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

[viktor8m]

Не понимаю, как за этими гармониками наш слух может различать гармоники унч?

Конечно не может, но гармоники, особенно чётные, это самое безобидное зло из всего разнообразия искажений. Вообще-то все виды искажений это разделённые по полочкам для удобства измерений понятия, но в реальности есть сложная форма музыкального сигнала в виде нестационарной импульсной последовательности, напоминающей шумовую, и искажением в общем виде является нарушение соотношений между любыми мгновенными точками этой последовательности как по амплитуде, так и по времени, и вот с этой точки зрения усилители из-за нелинейностей активных элементов и их взаимовлияния (особенно при обратных связях) имеют значительно бОльший потенциал изменять различные соотношения реального динамичного сигнала, чем динамики (конечно в рамках заданной производителем мощности), несмотря на большее число гармоник от динамиков, чем от усилителя, что и имеют ввиду, говоря, что у усилителей и динамиков разный характер созданных ими искажений.

[A.B.ANTONOV]

что у усилителей и динамиков разный характер созданных ими искажений.

Это просто слова. Вы можете это на спектрах, или ещё как показать?

[viktor8m]

Это просто слова.

То есть и книгам и статьям Вы не верите? Они ведь тоже состоят из слов.

Вы можете это на спектрах, или ещё как показать?

Спектры показывают малую толику искажений. Вы сравните звучания разных усилителей на одной и той же колонке и сами услышите без всяких спектров, что не одними гармониками отличаются усилители. А если ещё и почитаете учебники (несмотря на ненавистные Вам слова), то узнаете, что к примеру временные искажения значительно сильнее амплитудных влияют на восприятие, что спектрами трудно показать, проще услышать. Я уж не говорю, что спектры мы проверяем при стационарном сигнале, а реальный сигнал нестационарный, что приводит к значительно бОльшим искажениям для той же схемы усилителя.

[Sergo_PnL]

При оценке ас и усилителя нужно всегда исследлвать их в паре, если необходимо сделать оценку только АС, то кроме стандартных замеров необходимо оценить работу с рпзными усилителями - отличающимися прежде всего глубиной ООС и мощностью.
Кроме тскажений для стерео важна еще идентичность каналов, т.е. можно вычитать друг из друга выходные каналы, полученные из поданого на вход одинакового тестового сигнала. Т.к. взаимное проникновение - это почти не о чем.

[bukvarev]

Отключил напряжение(ток) смещения выходов ЦАПов

Выложил в TEMP. "Copy-17-tone-2ch-Uc-OFF..". Не помогло, да и ASIO сквозное потерялось, по сравнению с попыткой "Copy-10".
Похоже, нужно искать причину дальше по тракту..

[A.B.ANTONOV]

Вы сравните звучания разных усилителей на одной и той же колонке и сами услышите без всяких спектров,

Вот не надо этого. Нужны объективные показатели. Эзотеризм не практикую.

то узнаете, что к примеру временные искажения значительно сильнее амплитудных влияют на восприятие,

И что? Их нельзя увидеть на АФЧХ?

Я уж не говорю, что спектры мы проверяем при стационарном сигнале, а реальный сигнал нестационарный, что приводит к значительно бОльшим искажениям для той же схемы усилителя.

Кто же мешает использовать не стационарный сигнал?

[viktor8m]

И что? Их нельзя увидеть на АФЧХ?

Конечно же нельзя, ведь АФЧХ возможно промерить лишь на синусе и это не отражает передачу импульсного сигнала.

Кто же мешает использовать не стационарный сигнал?

Вот об этом и разговор, как найти достоверную методику измерения на нестационарном сигнале. На сегодняшний день всё говорит о том, что если невозможно достичь минимума для любых искажений, то лучше, если усилитель имеет минимальные динамические искажения для импульсных сигналов при более значительных гармонических искажениях, чем наоборот.

[t2v2]

нужно искать причину дальше по тракту.

СПАСИБО!
Буду искать причину, а пока вот XONAR D2X mod (i-u на ad8066) восстанавливаю; копия tone D2X - https://yadi.sk/d/2nFoVv7dqYLaH




С наилучшими пожеланиями, Владимир.

[bukvarev]

Буду искать причину, а пока вот XONAR D2X mod (i-u на ad8066) восстанавливаю;

Вот результат: https://drive.google.com/folderview?...Ek&usp=sharing
В этом файле тоже выброс на первом блоке..
Кстати, про высокий уровень второй гармоники. Если у Вас тоже есть и D2X, то картинка похожа. Интересно, в чем причина повышенной второй? Я у себя перебрал все каналы, заменил ОУ в третьем-восьмом каналах, нашел в 3..8 каналах толстую пленку, которая здорово портила спектр, уровень снизился, но все равно недостаточно. Выходит, вроде как асимметрия токов в ЦАПах?

[t2v2]

В этом файле тоже выброс на первом блоке..

В разном железе одинаковый выброс ???

Если у Вас тоже есть и D2X

вот XONAR D2X mod (i-u на ad8066) восстанавливаю

Интересно, в чем причина повышенной второй?

Будем разбираться, как только победим этот выброс

[bukvarev]

В разном железе одинаковый выброс ???

Да, но здесь переходный процесс больше похож на экспоненту. Проверил софт, скопировав один блок в начало файла. "аномальная проба" теперь на втором месте. Файлы "COPY-TONE--D2X-mod-plus".

[t2v2]

переходный процесс больше похож на экспоненту

Евгений, вот ещё одна копия(HPET 64bit) с D2X - https://yadi.sk/d/ihDicjj-qYgLC


С наилучшими пожеланиями, Владимир.

[bukvarev]

Евгений, вот ещё одна копия(HPET 64bit) с D2X

Закинул. "copy+-3-TONE--D2X..". Эффект остался.

[Orion33]

Я немножко пропустил начало, о какой карте идет речь? Я так понимаю, что Вы пытаетесь добиться хороших параметров, делая оцифровки в Вин7 через виндовские драйвера? Это невозможно. Либо родной АСИО (костыль вроде АСИО4ОЛЛ не катит), либо ставьте параллельно ХР.

[t2v2]

Закинул

Евгений, СПАСИБО!
Будет свободное время продолжим

оцифровки в Вин7

XONAR D2 и D2X c драйверами UNI 1823; оцифровки в Вин10 x64, так и придётся переходить на Вин7

С наилучшими пожеланиями, Владимир.

---------- Сообщение добавлено 29.03.2016 в 13.06 ---------- Предыдущее сообщение было 28.03.2016 в 22.43 ----------

Эффект остался

копия сделана на на старенькой Вин 7 х64 - https://yadi.sk/d/TkjkqWSlqZQPX
как Эффект???


С наилучшими пожеланиями, Владимир.

---------- Сообщение добавлено 13.54 ---------- Предыдущее сообщение было 13.06 ----------

копия сделана на Вин 10 х64, НО звук. редактор в режимеPortable - https://yadi.sk/d/eJv_Ybw3qZVUs

[bukvarev]

как Эффект???

Эффект остался. Очень вероятно, что к драйверам он не имеет никакого отношения. Это может быть питание на материнке, кабель, конденсатор, да все, что угодно. Смотрите, что сохранилось неизменным при смене карты.
Все закинул в TEMP/D2X. "copy-tone-d2x-w7--full" и "COPY-TONE-D2X-PORT".
По поверхностям видно, что уровень шумов значительно ниже у режима "Portable". Однако уровень записи первого (под WIN7) файла во -первых, на 6 дБ ниже, а во-вторых - были среди тестов файлы с очень неплохими шумовыми характеристиками: "COPY-TONE--D2X-mod" вот из этого поста:https://forum.vegalab.ru/showthread....=1#post2192106
Эта запись была сделана под WIN7?

[t2v2]

Евгений,СПАСИБО!

Эффект остался. Очень вероятно, что к драйверам он не имеет никакого отношения.

Печально , дело не в драйверах, а в системных ограничениях win10, - вещь в себе и я ей не хозяин. Меня удивило и насторожило одинаковое поведение очень разных по железу звук. карт. Я уже нацелился в D2 заменять внутренний суммирующий усилитель в ina103 на внешний ОУ +4 точных резистора, НО в D2X такой же выброс

Эта запись была сделана под WIN7?

нет, это win10
Сейчас посмотрю результаты

С наилучшими пожеланиями, Владимир.

---------- Сообщение добавлено 30.03.2016 в 13.09 ---------- Предыдущее сообщение было 29.03.2016 в 23.12 ----------

неплохими шумовыми характеристиками

По шумам лучшая копия сделана на win10 х64, редактор в режиме Portable - https://yadi.sk/d/PVrF8nw2qb8Zn


Установил Ubuntu Studio разбираюсь


С наилучшими пожеланиями, Владимир.

[АЛВАЛИ]

...Спектры показывают малую толику искажений.

...временные искажения значительно сильнее амплитудных влияют на восприятие...

Вот и именно.
Но, в книжках "про это" мало.

[lazertok]

- можно ли увидеть временные искажения на синусе???
- допустим в симе на фигурах Лиссажу я наблюдаю "биение" сигналов вх/вых Уся - и добиваюсь его отсутствия во времени.
- измерить отклонение в относительных единицах можно только по осям x/y ослика.
п.с. из старых картинок

[Serge_L]

Как же здесь без мультисима-то?!
Манечка у Вас, господин хороший!