Проверка уровня слышимости искажений

[Михаил К]

Согласен, что смысла мало. Не учитывается изменение амплитудно-амплитудной характеристики от истории сигнала (я это называю джитером АХ).

прикрутить зависимость от истории сигнала не составляет труда. Существенно другое - задача должна быть четко сформулирована. В правильном вопросе половина ответа. Я хотел решить другую задачу - о влиянии нелинейности в чистом виде.

Есть и модели учета тепловых искажений. Которые не слишком сильно затухают с ростом частоты, так как выделившееся импульсно тепло в начале локализовано и локально прогревает область перехода до большой температуры. Это только кажется что тепловые искажения медленные.

[Валет]

В моем случае звук с гармониками хуже - он менее прозрачен, появляется вуаль в звуке, теряется четкость, тарелки начинают шепелявить. Грубо, но как то вот так, хреново даже только со второй гармоникой.

Если чуть уменьшить процент, получится то, что называют теплым ламповым звучанием. Многим такое звучание нравится.



Характер протекания динамических процессов в нелинейных цепях существенно зависит от того, успевают ли свойства нелинейного элемента "следить" за изменением тока и напряжения на элементе. Если нелинейность элемента связана с температурной зависимостью сопротивления, что мы наблюдаем, в частности, у лампочки накаливания, то при достаточно быстрых изменениях тока через лампу (например, при питании ее от сети с частотой 50 Гц) нить лампы имеет в течение периода практически постоянную температуру, а следовательно и ее сопротивление R сохраняется неизменным. Поэтому формы кривых тока i и напряжения на лампе u = Ri в течение периода будут подобны. Такие элементы являются инерционными. (…) Однако деление реальных компонентов электрических цепей на инерционные и безынерционные носит относительный характер. Так, при частотах в несколько герц сопротивление лампы накаливания уже успевает изменяться в течение периода, и этот элемент следует рассматривать как безынерционный.

Наплевать. Есть результат, "анализа крови" - частотная зависимость "кагэ". А это и есть инерционная нелинейность не зависимо от причин, методов их подавления и даже неучтённых при этом процессов.

Ну если наплевать, то да, вы можете называть инерционной нелинейностью что угодно. Только суть от этого не изменится.

PS. Названия я перепутал. То что называл инерционной нелинейностью, на самом деле называется безынерционной. И наоборот.

[straus]

Прогнал музыку, послушал, поплевался. Как и предполагал - ничего вторая гармоника не приукрашивает. Абсолютно.

Да. Но это на сложном сигнале. Если взять сигнал одного инструмента, да ещё с бедным спектром - наличие второй гармоники немного его оживляет. Но это используется в студии, дома оно не надо.

[Игорь Гапонов]

прикрутить зависимость от истории сигнала не составляет труда..

Удачи!

Ну если наплевать, то да, вы можете называть инерционной нелинейностью что угодно.

Дефиниция того или иного понятия всегда затрагивает фундаментальные свойства. Поэтому они, эти свойства, всегда сопровождаются чёткими симптомами. Они указаны. И им наплевать и на меня и на вас.

Самое главное следствие по топику то, что инерционную (частотнозависимую) нелинейность принципиально нельзя представить рядом Тейлора. А ТС симулирует НИ именно рядом Тейлора.

[Grommit]

Я хотел решить другую задачу - о влиянии нелинейности в чистом виде.

Вообще, идея интересная, на на практике получается немало нюансов. Нужно ведь хотя бы приближенно "сымитировать" реальную нелинейность, но при произвольном выборе коэффициентов полинома сделать это не получится. Например, вроде бы простой случай - магнитофонный тракт, в котором только третья гармоника (плавное ограничение амплитуды) навряд ли возможно получить подбором коэффициентов без применения довольно сложных методов аппроксимации. Да и вообще, "палки гармоник" на спектрограмме - всего лишь условность. Картинка спектра может быть идентична для двух диаметрально противоположных случаев - случай с компрессией (как в магнитофоне) или случай с экспандированием. Звук с компрессией имеет тенденцию к "зажатости", а с экспандированием - к избыточной "яркости". По спектру этого не отличить.

[Михаил К]

полином описывает любую нелинейность, нужно только что бы его порядок был достаточным для малости отклонения от реальной нелинейной зависимости.
Для примера вставте в файл HARMONI.TXT такие коэффициенты:


Получите набор гармоник:

т.е. чистая третья гармоника с уровнем -32 Дб
Свобода манипулировать гармониками в программе полная

[Grommit]

чистая третья гармоника с уровнем -32 Дб

А теперь попробуйте начертить график этого полинома и сравнить с видом амплитудной характеристики того же магнитофона. Не будет даже приближенного сходства. (В том числе и по звуку.) Аппроксимировать полиномом, конечно, можно любую нелинейность, но не все так примитивно.

[Михаил К]

ничего примитивного здесь нет, наоборот это великое изобретение Тэйлора.
Вот два графика разной нелинейности и на них формулы для полиномов их описывающих.
Хотите с клиппингом, или с подъемом, все равно описывается полиномом. Только коэффициенты разные, они на рисунках.

[Игорь Гапонов]

т.е. чистая третья гармоника с уровнем -32 Дб
Свобода манипулировать гармониками в программе полная

Вы бы хоть корректно применяли термины,годные не только для чистых тонов входного воздействия. В данном случае, если входной сигнал произвольная фонограмма, независимо от того как задана нелинейность - коэф. р.Тейлора или уровнями синфазных гармоник при синусоидальном воздействии - речь должна идти о продуктах нелинейности энн-го порядка, а не о гармониках. Более того, продукты нелинейности совпадающие с частотами на входе будут занижать или завышать "коэфф. гармоник", хотя на само деле модуль их относительного уровня будет равный. Пример - X+0,1X^3 vs X-0,1X^3. При более высокой "третьей гармонике" при единичной амплитуде на входе второй полином "звучит" гораздо гораздее, т.к. не имеет "центральной отсечки".

[Grommit]

Только коэффициенты разные

Ну дык о том и речь. От балды подставлять коэффициенты и с умным видом "слушать гармоники" и делать выводы - фигня. Даже математически. Тем более не существует однозначной связи "коэффициента 3 (4, 5 ,10) гармоники" и воспринимаемого на слух окраса.

---------- Сообщение добавлено 13:42 ---------- Предыдущее сообщение было 13:27 ----------

Кстати, самый забавный результат можно получить, когда амплитудная характеристика акустики будет хотя бы приближенно иметь вид обратной функции гармонизатора (или усилителя). При этом слушатель услышит "более правильное звучание"! Даже несмотря на довольно большие цифры искажений!

[anli]

Есть и модели учета тепловых искажений. Которые не слишком сильно затухают с ростом частоты, так как выделившееся импульсно тепло в начале локализовано и локально прогревает область перехода до большой температуры. Это только кажется что тепловые искажения медленные.

Да, есть. Причем уже очень давно http://forum.vegalab.ru/showthread.php?t=2754

[Ka4aN]

Хостинг файлов на каком-то чужом сервере и мне не нравится. Посоветуйте приличное место.

Хоть тот же яндекс-диск, хоть гугол-диск. Хоть просто на форум в зип-папке залить. Только без Вав-ок

Дизеринт, нойз шейпинг не используется. Вмешательство в файл сведено к минимуму.

Это плохо. Значит, в добавленных продуктах вашего "полиномного искажения" много шумов квантования. Из-за этого может статься:

Прогнал музыку, послушал, поплевался.

звук с гармониками хуже - он менее прозрачен, появляется вуаль в звуке, теряется четкость, тарелки начинают шепелявить. Грубо, но как то вот так, хреново даже только со второй гармоникой.

При грамотном добавлении "чистой второй гармоники" в районе пары процентов - звук не портится. Были тут уже такие тесты, Вы не первый

[Ollema]

[Ka4aN]

Ай, ладно, скачаю прогу - послушаю в чем дело.

---------- Сообщение добавлено 17:00 ---------- Предыдущее сообщение было 16:28 ----------

Клиппинг:


Квантовый шум:



Результат #понятнокакой.

[Михаил К]

Хоть тот же яндекс-диск, хоть гугол-диск. Хоть просто на форум в зип-папке залить. Только без Вав-ок

спасибо, попробую разместить на форуме

Это плохо. Значит, в добавленных продуктах вашего "полиномного искажения" много шумов квантования. Из-за этого может статься:

опять же спасибо, добавлю dithering в программу как опцию
"Дизеринг работает с амплитудой сигнала и заключается в добавлении к исходному сигналу сгенерированного шума небольшой амплитуды. Это устраняет корреляцию шума квантования с исходным аудиосигналом, звучание становится гладким. Чаще всего используется белый шум с амплитудой 2 младших разряда (TPDF - triangular PDF)."

но будучи логичным надо предполагать что dithering уже есть в оригинальной записи. Преобразоване полиномом практически без измененний перенесет аддитивно шум в преобразованный сигнал. Второй раз его добавлять уже не надо. Поэтому в программе применена минимальная обработка, что бы не заниматься украшательством. Подумаю еще над этим.

Клиппинг!!! -это ужасно! Такое может быть если амплитуда близка к 32768 а нелинейное преобразование выводит сигнал за границу. У меня таких ситуаций не возникало. Но раз это возможно на практике - добавлю в программу заглушку что бы устранять возможный клип. Тем более что контроль амплитуды в программе уже есть.
А можно познакомиться с файлом Report.txt который у вас получился в случае с клиппингом? Было бы крайне интересно.

При грамотном добавлении "чистой второй гармоники" в районе пары процентов - звук не портится. Были тут уже такие тесты, Вы не первый

что-то такое и у меня получилось

[Ka4aN]

Преобразоване полиномом практически без измененний перенесет аддитивно шум в преобразованный сигнал.

Да. Дизер уже не провернуть обратно. Но "полиномная" то добавка остаётся без него, и имеет свои ошибки округления. Они то на моих картинках выше и вылазят из-под общего фона на десяток дБ.

А можно познакомиться с файлом Report.txt

К сожалению, всё потёр. Боюсь, там ничего сверхинтересного. Обыкновенная композиция "Металлика - Насинг элз мэтерз", таких щелчков там пруд пруди. Единственное, не припомню, чтобы видел глазом иголки обратной полярности.

Клиппинг!!! -это ужасно! Такое может быть если амплитуда близка к 32768 а нелинейное преобразование выводит сигнал за границу.

Это событие вовсе не редкое в записях, а в выпускаемых последние лет 20-ть - скорее весьма частое.

Обработка 32 битная.

Тут я уже скептически уточню, а лишние 16 бит к данным, с какой стороны прилеплены?

[Михаил К]

К сожалению, всё потёр. Боюсь, там ничего сверхинтересного. Обыкновенная композиция "Металлика - Насинг элз мэтерз", таких щелчков там пруд пруди. Единственное, не припомню, чтобы видел глазом иголки обратной полярности.

громаднейшее спасибо за помощь и замечания! Все на самом деле позитивно.
Дизеринг уже добавил - величиной плюс минус 1 LSB с треугольным распределением плотности шума как и рекомендовано в
http://prosound.ixbt.com/education/d...-shaping.shtml

Но основная промашка в клиппинге, это по его причине искажения. Причем очень грубый клиппинг, с перебросом.
Я взял тестовый файл 1 кгц 0 Дб и он при введении второй гармоники дает выбросы из-за выхода за 32767 бит.
Это легко исправляется, скоро поправлю, потом оттестирую на тестовом сигнале 0 Дб, запишу картинки с FFT и размещу здесь.

Лишние 16 бит из-за 32-разрядных чисел с плавающей запятой. В этом смысле все честно и корректно. (Можно и больше, если нужно). Но основная промашка, найденная вами, - грубый клиппинг. К счастью легко исправимо.
Ka4aN, спасибо за тест программы!

---------- Сообщение добавлено 23:34 ---------- Предыдущее сообщение было 14:03 ----------

в результате в программу внесены два изменения:
- добавлен dithering
- и ограничение сигнала теперь не происходит при любых значениях коэффициентов

предыдущий вариант программы полностью работоспособен, но если есть клип сигнала (что видно по значениям max min в файле report, они равны 32767) то нужно уменьшить значение первого коэффициента до ,например, 0.8.

Дизеринг по форме распределения такой:

Нашел какие-то тестовые сигналы (на сайте http://www.audiomaniac.net/files/tes...udiomaniac.rar).
Оттуда взял синус 1 кГц, 0 дБ по уровню и с ним проверил работу. FFT оригинала выглядит так:

Потом добавил в программе вторую гармонику -46 дБ. В старой программе был клип, но в исправленном варианте все в порядке. Без дизеринга получил такой результат:

А так получается если включить dithering:

Во всех вариантах глюков нет и все выглядит прилично. Dithering как будто ничего не дает, может быть его надо увеличить до 2 LSB?
Еще потестирую и заменю версию программы на сайте на новую.

[SilentS]

Предположу, что когда происходит обратная конверсия float -> int16, то идет автоматический дизеринг.

[Михаил К]

Предположу, что когда происходит обратная конверсия float -> int16, то идет автоматический дизеринг.

Автоматическое снижение разрядности скорее всего даст специфические искажения. Нужны добавленные шумовые биты.

более-менее толковое объяснение как делается "dithering":
https://theproaudiofiles.com/dither/
Основные этапы обработки такие:
Process @ 24-bit 88.2 kHz
Downsample to 24-bit 44.1 kHz
Dither down to 16-bit 44.1 kHz
Finished CD Quality Master@ 16-bit 44.1 kHz

(там подробно нарисовано как расположены шумовые разряды в 24 битах.)

Но смысл прграммы не в прецизионной обработке аудио. Смысл программы это простая демонстрация того факта что большие (~1%) искажения определенного класса не слышны как искажения.

---------- Сообщение добавлено 20:18 ---------- Предыдущее сообщение было 07:04 ----------

--------------------
попроверял программу еще. Пробовал добиться максимального разрешения FFT. В результате исходный синус:
Вложение 350559
Далее добавление второй гармоники без dithering:
Вложение 350560
и с dithering:
Вложение 350561

В заголовочном тексте вставлена ссылка на новую исправленную версию программы HARMONI.EXE

Что -то меняется при обработке на уровне -140, -130 дБ но это не важно.
Основной вывод, который можно сделать, протестировав аудиофайлы с этой программой состоит в том, что большие искажения (~1%) определенного рода не слышны, в то время как искажения другого рода с уровнем 0.001% прекрасно различаются на этом фоне.
Это основной парадокс в аудио, который воспринимается как тупик.

[Johny]

в то время как искажения другого рода с уровнем 0.001% прекрасно различаются

Очень интересно! И что это за искажения?