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]

Переход на метод Баксандалла - это изменение концептуальных подходов Вашей команды к оценке искажений?

Метод Баксандалла был упомянут отдельно, как одно из направлений исследований. Это не изменение концепции, а скорее расширение направлений исследований.
Метод Баксандалла позволяет измерять как нелинейные, так и линейные искажения отдельно. Линейные искажения с помощью метода "Гильберта" измерять неудобно, да и на момент разработки в этом не было необходимости.
В данном топике в основном обсуждаются именно нелинейные искажения "в целом", не только статические. Эти искажения метод Баксандалла тоже прекрасно позволяет измерить / оценить.

Что касается оценки линейных искажений, то скорее всего, обсуждение методов их измерения, а также их влияния на субъективное восприятие заслуживает отдельной ветки.

[wert]

Это не изменение концепции

жаль...
успехов в командном творчестве.

[A.B.ANTONOV]

жаль...
успехов в командном творчестве.

Не понял, почему жаль. Вам не нравится концепция? Может есть идеи? Милости просим в команду.

[Игорь Гапонов]

...
Переход на метод Баксандалла - это изменение концептуальных подходов Вашей команды к оценке искажений?
...

Уточню, что чуток выше имел в виду Евгений.

В контексте этой ветки рассматривается группа методов СЕЛЕКЦИИ продуктов нелинейности объекта от линейных искажений, обычно сопровождающих измерения. Селекция осуществляется по признакам нарушения фундаментальных свойств линейности в математическом смысле (любое нарушение аксиом линейного пространства, см. п. "Определение" в https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%92...82%D0%B2%D0%BE ). Например, можно предложить метод селекции НИ основанный на нарушении принципа суперпозиции: зарегистрировать три реакции объекта Y на три сигнала X - y(x1), y(x2), y(x1+x2) и вычислить разность d=y(x1+x2)-[y(x1)+y(x2)]. При идеальной линейности в объекте Y и отсутствии шумов и ошибок регистрации d=0. Отличие от нуля указывает на НИ, причём все ЛИ объекта Y "компенсируются на автомате" точно так же как в "Гилберте" и "Эвклиде". Но "человек посторонний" может подумать, что это нечто совершенно новое. Однако, и "метод Баксандала", не обладая свойством "автокомпенсации" в конце концов тоже относится к этой группе методов, т.к. в компенсирующей ветви происходит моделирование ЛИ измеряемого объекта без НИ И т.д. с очень большим разнообразием разновидностей. Это и есть "концепция", которая ТУТ на ветке не изменяется.

И линейные искажения сами по себе (как и прочие искажения. например, случайные искажения) и вообще само влияние всех искажений на слуховое восприятие заслуживают отдельных веток. Конечно, если в них чушь не нести.

[Semigor]

Там на входе получается пассивный первого порядка. Должно хватить

Всего 20дб на 200 кГц хватит?! И это при -3дб на 20 кГц.

[Игорь Гапонов]

Всего 20дб на 200 кГц хватит?! И это при -3дб на 20 кГц.

(ниже "слышимость" не рассматривается)

В общем случае регистратор просто должен работать на повышенной относительно входного тест сигнала частоте дискретизации. И выбирать её надо априорно, хотя бы по приблизительному спектру НИ на выходе!

Для спектра входного в установку сигнала с равномерной плотностью до 20кГц уровень продуктов НИ объекта в диапазоне 100кГц (в данном AD977 случае) может превысить разрешение АЦП (-96дБ, случайный широкополосный сигнал, а не палка шириной в одну герцу). Однако, это говорит лишь о недостаточной Fs АЦП относительно спектра входного сигнала, а не о БЕЗУСЛОВНОЙ необходимости фильтрации сигнала на входе регистратора. Причём при любой Fs регистратора с внешними помехами надо бороться именно экранированием и устранением помех "по обвязке", а не давя всё на входе.

[eksaedr]

Уважаемые, здесь собравшиеся коллеги, познакомьтесь, пожалуйста, с трудом Ивана Тимофеевича Акулиничева "УМЗЧ с глубокой ООС", вот где шедевры звукотехники зарыты, да и схемотехники тоже. Многие проблемы отпадут сами собой. и вообще, не мешало бы познакомиться со всеми его работами.

[dekko]

Ну да, никто ж и не знал...

[Игорь Гапонов]

Метод Баксандалла был упомянут отдельно, как одно из направлений исследований. Это не изменение концепции, а скорее расширение направлений исследований.
Метод Баксандалла позволяет измерять как нелинейные, так и линейные искажения отдельно. Линейные искажения с помощью метода "Гильберта" измерять неудобно, да и на момент разработки в этом не было необходимости.
В данном топике в основном обсуждаются именно нелинейные искажения "в целом", не только статические. Эти искажения метод Баксандалла тоже прекрасно позволяет измерить / оценить.

...

Нашёл ссылку на оригинал http://www.keith-snook.info/wireless...%20mystery.pdf В общем-то, сама статья Баксандала не об этом

Первый абзац (чуток отредактированный гуголь-переводчик):

Скрытый текст

Существует очень распространенное мнение о том, что все усилители звучат по-разному, и причины этого настолько тонкие и таинственные, что никто не сумел их должным образом усовершенствовать. Я не согласен с этими взглядами и уверенно утверждаю, что все первоклассные, компетентно спроектированные усилители, проверенные в полностью справедливых и тщательно контролируемых условиях, включая предотвращение перегрузки, кажутся абсолютно неотличимыми от нормального программного материала независимо от тестов или слушателей; и что, когда худший усилитель сравнивается с очень хорошим, а субъективная разность качеств действительно и надежно устанавливается, всегда можно с помощью прямого научного исследования найти рациональное объяснение этой разницы.

[свернуть]

. Так же приаттачу статейку с обзором старых компенсационных ("мостовых", т.е. "неспектральных") методов измерений нелинейности.

[ИГВИН]

всегда можно с помощью прямого научного исследования найти рациональное объяснение этой разницы.

Непонятно, что Баксандал называет расплывчатыми словами "прямое научное исследование".
Если измерения - то воз и ныне там.

[Игорь Гапонов]

Игорь, не поленись, почитай статью 1977 года (с гуголь-переводчиком, если шо). Это самое начало мирового аудио холивара

Offтопик:
В том-то и дело, что вопрос корреляции искажений с их, искажений, слуховыми ощущениями на самом деле объективно (научно!) гораздо сложнее, чем это казалось 40 лет назад. И пока наблюдается следующая картина: чем больше у народа доступных аппаратных средств звуковоспроизведения, тем больше вопросов. Мы же с тобой живые свидетели () и ламповой эры и транзисторной и цифровой. Изменения при смене эпох в звучании сильно заметны. Стало дешевле и удобнее в эксплуатации на порядки - бесспорно. Но в аспекте "идеала" - не лучше. Например, интересное наблюдение - при объективном уменьшении линейных искажений (АЧХ+ФЧХ) "до уха" (с помощью DSP - румкоррекция, новых типов излучателей и т.д.) ТОЛЬКО на стороне воспроизведения после привыкания к "вау" люди чувствую шото нето, особенно на нижней середине и НЧ. Как мне кажется, причина в заметно большем не соответствии линейных акустических условий слушания на пользовательской стороне условиям "последней редакции" на режиссёрской стороне (в студии), чем при отсутствии линейной коррекции вообще (типа, "на обычном порошке"). Получается, что "хай-фай" как "высокая верность-точность" должно пониматься в смысле точности воспроизведения дома акустических условий студии, а не "линейка" и "ноль кагэ". Т.е. если в студии "линейка", то и дома - линейка, если в студии такие-то НИ и ЛИ, то и дома их надо воспроизводить (и между прочим получается, что надо слушать на той же громкости, что и в студии, т.к. искажения в постоянном коэфф. передачи - тоже линейные искажения). Аудиогоризонт опять отодвинулся

[ИГВИН]

Offтопик:

Мы же с тобой живые свидетели ()

Пока да.

Аудиогоризонт опять отодвинулся

А способность [слушателя] к компромиссам?

[Игорь Гапонов]

Offтопик:
А способность [слушателя] к компромиссам?

Offтопик:
Т.е. забить на всё? Обрати внимание, как легко объяснить-оправдать этими несоответствиям "студия vs дом" и прикладной характер конструирования систем (мастер интуитивно или как, но угадал ) и "жанровые предпочтения" железа.

[hydr]

Offтопик:
В том-то и дело, что вопрос корреляции искажений с их, искажений, слуховыми ощущениями на самом деле объективно (научно!) гораздо сложнее, чем это казалось 40 лет назад. .............. Аудиогоризонт опять отодвинулся

Ну да, поход к краю земли. Идентифицировать искажения однозначно коррелирующие с качеством, научиться их измерять, найти заинтересованных, убедить их, пробить стандарт....... Пустая затея. Через 40 лет все будет почти так же.
Может быть пойти другим путем.
Как пример. Есть в Матлабе прекрасный инструмент Identification Tols. Подаем на вход усилителя любое из воздействий используемых для получения переходной характеристики, получаем ее. Используя Матлаб, по переходной характеристике получаем передаточную функцию системы, т.е. усилителя. Точность результата может быть очень высокой.
Передаточная функция это как отпечаток пальцев у каждого девайса будет своя. Связать передаточную характеристику с точностью передачи сигнала не сложно. И самое главное, передаточная характеристика является исчерпывающей, относительно свойств объекта.

С уважением hydr.

[Johny]

Передаточная функция это как отпечаток пальцев у каждого девайса будет своя. Связать передаточную характеристику с точностью передачи сигнала не сложно.

И самое главное, передаточная характеристика является исчерпывающей, относительно свойств объекта.

И кто же Вам поверит?
Это слишком просто!

[A.B.ANTONOV]

И кто же Вам поверит?
Это слишком просто!

Зато эффективно.

[Johny]

Зато эффективно.

Это же зло! Научное!
А поговорить.....

[Игорь Гапонов]

...Точность результата может быть очень высокой.
Передаточная функция это как отпечаток пальцев у каждого девайса будет своя. Связать передаточную характеристику с точностью передачи сигнала не сложно. И самое главное, передаточная характеристика является исчерпывающей, относительно свойств объекта.

С уважением hydr.

Евгений в этой ветке активно пользуется МАТлабом

Я Вам уже отвечал на аналогичный вопрос в другой ветке: без уточнений ("по умолчанию") ПХ - по определению линейная характеристика, как и ЧХ; в общем случае в объектах с нелинейностью (НИ) и шумами (случайными искажениями) прямыми линейными операциями они, лин. ПХ и ЧХ, не могут быть определены точнее этих нелинейного и шумового остатков, т.к. общее разложение в ряд Вольтеры НЕЛИНЕЙНОЙ передаточной функции объекта в общем случае несводимо к системе линейных уравнений относительно ядер ряда.

Однако, измерить этот остаток без ЛИ (т.е. без влияния ЧХ или ПХ) можно общедоступными средствами, т.е. "довольно просто". Для этого нужны минимум две реакции объекта на тест-сигналы практически любой произвольной формы, связанные обратимым линейным преобразованием. Об этом и сабж. Этим сабжевая группа методов отличается от всех известных компенсационных-мостовых и фильтровых-спектральных.

Надеюсь, что это - одна из тропинок того самого эназэр вэй. На кой Евгению или кому-то пробивать и уговаривать? Достаточно чистосердечно и бескорыстно сообщать общественности об этих тропинках.

[hydr]

Евгений в этой ветке активно пользуется МАТлабом

Я Вам уже отвечал на аналогичный вопрос в другой ветке: без уточнений ("по умолчанию") ПХ - по определению линейная характеристика, .......

Суслик? Мы можем "плодотворно" порассуждать о особенностях терминологии и историческом и практическом аспектах появления тех или других терминов.
Однако, функция описывающая траекторию движения системы отрабатывающей входное воздействие, это объективная реальность. И для современного инструментария все равно линейными или нелинейными дифурами описывается эта траектория. Вы получаете результат!!!
Научится оценивать систему по передаточной функции (полному описанию) не так уж и сложно.
По большому счету дело даже не в Матлабе ( не пробовал, но вроде бы это можно делать и в Маткаде). Дело в принципиально ином подходе.

С уважением hydr.

[A.B.ANTONOV]

Это же зло! Научное!
А поговорить.....

Изотерикой увлекаетесь?

---------- Сообщение добавлено 20:12 ---------- Предыдущее сообщение было 19:52 ----------

Научится оценивать систему по передаточной функции (полному описанию) не так уж и сложно.

Речь идёт не только о линейных искажениях, или Вы не видите разницы?