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

[Игорь Гапонов]

Т.е. неслышно т.н. некоторых когерентных поканально линейных искажений довольно большого уровня (известно, разные, некогерентные ЛИ в каналах слышны гораздо лучше) . Но не все неслышно - задом наперёд - тоже ЛИ когерентные (однако некаузальные), и ох как слышно .

[Orion33]

Прослушивал, т и не только я. Не отличается. Можно сделать бесконечное множество вариантов одного и того же музыкального произведения. У каждого из этих вариантов будет своя временнАя форма сигнала, но на слух они будут неразличимы (если использовать очень хороший (идеальный) усилитель). Прослушивали несколько вариантов преобразований. Психоакустика рулит

То есть в основу метода заложено допущение "на слух"?

[bukvarev]

То есть в основу метода заложено допущение "на слух"?

Нет конечно. В основе способа, описанного в первом посте этой ветки, лежит математика.

[оператор]

Не конечно. В основе способа, описанного в первом посте этой ветки, лежит математика.

Полностью соглашусь, с тем, что всю эту субъективность "звучит-не звучит" можно и нужно обнаружить и измерить.
Звуковой диапазон и аудиотехника, для современной науки "детский сад".

Личное мнение.
1. Нужна методика динамических измерений, на стационарных и псевдо стационарных сигналах полной картины не будет.
- Что очевидно и просто обнаруживается - нарушение симметрии усилителями меандра.
- Просто обнаруживается влияние прогрева и тепловых процессов на звучание.
2. Измерения нужно проводить в диапазоне рабочих мощностей. Хотя бы 50% амплитуды до клиппа.
3. Процессы модуляционного характера АМ и ФМ в ближней зоне звуковой картой обнаружить невозможно.
Нужны совсем другие приборы и методики.

[bukvarev]

1. Нужна методика динамических измерений, на стационарных и псевдо стационарных сигналах полной картины не будет.
- Что очевидно и просто обнаруживается - нарушение симметрии усилителями меандра.
- Просто обнаруживается влияние прогрева и тепловых процессов на звучание.

А чем не устраивает реальный музыкальный фрагмент?
Предложите конкретный испытательный сигнал и каким образом получить полную картину (только, естественно, ничего в усилителях и звуковых картах паяльником греть я не буду).
Можно будет попробовать проверить практически, как был проверен тест Михаила.

Процессы модуляционного характера АМ и ФМ в ближней зоне звуковой картой обнаружить невозможно.

Что есть "ближняя зона" и какой величины процессы Вы хотите выловить?

[Игорь Гапонов]

Не конечно. В основе способа, описанного в первом посте этой ветки, лежит математика.

+ при линейном преобразовании Гильбертом спектральная плотность мощности сигнала не изменяется, т.к. не изменяется его модуль спектра (АЧХ). Очевидно, все всепропускающие фазовые корректоры, воздействующие только на аргумент спектра (ФЧХ), также обладают этим свойством.

[bondar100]

Offтопик:

Усложняет технически - да, но не запутывает, а распутывает.

Не согласен. Далеко не все композиции сводятся так, как в рок-записях. Бывают бинауральные записи, бывают записи живого звука только на микрофон или микрофоны. Первичными слушателями при этом являются зрители в зале, а не режиссер. И в этих случаях все эффекты хорошего/плохого воспроизводящего тракта тоже есть. Зачем рассматривать частный случай, тем более, если он сложнее (содержит дополнительные неизвестные режиссерского тракта воспроизведения)?

[Игорь Гапонов]

Offтопик:

///

потому что это как раз общий, а не частный случай - слуховой контроль того, что будет у юзера. Отсутсвие такого контроля - частный и довольно редкий случай в аудио продукции (например, документальная запись прослушки ). И как раз условия сведения и содержат сведения, что же авторам продукта хотелось бы передать слушателям именно из этой студии в икс-игрекчасов игрекиксминут- в момент сведЕния, хоть в бинаурале, хоть в 7-ми канале. Ну, типа та самая "правильная освещённость" звуковой картины, эдакий детерминированный "баланс белого", может быть и нелинейный, но таки объективный. И ведь под такую, правда, только линейную коррекцию железо по гуманным ценам доступно уже вчера. Достаточно приаттачивать к аудиопродукту файл с данными измерений этих условий (например, ЧХ студийных наушников, используемых при бинауральном сведении).

[bondar100]

Offтопик:
Игорь Гапонов, вы же математик немного? Скажите, а не может ли быть информативным (с точки зрения поиска причин плохого звука) сравнение функции импульсного отклика усилителя на разных амплитудах сигнала?

[Игорь Гапонов]

Offтопик:
Игорь Гапонов, вы же математик немного? Скажите, а не может ли быть информативным (с точки зрения поиска причин плохого звука) сравнение функции импульсного отклика усилителя на разных амплитудах сигнала?

так это же "Эвклид": преобразование амплитудного масштаба умножением на константу (разные амплитуды без изменения формы импульса во времени) - обратимое линейное преобразование. Про причины НИ, как видишь на примере методы "Гильберта" Евгения из той же группы, вопрос открытый. Но "амплитудная" подгруппа сабжевых методов позволяет, например, определить оптимальный по критерию max{С/(НИ+Ш)} уровень для реальной фонограммы в реальных условиях её воспроизведения.

[Сергей Гапоненко]

Коллеги, я совершенно заинтригован тем, что, как следует из сообщения Евгения Букварева и модели Игвина можно создать ситуацию когда ухо не отличит меандра от пилы.
Какой "инвариант" детектирует слух=мозг? Начало нарастания сигнала, среднюю длительность и спектр, а также среднюю мощность? Эти все параметры совпадают, хотя время нарастания и спада сильно отличается.

[Orion33]

Нет конечно. В основе способа, описанного в первом посте этой ветки, лежит математика.

Как нет, если Вы утверждаете, что различные по форме сигналы на слух звучат одинаково, и именно на этом строите все дальнейшие рассуждения.
Та же пила для воспроизведения усилителем значительно проще, чем меандр. А по Вашему методу делается преобразование более сложного сигнала в более простой и по его анализу делается вывод об искажениях более сложного. Как-то это странно.

[bukvarev]

Какой "инвариант" детектирует слух=мозг? Начало нарастания сигнала, среднюю длительность и спектр, а также среднюю мощность? Эти все параметры совпадают, хотя время нарастания и спада сильно отличается.

Сергей, никто не знает, как на самом деле работает мозг после получения частотно-импульсных сигналов от волосковых клеток.
Но проводились исследования, по результатам которых, в области СЧ-ВЧ распознается скорее комплексная огибающая сигнала (которая не зависит от фазы). В НЧ диапазоне распознается уже и временная форма, различия проявляются на интервальных гистограммах. Есть разные фокусы, связанные с динамикой, а также с выбором интервала обработки сигнала. Например, можно (и выкладывал такой звуковой файл) до неузнаваемости изменить материал только линейным фазовращателем. Сигнал будет грязным.
Вообще, есть фундаментальная книга Блауэрта "Пространственный слух", есть компактная статься Шредера "модели слуха" (в русском переводе).
Шредер - Модели слуха.zip

---------- Сообщение добавлено 15:50 ---------- Предыдущее сообщение было 15:47 ----------

Как нет, если Вы утверждаете, что различные по форме сигналы на слух звучат одинаково, и именно на этом строите все дальнейшие рассуждения.
Та же пила для воспроизведения усилителем значительно проще, чем меандр. А по Вашему методу делается преобразование более сложного сигнала в более простой и по его анализу делается вывод об искажениях более сложного. Как-то это странно.

Ничего странного. Вы вообще про какой из трех способов, обсуждаемых здесь разговор ведете ("Гильберт", "Баксандалл", "Windows-тест")?

[Orion33]

Вообще, есть фундаментальная книга Блауэрта "Пространственный слух", есть компактная статься Шредера "модели слуха" (в русском переводе).
Шредер - Модели слуха.zip

Как раз-таки в этой статье автор утверждает, что посредством базилярной мембраны воспринимается форма сигнала, и что испытуемые слышали разницу между пилами, наклоненными в разные стороны, у которых амплитудные спектры абсолютно идентичны (чего не скажешь о спектрах пилы и меандра).

Ничего странного. Вы вообще про какой из трех способов, обсуждаемых здесь разговор ведете ("Гильберт", "Баксандалл", "Windows-тест")?

Это же с поста Сергея пошло, где он про комментарий Игвина говорил. Они про какой?

[Сергей Гапоненко]

"Это же с поста Сергея пошло, где он про комментарий Игвина говорил. Они про какой?"
Budby в посте 1 в этой ветке ыложил картинки меандра и его ортогонального преобразования . Синусы в меандре меняются на косинусы. Я повторил. Получается пила. Но с той же площадью, с тем же спектром, но с разными фронтами нарастания, спада.

Слух - во многом загадка. Есть феномен потерянной фундаментальной. Из музыкального звука убирают основной тон, а человек определяет тот же pitch/высоту. Инвариант - суммарный период колебаний, а также расстояние между гармониками в спеткре. Оно точно равно частоте основного тона.

[оператор]

А чем не устраивает реальный музыкальный фрагмент?
Предложите конкретный испытательный сигнал и каким образом получить полную картину (только, естественно, ничего в усилителях и звуковых картах паяльником греть я не буду).
Можно будет попробовать проверить практически, как был проверен тест Михаила.
Что есть "ближняя зона" и какой величины процессы Вы хотите выловить?

1. Фрагмент устраивает, но мне кажется что методика должна быть максимально упрощена.
Как говорил Эйнштейн - сложные вещи простыми словами.
2. Я, не теоретик, не могу ничего предложить, точно знаю - что нелинейность легко обнаружить в любом усилителе элементарной симметрией меандра.
Не нужно далеко ходить - вот она нелинейность.
Единственная сложность отсутствие эталонного меандра от единиц кГц и выше, в формате 192/24, с калиброванным спектром и отсутствием четных гармоник.
Скорость нарастания все знают и измеряют, а как же со скоростью спада фронта? Это не важно? Сильно сомневаюсь.
3. Ближняя зона это ФМ единиц и десятков Гц, опять же в динамике, в диапазоне мощностей. АМ тоже.

Уважаю позицию отказа от симуляции локальных тепловых воздействий.
Лично, я занимался измерениями тепловых режимов, в том числе локальным нагревом и охлаждением отдельных элементов.
Испытаниями под воздействием температуры окружающей среды, нормализацией теплового баланса и тд.
Поэтому, при построении схем - тепловые связи и тепловой баланс обязательно учитывается конструктивно.
Проверено и приняты меры, как обязательные требования.

[Orion33]

Есть феномен потерянной фундаментальной. Из музыкального звука убирают основной тон, а человек определяет тот же pitch/высоту. Инвариант - суммарный период колебаний, а также расстояние между гармониками в спеткре. Оно точно равно частоте основного тона.

Я слышал про такой. Пробовал из синусоидального сигнала с гармониками убирать первую - частота тона повышается вдвое. Возможно, это работает на более сложных сигналах музыкальных инструментов, где огибающая спектра может модулироваться основным тоном. Оттуда она и восстанавливается.

[Rondo]

точно знаю - что нелинейность легко обнаружить в любом усилителе элементарной симметрией меандра.
Не нужно далеко ходить - вот она нелинейность.

А что делать с теми УНЧами,где меандр не особо похож сам на себя,мягко говоря,а работают они субъективно хорошо?

[bukvarev]

3. Ближняя зона это ФМ единиц и десятков Гц, опять же в динамике, в диапазоне мощностей. АМ тоже

Отвечу только по этой части. Практически там модуляции в динамике не обнаружено. По меньшей мере в полосе 50 Гц и при разрешающей способности 0,1 Гц.

---------- Сообщение добавлено 16:52 ---------- Предыдущее сообщение было 16:51 ----------

Это же с поста Сергея пошло, где он про комментарий Игвина говорил. Они про какой?

Ну таки задайте вопрос Сергею, о чем это они с Ингвином

[Orion33]

Offтопик:
Одессизм - это заразно.