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

[Petr-1951]

Так пресловутая "задержка", это же давно известные фазовые искажения.
.

задержка прохождения сигнала совпадает с ГВЗ (Group Delay) на горизонтальном участке. В ряде даташитов на современные быстродействующие ОУ ее стали указывать как Time Propagation Delay (tPD) с указанием коэффициента передачи (чаще всего для единичного усиления, а иногда для Ку=2). С ростом Ку растет и tPD.

Фазовые искажения (по фазе может быть как опережение, так и запаздывание) и измеряются в градусах, а tPD - время, совсем другая единица измерения. В некоторых престижных усилителях стали указывать, например (MIMESIS 9.2) Group Delay: Propagation Delay < 100ns stable from DC to 200 kHz .

[Johny]

задержка прохождения сигнала совпадает с ГВЗ (Group Delay)

[Teoretic]

в непериодическом виде музыкального сигнала, ООС работает в других условиях, это много где описано. Да и первый каскад (а его неточность ООС вообще не убирает

У вас весьма своеобразное представление об ОС. К сожалению, мифологическое.
С мифами (а особенно о неисправимости первого каскада) спорить весьма тяжело, пожалуй, воздержусь. Мне это стало сильно напоминать поиск ошибок у изобретателя вечного двигателя.
Неблагодарное занятие.

[Alexander]

В некоторых престижных усилителях стали указывать, например (MIMESIS 9.2) Group Delay: Propagation Delay < 100ns stable from DC to 200 kHz .

Очень актуально в системах с несколькими (разными) усилителями.

[Pilulkin]

Ну и уровень у людей, это же базовые знания. Более того, это видно даже в симуляторе, можете сами посмотреть без пайки.

Это очень печально,но вопрос был про другое....
P.S.Симулятор - наше всё....

[Petr-1951]

Может, уже не будем обсуждать заведомо неверное применение такого инструмента как преобразование Фурье к измерению переходного процесса?

Имеем идеальный гармонический сигнал, в спектре одна «палка» и больше ничего. Вырезаем из него одну синусоиду не внося в нее никаких искажений (в том числе и переходных), спектр сохраняется?
Второй вариант получения идеального одиночного синуса с помощью вращающегося вектора показан на другом рисунке. Вектор не меняет свою амплитуду, вращение начинается безынерционно с постоянной угловой скоростью (нет судорожных дерганий амплитуды вектора и нет дрожания угловой скорости).

Другое дело когда эту синусоиду исказить до прямоугольника (меандра) или до треугольника тогда спектр обогащается высшими гармониками и по барабану сколько мы берем периодов такого сигнала (первый, в середине или в конце).

[Alex]

Уже давно все позабыли, что есть ещё искажения- линейные,

Если бы только "это"...

А то бывает ведь и такое:

Имеем идеальный гармонический сигнал, в спектре одна «палка» и больше ничего. Вырезаем из него одну синусоиду не внося в нее никаких искажений (в том числе и переходных), спектр сохраняется?

[BesPav]

Offтопик:

одна «палка»

Маша - это, конечно, Маша, но два раза - это два раза.

[anatol0]

Вырезаем из него одну синусоиду не внося в нее никаких искажений

Ещё раз, последний, при "вырезании" происходит изменение спектра. Можно представить как перемножение на одиночный прямоугольный импульс. И после этого спектр не меняется? Вот к чему приводит слепая вера в программные симуляторы.
А может это троллинг?

[Edgar]

Имеем идеальный гармонический сигнал, в спектре одна «палка» и больше ничего. Вырезаем из него одну синусоиду не внося в нее никаких искажений (в том числе и переходных), спектр сохраняется?
Второй вариант получения идеального одиночного синуса с помощью вращающегося вектора показан на другом рисунке. Вектор не меняет свою амплитуду, вращение начинается безынерционно с постоянной угловой скоростью (нет судорожных дерганий амплитуды вектора и нет дрожания угловой скорости).

Другое дело когда эту синусоиду исказить до прямоугольника (меандра) или до треугольника тогда спектр обогащается высшими гармониками и по барабану сколько мы берем периодов такого сигнала (первый, в середине или в конце).

Если бы Вы, уважаемый, не прогуливали высшую математику, то знали бы, что спектр любой непериодической функции во-первых, сплошной, во-вторых, бесконечный. Ваша "палка" от одного периода синуса в симуляторе рисуется исключительно из-за используемого быстрого преобразования Фурье, когда предполагается, что взятый кусок функции повторяется бесконечно с периодичностью, равной длине этого куска, и кроме того, дикретизируется четко с шагом, кратным этому периоду. Если оба этих условия не соблюдаются, то преобразование Фурье становится необратимым, это значит, что по полному спектру (амплитудному и фазовому) восстановить исходную функцию просто невозможно.

[4321]

Блин,это надо заучить.
На пьянке это произведёт сильное впечатление на студенток.

[E.Sokol]

Преобразование Фурье всегда обратимо, вы чего. Необратима дискретизация, если условие Котельникова не соблюдать.

И вот пара картинок для тех кто забыл, откуда берутся палки при численном анализе:

[Alex]

Блин,это надо заучить.

Это надо БЫЛО заучить!
Прежде чем вдаваться в эти вопрсы а тем более рассуждать о них..

если условие Котельникова не соблюдать.

Ой, тут на хоботе на днях, когда один ляпнул, что типа "для измерения THD+N ц ЦУАПов нужно соблюдать т.К", ятихонько поинтереовался" "какое отношение т.Котельникова/критерий НАйквиста иметк измерениям THD, THD+V у ЦАПов?
И тут началось ТАКОЕ, что я после пары дней споров ужк забил на это, ибо надоело..

[Meta|_]

идеального одиночного синуса

- не бывает.
Синусоида - это совершенно определённая периодическая функция, определена она от минус бесконечности до плюс бесконечности, и её спектр - одна палка. Если взять от синуса кусочек (то есть умножить на прямоугольное окно), то это уже не синус, и спектр этой штуки становится бесконечным.

[Игорь Гапонов]

Я пишу про линейные искажения.

Определение. Искажение (ошибка - в терминах математики и метрологии), вносимое объектом есть любое отличие от заданной заранее (целевой) функции этого объекта.

Тип искажения (ошибки) определяется математическим оператором её описывающем.

В смысле передачи нативных (природных) стимулов ощущений, как объект среда обитания, она же - среда возникновения носителя ощущений (биоорганизма) не вносит искажений принципиально.

[Petr-1951]

сегодня для понимания происходящих процессов полно апплетов
первый демонстрирует образование одного периода синусоиды
второй демонстрирует как из синуса добавлением нечетных гармоник можно получить меандр

для того чтобы период синуса имел дополнительные спектральные составляющие вектор должен менять свою длину по определенному закону, либо должна меняться частота вращения вектора образующего сигнал, что и демонстрирует второй анимированный рисунок.
В первом же рисунке нет дополнительных спектральных составляющих! им просто неоткуда взяться.

[Teoretic]

Безнадежно...
Человек на полном серьезе думает, что эта загогулинка - синус.

---------- Сообщение добавлено 21:40 ---------- Предыдущее сообщение было 21:30 ----------

Petr-1951, когда ты даешь Микрокапу задание разложить участок сигнала на синусы (harm(v(out))), он послушно это делает. Только результат выдается для периодического бесконечного сигнала, один период которого ты ему подсунул.

[BesPav]

Offтопик:

Человек на полном серьезе

очень немолод и даже одна палка - это уже подвиг.

[Petr-1951]

Безнадежно...
Человек на полном серьезе думает, что эта загогулинка - синус.

действительно БЕЗНАДЕЖНО! как видите я не даю никакого задания микрокапу. Я всего лишь демонстрирую как образуется неискаженный одиночный период синусоидального колебания. От того что он будет в середине (бесконечность спереди и бесконечность позади) он не изменится!
Ваши попытки напоминают утверждения из учебников типа: "земля стоит на трех китах", "солнце вращается вокруг земли", "все возникло из ничего в результате взрыва", сейчас ищут темную материю, но никак не могут найти... и т.д.
О своем понятии как работает микрокап с любым периодом я уже объяснял, ему по барабану с каким периодом работать, он из любого сигнала для просчета делает периодический сигнал. И если этот период не искажен, то и периодический сигнал будет в целом не искаженным. А если искажен в результате прохождения через усилитель, то и периодический сигнал будет искаженным. А вот здесь не все равно какой период мы подсовываем для просчета его спектра. Поэтому я и показал что для измерения реальных искажений годится только компенсационный метод измерения который не имеет никакого отношения к микрокапу. Но Вам похоже это не понять, и "хохотунчикам" вроде Вас тоже... Какие реальные искажения последней разработки Боба Корделла я показал в одной из веток diyaudio, на что Бобу нечего было ответить.
p.s.
утверждение что перед одиночным периодом возникает какой то спектр из ничего все равно что утверждать что космос возник из ничего в результате взрыва

[hippo64]

Петр, вы рассматриваете симулятор как повторитель математического аппарата. Но это далеко не так. особенно при сложных параллельных процессах. Да и изначально обсчет сильно не совпадает с голой математикой.

---------- Сообщение добавлено 08:24 ---------- Предыдущее сообщение было 08:21 ----------

я показал

"Я" - последняя буква алфавита.