Подчеркивание сибилянтов в звучании ЦАПы

[Slava!!!]

Наконец-то дошли руки придать законченный вид достаточно давно приобретенной с рук собранной плате ЦАП LYNX D47V3.

Плата смонтирована в корпус, к ней подключены Flamenco и Foxtrot. Блок выпрямителей сделал сам, схема близка к авторской (пять отдельных выпрямителей, на плате БП гальванически не связанных, на цифровых питаниях интегральные стабилизаторы). Трансформаторы подключены через помехоподавляющий фильтр. Экранирующие обмотки трансформаторов присоединены к корпусу.

После сборки снял спектр синуса 1 кГц 0 дБ. Результаты не сохранил, но там не увидел ничего интересного - искажения намерялись меньше, чем у моей звуковой карты при прямом соединении входа и выхода, хотя и больше, чем приведены в описании разработчика. Заметно выше остальных торчит 2 гармоника, но и ее уровень, насколько помню, менее 0,005%. Вроде ничего такого, что может заметно портить звук. Проверка выхода 100 МГц осциллографом в отсутствие сигнала возбуда не выявила.

При всем этом ЦАП очень заметно подчеркивает сибилянты. Отдельные произведения вообще не могу слушать.

Теперь вопросы.

1. Какие именно искажения могут служить причиной подчеркивания сибилянтов?

2. Какими измерениями их можно достоверно выявить?

3. Способы устранения.

Заранее благодарен.

[Rova]

Rova, чтоб не запутаться в дефинициях, предлагаю немного определимся с терминологией.
Скажите, а как Вы полагаете, можно ли будет на амплитудном спектре увидеть обычные "детерминистические" фазовые искажения синуса?

Например, когда фаза синуса 1 кГц будет линейно зависит от напряжения на выходе устройства.

Думаю, нет. По крайней мере при бесконечно широком окне измерения.

[ViktKors]

Думаю, нет. По крайней мере при бесконечно широком окне измерения.

ОК.

А согласитесь ли Вы, что с точки зрения спектров абстрактная "зависимость фазы от выходного напряжения" (из предыдущего примера) - это по сути то-же самое, что и динамически меняющаяся емкость, скажем, полевика, нагружающего УН усилителя?
Т.е. это когда в зависимости от выходного напряжения (чуть сложнее чем линейно) меняется частота первого полюса, соответственно и усиление, и фаза выходного напряжения несколько "плавают".

[Rova]

ОК.

А согласитесь ли Вы, что с точки зрения спектров абстрактная "зависимость фазы от выходного напряжения" (из предыдущего примера) - это по сути то-же самое, что и динамически меняющаяся емкость, скажем, полевика, нагружающего УН усилителя?
Т.е. это когда в зависимости от выходного напряжения (чуть сложнее чем линейно) меняется частота первого полюса, соответственно и усиление, и фаза выходного напряжения несколько "плавают".

По сути это то же самое.

[ViktKors]

По сути это то же самое.

А самое замечательное, что если посмотреть на разность такого "фазоискаженного" сигнала и изначального синуса, то в первом случае мы в чистом виде получим вторую гармонику, а во втором (с "варикапным эффектом") чуть более сложный спектр.
Единственная разница с обычным амплитудным ограничением (искажением) будет только в том, что фаза синуса второй гармоники (ну или гармоник, для динамической емкости) будет сдвинута на 90°.

В этом легко убедиться хоть на миллиметровке, хоть в симуляторе.
Это несколько неочевидное свойство, потому на него и ловятся довольно часто, но зато графические примеры с разложением "фазоискаженного" синуса столь наглядны, что обычно не оставляют больше никаких сомнений.

Собственно, именно "одномерность" обычных спектров (то, что они вообще никак не учитывают фазу гармоники) и позволяет не заморачиваться тем, какая именно нелинейность имеется в наличии, будь она хоть статическая, хоть динамическая, стоит подать на вход периодический сигнал - и она в том или ином виде будет отображена на спектре как набор "палок".

[Rova]

А самое замечательное, что если посмотреть на разность такого "фазоискаженного" сигнала и изначального синуса, то в первом случае мы в чистом виде получим вторую гармонику, а во втором (с "варикапным эффектом") чуть более сложный спектр.
Единственная разница с обычным амплитудным ограничением (искажением) будет только в том, что фаза синуса второй гармоники (ну или гармоник, для динамической емкости) будет сдвинута на 90°.

В этом легко убедиться хоть на миллиметровке, хоть в симуляторе.
Это несколько неочевидное свойство, потому на него и ловятся довольно часто, но зато графические примеры с разложением "фазоискаженного" синуса столь наглядны, что обычно не оставляют больше никаких сомнений.

И как мы это оцениваем на амплитудном спектре ? ) В случае сложного сигнала, да и просто синуса куда мы вкладываем это в так называемый Кг ? А как быть с фазовой интермодуляцией, которая непременно возникнет на сложном сигнале из за нелинейной реактивности, но опустится в полку при огромном окне измерения.

---------- Сообщение добавлено 17:20 ---------- Предыдущее сообщение было 16:59 ----------

Помимо нелинейных реактивностей будет и термомодуляция через сложный ФНЧ теплопроводимость-теплоемкость в том числе посредством тепловых обратных связей (скажем ВК->ДК если на одном кристалле).

[ViktKors]

И как мы это оцениваем на амплитудном спектре ? ) В случае сложного сигнала, да и просто синуса куда мы вкладываем это в так называемый Кг ?

Кг ничего не знает о природе нелинейности, будь она хоть амплитудная, хоть фазовая, хоть их сумма - неважно. Выходное напряжение будет содержать изначальный синус и его гармоники (векторную сумму гармоник разных каскадов). Спектр и покажет именно амплитуду этих гармоник (то, что будучи вычтено из выходного сигнала оставит только изначальный синус).

Еще раз, выходной сигнал отличается от входного на величину искажений. Вычтем из выхода вход - получим сигнал искажений (и неважно какая у этих искажений природа). Этот сигнал состоит непериодических компонент (шума) и периодических.
Периодические можно разложить в спектр и проанализировать. Все "варикапные эффекты" содержаться именно в этой части спектра.

А как быть с фазовой интермодуляцией, которая непременно возникнет на сложном сигнале из за нелинейной реактивности, но опустится в полку при огромном окне измерения.

Не уверен, что понимаю, о чем идут речь, но "опуститься в полку" может только нечто случайное, вроде шума.
Фазовая интермодуляция ничем принципиально не отличается от амплитудной, по сути это две компоненты комплексного сигнала. Нелинейность порождает гармоники, реактивность крутит фазу. "нелинейная реактивность" крутит фазу гармоник.

Если фаза на периоде сигнала крутится то туда, то обратно, это не значит, что она скомпенсируется в ноль на большом периоде. Это как с амплитудной нелинейностью, если мы будем менять амплитуду синуса то туда, то сюда, это не значит, что мы получим стабильную одинокую палку на спектре, нет, это значит, что помимо этой самой палки со средней амплитудой, мы получим еще какие-то палки, которые и опишут "туда-сюда" усиления.
Точно также и с фазовой интермодуляцией. Ничего не усреднится в ноль, просто появятся дополнительные спектральные компоненты.

Да, известно-же, что комплексный спектр функции полностью эквивалентен самой функции. Глядя на обычный спектр мы просто игнорируем информацию о фазе компонент, но сами компоненты мы видим все!.

---------- Сообщение добавлено 15:30 ---------- Предыдущее сообщение было 15:26 ----------

Помимо нелинейных реактивностей будет и термомодуляция через сложный ФНЧ теплопроводимость-теплоемкость в том числе посредством тепловых обратных связей (скажем ВК->ДК если на одном кристалле).

А в чем тут разница относительно "варикапного" эффекта? Только в постоянных времени. Ну так измерять можно хоть на 1 Гц.
Важно, что механизм распределения тепла конкретного устройства одинаков, что сегодня, что завтра. Т.е. нагреваться оно будет единообразно, а значит и реакция на периодический сигнал будет носить периодический характер. Следовательно эта реакция вполне позволяет описать себя даже не просто посредством fft, но и fft с усреднением, что позволяет вычленить даже малые эффекты.

[Игорь Гапонов]

Offтопик:

...

Собственно, именно "одномерность" обычных спектров (то, что они вообще никак не учитывают фазу гармоники) и позволяет не заморачиваться тем, какая именно нелинейность имеется в наличии, будь она хоть статическая, хоть динамическая, стоит подать на вход периодический сигнал - и она в том или ином виде будет отображена на спектре как набор "палок".

Объясните с помощью этого вашего синусоидального принципа образование субгармоник в триггерах (деление частоты) и/или на мембранах/диффузорах.

По сабжу. Имхо (эмпирика). Обычно ИСКАЖЕНИЕ сибилянт происходят на структурах подобных ОУ (усилители с большим коэфф. усиления и глубокой ООС). Что заставляет применять "для звука" очень быстродействующие АЭ, пассив с низкими потерями и монтаж с учётом нано-пико секундных переходных процессов. Или безосые структуры с умеренно низкими нелинейными эффектами как таковыми.

[Rova]

Да, известно-же, что комплексный спектр функции полностью эквивалентен самой функции. Глядя на обычный спектр мы просто игнорируем информацию о фазе компонент, но сами компоненты мы видим все!.

Ну так это же комплексный спектр, а не амплитудный, амплитудный по сути корень из суммы квадратов составляющих - реальной и мнимой.
Согласен на счет палки нелинейности реактивности (как жалкий остаток проблемы), но возникнут и уже не палки, а именно фазовая модуляция (если бы варикап только портил линейность не было бы ФМ генераторов), которой амплитудный спектр не показывает (не в большом окне). Можно было бы смотреть фазовый спектр, но там фаза шумовой полки забьет всю картину. В этом плане методика Букварева все же уникальна, она вытаскивает всю энергию мусора кроме линейного, и там виден, в том числе фазовый шум.

[ViktKors]

Ну так это же комплексный спектр, а не амплитудный, амплитудный по сути корень из суммы квадратов составляющих - реальной и мнимой.
Согласен на счет палки нелинейности реактивности (как жалкий остаток проблемы), но возникнут и уже не палки, а именно фазовая модуляция.. которой амплитудный спектр не показывает (не в большом окне). .

Это почему же не показывает?
Что такое "модуляция"? - это словесная абстракция. Нам важно как она себя проявляет, а проявляет она себя точно так-же как и амплитудная модуляция - как изменение зависимости выходного напряжения от времени.
Модуляция (что частотная, что амплитудная), ясное дело периодическая, значит и "изменение зависимости выходного напряжения от времени" - тоже периодические, а следовательно может быть представлено и накоплено с усреднением в fft

---------- Сообщение добавлено 16:06 ---------- Предыдущее сообщение было 16:03 ----------

там виден, в том числе фазовый шум.

Но чем, чем "фазовый шум" на слух отличается от обычного"?

---------- Сообщение добавлено 16:10 ---------- Предыдущее сообщение было 16:06 ----------

Объясните с помощью этого вашего синусоидального принципа образование субгармоник в триггерах (деление частоты) и/или на мембранах/диффузорах.

Что понимается под "синусоидальным принципом"?
Или вы интересуетесь видом нелинейности, который приводит к генерации субгармоник? - Так в этом случае одними нелинейностями дело не исчерпывается.

[Игорь Гапонов]

Offтопик:

...Что понимается под "синусоидальным принципом"?
Или вы интересуетесь видом нелинейности, который приводит к генерации субгармоник? - Так в этом случае одними нелинейностями дело не исчерпывается.

Вы ж там везде - гармоники-гармоники... Оставил бы без комментариев. Однако скажу. Случай с "мгновенным и бесшумным триггером с памятью" - именно случай/пример чистейших нелинейных искажений и чистейших нестационарных процессов.

[Alex]

Амплитудный спектр максимум что может показать - это следы проблемы,

Ну так и скажи - в моей картинке есть "следы проблемы" или нет? Я-же больше ничего не просил, а ты тут из себя Зою Космодемьянскую изображаешь

[Rova]

Ну так и скажи - в моей картинке есть "следы проблемы" или нет? Я-же больше ничего не просил, а ты тут из себя Зою Космодемьянскую изображаешь

Понятия не имею, я нигде не оценивал абсолютно, только относительно. Фазовый шум может перекрываться краевыми эффектами при малом окне, да и вид окна на нее влияет.
Не подменяй понятия.

---------- Сообщение добавлено 20:08 ---------- Предыдущее сообщение было 19:45 ----------

Амплитудной спектр вычисляется как модуль комплексных чисел, корень из суммы квадратов. То есть по сути этакая свертка комплексного спектра, не обладающая полнотой информации. Представим, что реальное и мнимое значения изменились в разные стороны - корень из суммы квадратов остался прежним, при этом изменился и сигнал и комплексный спектр - изменилась фаза. А теперь проделаем так сто раз в секунду. И все время мы будем получать это же самое значение, амплитудный спектр молчит. А фазовый не видит амплитудных изменений, хотя в комплексном спектре все это есть.

[ViktKors]

Амплитудной спектр вычисляется как модуль комплексных чисел, корень из суммы квадратов. То есть по сути этакая свертка комплексного спектра, не обладающая полнотой информации. Представим, что реальное и мнимое значения изменились в разные стороны - корень из суммы квадратов остался прежним, при этом изменился и сигнал и комплексный спектр - изменилась фаза. А теперь проделаем так сто раз в секунду. И все время мы будем получать это же самое значение, амплитудный спектр молчит.

Да черта с два он молчит!!Остался один шаг для понимания.
Что происходит с сигналом? - 100 раз в секунду Вы меняете фазу своего сигнала (именно так, раз Вы дергаете комплексное число, оставляя неизменной его амплитуду). Что это означает для сигнала? Он модулируется 100 Герцами,т.е. в него добавляется некая амплитуда 100 Гц, но не тупо, а так, чтоб амплитуда суммы сигнала и 100 Гц оставалась неизменной! Что это означает для спектра - появляется палка на 100 Гц!

Вот ей-ей, два действия в симуляторе показали бы всю тривиальность происхоодящего!
Сделайте фазовую модуляцию, вычтите исходный сигнал - посмотрите на дополнительный синус. Или просто посмотрите спектр ФМ сигнала.
Или прогоните через "варикапную нелинейность"!
Тьма способов!. Надеюсь симулятор в этом плане достоинн Вашего доверия.

[Rova]

Да черта с два он молчит!!Остался один шаг для понимания.
Что происходит с сигналом? - 100 раз в секунду Вы меняете фазу своего сигнала (именно так, раз Вы дергаете комплексное число, оставляя неизменной его амплитуду). Что это означает для сигнала? Он модулируется 100 Герцами,т.е. в него добавляется некая амплитуда 100 Гц, но не тупо, а так, чтоб амплитуда суммы сигнала и 100 Гц оставалась неизменной! Что это означает для спектра - появляется палка на 100 Гц!

Вот ей-ей, два действия в симуляторе показали бы всю тривиальность происхоодящего!
Сделайте фазовую модуляцию, вычтите исходный сигнал - посмотрите на дополнительный синус. Или просто посмотрите спектр ФМ сигнала.
Или прогоните через "варикапную нелинейность"!
Тьма способов!. Надеюсь симулятор в этом плане достоинн Вашего доверия.

То есть фазовая модуляция с частотой 100 герц выглядит как палка на этой частоте ? Значит также выглядит и частотная ? И джиттер вероятно выглядит как-то так же. Это несерьезно.

---------- Сообщение добавлено 20:54 ---------- Предыдущее сообщение было 20:33 ----------

Палки появятся, но появятся на частотах F+-Fmod.

[ViktKors]

То есть фазовая модуляция с частотой 100 герц выглядит как палка на этой частоте ? Значит также выглядит и частотная ? И джиттер вероятно выглядит как-то так же. Это несерьезно.

Почему-же, что тут несерьезного? (ес-но помимо естественных для быстрого общения помарок), с учетом абсолютно справедливого Вашего-же замечания

Палки появятся, но появятся на частотах F+-Fmod.

все серьезно.
Естественно, ситуация посложнее чем такое примитивное изложения, но зато уже вроде как наличие палок в спектре не оспаривается

[Игорь Гапонов]

Offтопик:

...

Палки появятся, но появятся на частотах F+-Fmod.

Только при амплитудной двухполосной модуляции. Любая частотная или фазовая модуляция синусом приводит к появлению в теории бесконечного числа "боковых частот" (см. функции Бесселя). "Юбки" - это исключительно из-за приближения в модели к АМ модуляции при очень низких индексах фазо-частотной модуляции.

Вообще, рекомендую не кормить, э---э-э-эм, Вашего визави. ( личка Ваша переполнена, поэтому в открытом эфире, пусть уважаемое собрание простит).

[Rova]

Почему-же, что тут несерьезного? (ес-но помимо естественных для быстрого общения ошибок), с учетом абсолютно справедливого Вашего-же замечаниявсе серьезно

Ну вот это и будет фазовый шум, только в качестве модулирующего сигнала выступает сам сигнал, на амплитудном спектре синуса мы ничего не увидим (кроме модуляции шумовой полкой), чем сложнее сигнал, тем явственнее должны быть видны юбки фазового шума. Максимально приближенный к музыкальному сигнал - розовый шум. У Букварева и Ко максимальный рост энергетики идет на белом шуме, оно и понятно, причем энергия на порядок (ки) превышает энергию статической нелинейности.

---------- Сообщение добавлено 21:08 ---------- Предыдущее сообщение было 21:07 ----------

Только при амплитудной двухполосной модуляции. Любая частотная или фазовая модуляция приводит к появлению в теории бесконечного числа "боковых частот". "Юбки" - это исключительно из-за приближения в модели к АМ модуляции при очень низких индексах фазо-частотной модуляции.

Ок.

[ViktKors]

Ну вот это и будет фазовый шум, только в качестве модулирующего сигнала выступает сам сигнал,

Шум - это шум, случайное распределение амплитуд. А когда сигнал (ага сигнал из "палок") модулирует себя на нелинейности, получается не шум, а вполне себе спектр "из палок". А в частном случае "варикапных искажений" это дает вполне себе гармонический спектр.

Эта музыка будет вечной, я пас.

[Rova]

Конечно, это не шум в чистом виде, эта дрянь коррелирована с сигналом. Суть в том, что это не гармоники, кратные сигналу, на спектре это "юбки" у основания этих гармоник, по мере усложнения сигнала поднимающие "шумовую" полку.

[Audiomaniac]

Offтопик:
Просто ухо работает не так, как работает ФФТ-спектроанализатор, отсюда и все нестыковки между измеряемым и слышимым. А других методов контроля пока не придумали.