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

[Rondo]

Каменный окрашивал лёгким однообразным призвуком весь звуковой материал

Да,есть такое с ними,безОСными и малоОСными.Как ни странно,чем то похожий (хоть и не совсем) эффект бывает в ЦАП на DS преобразователях независимо от используемого в сетапе УНЧа.Как будто что-то приклеили ко всему муз.материалу.Правда,к этому можно привыкнуть.

[Mexap]

разница очевиднее.

Она и так была вполне очевидна.

---------- Сообщение добавлено 15:44 ---------- Предыдущее сообщение было 15:43 ----------

Как ни странно,чем то похожий (хоть и не совсем) эффект бывает в ЦАП на DS преобразователях независимо от используемого в сетапе УНЧа.Как будто что-то приклеили ко всему муз.материалу.Правда,к этому можно привыкнуть.

Да, сходный, только я так и не привык - купил r2r.

[Rondo]

Offтопик:

Да, сходный, только я так и не привык - купил r2r.

Да тоже,когда надоедает,мультибит включаю,как-то оно более естественно все же в общем и целом,хоть и свои особенности есть.

[Orion33]

Offтопик:

Orion33, есть такой параметр - минимальный ток коммутации. У некоторых типов тумблеров он может достигать 100мА на переменном токе.

Это весьма приличная величина, которая должна быть видна на осциллографе в виде ступеньки. Вы такое явление в своей практике наблюдали? Я нет, но утверждаю, что его не существует. Если есть картинки, было бы интересно посмотреть.

Это преобразование практически без искажений.

Практически без - это сколько в граммах? Мы тут вроде как пытаемся как раз найти величины такие величины, которые влияют на звук "практически без искажений" по ГОСТу.

---------- Сообщение добавлено 16:24 ---------- Предыдущее сообщение было 16:19 ----------

Да,есть такое с ними,безОСными и малоОСными.Как ни странно,чем то похожий (хоть и не совсем) эффект бывает в ЦАП на DS преобразователях независимо от используемого в сетапе УНЧа.Как будто что-то приклеили ко всему муз.материалу.Правда,к этому можно привыкнуть.

Да, сходный, только я так и не привык - купил r2r.

Интересная мысль. ДС-алгоритм фактически кодирует (и декодирует) ошибку, "джиттер". Т.е. имея разные начальные условия, последовательность кодирования всегда будет разной. Мультибит всегда оперирует с абсолютными величинами. Как показано в опытах в соседней похожей ветке, введение ООС "размывает" переходную характеристику. Может, в этом и есть схожесть? Жаль только, что мультибитов нет на приличные частоты...

[Alex]

Жаль только, что мультибитов нет на приличные частоты...

Практически все современные ЦАП - мультибиты, и есть и на 384 и на 768кГц.

[bukvarev]

1. Фурье преобразование - " практически без искажений" и " заранее известная погрешность" двойного преобразования Гильберта, это сколько?

Порядка -250 дБ.
Для моего случая тест - финитный по времени и частоте (последнее - естественно, с погрешностью), ограниченной мощности. Есть еще и дискретность представления по частоте, но она на два порядка ниже, чем то, что может получить наш мозг.

2. Что значит "обрабатывать вектор целиком".

Представление всего тестового фрагмента (музыкального произведения) в виде N-мерного вектора в линейном пространстве.

Это преобразование обратимо, причем неважно, внутри сигнал стационарный, или нет. Линейные искажения сводятся к умножению координат вектора на коэффициенты линейного преобразования, а нелинейные искажения удобно представить в виде другого вектора такой же длины, но с другой формой (другим набором координат).

Если рассматривать строго, то вектор нелинейных искажений будет состоять из двух аддитивных компонентов (также нестационарных):
- компонента, который принадлежит исходному N-мерному пространству,
- компонента, ортогональному предыдущему и принадлежащему "нелинейному" расширению исходного пространства (бесконечномерному пространству).

Меня интересует первый компонент, который имеет ненулевую проекцию на исходный тестовый сигнал.

Если исходный тестовый сигнал предисказить таким образом, чтобы часть его координат была нулевой, то можно очень просто измерить мощность компонентов выходного вектора, которые на этих координатах будут ненулевыми (а это как раз все шумы и первая часть нелинейных искажений).
В предположении того, что вектор нелинейных искажений белый, достаточно "выкусить" всего лишь одну координату в любом месте.
Но в предположении того, что вектор нелинейных искажений не белый, можно расставить "окна" оптимальным образом, предварительно смоделировав искажения исходного сигнала.

Если смотреть на тестовый сигнал на малом интервале времени, скажем, 100 мс, то даже при отсутствии нелинейных искажений, из-за нестационарности сигнала и ограниченности интервала анализа, эти "окна" не будут оставаться пустыми, но на интервале всего фрагмента - будут.

После обратного полосового преобразования я получаю реальные сигналы, попадающие в "окна", и можно проанализировать их поведение во времени.

[Сухоруков Сергей]

Жаль только, что мультибитов нет на приличные частоты...

Даже древняя TDA1541A поддерживает fs=384 кГц. Что, мало?

Практически все современные ЦАП - мультибиты

По контексту понятно, что речь идёт о параллельных мультибитах.

[hydr]

........................................
Но в предположении того, что вектор нелинейных искажений не белый, можно расставить "окна" оптимальным образом, предварительно смоделировав искажения исходного сигнала.

Если смотреть на тестовый сигнал на малом интервале времени, скажем, 100 мс, то даже при отсутствии нелинейных искажений, из-за нестационарности сигнала и ограниченности интервала анализа, эти "окна" не будут оставаться пустыми, но на интервале всего фрагмента - будут.

После обратного полосового преобразования я получаю реальные сигналы, попадающие в "окна", и можно проанализировать их поведение во времени.

Эту Вашу информацию нужно обдумать, на первый взгляд это уже не классическое преобразование Гильберта, сходу отнестись не могу. Однако замечу то, что Вами сейчас изложено, отличается от методики косвенно описанной в шапке. Наверное стоит туда внести соответствующие изменения.

С уважением hydr.

[bukvarev]

Да, это развитие способа. Цель была избавиться от его врожденных недостатков, связанных с практической реализацией. Получу больше результатов, размещу в шапке.
Гильберт сейчас для предискажения не используется. Только для вычисления огибающей компонентов сигнала после полосовых фильтров. Можно просто продетектировать

[Semigor]

Offтопик:

Это весьма приличная величина, которая должна быть видна на осциллографе в виде ступеньки. Вы такое явление в своей практике наблюдали? Я нет, но утверждаю, что его не существует.

Забавный у вас подход. Когда вам выгодно - вы за науку, а когда -нет, то уже и на даташиты можно наплевать. Какая ступенька? Там же не сразу контакт напрочь пропадает при уменьшении тока меньше минимально допустимого. Сначала характеристики контакта выходят за пределы даташитных, сопротивление контакта в частности возрастает и теряет стабильность. Есть еще куча паразитных эффектов, могущих влиять. Для звука детально это не исследовал, но при разработке зарядовых усилителей насмотрелся на эти чудеса.

[hydr]

Гильберт сейчас для предискажения не используется. Только для вычисления огибающей компонентов сигнала

Это понятно. Дальше для получения приемлемых результатов нужна абсолютная симметрия а в реале ее не существует. Это если по Гильберту. Вот тут то после получения огибающей, как мне кажется, правильно применять Эмпирический Метод Декомпозиции Хуанга. Не знаю появилось ли строгое обоснование ( не отслеживаю), но используется на практике широко и интуитивно понятно.

С уважением hydr.

[bukvarev]

Это преобразование актуально для потоковой обработки. Даже как-то пробовал его для обработки сигнала пульса (правда, в шумах плохо работало) . Но видите, что в данном случае я свел задачу разбора нестационарных сигналов (чем занимается наш мозг, т. к. у него нет времени на накопление всей информации) к значительо более простой. У системы анализа ведь времени вагон.

[Andrey Orloff]

Offтопик:
bukvarev, Евгений, вы вообще то делаете большое и великое дело, так давайте, я вам для изготовления бескомпромиссного коммутатора усилков/акустики вышлю (безвозмездно, ес-но) пару-четверку вот таких вакуумных переключателей B1B-1T1 (10А/3кВ):

Если чё, то у меня их - тьма, нет ... 2 тьмы
Там в вакууме чисто серебрянные контакты, не стареют, не окисляются - мега супер крутой хи-хи энд для нашего случая.
.. честно, даже не знаю, почему их народ в качестве защиты АС в усилки не ставит, чё сказать, видать тормоза, не догоняют всех преимуществ вакуумных технологий и чистоты материалов. Только Lynx в последнем своём УМ применил подобные герметичные реле, и правильно сделал, ведь физику трудно надуть

Их технические характеристики
- рабочее напряжение (действующее) на частоте 30 МГц - 3 кВ
- пропускаемый ток на частоте 30 МГц - 10 А
- номинальное напряжение питания - 27 В
- напряжение срабатывания -18 В
- отпускания - 4 В
- потребляемый ток - 90..100 мА
- время срабатывания - 20 мс
- сопротивления замкнутых контактов - 0,02 Ом
- сопротивление обмотки - (255-280) Ом
- электрическая прочность обмотки - 500 В
- частота переключения - 5 Гц
- температурный диапазон -60…+100ºС
- количество срабатываний – 100000
Ёмкость между разомкнутыми контактами составляет около 1.5 пФ, между контактом и корпусом (креплением) - 1 пФ.
Параметры приведены для нормальных климатических условий. При понижении частоты сигнала возрастают допустимые напряжение и ток, например, на частотах 1,6 МГц допускается напряжение до 8 кВ, ниже частота не рекомендуется.

[shura1959]

В свою очередь, безОООСный источник маскирует недостатки студийной аппаратуры.

Интересная мысль, с оказией надо будет послушать осный и безосный источники прямо на высокоомные "уши",так сказать, минуя усилки.

[Игорь Гапонов]

Абсолютно не согласен. Не надо забывать про амплитудную огибающую сигнала (во времени).


Ну, можно еще стационарный сигнал задом наперед прокрутить...

Тогда Вы не согласны с господином Фурье - замена t =>-t приводит только к замене фазового спектра на его комплексное сопряжение, амплитудный спектр не тронут. И не забывайте, что после прямого ПФ времени уже "нет" как и всяких "амплитудных огибающих (во времени)".

[Nota Bene]

Offтопик:

тогда Вы не согласны с господином Фурье

Ну, хоть анекдот-то понравился?

Не надо ля-ля....

[Игорь Гапонов]

Offтопик:

Ну, хоть анекдот-то понравился?

.

Очень. Но своеобразно. Гуголь-транс по-китайский сказал: "Лазер боре хер обрезал"=激光钻孔鸡巴切断. . Вот так ПФ и работает. (После этого прокручивать задом наперёд озвучивание я уже не стал ).

[vladimir sim]

Shura1959, а хотите знать, как устроены топовые аналоговые сумматоры, на которых сделаны фонограммы, прослушивая которые вы втираете публике о якобы превосходстве ваших безОООООC поделок. Но правда страшно вам не понравится. Вроде взрослые люди , и родом из города мастеров, а такой шнурковщиной занимаетесь.

[shura1959]

Offтопик:

Shura1959, а хотите знать, как устроены топовые аналоговые сумматоры, на которых сделаны фонограммы,

"Канэшна хочу..." (С) Анекдот, может и другим будет интересно

вы втираете публике о якобы превосходстве ваших безОООООC поделок

Где это я такое говорил?

[vladimir sim]

В простом случае- это композитный малошумящий усилитель дифкаскад+ опер , обычный инвертирующий многовходовый сумматор, глубина OOC примерно 130 дб, в случае эксклюзива- 16-32 -48 высоколинейных высоковольтных +- 70-100 V RMS усилителей, работающих на обычный резистивный сумматор, после которого опять же малошумящий неинвертирующий масштабный усилитель. Везде весьма глубокая OOC. По версии Семигора, это убивает звук, а добавление в весь весьма длинный тракт создания фонограммы его безООС ного устройства предотвращает деградацию звука. Не получается безООС ного источника, это какое то лукавство. Микрофонник, который снимает сигнал с дорогущего конденсаторного микрофона, мало того , что с ООС, так еще и с дифференциальной.