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

[maxssau]

ну это скорее не для того что бы найти прорывную технологию, а для того что бы грамотно оценивать результаты своей проделанной работы. Я уже где то выкладывал вот такой аппноут, по чтению характеристик пром аппаратуры и возможным подвохам

Mathew-AudioPrecisionSpecifications.pdf

[ИГВИН]

Offтопик:

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

Женя!
Насколько я согласен с первой частью твоей тезы, настолько же не согласен со второй.
Как показывает (с моим участием и без оного) неоднократный опыт прослушивания и сравнения разных девайсов: все присутствующие человеки без особых колебаний отделяли агнцов от козлищ, несмотря на присущую им (человекам, и не девайсам) субъективность.

В относительно больших числах сравнений субъективность переходит в объективность.
По другому не случалось.

Да, кстати! Пока не забыл.
На оценки лучше/хуже не влияет техническая подготовка слушателей (среди которых не раз бывали особи женского пола), да и внешний вид тоже. Последнее особенно любопытно, и противоречит расхожему мнению, что "аудиофил любит глазами".
Фиг там.

[bukvarev]

Offтопик:

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

Я же написал, что в области, но не полностью. И вот это "не полностью" в значительной мере все усугубляет.

Спектроанализатор не врет. Если спектр чистый, значит, для этого сигнала в этом аппарате действительно спектр чистый. Но это не означает, что на другом сигнале все будет так же чисто. На этой "недоговорке" метрология заканчивается. Остальное - совокупность эксплуатационно - субъективных факторов.

Простой пример. На студии используется усилитель среднего качества, и все рулится на нем. Когда эту фонограмму слушают на чистом усилителе, звук будет "тощим", и будут заметны "специи", добавленные на студии специально, чтобы "пробить" низкокачественную аппаратуру, либо то, что звукорежиссер просто не слышал на своем аппарате.
А субъективно, слушатель будет говорить, что усилитель что-то "теряет" и "играет грязно", хотя физически такого быть не может, а "грязь" была добавлена микрофоном, на студии, при мастеринге.
Но человек абсолютно уверен в том, что виноват усилитель, потому что он это слышит. И доказать что-то бессмысленно. Он просто возьмет тот аппарат, на котором все звучит комфортно.
А чтобы понять, например, механизм маскировки, и как реально искажения делают голос "мягким" и верхнюю середину не "кричащей", нужно слушать живьем. Лучше один раз услышать.

[Dinosaurus]

Похоже предлагают промерять каждую ноту.

Случалось, теряли "Си" при массовом производстве 10МАС1м

[wert]

Похоже предлагают промерять каждую ноту.

Это ж сколько измерений нужно провести.
Я испытывал усилитель на искажения при воздействии музыкальными сигналами в виде повторяющегося аккорда стаккато,
вполне можно разложить ошибку на спектр, где видны искажения каждой ноты аккорда.
Евгений Букварев своим методом измеряет и прослушивает такие искажения.
Так что альтернатив ГОСТам хватает, Евгений Вам подскажет как использовать его продукт для теста.

[Оллема]

Простите, может пропустил, домохозяйка может воспользоваться данным методом Евгения? Есть программа для этого или все делается где то в матлабе?

[bukvarev]

Простите, может пропустил, домохозяйка может воспользоваться данным методом Евгения?

К сожалению, не сможет Более того, не сможет даже при наличии программы, потому что потребуется еще и "железо". И это - основная причина, почему пока я все приостановил.
Пока я периодически думаю, как можно и можно ли это ограничение обойти. Наверняка такой путь существует. Например, измерение нелинейности методом гармоник - очень изящный способ косвенных измерений. А способ из этого топика - пока способ "в лоб". Да, результат есть, но нужно этот способ совершенствовать.

[wert]

К сожалению, не сможет

Жаль, я думал тест доступен.
В моем тесте при двухканальном анализе вполне можно оценить линейные и нелинейные искажения
звуковой карты (при использовании как измерительное железо) и исследуемого устройства при воздействии сложными сигналами.
Не сложно учесть искажения звуковой карты так как нелинейность усилителя порой на порядки выше.
wav файлы входного и выходного сигнала усилителя достаточны для расчета нелинейности.
Расчет можно и в МС провести.
Возможно у Евгения есть варианты как обойти специализированное измерительное железо для метода Букварева..

[shura1959]

Offтопик:

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

У нас на Радиозаводе как продукцию "для народа" (помимо космической "мелочи"))) делали радиолу/магнитолу "Сириус" 3 класса. Когда это было на лампах, был весьма неплохой аппарат. Я дружил с парнями из ширпотребного отдела, говорю, мужики, ну давайте что-нибудь приличное склепаем, народ поможет (к слову сказать, куча народа клепала неплохие УЗ/УВ для магнитофонов, усилки, и пр.). А они: мы говорят в столицу обращались, нам сказали делайте 3 класс, и не рыпайтесь, всё по плану, вот так.
А из обязательных испытаний были - на безопасность, на соответствие классу, и периодические выборочно из партии: АЧХ, мощность, диапазоны радио, искажения, трясли ещё...)))
"

[Оллема]

У нас на Мотозаводе (ну всем же понятно, что там не мотоциклы делали?) магнитофоны трясли всю смену,, из каждой партии. Про звуковое тестирование вообще не слышал.

[shura1959]

Offтопик:

Про звуковое тестирование вообще не слышал.

Периодические должны были быть, вроде как раз в полгода.

[Оллема]

Мы пытались проводить,, но всегда заканчивалось одинаково - доставали кассету и растаптывали. Дикие были времена, все запрещалось

На регулировке, конечно, все платы проходили настройку и проверку на соответствие.

[wert]

Периодические должны были быть, вроде как раз в полгода.

могут быть как реже так и чаще.
Как правило периодика содержит программу приемосдаточных испытаний, климатику, механику
и часть надежностных валидируемых характеристик по ускоренной программе.
Но для ширпотреба часть периодики проводилась "условно", слишком это затратный механизм достижения качества.

[shura1959]

Offтопик:

для ширпотреба часть периодики проводилась "условно",

Ага, примерно так и было.)))

[maxssau]

Интересная мысль в голову пришла: если не "хватает" стандартных тестов на синусах/прямоугольниках и их комбинациях (DIM/TIM), можно сгенерировать нужный испытательный сигнал с помощью DDS и смотреть на отклик усилителя осциллографом.

[Dinosaurus]

https://disk.yandex.ru/d/Tupd0ftK9bN5PA
Рис.8 Эквивалент нагрузки

[wert]

Интересная мысль в голову пришла: ... можно сгенерировать нужный испытательный сигнал с помощью DDS и смотреть на отклик усилителя осциллографом.

Мысль правильная, но давно реализована.
В паспорте на цифровые генераторы такие возможности описываются, плюс с программируемыми генераторами
как правили поставляется программное обеспечение для создания необходимой формы генерируемого сигнала,
это и есть предназначение таких генераторов.
Для оценки искажений выходного напряжения исследуемого устройства как правило не достаточно просто смотреть на форму сложного сигнала,
чаще проводится расчет ошибки выходного напряжения относительно входного
а затем анализируется ошибка в частотном или временном домене.

[Malinovsky D]

Здесь ранее проскальзывала мысль, что динамик создает некую неопределенность в нагрузке усилителя.
И даже была модель динамика, на которой искажения УМ невероятным образом увеличивались на порядки без всякой музыки, на обычном синусе. В модели присутствовал загадочный элемент "мемори индуктор", про который никто ничего не знает.

Дабы закрыть этот вопрос, ниже три картинки реальных измерений на выходе УМ.
Напряжение на выходе УМ 5 В (больше не давал, было жалко динамик и уши)

1. Холостой ход
2. Нагрузка - резистор 5 Ом
3. Нагрузка - SB17NRX35-8-UC без фильтров.
И да - все это на пределе измерений звучки.

[Dieselboy]

Дабы закрыть этот вопрос, ниже три картинки реальных измерений на выходе УМ.

Это и так было понятно, что сделать усилитель не чувствительный к нагрузке - не проблема, если специально "не свалять дурака".

Про индуктор с памятью - наверняка там нет ничего загадочного - просто попытались учесть эффект остаточной намагниченности, которая меняется с каждым циклом перемагничивания.

p.s. При всём уважении к вам и Букварёву, мне кажется, что методика измерения искажений тут не причём, как и нагрузка, а все измеренные усилители с КНИ ниже единиц % - звучат одинаково, разница только, как заметил Евгений Букварёв - на уровне показалось.

[audiomun]

а все измеренные усилители с КНИ ниже единиц % - звучат одинаково

Примерные варианты ситуации ...
1. Не тренирован слух(отсутствие).
2. Не встречал звучащих иначе.
3. Показалось.