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

[bukvarev]

Да ну?..

Именно так. Есть задача измерения НИ, есть задача разработки оптимального согласования. Это - две абсолютно разные задачи.
Тот, кто разрабатывает АС, может использовать для контроля какой-нибудь из способов измерения искажений.
Правильное согласование приведет к уменьшению искажений. Причем тут инструментальные методики измерения???

[hydr]

Вы пытаетесь перевести тему измерения искажений к вопросу корректного согласования УНЧ и АС. Бесспорно, этот вопрос тоже актуальный, но с измерением нелинейных искажений связан весьма опосредованно.
В конце концов, предлагаемый способ позволяет использовать микрофон для анализа искажений звукового давления. Это, кмк, большой плюс.

Коллега не об этом веду речь. Ровно о измерениях поведения системы в переходных процессах, т.е. с реальными фонограммами.
О синтезе речи не веду это самостоятельная тема будущего и поднимается она, как мы понимаем, другими инструментами. Замкните измеряемую систему, да микрофон. Плюньте на анализ того, что на выходе усилителя, это промежуточное воздействие которое при каком то определенном уровне точности ( давно достигнутом) мало коррелирует с тем, что воспринимается слушателем.

С уважением hydr.

[Nota Bene]

Offтопик:

Причем тут инструментальные методики измерения???

ИМХО, изначальная концепция (УМЗЧ=ИНУН) неверна....

[A.B.ANTONOV]

Плюньте на анализ того, что на выходе усилителя, это промежуточное воздействие которое при каком то определенном уровне точности ( давно достигнутом) мало коррелирует с тем, что воспринимается слушателем.

Евгений кажется уже объяснил, что последним методом можно и весь тракт оценивать и объяснил какие были сложности с первым методом.

[anatol0]

Именно так. Есть задача измерения НИ, есть задача разработки оптимального согласования. Это - две абсолютно разные задачи.
Тот, кто разрабатывает АС, может использовать для контроля како-нибудь из способов измерения искажений.
Правильное согласование приведет к уменьшению искажений. Причем тут инструментальные методики измерения???

А какие НИ обеспечивают АС и какие - УНЧ ? В цифрах разница на порядки, может, стоит весь тракт мерить, не ограничиваясь самым простым - УНЧ ?

[Валет]

симуляция установки с неискажающим объектом. Сренеквадратичное значение разности=ср.кв.ошибке вычислений лежало на уровне -160дБ от среднеквадратического значения исх.сигнала.

Если я правильно понимаю, реальная погрешность метода определяется необходимыми преобразованиями вав-файлов в аналоговый вид и потом оцифровкой усиленных аналоговых сигналов, о чем Вы не упомянули.

---------- Сообщение добавлено 13:12 ---------- Предыдущее сообщение было 13:08 ----------

А какие НИ обеспечивают АС и какие - УНЧ ? В цифрах разница на порядки, может, стоит весь тракт мерить, не ограничиваясь самым простым - УНЧ ?

АС и УНЧ дают качественно сильно разные искажения, дело не только в НИ.

[оператор]

Хождение по кругу опять приводит в исходную точку.
Что больше всего слышно при сравнительном прослушивании разных усилителей?
Согласование АС-УНЧ!
Инструментально не обнаруживается, но невооруженным глазом, по ходу динамика - видно, и на слух по НЧ, модам, резонансу - слышно.

Личное мнение.
Для усилителей в диапазоне мощностей до 50 Вт и полочных маломощных АС вся эта тема, звучит-не звучит, ООС-не ООС, не имеет смысла по причине объективного слухового динамического диапазона, по отношению к динамическим диапазонам, непосредственно записи и системы воспроизведения.
Все только начинается от 100-200 Вт и выше, когда динамический диапазон фонограммы начинает "укладываться" более менее в уровни человеческого слуха., приближаясь с живому звуку.
Вот, тут все и начинается - и согласование, и сечение проводов, индуктивности печати, топология, помехозащищенность, КИ , перегрузочная способность, БП и тд.
Простыми словами о сложном.

[Mexap]

Для усилителей в диапазоне мощностей до 50 Вт и полочных маломощных АС вся эта тема, звучит-не звучит, ООС-не ООС, не имеет смысла по причине объективного слухового динамического диапазона, по отношению к динамическим диапазонам, непосредственно записи и системы воспроизведения.

Тем не менее - разницу слышно на практически любой громкости, начиная с милливатт. На милливаттах ещё и слышнее.

[anatol0]

АС и УНЧ дают качественно сильно разные искажения, дело не только в НИ.

Абсолютно ожидаемый ответ, искать, где светлее, а не там, где потеряли...

[bukvarev]

ЕМНИП не аргумент, хотелось бы факты и конкретикиПотому что по моим измерениям (в цифре), два последовательных Гильберт-фильтра длиной 65536 отсчётов и весовым окном Блэкмана-Нуттала дают погрешность много больше 180дБ (при сравнении с оригинальным сигналом).

Хотите конкретики? Пожалуйста.
Модель:Hilbert_test.zip

Результат для 65536 отсчетов:

Модуль разностного сигнала - ниже -250 дБ.

Я же Вам написал, что не использовал для тестового сигнала прямого и обратного (последовательно) Гильберт преобразования.
В полной модели кроме "Гильберта" еще набралось погрешностей и на других участках алгоритма, что ухудшило финальные результаты до -160 дБ вначале работы, и ЕМНИП, -180 дБ - после "вылизывания" модели.
В шапке есть ссылка на программный код модели. Если интересно, какой комплекс мер в конкретных цифрах был использован для получения нужного результата, смотрите модель.

[ИГВИН]

Что больше всего слышно при сравнительном прослушивании разных усилителей?
Согласование АС-УНЧ!
Инструментально не обнаруживается, но невооруженным глазом, по ходу динамика - видно, и на слух по НЧ, модам, резонансу - слышно.

Линейные искажения конечно слышны, в первую очередь.
Но тут-то они исключены из рассмотрения.
Перечитайте пункт второй, внимательно.

разницу слышно на практически любой громкости, начиная с милливатт. На милливаттах ещё и слышнее.

Да.

[hydr]

Перечитайте пункт второй,

Полезное напоминание. " Предлагаемый способ предназначен для проверки точности передачи сигнала произвольной формы ............................................................................... электроакустическом преобразовании".

Евгений ну как, мужик сказал - мужик сделал?

С уважением hydr.

[A.B.ANTONOV]

мужик сказал - мужик сделал?

ДА, сделал.

[bondar100]

Offтопик:

Я такого не писал, если я что-то напутал, покажите то место. Я мог писать обратное, что на ВЧ, сцена становится утрированно глубокая. Это я даже подчеркну.)) Причины излагал.

Прошу прощения. Что-то меня переклинило. Соотв.пост зачеркнул.

[bukvarev]

Евгений ну как, мужик сказал - мужик сделал?

По возможности, и "Гильберт" способом, и другими. К сожалению, у меня нет "акустических" условий, только незаглушенное помещение с большим уровнем внешних шумов.
Потом, это - хобби, и занимаюсь в свободное от работы время.
Сейчас, в связи с новыми открывшимися обстоятельствами (https://forum.vegalab.ru/showthread....=1#post2454488), я по другому смотрю на сигнал искажений, выделенный в полосах.
Вот, например, обработка одной акустической записи (правда, без шумового профиля ):

В АС установлен НЧ динамик scanspeak_26w8534g00.
Посмотрите, как "остро" от отрабатывает атаки сигналов, и при этом имеет быстрое восстановление на затухании сигнала.
Косвенно, о "подчеркивании" показывает отношение среднего к среднегеометрическому сигнала искажений (ниже обозначен как "form coeff"):
-> 0.133 КHz band: 42.41 dB S/N+D, form coeff: 1.498
-> 0.437 КHz band: 42.92 dB S/N+D, form coeff: 1.578
-> 0.817 КHz band: 37.84 dB S/N+D, form coeff: 1.350
-> 1.387 КHz band: 41.25 dB S/N+D, form coeff: 1.418
-> 3.439 КHz band: 29.21 dB S/N+D, form coeff: 1.194
-> 7.087 КHz band: 40.58 dB S/N+D, form coeff: 1.154
-> 11.153 КHz band: 34.50 dB S/N+D, form coeff: 1.115
-> 14.953 КHz band: 31.08 dB S/N+D, form coeff: 1.078

По мере увеличения частоты, характер искажений становится менее "острым", но все равно, на СЧ, DSM50FFL отрабатывает в "стиле безОООСника".
И только на самых ВЧ, твиттер дает достаточно "гладкие" искажения. Возможно, это не искажения, а шумы помещения.

А теперь, сравните в одинаковом масштабе картинки усилителей при работе на резистор, и запись с микрофона работы MW на реальную АС для средних частот:

К сожалению, в этом "акустическом" измерении очень здорово мешает шумовая полка и реверберация. Также, эта запись была сделана на достаточно большой мощности (20 В пик), и искажения динамиков завышены. Не исключено, что искажения ГД "проваливаются" и ниже, и мы можем слышать также искажения усилителя.
Но для однозначных выводов требуется проведение экспериментов в более "чистых" условиях, или думать дальше , пробовать накопление для уменьшения шума.
Накопление - неоднозначное решение, т.к. оно может устранить "нестационарную" часть искажений.

Мораль поста очень простая:
Если НЧ (в меньшей степени - СЧ) голова и так уже "форсирована по атаке", правильно ли будет добавлять еще "специй"?
В принципе, таким способом можно попробовать посмотреть, как зависит полосовой сигнал от режима запитки ГД.

[E.Sokol]

Хотите конкретики? Пожалуйста.
Модель:Hilbert_test.zip

Спасибо, посмотрю.

[оператор]

Линейные искажения конечно слышны, в первую очередь.
Но тут-то они исключены из рассмотрения.
Перечитайте пункт второй, внимательно.
Да.

Читал.
Предлагаю снизойти до реальной ситуации.
В среднем ситуация такая.
1. Динамический диапазон большинства СД дисков, за исключение не компрессированных раритетов - 40 дБ.
2. Динамический диапазон обычных полочников и большинства напольников 40-50 дБ.
3. Динамический диапазон слухового аппарата 80 дБ и выше.

Что можно услышать на милливатах?
Верхушки самых громких звуков записи и нижний порог АС?
Смысл?

Исходя из реальной ситуации динамики слухового аппарата и системы звуковоспроизведения - наиболее оптимальным будет совмещение уровней.
Начинать нужно с измерения линейного диапазона Вашей АС.
После чего обеспечивается необходимая мощность плюс запас по перегрузочной способности УНЧ.

[hydr]

По возможности, и "Гильберт" способом, и другими. К сожалению, у меня нет "акустических" условий, только незаглушенное помещение с большим уровнем внешних шумов.
Потом, это - хобби, и занимаюсь в свободное от работы время.

Коллега, безусловно то, что Вы делаете заслуживает всяческого уважения. Это даже не обсуждается.
Относительно отстройки от шумов, реверберации. Может быть попробовать для начала стандартный набор, квази единичный импульс, меандр, только не в установившемся режиме а запись подачи с нулевой фазой. Такая подача, там где есть магнитные цепи выявляет интересные моменты связанные с апериодической составляющей. Частоту следования надо наверное начинать с самого низу. Мне кажется, что вот тут то различие усилителей проявит себя наиболее ярко.

С уважением hydr.

[Сергей Гапоненко]

Коллега, безусловно то, что Вы делаете заслуживает всяческого уважения. Это даже не обсуждается.
Относительно отстройки от шумов, реверберации. Может быть попробовать для начала стандартный набор, квази единичный импульс, меандр, только не в установившемся режиме а запись подачи с нулевой фазой. Такая подача, там где есть магнитные цепи выявляет интересные моменты связанные с апериодической составляющей. Частоту следования надо наверное начинать с самого низу. Мне кажется, что вот тут то различие усилителей проявит себя наиболее ярко.

С уважением hydr.

"Изюминка" пропадет. Ведь исходная идея Евгения - брать РЕАЛЬНЫЙ музыкальный сигнал.
Если меандры - то уж лучше сдвоенные с разной длительностью и очень большой скважностью, такие пары "всплесков" для УНЧа. Например, первый 10 миллисекунд, а через 1 мс - 100 мкс. Или наоборот.
Но аудиограмма лучше, при условии ее анализируемости.
Ждем "релиза" от Евгения с описанием.....

[hydr]

Если меандры - то уж лучше сдвоенные с разной длительностью и очень большой скважностью,

Нет. Нужен периодический сигнал. Еще раз, там где есть магнитная цепь это важно. Ближайшая аналогия 10 и более кратный всплеск тока намагничивания при включении силового трансформатора в сеть с нулевой фазой. Этот апериодический всплеск большой или маленький будет всегда там где есть магнитопровод и его влияние на переходный процесс одиночным импульсом не отследить.

С уважением hydr.