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

[A.B.ANTONOV]

Это не драйвера конфликтуют, а прерывания.

Ну да, так и есть. У меня два слота в компе свободные и карта глючила либо с вайфай адаптером, либо с сетевухой, куда не поставь.

что означает учет для измерений только части искажений звукового усилителя.

А зачем Вам ультразвуки, если в звуковой полосе всё чисто? Взять к примеру дельта-сигму. Там за звуковой полосой хвост торчит шумовой
и что с того?

[E.Sokol]

- при измерении коэффициента гармоник мы имеем, скажем, величину -100 дБ. Но одни усилители с таким коэффициентом гармоник, заметно на слух искажают исходный сигнал, другие - практически незаметно.

Есть предположение (которое я услышал от других), что бо́льшее значение имеет не усреднённое значение гармоник, а скорость их затухания - и искажения с бо́льшим значением 2-ой гармоники, но зато с бо́льшим затуханием более приятны на слух, чем искажения с меньшим значением 2-ой гармоники, но и с меньшим затуханием. Тогда имеет смысл замерять не среднее квадратическое, а скорость затухания гармоник (на периодическом сигнале).

---------- Сообщение добавлено 10:39 ---------- Предыдущее сообщение было 10:24 ----------

Ещё подсказали, что ближе к истине будут измерения не на одной частоте, а на сумме нескольких, значения которых подобраны так, что их гармоники не пересекаются.

[Medan]

Есть предположение (которое я услышал от других), что бо́льшее значение имеет не усреднённое значение гармоник, а скорость их затухания - и искажения с бо́льшим значением 2-ой гармоники, но зато с бо́льшим затуханием более приятны на слух, чем искажения с меньшим значением 2-ой гармоники, но и с меньшим затуханием. Тогда имеет смысл замерять не среднее квадратическое, а скорость затухания гармоник (на периодическом сигнале).

Поддерживаю. Именно такая зависимость в безОСниках, а они, пока,)) звучат субъективно лучше. Завтра буду новую ОСную схему УН прослушивать. Кг на уровне тысячных с коротким спектром. Ведь должна же теоретически ОС исправлять искажения, и не убивать звук)) Вед надо признать, что в пультах, много ОУ, и меня звук, несмотря на это, устраивает)). Значит проблема рядом. Ищу. По результатам сообщу.

[bukvarev]

щё подсказали, что ближе к истине будут измерения не на одной частоте, а на сумме нескольких, значения которых подобраны так, что их гармоники не пересекаются.

Да, многочастотный тест. С ним я как раз и сравнивал результаты. Это все есть раньше по этой ветке.

[E.Sokol]

Offтопик:

Это все есть раньше по этой ветке.

Читаю потихоньку - пока только 19 страниц осилил)

---------- Сообщение добавлено 14:59 ---------- Предыдущее сообщение было 13:05 ----------

Попробовал из интереса синтезировать пару Гильберт-FIR-фильтров, чтобы их линейная свёртка давала единицу. Это оказалось не просто

Алгоритм в итоге оказался таким:
1) первичный синтез во временном домене по алгоритму

for (int i = 1; i < size; i += 2)
{
    data_wave[i] = 2/(pi*(i/double(size) - 0.5));
}

2) наложение окна - тут я использовал Дольф-Чебышев с параметром -120дБ
3) прямое ДПФ
4) выставление всех амплитуд в 1 без изменения фаз
5) обратное ДПФ
6) повторение пунктов 2-5 до тех пор, пока значения на краях импульса фильтра не будут достаточно близки к нулю. Делал раз 20)
7) Обратный фильтр получается из прямого реверсированием во времени.


Сигнал/шум их линейной свёртки:


Сами фильтры: hilbert-filter-16K.zip

Спад ФЧХ на частотах близких к нулю обусловлен ограничением размера фильтра в 16K.

[Сухоруков Сергей]

Мне одно непонятно, откуда следует, что преобразованный сигнал будет искажаться так же, как исходный. Это, типа, аксиома?

[bukvarev]

Мне одно непонятно, откуда следует, что преобразованный сигнал будет искажаться так же, как исходный. Это, типа, аксиома?

Линейные искажения - да, аксиома.
Нелинейные - он и должен искажаться по другому.

[Сухоруков Сергей]

Нелинейные - он и должен искажаться по другому.

Если он искажается по-другому, то что мы измеряем? Смысл измеряемого остатка ускользает.

[bukvarev]

Если он искажается по-другому, то что мы измеряем? Смысл измеряемого остатка ускользает.

Ничего там не ускользает. Сигнал другой формы и должен искажаться нелинейным устройством по другому.

[Игорь Гапонов]

Если он искажается по-другому, то что мы измеряем? Смысл измеряемого остатка ускользает.

В методе Евгения ("Гильберт") rms этого "оценивающего остатка" почти точно (в допущении отсутствия корреляции между НИ дополняющих орто-сигналов) на 3дБ выше, чем rms продукта НИ исходного сигнала. Т.е. оценка имеет практически тот же ОБЪЕКТИВНЫЙ качественный смысл, что и при измерении обычными методами, а количественная разница от обычных методов с точность до второго порядка известна. Преимущество - произвольный сигнал.

Самое интересное, что варьируя типом линейных преобразований произвольного сигнала, можно более тонко варьировать качественным (типа, мокрое/шершавое) составом остатков в разновидностях этого класса методов. Например, "Эвклид" (преобразование масштаба) позволяет найти оптимальный линейный Кпередачи для заданной фонограммы в заданном тракте по критерию максимального отношения С/(НИ+Ш). Типа, оптимальный по условиям звукопередачи заданного сигнала ср. уровень громкости.

[Rondo]

Есть предположение (которое я услышал от других), что бо́льшее значение имеет не усреднённое значение гармоник, а скорость их затухания - и искажения с бо́льшим значением 2-ой гармоники, но зато с бо́льшим затуханием более приятны на слух, чем искажения с меньшим значением 2-ой гармоники, но и с меньшим затуханием. Тогда имеет смысл замерять не среднее квадратическое, а скорость затухания гармоник (на периодическом сигнале).

Да,но не однозначно для всех случаев.В ламповых РР это легко делается - разное соотношение довольно больших по амплитуде 2-й и 3-й гармоники путем настройки (расстройки) ФИ каскада.А в Кводе как то измерил-там такой частокол,да и уровень (последнее понятно,это же лампа),но плавно спадающий,это да.Ну не может оно играть как бы всё равно,думается глядя на такое.А по звуку вполне удобоваримо,ничего так в уши не бросается,как в глаза.Значит есть что-то ещё!

[eksaedr]

орто-сигналов

Забудьте про орто сигналы, нет у вас их, есть сдвинутый по фазе сигнал.
И упоминали тут про четырёхмерность, так вот: электрический сигнал двумерен -- по амплитуде и времени.

[Сухоруков Сергей]

В методе Евгения ("Гильберт") rms этого "оценивающего остатка" почти точно ... на 3дБ выше, чем rms продукта НИ исходного сигнала

И откуда это следует? Ветка длинная, может, что-то пропустил.

[Medan]

Всё!!! Однозначно! Шли бы они к тебе не спрашивают, эти транзисторные УНы! Полный провал! Который раз убеждаюсь, но как слепой, опять поскальзываюсь на транзистоном уне. Однозначно подтверждаю, для моих ушей, ТОЛЬКО ЛАПОВЫЕ УНы!!!
Я не знаю, что у Вас, Евгений, за усилитель, звук, но сколько разных топологий не переслушал, всё полная лажа. Лучше ламп могут быть только лампы!!

[Игорь Гапонов]

И откуда это следует? Ветка длинная, может, что-то пропустил.

Из "определения метода". Достаточно прочитать старт-топик и подумать.

[Orion33]

Однозначно подтверждаю, для моих ушей, ТОЛЬКО ЛАПОВЫЕ УНы!!!

Так бывает, когда не слышишь выше 6кГц

[Semigor]

Лучше ламп могут быть только лампы!!

Конечно

[Medan]

Смысл измеряемого остатка ускользает.

Ага, неуловимый Джо)). А почему неуловимый? А кому он нах нужен)) ( простите за сокращённые слова из песни)

---------- Сообщение добавлено 17:11 ---------- Предыдущее сообщение было 17:08 ----------

Конечно

Блин, два дня потерял.)) Всё в чудеса, наивный, верил, так и хочется матюка в свой адрес загнуть)) Вспомнил Вашу форточку неприкрытую))) Захлопывайте, и наглухо))!

[Сухоруков Сергей]

Из "определения метода". Достаточно прочитать старт-топик

Если имеется в виду "Способ определ&#10", то читал. Как-то неочевидно, что из этого вытекает Ваше утверждение.

и подумать.

Что ж, подумаем ещё.

[Medan]

Так бывает, когда не слышишь выше 6кГц

Молодой человек, я недавно проверял слух, прекрасно 15к слышу. И здесь не в диапазоне ушной раковины, тут другие факторы работают.