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

[Malinovsky D]

О какой "верификации" идёт речь?

О самой простой. Делается все по методике Евгения Букварева, только не с музыкальным файлом, а с записью двух синусов 19 + 20 кГц.
Оценивается спектр и уровень искажений.

Потом на этот же УМ подается с генератора 19 + 20 кГц и оценивается ИМД в реальном времени.

Если цифры совпадают, никаких ошибок в матаппарате методики Евгения нет. И все.

По правде говоря, это настолько просто... Даже комментировать нечего.
Я думал, что это было сделано сразу. И даже несколько удивлен, что такое сравнение не проводилось.

[Vinni]

Offтопик:

Ну если вы настаиваете

Довожу свою точку зрения и не настаиваю.

[Malinovsky D]

Проблема в другом, что имея в большинстве случаев типовые АС мы не получим качественного звука

Хотел бы заметить, что стараюсь избегать здесь понятия "качественный звук".
Речь идет о методике оценки искажений. То есть, это обсуждение измерений, без привязки к качеству звука.
И, кроме этого, о причинах разницы уровня искажений разных методик.
Причины - наиболее интересны в этом обсуждении. Собираются версии. Любые.

---------- Сообщение добавлено 21:39 ---------- Предыдущее сообщение было 21:37 ----------

Offтопик:

Довожу свою точку зрения и не настаиваю.

Принимается во внимание любая инфа. Другой вопрос, что с некоторой инфой ничего нельзя сделать - ни оценить, ни побороть.
Вроде эфира или торсионного поля. Интересно, но сложно куда-либо применить.

[Vinni]

то как "одинаковая"?

Т.е. гитару ни разу не настраивал?

[Игорь Гапонов]

Если цифры совпадают, никаких ошибок в матаппарате методики Евгения нет. И все.

.

Это "сравнение" НЕ ВЕРНО. И Вы абсолютно не понимаете собственную ошибку, потому что я уже задолбался Вам о ней рассказывать и приводить примеры (приведены элементарные примеры ошибок в классике, ошибки/погрешности в методе Букварёва - чуток сложнее, по ветке было, вы ж уверяете, что "читали"....) Не видите её и всё тут. "Матаппарат" полностью в открытом эфире в двух экземплярах. Критикуйте конструктивно: конкретно, где теоретическая ошибка/ошибки. Слабо?

---------- Сообщение добавлено 21:45 ---------- Предыдущее сообщение было 21:44 ----------

Т.е. гитару ни разу не настраивал?

Т.е. настройка зависит от силы удара (нелинейность резонансной системы)? Ну, ну...

[maxssau]

а как насчет тестов DIM?

AMH-1_2nd_Ed-4.vp.pdf

[Malinovsky D]

Это "сравнение" НЕ ВЕРНО. И Вы абсолютно не понимаете собственную ошибку, потому что я уже задолбался Вам о ней рассказывать и приводить примеры. Не видите её и всё тут.

Так. Попробуем еще раз.

Основная идея метода Евгения - выделение нелинейной составляющей в искажениях УМ при любом сигнале, в т.ч. музыкальном. Так?
Методика позволяет полностью исключить влияние линейных искажений и выделить только продукты нелинейных искажений. Так?

Что мешает воспользоваться для оценки искажений по этой методике запись из двух синусов? Не вижу препятствий.
Что мешает сравнить полученную цифру искажений с классической методой ИМД?

Какая разница, что подавать на вход УМ для оценки?

---------- Сообщение добавлено 21:53 ---------- Предыдущее сообщение было 21:49 ----------

Cуть метода изложена в первом сообщении.

Методика позволяет сравнить исходный сигнал с воспроизведенным и нечувствительна к линейным искажениям

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.

Используем "музыкальный фрагмент" в виде двух синусов 19 и 20

Результат (например, интермода на 1 кГц) - "соответствует только нелинейным искажениям тракта"

Это совершенно деревянная логика. В ней нет никакой изюминки. Я не понимаю, в чем подвох, и что именно может огорчить авторов этой методики?

[Vinni]

Ну, ну...

Точно не настраивали.

[Игорь Гапонов]

Так. Попробуем еще раз.

Основная идея метода Евгения - выделение нелинейной составляющей в искажениях УМ при любом сигнале, в т.ч. музыкальном. Так?
Методика позволяет полностью исключить влияние линейных искажений и выделить только продукты нелинейных искажений. Так?

Что мешает воспользоваться для оценки искажений по этой методике запись из двух синусов? Не вижу препятствий.
Что мешает сравнить полученную цифру искажений с классической методой ИМД?

Какая разница, что подавать на вход УМ для оценки?

Мешает Ваша априорная уверенность, что метод Букварёва верен только при совпадении результатов с классикой на одно-двухтональном сигнале. И Вы даже предположить не можете, что результат в "классике" и в сабже НЕЛЬЗЯ СРАВНИВАТЬ КОЛИЧЕСТВЕННО! Т.к. матапарат разный и в обоих случаях корректен при определённых допущениях. А именно в "класике" - малая априорная нелинейность (на большой ошибка может быть бесконечной, см. про куб, и это таки математически корректная оценка), в "сабже" априорная широкополосность сигнала, (на узкополосных ошибка может быть большой того же порядка, что и в кдлассике на большой нелинейности, например, "идеальный компрессор" метод Букварёва вообще не поймает). Однако, в группе сабжевых методов имеется тайное оружие - "Эвклид" (т.е. обратимое масштабное преобразование). Вот ему по барабану на тест сигнал - покажет практически истину. Достоинсво метода Букварёва, что эрэмэс в обеих пробах всегда одинакова - преоб. Гильберта не меняет амплитудного спектра, меняет только фазовый.

[Malinovsky D]

Мешает Ваша априорная уверенность, что метод Букварёва верен только при совпадении результатов с классикой на одно-двухтональном сигнале. И Вы даже предположить не можете, что результат в "классике" и в сабже НЕЛЬЗЯ СРАВНИВАТЬ КОЛИЧЕСТВЕННО!

У меня нет никакой уверенности.
Пусть нельзя сравнивать.

А вы подайте сигнал, посмотрите. УМ не развалится. Гильберт перетопчется. Все порадуются. Даже если будет разница, будет прикольно.
Это ведь не карточный фокус, секрет которого нельзя раскрывать. Здесь джентльменское собрание. Все свои.
Никто не вынесет увиденное за пределы узкого круга. Никакой дискредитации метода не будет.

[Dieselboy]

Речь идет о методике оценки искажений. То есть, это обсуждение измерений, без привязки к качеству звука.

Так их надо мерять не на выходе уся/входе ас, а на выходе ас/входе в ухи. Это те же искажения, которые и определяют качество, только в другой точке и другой природе (акустические волны за место электрических).

И, кроме этого, о причинах разницы уровня искажений разных методик.
Причины - наиболее интересны в этом обсуждении. Собираются версии. Любые.

Повторюсь, что причины искажений в электрической форме можно свести к бесконечно малым величинам - на слух не определить, только по приборам. Но если померить искажения в другой точке (перед ушами) - то получите искажения на неск. порядков больше.

Ваши эксперименты с ПОС должны были вам это показать на практике. Вторая проблема - обратный ход волны - у динамика он отсутствует в виде электрической силы. Т.е. при типовой (однокотушечной) конструкции ДГ - возвратный ход мембраны идёт за счёт механической пружины на частоте собственных колебаний, при воспроизведении более выскоких частот - будут искажения формы сигнала, конкретные искажения. А ещё остаются не тронутыми зонные/изгибные искажения динамика, временные их затухания, наличие пассивного фильтра, который выбрасывает сигналы на частоте раздела со сдвигом фаз и даже просто перефильтировывает свою полосу пропускания.

[Игорь Гапонов]

Точно не настраивали.

Ну, я по амплитудным биениям тьюнеры проверяю. Рекомендую вам попробовать на разной громкости биения выставить. Будете удивлены именно нелинейности настройки реальных струн на реальных гитарах. Классическая интерференция - явление линейное.

[Malinovsky D]

Так их надо мерять не на выходе уся/входе ас, а на выходе ас/входе в ухи

Я не борюсь за качество звука во всей галактике. Не отрастил еще бицепс для этого.
Волнует то, что на хреновых УМ наши пищики играют детально, но скучно, а на хороших - волшебно. Мне нужно понять, что нужно сделать для "волшебно"?
И чем можно хороший УМ отличить от плохого с помощью измерений? Где кроется секрет?
То есть, мне нужно лекарство от конкретного прыща, а не мазь для всего хай-энда.

[Игорь Гапонов]

А вы подайте сигнал, посмотрите. УМ не развалится. Гильберт перетопчется. Все порадуются. Даже если будет разница, будет прикольно.
Это ведь не карточный фокус, секрет которого нельзя раскрывать. Здесь джентльменское собрание. Все свои.
Никто не вынесет увиденное за пределы узкого круга. Никакой дискредитации метода не будет.

Опять двадцатьпять... Лень читать ветку? В ней и это есть.

[Vinni]

частотно зависимая нелинейность

Точное определение о чем я говорю - стохастическая нелинейность.
Для других: стохастическая - это не случайная, но настолько сложная, что Дирак курит бамбук.

[Vinni]

Offтопик:

Ну, я по амплитудным биениям тьюнеры проверяю.

Ой да в моём выражении

Интерференция двух струн и двух вспышек возбуждения в сотни мегагерц может быть одинаковая.

надо дописать "частота биений". Два слова опущены для краткости, а сколько родили текста.

[Dieselboy]

О самой простой. Делается все по методике Евгения Букварева, только не с музыкальным файлом, а с записью двух синусов 19 + 20 кГц.
Оценивается спектр и уровень искажений.

Потом на этот же УМ подается с генератора 19 + 20 кГц и оценивается ИМД в реальном времени.

Если цифры совпадают, никаких ошибок в матаппарате методики Евгения нет. И все.

Можно и по желаемой методике сделать, но только на другом временном участке - в момент времени подачи сигнала, на 1-м периоде. Вот тогда будет разница. Устоявшийся режим сигнала против переходного процесса. Методика одинаковая - процессы разные - разные и результаты.

[Malinovsky D]

Можно и по желаемой методике сделать, но только на другом временном участке - в момент времени подачи сигнала, на 1-м периоде

Коллега, а вы где изучали вопросы , связанные с преобразованием Фурье?
Вы в курсе, что спектр одного периода синуса (без повторения) чрезвычайно широк?

[Игорь Гапонов]

А уж как я рад. Но замечу в слепую ни кому не верю, даже Вам. Искренне же рад тому, что в конце концов через N лет моего ворчания, - ребята не там ищем все проблемы зарыты в искажениях формы сигнала в переходных процессах. У меня появился единомышленник.
Осталось Вам поверить в то, что это не гипотеза а истина и поменять ориентацию уже сегодня.
Для затравки замечу, АЧХ недостаточно, необходима ФЧХ и даже этого мало для того чтобы разобраться с линейными искажениями в нашем случае.

С уважением hydr.

Я занимаюсь этой проблемой почти всю аудиожизнь - с 15 лет. Не поверите, но кроме частотных искажений (АЧХ+ФЧХ неразрывно!) при передаче в наших трактах присутствуют в той же мере пространственные линейные искажения. Элементарно они проявляются в виде нарушении отклика (стимула) на пеленг источника - движения головой и телом. Да, видимо, для вас всё ещё впереди в линейных делах раз вообще не отреагировали на моё "движение источников".

---------- Сообщение добавлено 22:29 ---------- Предыдущее сообщение было 22:25 ----------

Вы чего-то опасаетесь? Так и скажите. Я пойму. Можно в личку.

Но вообще говоря, складывается престранная ситуация.

- Подайте, пожалуйста, на вход два синуса.
- Нельзя!
- Почему?
- Нельзя, потому что нельзя. Ты не поймешь.

Офигенно....

То есть, получается, что результат такого теста будет что-то дискредитировать и требовать каких-то пространных объяснений.
Для чего этот туман?

А! понял. Т.е. сами не захотели "симулировать прыгающий аттенюатор", а теперь стрелки перевели. Я не буду ДВА РАЗА переделывать работу, результат которой известен и опубликован ЗДЕСЬ. Извините, но в игнор.

[Malinovsky D]

возвратный ход мембраны идёт за счёт механической пружины на частоте собственных колебаний,

Коллега, при всем уважении, мне сложно поддерживать беседу с вами, поскольку сейчас вы написали такую жесть, которая свидетельствует о вашем глубоком незнании предмета. Причем в районе основ.
Поэтому сорри...