оценка" в том виде, в котором она здесь обсуждается, не имеет перспектив по целому ряду причин:
1. Она не позволяет разделить линейные и нелинейные искажения, а также нелинейные искажения по их виду, и не выявляет слабого места в конструкции.
Например, здесь https://forum.vegalab.ru/showthread....=1#post3163750 в тракте вообще нет нелинейных искажений, и сигнал можно восстановить эквалайзером.
2. Использование в качестве опорного сигнала выходного сигнала "референсного" усилителя, подключенного к выходу источника сигнала, не позволяет оценить искажения и помехи, возникающие при подключении усилителя к источнику в то время, как их уровень бывает значительным, в зависимости от конструкции усилителя и типа межблочного соединения (вспомните хотя бы те самые перетыкания входных "проводочков"). Поэтому на практике будет анализироваться уже искаженный сигнал.
3. Использование реального аудио сигнала здесь является сложной задачей ввиду необходимости аналоговой компенсации в широкой полосе частот.

Тест Хафлера SWDT - проще не придумаешь, не надо никаких сложных измерительных приборов, в качестве тестового сигнала также можно использовать любые сигналы, в том числе и звуковые. В качестве драйверного усилителя можно использовать один канал стереоусилителя. Достаточно сравнить подавленный сигнал с контрольным сигналом с делителя (-60 дБ). Если подавленный сигнал меньше контрольного, то усилитель отвечает критерию Хафлера по качеству.

Этот тест хорошо зарекомендовал себя на практике, доказал Боб Карвер.

[Валет]

Абсолютное большинство из тех, кто хоть раз его услышал.

Их предпочтения известны?

[bukvarev]

Offтопик:

Их предпочтения известны?

Там абсолютно разные люди. От профессиональных звукорежиссеров до "аудифилов". И музыка - от современной до "классики".

[domician]

Да, восприятие у каждого субъективное. Но это вовсе не означает, что нету объективных критериев его оценки

Измерения АЧХ, THD, IDM и.т.д, конечно, обьективные. Но вот измерить восприятие никак, хотя бы потому, что меняется даже во время суток.
Измерения (при их понимании) дает быстрее отсеять (не)нужное при выборе деталек и настроить свою поделку. Но это инструмент и не более. Финал по любому - уши.
Самое глупое занятие, питаться загнать восприятие под измерения.

[VladimirV]

Нуачо, искать критерии оказалось существенно проще, чем сделать приличный усилитель.

Как раз наоборот: приличные усилители есть, и не один, а вот методики с критериями как раз и нету.
Ибо это задача гораздо более сложная.

---------- Сообщение добавлено 16:39 ---------- Предыдущее сообщение было 16:37 ----------

Но вот измерить восприятие никак, хотя бы потому, что меняется даже во время суток.

Пока - да, не получается. Но есть уверенность - получится.

[Игорь Гапонов]

Уважаемая аудитория!

Без "психоакустики": энергетический вклад в искажения со стороны нелинейных эффектов в аудио трактах на втором месте. На первом - вклад со стороны линейных искажений с превышением "второго" более чем на порядок. Сравните : в ак. системах 10-20% НИ и +/-6дБ=400% "ачх"=ЛинИск. И с чем идёт "основная борьба" на практике? Правильно, там где легче, а не где надо: не с ЛИ (лин.иск.), а с НИ и не в АС, а в УМах и ЦАП/АЦП. Так даже общепринятого определения и классификации искажений до сих пор нет! Есть только декларации в виде "стандартов измерений". Не верите? Проверьте.

[Alex]

Измерения (при их понимании) дает быстрее отсеять (не)нужное при выборе деталек и настроить свою поделку. Но это инструмент и не более. Финал по любому - уши.

+1e9

[VladimirV]

Так даже общепринятого определения и классификации искажений до сих пор нет!

Почему же? Есть и стандарты,и критерии HiFi - давно были сформулированы и опубликованы. А также приняты к исполнению подавляющим большинством производителей. Но это было давно. И давно уже устарело. А нового - да, пока не получается. Элементная база, технические возможности резко рванули вперед. А прикладные исследования безбожно отстали. Так бывало и во многих других отраслях техники.

[anatol0]

Правильно, там где легче, а не где надо: не с ЛИ (лин.иск.), а с НИ и не в АС, а в УМах и ЦАП/АЦП.

Полностью согласен, сейчас начнутся стоны: ..."искажения АС не такие, они благозвучные , прямо таки - ламповые"...

Причина абсолютно понятна - способов и возможностей воздействия на характеристики АС гораздо меньше, чем на УМ или ЦАП, и это ещё не принимая во внимание КДП.

[Игорь Гапонов]

Почему же? Есть и стандарты,и критерии HiFi - давно были сформулированы и опубликованы. А также приняты к исполнению подавляющим большинством производителей. Но это было давно. И давно уже устарело. А нового - да, пока не получается. Элементная база, технические возможности резко рванули вперед. А прикладные исследования безбожно отстали. Так бывало и во многих других отраслях техники.

Почитайте внимательно "рекомендации" и прочее для стандартных измерений искажений в аудио. Это лишь декларации, а не строгие определения. Даже сам термин * "искажение" в них не выдерживает серьёзной научной критики. Кстати, "в видео" ситуация аналогичная.

* слово "термин" в этих рекомендациях как документах есть синоним слова "определение".

---------- Сообщение добавлено 17:13 ---------- Предыдущее сообщение было 17:01 ----------

///
Причина абсолютно понятна - способов и возможностей воздействия на характеристики АС гораздо меньше, чем на УМ или ЦАП, и это ещё не принимая во внимание КДП.

способов-то там и там примерно одинаково, а вот...

[shura1959]

Какая категория

Абсолютное большинство из тех, кто хоть раз его услышал.

Ага, нам понравилось...
А предпочтения наши, в основном, безосные, а мои (и не только) ещё и лампово-трансформаторно-широкополосные.

в ак. системах 10-20% НИ и +/-6дБ=400% "ачх"=ЛинИск.

Эт да: с шикарной акустикой даже средний усилок звучит ничего так.