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

[VladimirV]

во времена Страдивари

Дык, единому тракту высокой верности нету еще и ста лет. В котором все перемешивается. До этого люди наслаждались как раз живым звуком, с неперемешанными компонентами. Проблема то появилась совсем недавно - на памяти одного-двух поколений всего лишь. А до того - проблемы не было как таковой! Поэтому и жили-не-тужили.

[bukvarev]

Это приводит к тому, что чисто линейное устройство воспроизведения, привнося фазовые сдвиги в спектральную смесь на выходе анализатора в ухе производит эффект, схожий с нелинейными искажениями.

При постоянных вносимых фазовых сдвигах и небольшом порядке формирующего фильтра они незаметны. За исключением очень специфичного эксперимента с формой сигнала (емнип, описано у Блауэрта). Но это скорее исключение.
Синтезировать фоновый шум только изменяя фазы, конечно, можно. Но для этого требуется очень много полос. Я такой эксперимент делал в этой ветке, и даже давал послушать, как линейный фильтр субъективно "загрязняет звук" вплоть до явного шума на фоне (в терминах спектральной обработки искажение фаз приводит к появлению на выходе фильтра суммы исходного сигнала и нормально распределенного шума) . Но усилитель даже близко на такое не способен, просто в силу принципа действия.

Можно также попробовать оценить и нелинейные искажения, вызванные динамическим изменением отклика усилителя во времени (нестационарность оборудования). По результатам моделирования, такие искажения весьма напоминают "зажевывание звука" (энергия их продуктов они размазывается по юбкам в окрестности громких компонентов спектра). Но на практике мне не удалось инструментально выловить сколько нибудь значимые искажения подобного типа. Проверял способом измерения искажений поднесущих в частотном окне.
Оба описанных случая - фактически свертка исходного сигнала с шумом.

И опять же, чтобы оценить любые фазовые соотношения - см. метод Баксандалла. Ничего криминального замечено не было.
А при сдвиге всех фаз на одну величину (любую), на слух разницы нет, несмотря на значительное изменение формы воспроизводимого сигнала.

---------- Сообщение добавлено 00:37 ---------- Предыдущее сообщение было 00:35 ----------

2. Вторичная обработка слуховых образов базируется не на их энергетической оценке. Когда ухо слышит живую инструменальную музыку, на анализаторе одновременно разбирается аддитивная смесь отдельных, независимых друг от друга звуков отдельных инструментов. При этом слышны и те инструменты, энергетика которых на порядок слабее доминантных звуков. Забития и размазывания нету. А вот когда ухо слушает эту же смесь сигналов, прошедших через единый тракт звукозаписи-звуковоспроизведения, где отдельные сигналы так или иначе влияют друг на друга и перестают быть совершенно некоррелированными - эта разница мгновенно ухом замечается. Даже когда энергетика разницы - очень мала.
Указанная особенность вторичной обработки хорошо заметна на сравнении звучания акапельного сольного вокала и богато оранжированного инструментального фрагмента музыки. Первый фрагмент прекрасно маскирует массу дефектов сквозного тракта, которые второй фрагмент - выявляет сходу.

Это все лирика и фантазии. Есть совершенно определенные измеренные границы маскировки слабого сигнала сильным при разном удалении их по частоте. На основе этого выполнены все кодеки с потерями. Никто не жалуется

[оператор]

А вот практически есть совершенно неожиданный аспект измерений, связанный с подходом к организации процедуры.
Обычно, измеряют усилитель сам по себе, на стенде и специальной нагрузке. И тогда, применяя метод Баксандала, можно получить в качестве разностного сигнала фактически шум. Это действительно показывает то, что усилитель, можно сказать, не вносит искажений.
А вот если к нему подключить реальную нагрузку и источник сигнала, и снова провести измерения, то окажется, что источник сигнала в зависимости от нагрузки усилителя начинает вносить больше или меньше искажений, да и сам усилитель начинает "чудить". Тоже реально наблюдал
И те, кто говорят разные вещи про один и тот же усилитель, могут быть искренними хотя бы в силу того, что у них разные источники и нагрузка, поэтому они реально так слышат.

-
Вот и я об этом.
Дайте народу софт, мерные цифры, однозначные результаты!
А так все это достаточно расплывчато и неопределенно выглядит.
-
Я имел в свое время дело с межканальной обработкой БПФ.
В данном случае можно проводить некие операции с выходным сигналом, полученные, например с различными нагрузками или АС.
Т.е заставить аппарат работать в разных условиях а потом провести межканальные вычисления с данными одного и того же усилителя, но с разной нагрузкой.
Алгоритмов масса.
Я думаю таким образом можно и КД увидеть и различного рода искажения и еще чего полезного с соответствующими алгоритмами.

[VladimirV]

Никто не жалуется

Это на мп3 то не жалуются??? Любители хорошего звука ставят его хуже граммофона довоенного.

Но усилитель даже близко на такое не способен, просто в силу принципа действия.

Усилитель - да. А вот динамики - запросто! Особенно - межполосная разница ГВЗ - курочит переходные характеристики до неузнаваемости.

---------- Сообщение добавлено 06:23 ---------- Предыдущее сообщение было 06:18 ----------

увидеть и различного рода искажения и еще чего полезного с соответствующими алгоритмами

Задача в другом совсем. Не увидеть искажения, а выстроить монотонную функцию оценки ЗАМЕТНОСТИ искажений на слух от характеристик тракта.
Ибо простейшая функция пропорциональности субъективной заметности - энергетической мощности искажений, не работает от слова "совсем".

[hippo64]

для этого надо перестать мыслить категориями преобразования Фурье и THD/IMD. - Это тупик.

Пока всё остальное из области фантазий и предположений. Предложите другое, а самое главное докажите это другое. Пока только гипотезы.

[hippo64]

И их допустимый уровень различался раз в 10.

и каждому уровню была дана характеристика. Система существовала, т.к. златоухих среди телефонистов не было.

[hippo64]

к примеру радио сигнал
https://lik-o-dil-es.blogspot.com/20...y-signala.html

Ни малейшей дымки над вуалью. Люди дело делали, а не языками чесали и ушами своими хвалились.

---------- Сообщение добавлено 08:50 ---------- Предыдущее сообщение было 08:49 ----------

"как из >|<опы", до вполне приличного?

батенька, лукавите ведь преизрядно.

[hippo64]

Но эффект есть - он управляемый и повторяемый.

Опять преувеличиваете, никак гора златоухих мышь не родит.

---------- Сообщение добавлено 09:02 ---------- Предыдущее сообщение было 09:00 ----------

Среди телефонистов (практически среди меня) была и есть слуховая оценка качества канала, когда без приборов, на слух, определяется качество канала с высоким уровнем достоверности.

При градации между ступенями в 5-10 % искажений.

[оператор]

И тут Остапа понесло...
Телефония к Хай Фаю никакого отношения не имеет.
Поскольку там гармоники, искажения и фильтрация - улучшают разборчивость речи в канале.
А для Хай Фая задача обратная - точность передачи исходного сигнала.
Что скорее можно отнести к цифровым видам радиосвязи, а не аналоговым.

[Carter]

для этого надо перестать мыслить категориями преобразования Фурье и THD/IMD. - Это тупик.

Так давно, все адекватные люди уже поняли, что невозможно описать духмерными функциями трёхмерные сущности.

[Ageres]

Таки да. Мерить ничего не нужно вообще. И так сойдёт.

[Carter]

Таки да. Мерить ничего не нужно вообще. И так сойдёт.

Не умничай. Ещё до тебя, давным давно, всё измерили. И успокоились пока.

[maxssau]

Не совсем в тему искажений, но все же, кто что скажет про такие способы измерения мощности?

https://youtu.be/Kd5Ws1vT6pY

[Ageres]

Не умничай. Ещё до тебя, давным давно, всё измерили.

А что всё? Ещё до меня давным давно все усилки создали и теперь можно ничего не делать?
А покажи какую нибудь свою схему, в модели, хотя бы. Хочу причаститься вековой мудрости.

[Carter]

А что всё? Ещё до меня давным давно все усилки создали и теперь можно ничего не делать?
А покажи какую нибудь свою схему, в модели, хотя бы. Хочу причаститься вековой мудрости.

Успокойся. Полно известных схем, на которых ты провалишь слепой тест сравнивая их с новыми схемами.

[hippo64]

. Хочу причаститься вековой мудрости.

Offтопик:
Уже не получится, в силу ограничений. И это не возрастные ограничения. Это уже аки мантра - нечего искать творчество, где его нет, где только ремесло.

[Dieselboy]

Так давно, все адекватные люди уже поняли, что невозможно описать духмерными функциями трёхмерные сущности.

Звук - это одномерная величина (амлитуда).

Поскольку там гармоники, искажения и фильтрация - улучшают разборчивость речи в канале.
А для Хай Фая задача обратная - точность передачи исходного сигнала.

Да, такой подход добился обратного эффекта - за место додачи на выходе недодача, которая подаётся как чистота и достоверность. Откуда такая догма возникла у профи, что скудный, плоский и чистый звук - этол правильный звук, а шикарный, размашистый и голографический - неправильный?

[Carter]

Звук - это одномерная величина (амлитуда).

Таки да - на двухмерном графике.

[VladimirV]

можно отнести к цифровым видам радиосвязи, а не аналоговым

А их, аналоговых - почти не осталось. Сотовая связь цифровая. Телевещание, радиовещание - цифровое. Военная радиосвязь - вся на кодеках.
Аналоговая радиосвязь осталась тока у радиолюбителей. Да в отсталых странах - на радиовещании кое-где.

[оператор]

А их, аналоговых - почти не осталось. Сотовая связь цифровая. Телевещание, радиовещание - цифровое. Военная радиосвязь - вся на кодеках.
Аналоговая радиосвязь осталась тока у радиолюбителей. Да в отсталых странах - на радиовещании кое-где.

Есть множество любителей АМ и том числе вещательных станций.