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

[Medan]

это исследовательская работа по подтверждению/опровержению гипотезы.

Какой)))? Гипотезы о нулях))?

[bukvarev]

Евгений, на второй картинке изврат (на мой взгляд). Надо резать полигон, иначе ни как. Не видно второй стороны к сожалению.
Может печатку просто другую сделать для этой микрухи и сравнить с имеющейся? Могу сделать, если что.

Саш, смысл? Именно в плане лабораторной работы. Результат и так очевиден и практически показан.

Можно сделать нормальную просчитанную четырехслойку, получим еще более чистый звук. Если тебе нужна такая плата "по феншую" для дома, то без проблем, спроектирую.
Или лучше разобрать канал MW, проверить на нем компенсатор, шунт, и параллельно спроектировать зонд на ssm2019? Что будет важнее, давай решим. Тебе для экспериментов с твоим УНЧ зонд тоже не помешает. В принципе, плату зонда можно сделать вместе с TDA на одной заготовке.

[A.B.ANTONOV]

Это не изврат, это исследовательская работа по подтверждению/опровержению гипотезы.

Просто не корректно выполнено (на мой взгляд). Что увидел, то сказал.
А вариант с шиной интересен. И спектр всё же почище.

[mellowman]

Шунт воткнули после того, как поняли, что схема дифференциального съема ОООС не заработала.

Так проблема в схеме, дифф съёме, или реализации? Может пора приступать к открытию баланса и транса на вход?

[A.B.ANTONOV]

Можно сделать нормальную просчитанную четырехслойку, получим еще более чистый звук. Если тебе нужна такая плата "по феншую" для дома, то без проблем, спроектирую.

Дык нет конечно. Ради проверки я бы в один слой развёл, но правильно.

Тебе для экспериментов с твоим УНЧ зонд тоже не помешает.

Мне то зачем? У меня полностью диф.

[bukvarev]

Как мне кажется, Вы ушли от основных вопросов по гармоникам, то, что за гранью традиционной метрологии.

Андрей, я от темы не ухожу. Появляются новые идеи и результаты. Это все укладывается в концепцию поиска "неизмеряемого".

---------- Сообщение добавлено 01:36 ---------- Предыдущее сообщение было 01:30 ----------

Так проблема в схеме, дифф съёме, или реализации? Может пора приступать к открытию баланса и транса на вход?

Честно, так и не понял, в чем дело. Нужно смотреть отдельно все сигналы. По схеме и номиналам все было верно.

По трансу.. Возможно все, я лично не против трансов. Но пока есть планы поработать с каналом MW, если уж подобрался.
Но на мне же свет клином не сошелся. Если у кого есть желание поэкспериментировать со входным, или выходным трансом...

---------- Сообщение добавлено 01:37 ---------- Предыдущее сообщение было 01:36 ----------

Мне то зачем? У меня полностью диф.

Наивный

[mellowman]

По трансу.. Возможно все, я лично не против трансов. Но пока есть планы поработать с каналом MW, если уж подобрался.
Но на мне же свет клином не сошелся. Если у кого есть желание поэкспериментировать со входным, или выходным трансом...

Хороший транс не пробовал, с плохим играло мягко. И в хорошем, и в плохом смысле Пока остановился на диф. оосе, т.к. хороший транс дорого, а КГ всё равно большой (по сравнению с lme49990), и с наводками не совсем понятно что у него, и непонятно будет ли лучше дифооса

[A.B.ANTONOV]

Наивный

Если судить по измерениям, то нет.

[Mexap]

Если судить по измерениям, то нет.

По измерениям с выходных клемм - MW даёт чистый спектр, да даже у 7294 мало дерьма набегает(относительно), а вот на слух... ;)

Изменения звука от припаивания шинки - разительные. Уходит однообразный назойливый верх, инструменты и голоса заметно прочищаются и обретают полновесные основные тона. На примере Дианы Крол - в одном случае она поёт в "голову", во втором же - будто грудной резонатор подключает. У бочки слышнее становится низкочастотный хвост, у снейра - тело, а не только пружины. Бас не путается с бочкой ни в атаке ни в сустейне. Все начинеает играть собраннее и ритмичнее.

[begemot61]

переделать существующий пробник на дифференциальный, с батарейным питанием,

Я почему-то был уверен что пробник у Вас дифференциальный. На одной из картинок вроде двойной коакс. https://forum.vegalab.ru/showthread....=1#post2469304
И удивился что на картинке для "Константиныча" Вы посоветовали обычный съём. https://forum.vegalab.ru/showthread....=1#post2469304
В данном случае, для того чтоб маломальски доверять результатам надо мерить дифференциально. Даже если приборы не используют защитного заземления и вилки двухполюсные.
И да, SSM2019 прекрасно для этого подходит. Особенно если не очень разносить входы и свить входные провода.
Делал когда-то вот такую штуку.
Усиление 100. Питание-2 Кроны. Можно было конечно сделать что-то с более низким уровнем шумов, но для данных измерений вполне сойдет. Зато просто. Мне в своё время понравилось как эта штука работает. Ничего на вход не насасывает, не требует никакой экранировки. Шумы этого усилителя с закороченным входом (приведённые ко входу) в полосе 20-20К = 0.28 мкВ RMS при усилении 100. Есть такой-же усилитель от http://www.thatcorp.com/ Он более широполосный при больших усилениях. Хотя здесь это особо не важно.

Картинки слева направо - немодифицированный (без шунта), модифицированный (с шунтом) каналы

Интересно, а на 10к или 20К разница такая же маленькая (~1дБ)

схема дифференциального съема ОООС не заработала.

Я надеюсь Вы не пытались делать диф съём с помощью диф усилителя на ОУ? Что именно не заработало?

[Scop]

Зато работает медный шунт.

Может, надо было просто перепаять земляной провод к нагрузке из "своей" дырки на плате на контакты земляных проводов от источника питания?

[bukvarev]

Я почему-то был уверен что пробник у Вас дифференциальный.

У меня использовался обычный на LME49990 в инвертирующем включении, но от компьютера все было гальванически развязано по оптике.
Первый эксперимент получился спонтанно, просто решили подключиться к мекке и послушать.

Делал когда-то вот такую штуку.

По подобной схеме у меня есть самодельный микрофонный усилитель, который использую при записи звука с АС, но у него усиление выставлено 30 дБ, и не хотелось резистор перепаивать.
Обязательно сделаю подобный пробник на батарейках.

Интересно, а на 10к или 20К разница такая же маленькая (~1дБ)

Мы только многочастотный тест запускали. По виду интермодов на ВЧ, разница и там небольшая. А карта была на 48 КГц. Выше сделать на используемом компьютере было нельзя (по оптике АЦП умеет выдавать только 48 или 192КГц, а EMU1212 - принимать лишь до 96 КГц).

Я надеюсь Вы не пытались делать диф съём с помощью диф усилителя на ОУ? Что именно не заработало?

Была такая схема:

От положения переключателя (обычная перемычка) звук не менялся. Во всяком случае, при тех условиях испытаний.
Плата TDA имеет сплошной полигон, по которому распределяются токи. Плату делал не я, это было очень давно (наверное, еше в PCAD разведена). У меня топологии не сохранилось, а так можно было бы в Mentor ее закинуть и посмотреть все эти токи.
Я попробую "порезать" недоработанный канал (который без шунта), и сделать разводку проводами.


ЗЫ. Вчера еще раз смотрел фото топологии платы Константиныча. Не могу там ничего найти криминального. Участок "земля - мекка" должен иметь сопротивление порядка пары миллиом. Чтобы получить сигнал, который Константиныч привел, требуется, чтобы по этому участку тек ток порядка ампера. Но это невозможно. Скорее всего, дело в съеме сигнала. Возможно, в цепь попал относительно высокоомный участок "площадка-металлизация-припой-выходной провод", по которому тек выходной ток. Нужно все еще раз проверить. И заодно сделать для себя выводы, как лучше заняться обмером и возможной доработкой MW.

[Orion33]

Offтопик:

Это не изврат, это исследовательская работа по подтверждению/опровержению гипотезы.

Когда наука начинает противоречит религии, ее объявляют извратом, а еретиков сжигают

[MAXIM_A]

Может, надо было просто перепаять земляной провод к нагрузке из "своей" дырки на плате на контакты земляных проводов от источника питания?

Интересный момент, надо попробовать...

---------- Сообщение добавлено 11:35 ---------- Предыдущее сообщение было 11:19 ----------

Чуть получше...

[bukvarev]

Чуть получше...

Блин, да откуда ж там этот ток берется, шоб его ...
Там должен течь 600 мкА тока цепи ОООС, и все..
Константиныч, сфоткай пожалуйста, что там у тебя распаяно.

[MAXIM_A]

Блин, да откуда ж там этот ток берется, шоб его ...
Там должен течь 600 мкА тока цепи ОООС, и все..
Константиныч, сфоткай пожалуйста, что там у тебя распаяно.

Посмотри почту, кинул...

---------- Сообщение добавлено 11:50 ---------- Предыдущее сообщение было 11:48 ----------

Может надо включит карту через диф вход. Только как, куда подключать землю?

[bukvarev]

Посмотри почту, кинул...

Ты сделал почти как здесь ..
Только направление выхода провода поменять. В результате, смотришь качество паяного соединения и металлизации.

Может надо включит карту через диф вход. Только как, куда подключать землю?

Да. Подключаться нужно с другой стороны. Землю диф. входа можно повесить через резистор 10 Ом на малосигнальную землю.
Проводочки возьми эмалированные, диаметром 0.15..0.25 мм, скрути в пару и подпаивайся к плате ими.

[begemot61]

Была такая схема:

Это надо пробовать не так. У Вас делители ОС должны работать одинаково.Надо на мелкой макетке ставить инвертор с не очень мелкими резисторами ОСНаверно что-то по 10К. Питание ОУ локально развязывать ОСКОНами с маленьким ESR по 150-330 мкФ. Параллельно с керамикой по 10мкФОбычные электролиты не будут работать эффективно. Последовательно с питаниями - сопротивления несколько Ом, чтоб они образовывалиделитель с кондюками. После ОУ резистор того-же номинала что и в делителе ОС. И в ту же точку. Резисторы с выхода ОУ и в основной ОСподобрать чтоб были одинаковые. Абсолютная точность не нужна, только чтоб были равны между собой с разбросом меньше 1%.Тогда останется одно гнилое место, земля ОУ. Надо попробовать подключить к "мекке". Для начала.
И смотреть разницу между разными точками земли платы. Обязательно дифференциальным усилителем. С короткими и свитыми входными проводами. И не на 1Кгц, а на 10-20Кгц

P.S. У "Константиныча" земля на первый взгляд вроде разведена не плохо.

[bukvarev]

Это надо пробовать не так. У Вас делители ОС должны работать одинаково.Надо на мелкой макетке ставить инвертор с не очень мелкими резисторами ОСНаверно что-то по 10К. Питание ОУ локально развязывать ОСКОНами с маленьким ESR по 150-330 мкФ. Параллельно с керамикой по 10мкФОбычные электролиты не будут работать эффективно. Последовательно с питаниями - сопротивления несколько Ом, чтоб они образовывали делитель с кондюками. После ОУ резистор того-же номинала что и в делителе ОС. И в ту же точку. Резисторы с выхода ОУ и в основной ОСподобрать чтоб были одинаковые. Абсолютная точность не нужна, только чтоб были равны между собой с разбросом меньше 1%.Тогда останется одно гнилое место, земля ОУ. Надо попробовать подключить к "мекке". Для начала.

Вы пишете про дополнительный каскад на вспомогательном ОУ, который снимает сигнал с участка "земля - мекка", инвертирует его, и добавляет его в цепь ОООС TDA?
Такого я точно не делал. Это больше, чем один вечер, и очень хотелось обойтись без дополнительного ОУ.

Я разобрался с топологией этой платы TDA, наметил, где нужно резать. Вначале подрежу полигоны на нетронутом канале, сравню на слух с каналом, у которого уже запаян шунт. Если будет не хуже, то попробую снова эксперимент с вычитанием, и с Вашими рекомендациями тоже.

[-UST-]

Переношу сюда из темы Вадима.

Все выложено в моей ветке про искажения. В том числе и идея, как можно получить хриплый и жеваный заук в модели, хотя по гармоническим искажениям все хорошо. Здесь это - оффтоп.

Вопрос г-ну Буквареву.
Вот так все искажения будет хорошо слышно или что-то не учтено? V1 пусть будет идеальным источником сигнала, какого нам нужно для.