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

[wert]

3 часть стандарта, слегка обновлённая

Обновленная версия имеет описание DIM теста
с небольшим описанием что есть DIM -
"Модуляционные искажения, возникающее при использовании определенного входного сигнала".
Очень скромно без особых определений и пояснений.
Только по одной причине,
потому как уж лет как 30 разрабатываются методы оценки динамических искажений
для инерционных параметрических систем.
Если динамические искажения можно было бы определить при помощи DIM теста,
к чему тогда ученые передовых универов мира бьются над этой проблемой не один десяток лет.
Но вы правы не место и не время для обсуждения таких проблем.

[Vinni]

Offтопик:
maxssau, shura1959, wert, спасибо мужики!
Мои представления об искажениях сервосистем подтвердились и обрели имена TIM/DIM.

[bukvarev]

Offтопик:

к чему тогда ученые передовых универов мира бьются над этой проблемой не один десяток лет.

Да не бьются никакие передовые ученые в универах.

Просто в аудио существует известное несоответствие результатов измерений и субъективного восприятия, причем весьма неоднозначного именно в части восприятия, бо сильно субъективно и зависит от человека.
А ученые и тем более производители аудио давно "забили" на эти страдания, поскольку люди в массе своей все равно покупают измеренные характеристики, и каждый новый метод должен давать лучшие цифры, иначе люди не поймут. Вот и все. А любой новый метод, который "раскроет глаза", показывая огромные искажения там, где остальные измеряют мало, просто вызовет отторжение.

[Vinni]

Просто в аудио существует известное несоответствие результатов измерений и субъективного восприятия,

Как только дойдём до понимания работы диффузора в зонном излучении с точки зрения устойчивости системы, так и это препятствие исчезнет.
Технически правильное устройство звучит лучше, однозначно.
Если сделан обратный вывод, значит что-то упустили, не поняли или вообще вне поля зрения.

[bukvarev]

Offтопик:

Как только дойдём до понимания работы диффузора в зонном излучении с точки зрения устойчивости системы

Не связано это с динамиками никак. И на устойчивость усилителя не влияет.

[Vinni]

несоответствие результатов измерений и субъективного восприятия

Не связано это с динамиками никак.

Offтопик:
Не здесь логики. Или вы говорите про субъективное восприятие осциллограмм?

[Malinovsky D]

Да не бьются никакие передовые ученые в универах.

Поддержу. Проблематика аудио уже давным давно решена с точностью +/- 0,1%
Тех, кому нужно больше, подавляющее (подавляемое) меньшинство. Серьезные умы (коллективы умов) не будут ломать головы над этим.
Это удел редких энтузиастов, которым неплохо было бы провериться на предмет ментального здоровья.

Кроме того, отсутствие ясности в требованиях "заказчика" (уха, мозга и т.д) не позволяет ясно изложить ТЗ, поэтому вообще непонятно, за что бороться.
Да и "заказчиков" исчезающе мало (см. выше).
Без этого ТЗ дальнейшее движение по качеству звука обречено быть похожим на неуклюжую суету в темной кладовке.

Серьезные люди таким заниматься не станут.

---------- Сообщение добавлено 13:01 ---------- Предыдущее сообщение было 13:00 ----------

Как только дойдём до понимания работы диффузора в зонном излучении с точки зрения устойчивости системы, так и это препятствие исчезнет.
Технически правильное устройство звучит лучше, однозначно.

Коллега, вашей уверенности можно только позавидовать.

[bukvarev]

Offтопик:

Не здесь логики. Или вы говорите про субъективное восприятие осциллограмм?

Вот только не надо стеба..
Задача успешнее и быстрее решается, если ее правильно разделить на относительно автономные подзадачи.
Поэтому, если говорить про совершенствование аппаратуры, то рационально сравнивать динамики между собой на своих измерительных установках и в камерах, включая субъективное сравнение, а усилители - на своих. Например, на эквиваленте нагрузки с субъективным контролем результата в помощью головных телефонов.

Сама постановка эксперимента тоже требует осознанного и рационального подхода.

[Vinni]

Offтопик:

адача успешнее и быстрее решается, если

Абсолютно согласен... на первом этапе.
Далее компоненты соединяются в систему.
И усилитель с нулями в периоде, легко изменит рисунок Хладни на диффузоре пищалки через субгармоники и огибающую TIM/DIM.
Всё, всё, всё. Убегаю))

[Dinosaurus]

Например, на эквиваленте нагрузки

Резистор Vishey 8ом/250 вт не является эквивалентом нагрузки. Это просто хороший резистор

[maxssau]

Offтопик:

Интересно, есть ли на форуме люди, кто работал например на БРЗ Вега(любом другом радиозаводе, производившим аудио) и может поведать хотя бы последовательность тестирования аппаратуры?

[wert]

ученые и тем более производители аудио давно "забили" на эти страдания

аудио давно превратилось в коммерцию, красивую обложку и уверования,
и до этой темы всем глубоко наплевать.
Но подчеркивал над чем бьются ученые - над описанием, идентификацией и измерениями нелинейных параметрических систем.
какое им дело до усилителя Хирага или Букварева,
это нам не все равно.
Но коль звуковой комплекс относится к нелинейным параметрическим системам
то и вы пытаетесь обсуждаемый в теме метод Букварева применить для наиболее полного описания искажений звукового комплекса.
Но если не по теме, можно и точку поставить.

---------- Сообщение добавлено 13:51 ---------- Предыдущее сообщение было 13:45 ----------

Интересно, есть ли на форуме люди, кто работал например на БРЗ Вега(любом другом радиозаводе, производившим аудио) и может поведать хотя бы последовательность тестирования аппаратуры?

Я работал на радиозаводе, который в том числе выпускал магнитофон Электроника - 004к.
Виды испытаний были определены ТУ, методики испытаний стандартами ГОСТ,
Как правило раздел испытаний ТУ содержал:
квалификационные
типовые,
приемоздаточные,
периодические,
наработка на отказ,
долговечность,
сохраняемость
и др...
Вас какие интересуют?
Лучше найти ГОСТы по методам испытаний
и провести те тесты, которые вам интересны.

[maxssau]

Вас какие интересуют?

да самые элементарные, от включения, до вердикта - годно/не годно, если есть гост, подскажите номер, поизучаю на досуге

[Vinni]

можно и точку поставить.

Offтопик:
Добавлю только для поддержки, что принципы управления они везде одинаково принципиальные для систем с ОС, что для наведения оружия, что для синхронизации телескопов и т.д.
И именно там, учёные копают.., а не в аудио.
Вот теперь совсем убегаю...

[wert]

да самые элементарные, от включения, до вердикта - годно/не годно, если есть гост, подскажите номер, поизучаю на досуге

нет универсального ГОСТа
Программу испытаний вы сами составляете исходя из конкретных потребностей
по подтверждению функционала и конкретных характеристик.
Единственная рекомендация, что звучит во многих стандартах,
Программа испытаний начинается с испытаний на безопасность
как говорят это написано кровью, это нужно учитывать,
остальное по потребности.

[CreamSoda]

Просто в аудио существует известное несоответствие результатов измерений и субъективного восприятия, причем весьма неоднозначного именно в части восприятия, бо сильно субъективно и зависит от человека.

т.е. проблема "несоответствия результатов измерений и субъективного восприятия" лежит не в области технического обеспечения воспроизведения?

[maxssau]

нет универсального ГОСТа
Программу испытаний вы сами составляете исходя из конкретных потребностей
по подтверждению функционала и конкретных характеристик.
Единственная рекомендация, что звучит во многих стандартах,
Программа испытаний начинается с испытаний на безопасность
как говорят это написано кровью, это нужно учитывать,
остальное по потребности.

ок, спасибо

[Alto]

ГОСТ 23849-87 "Аппаратура радиоэлектронная бытовая. Методы измерения электрических параметров усилителей сигналов звуковой частоты"
Не то?
Там определяют следующее :

3. Подготовка к измерениям
4. Проведение измерений и обработка результатов
4.1. Входные параметры
4.1.1. Полное входное сопротивление
4.1.1.1. Модуль полного входного сопротивления при стандартных условиях
4.1.1.2. Модуль полного входного сопротивления на заданных частотах
4.1.1.3. Составляющие полного входного сопротивления
4.1.2. Минимальная ЭДС источника
4.2. Выходные параметры
4.2.1. Модуль полного выходного сопротивления при стандартных условиях
4.2.2. Модуль полного выходного сопротивления на заданных частотах
4.2.3. Выходное напряжение, ограниченное искажениями
4.2.4. Выходная мощность, ограниченная искажениями
4.2.5. Выходное напряжение, ограниченное искажениями, при комплексном эквиваленте нагрузки
4.2.6. Коэффициент регулирования
4.2.7. Время восстановления после перегрузки
4.3. Предельные параметры и характеристики
4.3.1. ЭДС источника, соответствующая перегрузке входа
4.3.2. Кратковременное максимальное выходное напряжение
4.3.3. Кратковременная максимальная выходная мощность
4.3.4. Долговременное максимальное выходное напряжение
4.3.5. Долговременная максимальная выходная мощность
4.3.6. Выходная мощность, ограниченная температурой
4.4. Усиление
4.4.1. Максимальное усиление ЭДС
4.4.2. Характеристика ослабления регулятора громкости (усиления)
4.4.3. Характеристика ослабления регулятора баланса многоканальных усилителей
4.5. Характеристики, зависящие от частоты
4.5.1. Неравномерность частотной характеристики усиления
4.5.2. Отклонения частотной характеристики усиления корректирующего усилителя от обратной заданной
4.5.3. Эффективный диапазон частот, ограниченный усилением
4.5.4. Эффективный диапазон ограниченный искажениями
4.5.5. Фазо-частотная характеристика
4.6. Амплитудная нелинейность
4.6.1. Общие гармонические искажения
4.6.1.1. Общие гармонические искажения при нормальных рабочих условиях
4.6.1.2. Общие гармонические искажения как функция частоты
4.6.1.3. Общие гармонические искажения как функция амплитуды
4.6.2. Гармонические искажения n-го порядка при стандартных условиях
4.6.2.1. Гармонические искажения n-го порядка как функция частоты
4.6.2.2. Гармонические искажения n-го порядка как функция амплитуды
4.6.3. Интермодуляционные искажения n-го порядка (где n = 2 или 3)
4.6.4. Динамические интермодуляционные искажения
4.6.5. Частотно-разностные искажения n-го порядка (где n = 2 или 3)
4.6.6. Общие частотно-разностные искажения
4.7. Шум
4.7.1. Отношение сигнал/шум
4.7.2. Выходное напряжение шума
4.7.3. Остаточное выходное напряжение шума
4.7.4. Эквивалентная ЭДС источника шума
4.8. Фон переменного тока
4.8.1. Выходное напряжение фона
4.8.2. Отношение сигнал/фон
4.8.3. Эквивалентная ЭДС источника фона
4.8.4. Остаточное выходное напряжение фона
4.9. Переходное затухание и разделение каналов в многоканальных усилителях
4.10 Различие каналов по усилению и фазе в многоканальных усилителях
4.10.1. Различие каналов по усилению
4,10.2. Различие каналов по фазе
4.11. Параметры источника питания и их допустимые изменения
4,11.1. Общие положения
4.11.2. Потребляемая мощность
4.11.3. Допустимые отклонения напряжения источника питания от номинального значения

https://www.meganorm.ru/Index2/1/4294830/4294830320.htm

Там еще есть ГОСТ 12090-80 "Частоты для акустических измерений. Предпочтительные ряды"

[maxssau]

Offтопик:

судя по тексту очень похоже на то, что нужно

[Alto]

Не думаю, что в ГОСТах есть какие-то прорывные методики измерений, скорее заинтересовал гост на частоты для акустических измерений. Похоже предлагают промерять каждую ноту.