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

[Petr-1951]

RIMD в своих исследованиях использовал Хирага гораздо раньше Чумакова. Странно что Чумаков не сделал ссылку на эту публикацию, наверняка знал о ней.
Hiraga_The Many Faces of Distortion_Glas Audio 2005.pdf
оригиналы автора

[bukvarev]

Ну уж. Вы утверждаете, что по Вашей методике можно выявить нелинейности выше порога заметности, не регистрируемые стандартными общепринятыми способами. Это сразу ставит остальных производителей на второе место, мягко говоря.

Я такого не утверждал, а лишь предполагал подобную возможность. Причем, на практике, более обнадеживающие результаты были получены в экспериментах с АС, а не усилителями (понятно, что у АС искажений больше, и выявить их оказалось проще).
Утверждал же я всегда другое: для высококачественного воспроизведения достаточно добиться уровня спектральных продуктов на сложном сигнале ниже порога заметности (а это - от -60 до -85 дБН, в зависимости от эффекта маскировки и подготовки слушателя). И это хорошо подтверждается на практике. Поэтому "безооосники" и усилители с неглубокой ооос вполне себе имеют право на существование.

Но были гипотезы, были исследования. В финале я натолкнулся на ряд сложностей при проведении измерений, ограничивающих точность получения результатов. В частности, необходимости реализации когерентной установки, а также сложности разделения искажений на группы.
То, что в процессе проведения исследований мы с Андреем кое-что нарыли, мы используем в работе. Но повторюсь, аппараты по этой методике не измеряем и не проверяем, а исследования по "Гильберту" заморожены.
Если Вы обратили внимание, то сабжевая линия давно мной не поддерживается, поскольку все последующие исследования (ранговая фильтрация нелинейных искажений и другие способы анализа) проводятся в закрытом режиме.

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.

Подводя итог, с моей точки зрения, построение измерительной системы должно быть реализовано с использованием автономного двухканального АЦП с батарейным питанием и оптическим выходом, а математическое обеспечение должно использовать психоакустическую модель и нелинейный анализ. Только так можно приблизиться к решению этой действительно интересной задачи.

[Teoretic]

А не слишком ли мы все усложняем?
Современная схемотехника без особых проблем позволяет получить -90 дБ по всем искажениям и полосу полной мощности 200 кГц (и более). Невозможно себе представить, какой звуковой сигнал не сможет безукоризненно воспроизвести такой усилитель.
А вся эта "психоакустика" на 99.99% состоит из чистой вкусовщины (не заметил регулярных объективных оценок усилителей прослушиванием, да, в общем, ни одной) и оценок на уровне "отличается".

[hippo64]

А вся эта "психоакустика" на 99.99% состоит из чистой вкусовщины

причем зрительной

[Михаил45]

причем зрительной

Offтопик:
Притом, что у всех удифилофф звук с низкими искажениями скучный, невыразительный, транзисторный или еще какой. А с искажениями, теплыми ламповыми, любыми - самое то. Помнится, Володя Пронин ругался на Макарова, что , мол столько труда, чтоб от лампы получить транзисторый звук - без окраски то есть, хотя сам не удифил, просто любил окраску. Отсюда древние цапы, однотакты бессмысленные и проч. проч. по прежнему живучи в узком кругу.

[bukvarev]

Современная схемотехника без особых проблем позволяет получить -90 дБ по всем искажениям и полосу полной мощности 200 кГц (и более). Невозможно себе представить, какой звуковой сигнал не сможет безукоризненно воспроизвести такой усилитель.

Если смотреть формально, то да. Минимальные требования по критерию "спектральной чистоты" выполнить легко. Впрочем, это можно было сделать и без использования "современной схемотехники", и так делали.

А вся эта "психоакустика" на 99.99% состоит из чистой вкусовщины (не заметил регулярных объективных оценок усилителей прослушиванием, да, в общем, ни одной) и оценок на уровне "отличается".

А вот это уже не такой простой вопрос. Безусловно, вкусовщина имеет место быть, но дыма без огня не бывает.
В двух словах, на практике разработчики сталкиваются с тем, что человеческий слух оказывается способен выявить какие-то несущественные с инженерной точки зрения различия, и вряд ли кто способен перечислить все факторы, на это влияющие.
Также, несмотря на инженерные доводы, у слушателей таки имеются предпочтения, и выборка там не случайна. Скорее всего это связано с природой человеческого слуха и психики одновременно. А там - как говорится, "темный лес".

[Alex]

автономного двухканального АЦП с батарейным питанием и оптическим выходом,

Зачем? Замеры гармоник на уровнях -120-130дБ прекрасно делаются и без этого, а ниже оно ограничивается уже совсем другшими вещами, чем питанием и развязкой.
Сама развязка конечно во многих случаях весьма желательна, а иногда и совершенно необходима. Но совсем необязательно именно оптический выход.
Батарейное питание тоже не панацея, хотя и несколько облегчает жизнь., ибо проще (потому у меня Оникс и первые Оливины были с батареей, соотв. 12 и 6в.)

[VladimirV]

Невозможно себе представить, какой звуковой сигнал не сможет безукоризненно воспроизвести такой усилитель.

Возможно. Нежное пиано-звучание флейты или вокала с наложенными на него импульсами форте-ударника.
Будет ли оно звучать хорошо? Да, будет. Причем, очень здорово.
Можно ли будет в слепом тесте отличить это звучание от другого, более совершенного аппарата? Да, можно. И в этом вся загвоздка.
Т.е. с практической, утилитарной точки зрения - может лучше аппарат делать и не нужно, ибо его "лучшесть" может быть обнаружена (но ведь может!) только специальными исследованиями кучей народа в длительных тестах. Да и не каждым индивидом.
С другой стороны - кому нужен разгон автомобиля до сотни за 4 секунды? Никому. Но такие ведь делают!

[Оллема]

С другой стороны - кому нужен разгон автомобиля до сотни за 4 секунды? Никому.

Я Вас умоляю, неужели не в курсе, людям же просто жизненно необходима возможность выпендриться!!! Конечно же такая возможность разгона будет востребована.

[bukvarev]

Зачем? Замеры гармоник на уровнях -120-130дБ прекрасно делаются и без этого,

Дело не только в спектральной чистоте. Да и -120дБ не требуется. С учетом шума в помещении, это за пределами даже болевого порога, не то что комфортного прослушивания.
Тем не менее, почему-то эти цифры не ограничивают выпуск ЦАП единственной моделью, народ их сравнивает почти так же, как и уси.

[VladimirV]

Конечно же такая возможность разгона будет востребована.

А почему в звукотехнике - не так? Да, ни хозяин сам, ни его друзья-гости, не смогут отличить на слух данный аппарат от тех, что похуже. Но они знают (!) что есть методики и есть эксперты-слухачи, которые это могут!
Как говорил в студенческие годы мой сын - "На Лаборгини не надо ездить быстро. На Ламборгини надо ехать медленно, чтобы все успели увидеть - кто там за рулем сидит."

[Alex]

Дело не только в спектральной чистоте.

А в чем? В контексте данной темы?

Тем не менее, почему-то эти цифры не ограничивают выпуск ЦАП единственной моделью, народ их сравнивает почти так же, как и уси.

Да, но ведь тут речь идет не о слуховых ощущениях, а о ИЗМЕРЕНИЯХ.

[bukvarev]

Да, но ведь тут речь идет не о слуховых ощущениях, а о ИЗМЕРЕНИЯХ.

Нет, тут речь идет о поиске измерений, наилучшим образом сочетающихся со слуховыми ощущениями.
Как видите, тема специальная, и одно с другим неразрывно связано.
Измерения сами по себе давно придуманы и используются для инструментальных проверок, результаты которых, бывает, не коррелируют со слуховыми ощущениями.

[Alex]

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

И как именно этому поспособствует именно батарейное питание, и именно оптический выход, а не развязка по I2S или USB ?

Тут все равно измеряются не "слуховые ощущения" а электрический сигнал.

P.S. Не то чтобы я совсем против как я говорил, в моих измерительных АЦП тоже было (а в Ониксе и есть) батарейное питание. Оптический выход присобачить тоже два плевка, (правда нужно еще что-то, чем его к компу подключать, что при уже наличии USB-интерфейса будет выглядеть малость странновато).

Просто я пытаюсь понять логику в этих требованиях, и пока ее не нахожу.

[ААПП]

бывает, не коррелируют со слуховыми ощущениями.

Не бывает, всегда коррелируют.

[bukvarev]

И как именно этому поспособствует именно батарейное питание, и именно оптический выход, а не развязка по I2S или USB ?

Просто я пытаюсь понять логику в этих требованиях, и пока ее не нахожу.

Это как раз просто. Каждый формирует ТЗ для оборудования самостоятельно, с учетом собственного практического опыта и возможностей.

[Pilulkin]

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

И, "что" подгоняем под "что"?
Измерения + ощущения - суть:"смесь объективного с желаемым"...

Измерения сами по себе давно придуманы и используются для инструментальных проверок, результаты которых, бывает, не коррелируют со слуховыми ощущениями.

Они всегда будут коррелировать,если восприятие и слух правильно подготовлены...
P.S.В противном случае, рулит ....вкусовщина...

[Alex]

Это как раз просто. Каждый формирует ТЗ для оборудования самостоятельно, с учетом собственного практического опыта и возможностей.

Да, я понял - внятного и обоснованного ответа нет, просто "мне так нравится".
Тоже имеет право на существование

P.S. У меня иногда тоже нет внятных ответов на некоторые вопросты, типа "почему ты делаешь так а не так?"

[ААПП]

Они всегда будут коррелировать,если

Без если. Большинство людей являются хорошими приборами для сравнительного измерения нелинейных искажений,
только этими приборами надо правильно пользоваться.
Показания некоторых их этих приборов в отношении более линейного усилителя: звук чистый, прозрачный, стерильный, скучный, сухой, мёртвый.

[Валет]

с практической, утилитарной точки зрения - может лучше аппарат делать и не нужно, ибо его "лучшесть" может быть обнаружена (но ведь может!) только специальными исследованиями

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.

тут речь идет о поиске измерений, наилучшим образом сочетающихся со слуховыми ощущениями.
Как видите, тема специальная

Возникает вопрос, чей же вкус, чьи же звуковые ощущения считать правильными, эталонными? Для кого искать измерения, наилучшим образом сочетающихся со слуховыми ощущениями?
Как видите, тема специальная, когда поговорить больше не о чем.