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

[ОРорин]

dekko, речь была о печатной плате.

[dekko]

я ж и добавил про провода Там смайлик!!!! Я к тому, что многие слышат материал и цвет изоляции проводов, и преимущественно в безОСных усях.

[Серый Мыш]

вклад в выходной сигнал участка "входная земля-мекка".

А первое следствие теоремы - улучшить типовой усилитель путем замены участка цепи к сигнальной земле на входе и к точке земли для ООС на специально проброшенные от "мекки" провода? Кролик для опытов есть, измериловка есть, осталось сравнительное прослушивание ну и измерение "до и после" организовать.

[Hennady]

...Но объяснять это большинству конструкторов, не говоря о радиолюбителях - довольно сложно.

может правильно объяснять не у всех получается... а само "понимание" по сути относительно....

---------- Сообщение добавлено 10:31 ---------- Предыдущее сообщение было 10:29 ----------

А первое следствие теоремы - улучшить типовой усилитель путем замены участка цепи к сигнальной земле на входе

так результат задан еще до измерения...)))

...причинах "деградации" звука в усилителях с ОООС...

---------- Сообщение добавлено 10:34 ---------- Предыдущее сообщение было 10:31 ----------

У безОООС имеется другая проблема

естественно -

Offтопик:
это две стороны одной медали - кто как хочет так и вертит....

[И. ЗАМОТКИН]

В правильно спроектированной конструкции по этому участку течет лишь ток делителя ОООС - для неинвертирующей схемы, и входной ток - для инвертирующей

Для этого звездой надо платы разводить. И земляные полигоны в качестве единой земли в мусорку.

[Orion33]

Странно, что про звезду на земляных проводниках говорят все, а про шины питания нет. Как будто там нет таких проблем.

[Rova]

Странно, что про звезду на земляных проводниках говорят все, а про шины питания нет. Как будто там нет таких проблем.

Да потому что разница потенциалов между опорой обратной связи и потенциала земли нагрузки напрямую присутствует в выходном сигнале. А разница в потенциалах линии питания давится PSRR как пульсация потребления.

[И. ЗАМОТКИН]

Странно, что про звезду на земляных проводниках говорят все, а про шины питания нет. Как будто там нет таких проблем.

Ну лично я и питание звездой развожу. Но проблем там действительно поменьше, особенно по сравнению с земляными полигонами.

[Rova]

Вот в этой конструкции в конце концов пришли с моей точки зрения к практически идеальной топологии - https://forum.vegalab.ru/showthread....=1#post2308571

[Hennady]

ИМХО не существует единственного способа заземления, гарантирующий 100% оптимальные характеристики...

[Orion33]

Да потому что разница потенциалов между опорой обратной связи и потенциала земли нагрузки напрямую присутствует в выходном сигнале. А разница в потенциалах линии питания давится PSRR как пульсация потребления.

А в случае однополярного питания? А в случае двухполярного контуры не всегда на землю замыкаются.

[Rova]

А в случае однополярного питания? А в случае двухполярного контуры не всегда на землю замыкаются.

Если в осной схеме обратная связь снимается с выходной контактной площадки нагрузки, а потенциал земли нагрузки совпадает с потенциалом опоры обратной связи, то об остальном можно просто забыть.

[EMiq]

Вставлю свои "пять копеек" в рассуждения о заземлении.
Схема с ООС в силу принципа работы ООС всегда усиливает разность потенциалов между землей сигнального входа и землей нижнего резистора цепи делителя ООС. Поэтому сведение этих двух точек в одну решит данную проблему. Потенциал этой точки относительно общей силовой земли практически не будет иметь значения для дифференциальных входных каскадов усилителя, т.к. легко ими подавляется и является для такого входного каскада синфазной помехой по входу. Вопрос, как соединять сигнальную и силовую земли. Если по проводнику сигнальной земли до силовой не протекают другие силовые токи и индуктивность данного провода мала, то и проблемы быть не должно - фактически это звезда для силовых и сигнальных проводов земли, когда силовой ток не может затекать на сигнальный провод - для него не будет возвратного пути. Полигоны земли не лучший вариант для высоких частот, т.к. ток на ВЧ возвращается не совсем так, как на НЧ - по пути с наименьшим сопротивлением.
Ниже ссылка на статьи по данной тематике 2003г., для тех кто с ними не знаком. В приложенном файле работают гиперссылки на статьи.
Возможно, поможет прояснить некоторые неочевидные вопросы.
..Провода питания усилителя тоже могут давать рамку тока, если не свиты или не проложены максимально близко ( лучше друг над другом) и замкнуты на плате усилителя электролитическим конденсатором по питанию с низким сопротивлением на частоте помехи, наведенной на эти провода. Возвратным проводом этого тока будет , как раз земляной проводник силовой земли питания и ,часто - провод земли нагрузки усилителя.
В силу затекания и распределения возвратных токов с учетом частоты сигнала на полигонах земли рекомендуется разрезать полигон для устранения растекания силовых токов на полигон слаботочных сигналов. Та же самая звезда по земляному проводу. Также следует учитывать емкостные и индуктивные паразитные связи проводников и полигонами под ними на печатных платах, особенно с ростом частоты протекающих по проводникам токов сигналов. Критично для высокочувствительных цепей с высоким собственным сопротивлением.
...И статья от TI по проектированию плат для DSP (оригинал на английском). Она заглядывает чуть дальше в вопросах проектирования, но это важно при современных подходах и современных решениях.

[bukvarev]

bukvarev, а "твердокаменный" макет разобран?

Нет, не разобран.

А соединение двух таких усилителей в мост может снижать искажения цепи обратной связи? Ведь мекка (как и вся земля) станет слаботочной (как в ламповиках).

Да, мост может быть в этом плане лучше. Косвенным подтверждением этого является практика усилителей класса "D". Там малейшая ошибка в разводке платы - и не взлетит.

Вы можете поделиться, какие референсные эксперименты вы проводили чтобы выявить систематическую ошибку? Например, это могло быть снятие сигнала с этого же участка фольги, но при отключенном усилителе ТДА?

Ошибки в полной мере не исключаю. Хотя ничего странного в монотонном увеличении уровня сигнала с увеличением участка платы, с которого этот сигнал снимался, не вижу. Там очевидно, бОльший вклад начинает вносить уже ток, текущий через нагрузку (участок от электролитов к нагрузке).
Кстати, ток АС вопреки ожиданиям, на слух оказывается совсем не сильно искаженным.

А первое следствие теоремы - улучшить типовой усилитель путем замены участка цепи к сигнальной земле на входе и к точке земли для ООС на специально проброшенные от "мекки" провода? Кролик для опытов есть, измериловка есть, осталось сравнительное прослушивание ну и измерение "до и после" организовать

Эту платку резать неудобно.
Делал подобный эксперимент с моим MW. Там цифры оказались лучше:
-96 дБ на 10 КГц, 30 В ампл, 4 Ом нагрузка,
-115 дБ на 1 КГц, 30 В ампл, 4 Ом нагрузка.


ЗЫ. Вообще, все началось с того, что мы решили послушать TDA7294, чтобы заменить ей в проводимых экспериментах сильно искажающий "Маршалл 8008". Платки лежали с одной из старых работ (не связанной со звуком).
И когда включили, то при прослушивании оказалось, что звук TDA7294 весьма хорош, и отличить его от MW сразу достаточно трудно. После более тщательного поиска звуковых отличий обнаружили, что TDA7294 в данном конструктиве слегка "проглатывает" атаки рабочего барабана и бочки, и стали искать причину. Добрались до снятия сигнала с участка "земля-мекка", и слегка удивились..
Потом стали проводить интересный эксперимент: в правую АС подали выходной сигнал с TDA7294, а в левую - усиленный сигнал с "мекки". И когда меняли уровень сигнала в левом канале, то слышали, что именно в нем и находится атака рабочего и бочки, которую проглотил основной канал. Такая вот история

[Rondo]

Ламповики - отдельная песня. Малые токи и трансформаторная развязка.

Вот-вот,а то нет будущего... Тут бы с настоящим разобраться и все средства хороши,если оправдывают результат.

[bukvarev]

Вот-вот,а то нет будущего... Тут бы с настоящим разобраться и все средства хороши,если оправдывают результат.

Только прошу в этой теме про лампы поменьше, если на то нет веской причины

Кстати, вполне возможно, что термин "транзисторное звучание" возник таки с переходом на низкоомные бестрансформаторные схемы, с их большими токами. Мы это в "кулуарах" обсуждали давеча.. А транзистор и его архитектура просто попали под "горячую руку".

[Сергей Гапоненко]

Зачем же осных, можно и безосных с такими же параметрами. (Работа первых двух транзисторов описана здесь. Ну а как работает ЭП со следящим питанием нагруженный на ИТ вы и без меня знаете...)
Вложение 314419
P.S. Надеюсь вам захочется собрать этот УН и рассказать нам как он звучит... Вполне себе ламповый спектр, по словам автора, звук точный...

Скажите, а Вы слушали эту схему?
Интересно, что питание 190 Вольт, ток примерно 40 мА - это энергетические параметры лампового УН , например на одном триоде 6Н6П, а при увеличении напряжения с сохранением потребляемой мощности набор ламп сильно расширяется (6С45П, 6Э6П и т.д.).
Таким образом, приближение транзисторной схемы к ламповой по звучанию достигается приближением напряжения питания и кпд транзисторных схем к ламповым схемам. Похожий подход начали обсуждать недавно в другой теме,
https://forum.vegalab.ru/showthread.php?t=80742
но она заглохла. Там несколько приведено высоковольтных транзисторных УНов, правда без анализа звучания.

Евгений, синхронно мы фактически про одно и то же написали. Получается, что исторически транзисторы все время заставляем работать не с максмальным качеством, а с максималньым кпд. Загнали транзисторы в максимально сильноточный режим и критикуем. Давайте приблизим условия сравнения и посмотрим еще раз.

Кстати, про преимущества мостовой схемы я писал не так давно здесь, но меня грубо покритиковали. тем не менее , я интуитивно уверен, что преимущества в звучании мостовой схемы, которые я лично слышал много лет назад своими ушами, связаны с иной схемой подключения нагрузки и силовой земли.

[оператор]

Вложения
Grounding in Mixed Signal Systems.pdf (316,0 Кб, Просмотров: 10)
Статьи по элект&#1.pdf (118,4 Кб, Просмотров: 15)
spru889.pdf (3,36 Мб, Просмотров: 12)

Эта документация, любителями, как правило - игнорируется.
Совершенно другие подходы к питанию, заземлению, топологии, а нам бы все звездой соединить.
Считается, что в любительских конструкциях - это все не работает.
Тут же нужны МПП, полигоны, ВЧ подходы...
Документация эта, лежит на форуме, постоянно упоминается (теми, кто в танке), но для применения, время не пришло.
Направления проводов важнее.

[Rondo]

Кстати, вполне возможно, что термин "транзисторное звучание" возник таки с переходом на низкоомные бестрансформаторные схемы, с их большими токами. Мы это в "кулуарах" обсуждали давеча.. А транзистор и его архитектура просто попали под "горячую руку".

Вот схожие мысли посещали.Низковольтное питание и конские токи +глубокая ОООС не в лучшей реализации,а транзистор,как таковой, не виноват.Но пользователь глубоко не копает,а производитель выдаёт горы ширпотреба,вот и закрепилось "транзисторное звучание".Про лампы обещаю не упоминать всуе.Собственно,я тут и был не самый злостный на сей счет...

[оператор]

Кстати, вполне возможно, что термин "транзисторное звучание" возник таки с переходом на низкоомные бестрансформаторные схемы, с их большими токами. Мы это в "кулуарах" обсуждали давеча.. А транзистор и его архитектура просто попали под "горячую руку".

Личное мнение.
"Транзисторное звучание" - мы все услышали, когда стали слушать винил на древних, примитивных транзисторных усилителях после перехода на них с лампы.
Проявлялось это в грязи и "цыкании" на ВЧ.
Отчего - понятно. Малые токи покоя, недостаток питающих токов, низковольтное питание - отсутствие запаса по перегрузочной способности, низкая полоса пропускания, устойчивость, старая низкочастотная элементная база.
А полоса у винила - до 40 кГц...
Сейчас, практически все эти недостатки в современных усилителях отсутствуют.
(за исключением черной кошки, которую никак не найдем)