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

[ИГВИН]

Оффтоп

естественно, потребность рождает предложение, а не наоборот....

- Холмс, так кто же виноват в отравлении русского перебежчика?
- Русские, Ватсон!
- Но почему же, Холмс?!
- Если б не было русских - кого бы мы тогда травили?!

[свернуть]

[Orion33]

Offтопик:

естественно, потребность рождает предложение, а не наоборот....

Отнюдь. Никакой потребности в айфонах нет, однако наличие предложения скорректировало потребности, и теперь толпы хомячков выстраиваются у торговых центров за день до начала продаж и перекупают друг у друга места.

[Rondo]

Offтопик:

произведения инженерного искусства Техникса, Лаксмана или Ямахи.

Все эти (и многие другие) производители наряду с искусством внесли свой,очень весомый вклад в раздел хлама-его они выпустили несоизмеримо больше каких-то выдающихся вещей.Это бизнес прежде всего,как и любой другой и торговля его неотъемлемая часть,стало быть и спекуляция.Тут как раз всё закономерно и нет причин расстраиваться,хотя некоторые вещи и забавны бывают...

Или Вы не верите в познаваемость аудиотракта как объекта исследования?

Ну почему же,я лишь сомневаюсь в возможности четкой корреляции установленных параметров с восприятием слушателя,разного к тому же.Вы как раз привели пример того,как акцентируют внимание на одном вопросе-переходной х-ке с ЦФ и без.А ступеньку до и после интерполяции почему не показываем на ВЧ,а шум близко к звуковой полосе.И вообще,это с пос.фильтрацией аналоговой или без?Это не вопросы,просто однозначности нет,а есть многофакторность-что-то лучше,а что и нет.И если уж,то я долго слушать ту же ТДА1541 без ЦФ не могу.Так что мне эти прямоугольники...

[Hennady]

Никакой потребности в айфонах нет,

Offтопик:
) есть, просто вы её не осознаете...

[Сергей Гапоненко]

Он никому ничего не должен. Это класс АБ.

Я понимаю, почему с уменьшением уровня растет КНИ, но не понимаю, почему такое поведение принимается как допустимое для проектирования УНЧей! Но мое утверждение сводилось к том, что усилитель , который проектируется для прослушивания музыки, должен иметь КНИ , спадающий с уменьшением уровня, потому что так устроен слух: тихие звуки мы оцениваем по другой шкале искажений. Таким образом, инженерам, которые проектировали приведенный для пример УНЧ, не правильно поставили задачу.
На передний план было выдвинут кпд плюс КНИ на номинальном уровне выходного сигнала.
А должно быть иначе.
Задача должна стоять как минимум так: УНЧ с КНИ ниже уровня хороших АС и слухового аппарата на максимальной мощности с постепенным снижением КНИ с понижением уровня сигнала.

[sia_2]

Offтопик:
сколько раз уже говорилось - это график THD+N!
"Подъем" его в левой части - это банальный шум. Об искажениях это ничего вообще не говорит.

[Сергей Гапоненко]

Offтопик:
сколько раз уже говорилось - это график THD+N!
"Подъем" его в левой части - это банальный шум. Об искажениях это ничего вообще не говорит.

Не великоват ли шум?

[Orion33]

Offтопик:

Все эти (и многие другие) производители наряду с искусством внесли свой,очень весомый вклад в раздел хлама-его они выпустили несоизмеримо больше каких-то выдающихся вещей

Совершенно справедливо, но эти вещи были нужны для рентабельности бизнеса, тогда как действительно уникальные вещи делались для престижа и рекламы фирмы и зачастую в убыток. Сейчас же кучка китайского хлама преподносится как хай-конец без каких-либо стандартов и потому выдающихся параметров. А любителям мп3 можно втюхать любой убогий звук, если превратить его в культ с помощью мурзилок. Вот это и обидно...

[bukvarev]

Не великоват ли шум?

Как и положено, 20 дБ/декаду.
Это точно шум.

Если говорить про относительный рост искажений с понижением уровня сигнала, то самый "аномальный" в этом плане - параллельный R2R ЦАП. Например, у AD1856 (он еще выпускается серийно), искажения при уровне -40 дБ составляют порядка 0,15 %, а при -60 дБ - 1,5%.
На порядок и более лучше - DS ЦАП, там практически шумы, но считается, что "параллельник лучше играет".
А громкоговорители, аналоговые источники как раз и имеют монотонный спад искажений со снижением уровня сигнала.

[sia_2]

Не великоват ли шум?

А он мерится в широкой полосе, шире чем аудио - иначе гармоники не пройдут. Обычно 80, 200 или даже 500 кГц. Естественно, при этом он оказывается намного выше, чем "по МЭК-А".

[bukvarev]

Сегодня вечером провели с Андреем интересный эксперимент - подключили АС к MW через понижающий трансформатор. Под рукой был ТА89. Пробовали коэффициент трансформации ~8:1 и ~4.4:1. Не принимая во внимание искаженную АЧХ и повышенные искажения, характер подачи бочки с басом менялся в сторону большей акцентированности и фактурности низа при трансформаторе.
Была версия, что виновата в подобном изменении характера звучания АЧХ, а также - измененный коэффициент демпфирования. Чтобы проверить второе, сравнили звучание АС напрямую и через резистор 1 Ом. Демпфирование тут не причем. Для установления влияния АЧХ - нужно делать правильный транс.
Если не первое и не второе, то возможно, причиной является разгрузка УНЧ по току, а также меньшее влияние АС на ВК УНЧ.

Вообще, конечно, правильно подобный эксперимент нужно делать, специально намотав низковольтный трансформатор "по феньшую", с малыми искажениями и полной частоткой. Возможно, взгрустнется, и я намотаю в кучу проводов секционированный автотрансформатор. Но уж больно хотелось попробовать сегодня, на чем есть. Конечно, инструментально мы ничего пока не измеряли, не было времени.

Если у кого имеется нормальный ТВЗ и ОООСник, попробуйте подобный эксперимент. Возможно, будет интересно.

[mellowman]

Если у кого имеется нормальный ТВЗ и ОООСник, попробуйте подобный эксперимент. Возможно, будет интересно.

В продолжение темы трассировки земли было бы логично транс поставить на вход усилителя

[Rondo]

Если у кого имеется нормальный ТВЗ и ОООСник, попробуйте подобный эксперимент.

С этими пробовал,у них (по памяти) 1:1.2,и понизить можно до 1:2.4,полоса почти в норме.Спад есть на ВЧ,но не критичный для оценки,впрочем и корректировал в ноль.И с кондером и без пробовал.Да интересно.Но...понимаете,не все сходу имеет объяснения,но опять же, "ламповые люди" знают,что ТВЗ первые недели "колбасит" звук нехило,а сначала вообще живет своей жизнью.Звук меняется настолько,будто и нет никакого прежнего усилителя.Поэтому оставьте на время поработать в следующий раз и сами убедитесь.А именно эти трансы с ОООС-ным УНЧем я отвез на долгое время коллеге,так сначала,когда включили, он на меня посмотрел косо,но я заверил,что это пройдет... Это кстати,Тесла,от каких то АС или трансляционного усилителя.У вас на какой нибудь барахолке тоже вполне могут найтись.

[hydr]

Была версия, что виновата в подобном изменении характера звучания АЧХ, а также - измененный коэффициент демпфирования. Чтобы проверить второе, сравнили звучание АС напрямую и через резистор 1 Ом. Демпфирование тут не причем. Для установления влияния АЧХ - нужно делать правильный транс.
Если не первое и не второе, то возможно, причиной является разгрузка УНЧ по току, а также меньшее влияние АС на ВК УНЧ.

В опыте (1441) пользовал MJL3281 на трансформатор и на активную нагрузку, 1000Гц при I0 =550мА оптимально 2 в параллель, 1 немного хуже, больше 2 ничего не дает. При переходе на пониженное напряжение и больший ток 1,1А, так же 2 несколько лучше, дальше сколько не лепи в параллель все равно в сравнении намного хуже. Имеется ввиду по гармоникам. Почему так, сам не понимаю.
Но все равно результаты столь впечатлили, при высоком питании, что закончу грипповать поеду за нужным проводом и намотаю правильный трансформатор, чтоб можно было и на ух пощупать.

С уважением hydr.

[Medan]

Вот и тема постепенно превращается, вернее, трансформируется)) в трансформаторную тему. Сколько будет неожиданностей, конечно, если смотреть по-новому на эту тему, с позиций обмена энергий. Одним коэффициентом трансформации тут не обойтись…)) В своё время, я его даже в ОС ставил для эксперимента)). Интересная деталька в звуковом тракте и незаслуженно забыта в современной схемотехнике, как сложный, технологический элемент. Да ещё и метрологически кривой))

[Сергей Гапоненко]

А он мерится в широкой полосе, шире чем аудио - иначе гармоники не пройдут. Обычно 80, 200 или даже 500 кГц. Естественно, при этом он оказывается намного выше, чем "по МЭК-А".

Принято. Спасибо. Согласен, пример не "в точку". Но мысль осталась. Искажения УНЧей и по амплитуде и по спектру желательно оптимизировать под свойства слуха, а в погоне за нулями после запятой можно невзначай повредить другим , пока не документируемым, процессам в тракте, тоже чувствительным для слуха.

[Alex]

Когда я отрабатывал в железе свой усилитель 20 лет назад, то в качестве нагрузки я использовал самопальный резистор 4 Ом из американской нихромовой проволоки.

Тяжелый случай.
А не американский не подошел-бы?

Offтопик:

Я уже когда-то рассказывал эту историю, может кто помнит:
возились с источником, ИТУН: PFC->полумост, около 400кГц, номнально 100в, 400Вт.
Нагрузку - натянули нихромовую проволоку под потоком.
Увидили, что форма тока меняется, когда дверь в комнату открывают, или когда картонкой на нагрузку помашешь, для ее охлаждения.
Эффект был неожиданный, но потом сообразили - это оказалось просто совпадение нескольких факторов, "попали в точку имени...". (во всяком случае, другого обьяснения мы не придумали).
Дали 300вт - эффекта нет, дали 450вт - тоже нет, а в районе 400 - был.

[sia_2]

Принято. Спасибо. Согласен, пример не "в точку". Но мысль осталась. Искажения УНЧей и по амплитуде и по спектру желательно оптимизировать под свойства слуха, а в погоне за нулями после запятой можно невзначай повредить другим , пока не документируемым, процессам в тракте, тоже чувствительным для слуха.

Конечно.

[evilhammer]

Offтопик:
Тоже пробовал трансформатор понижающий на выход унч(тда7294)вешать. Трансформатор от трансляционника, Ктр 1:1.6. Субъективно звук с ним лучше.
Думаю что это происходит в первую очередь из-за разгрузки ВК по току.

[Rondo]

Думаю что это происходит в первую очередь из-за разгрузки ВК по току.

Нет,Рома ,у моего Ктр не мог его сильно разгрузить,тут другое.Конечно,это наверно не метод для традиционного типа усилителей,но на мысли определенные наводит...