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

[A.B.ANTONOV]

Сравнение спектров двух файлов по ссылке. Оригинал и -60 дБ. Подъём в области инфранизких частот заметен значительный.
Послушал в наушниках и честно говоря разницы не услышал. Может наушники такие, или уши.

[bukvarev]

Подъём в области инфранизких частот заметен значительный.

Все правильно. Полоса шумовой модуляции достаточно широкая, около 200 Гц: https://forum.vegalab.ru/attachment....6&d=1517556138
На НЧ изменение "подстилки" спектра будет заметнее всего из-за частого расположения компонентов сигнала.

[A.B.ANTONOV]

Значит надо какой нибудь девайс прогнать и посмотреть имеет место быть что то подобное в реале, или нет.

[MAXIM_A]

Значит надо какой нибудь девайс прогнать и посмотреть имеет место быть что то подобное в реале, или нет.

Первая сама ЗК, дальше три разных усилителя...
Ели заметное расширение есть.

[Ломатель]

MAXIM_A, огласите перечень усилителей пожалуйста . Уширение вполне заметное. YES-3L неплох. А другие усилители можете так же проверить?

[MAXIM_A]

MAXIM_A, огласите перечень усилителей пожалуйста . Уширение вполне заметное. YES-3L неплох. А другие усилители можете так же проверить?

Попробую, вытащить из стойки...

---------- Сообщение добавлено 17:43 ---------- Предыдущее сообщение было 17:40 ----------

Наверно надо на одном графике смотреть...

[Игорь Гапонов]

...

мне кажется, для слуха важно узнавать определенные пространственно-временные "паттерны". Мы легко отличим живой баран от неживого(электронного). И здесь спектральный анализ не является исчерпывающим...
Во всяком случае - слух не работает, как спектроанализатор.

Не сам анализ, а то, что по инерции распространяют свойства Фурье преобразования как линейного оператора на свойства объекта исследования. Это самая распространённая и вездесущая ошибка при оценке результата слышимого: ошибочно считают, что ощущение суммы равно сумме ощущений (типа, "принцип суперпозиции"). Ярчайший пример ошибки- выводы из кривых равной громкости (КРГ), что человек не слышит составляющие спектров акустических стимулов (сигналов, звуков), выходящих за границы "области слышимости" чистых тонов. Причём, сами КРГ кричат: "наша форма зависит от уровня стимула!!!", что прямо, прямее не бывает, указывает на нелинейность слуха как объекта. А их и не слышат.

[A.B.ANTONOV]

Первая сама ЗК, дальше три разных усилителя...
Ели заметное расширение есть.

На синусе может и не особо заметно будет. Мне кажется более информативно будет пропустить через усь отрывок музыкальный и записать его.
Потом сравнить оригинал и записанный в области частот от 0 до 100 Гц. Окно Фурье секунды на 3 взять. Да, ещё перед Фурье не плохо бы нормализовать
по амплитуде отрывки. Если описанный Евгением эффект присутствует, то должен быть заметный подъём в нч области.

[bukvarev]

Первая сама ЗК, дальше три разных усилителя...

Константиныч, в качестве источника лучше взять не генератор, а звуковую карту, и использовать 10-ти частотный тест. Типа такого.

У генератора присутствует уширение из-за работы системы стабилизации уровня.
У звуковой карты с хорошим тактовым источником спектральные компоненты обычно тоньше.
На гармоники звуковой карты можно при этом внимания не обращать.

Я потерял свой тестовый файл, а ссылку на частоты, предложенные Константином Мусатовым, не найду. Кто знает, пожалуйста, киньте мне ссылку в личку, я синтезирую wav файл для такого теста заново, и выложу его на диск.

---------- Сообщение добавлено 20:10 ---------- Предыдущее сообщение было 20:05 ----------

Если описанный Евгением эффект присутствует, то должен быть заметный подъём в нч области.

Саш, не факт. Я выбрал "среднеполосную" модель шума в модели, а реально в усилителе она может быть, например, импульсной, или значительно сильнее, чем -60 дБ, но узкополоснее. В последнем случае НЧ область сохранится.
Как появится время, тоже проведу измерение на нескольких аппаратах. У меня есть две независимые звуковые карты. Одна будет источником, другая (что получше) - приемником. Сегодня просто на выходные в деревню уезжаю, у меня там даже интернета толком не будет

[A.B.ANTONOV]

Евгений, сделал несколько тестов.
Сделал измерения своего унч. Не совсем аналоговый, но ты знаешь о чём речь.
Интересно, что на 1 кГц видно в основании пару пиков 50 Гц. Раньше не обращал внимание.
Сделал 10 тоновый тест с примерно такими же частотами, что и на твоей картинке. Плюс
прогнал мелодию из твоего теста. Выходная мощность унч около 5 Ватт, нагрузка - колонка С90.
Было бы интересно, чтобы кто ни будь сделал подобные тесты для сравнения. Надо только
обращать внимание на размер окна ФФТ и усреднение (Avg) при измерении спектрой.

[Сергей Гапоненко]

[QUOTE=Игорь Гапонов;2443183]по инерции распространяют свойства Фурье преобразования как линейного оператора на свойства объекта исследования. ошибочно считают, что ощущение суммы равно сумме ощущений.

Возможно , мы присутствуем при рождении нового этапа развития подходов к тестированию аудиотрактов!
Господа-коллеги-товарищи, проникнитесь ощущением гордости за наше сообщество.
Мы - наследники русскоязычного технологического пространства и остатки рукодельников-самодельщиков-энтузиастов-любителей музыки в этом пространстве. Средний возраст учатсников форумы, увы, хотелось бы видеть лет на ....дцать пониже....

Такой background - по-русски - фундамент, но... не видели человека в упор технократически мыслящие и наиболее активные деятели в нашем прошлом царстве-государстве.

Нет школы по организации и проведению ПСИХОАКУСТИЧЕСКИХ тестов.
Россия велика и могуча - нет ли здесь какого-либо центра по психоакустике?
Нужно технические средства тестировать с помощью ушей десятков отобранных индивидуумов.

[Игорь Гапонов]

Offтопик:

//Мы - наследники русскоязычного технологического пространства ...

Ну, я - лютый космополит. Поэтому одинаково чту немцев Гаусса с Блауэртом и британцев сэра Ньютона с лордом Релеем.

[A.B.ANTONOV]

Сергей, уж извини, но не в тему. Ты по делу что нибудь скажи.
Игорь, я пожалуй тоже немного космополит, поскольку использую преобразование Фурье.

[Сергей Гапоненко]

Offтопик:


Ну, я - лютый космополит. Поэтому одинаково чту немцев Гаусса с Блауэртом и британцев сэра Ньютона с лордом Релеем.

Игорь, мы одинаково мыслим!
истина не имеет национальности. Лорд Рэлей - автор шедевра "Теория звука" (могу прислать по эл почте) и многих шедевров в области физики волн.
Дело не в национальности, а в своеобразном прошлом каждого из большинства участников форума...
Есть национальные особенности, например английская школа звука, американская школа и т. д.
В США ставят опыты по психоакустике и печатают соответствующие статьи.
Некоторые я упоминал в предыдущих постах.
Наша "сила" - в хорошем техническом образовании.
Слабость - в гипертрофировании технических аспектов по сравнению с человеческими.
Проектируя усилители, мы должны не каждый сам себя представлять в роли прибора-анализатора, а сообщество испытуемых, выносящих усредненный вердикт нашим разработкам.
Другого критерия пока нет. Да и не может быть.

Я - последователь вашей идеи "голых" 16-битных цапов и не верю в улучшайзеры почему-то. Спасибо за идею! не думал, что когда-либо буду переписываться с Вами. А одесский юмор в ваших текстах - надо побывать в Одессе, чтобы им проникнуться.

---------- Сообщение добавлено 20:54 ---------- Предыдущее сообщение было 20:52 ----------

Пятница, вечер, включил вот свой без-оосный без-ОУ-шный без-передискретизованный тракт...
Sorry.

[A.B.ANTONOV]

Сергей, ну выпейте валерьянки, что ли. Эта тема сугубо техническая.

[Игорь Гапонов]

Сергей,

Offтопик:

Скрытый текст

твой призыв понятен. Но, и концепции Подпольной Лаболатории тоже развиваются и уточняются (пока каких-то фатальных ошибок лаборанты не заметили, а обоснованная критика оппонентов учитывалась и учитывается; с другой стороны, частота публикаций вполне может и не коррелировать с интенсивностью творчества, лишь бы все были здоровы). И уверяю тебя: там, где надо, мозги аудиостранников по киберпросторам и просто аудиосподвижников неотвратимо и конструктивно конденсируются. Очень интересные результаты, причём, объективные, некоторых таких конденсаций, как сам видишь, есть.

[свернуть]

Короче, мир-дружба.

[shura1959]

Решил выложить немного музыки.
По ссылке - файлы, исходные и искаженные с уровнем -60 дБ и -80 дБ.

Спасибо Евгений. Очень интересно и познавательно. Искажения услышал, правда не сразу (на знакомой музыке, думаю, было бы заметнее). Характер искажений попробую описАть:
- такое впечатление, что вместе со звуком идёт какой-то слабый, но назойливый полутреск-полурокот, думаю будет очень заметно на хорошо записанном многоголосье а"капелла.
- второе впечатление, печальное: аппроксимируя характер искажений,-60, -80, к исходнику, делаю вывод, что в моей ЗК (М-аудио рево 5.1) эти искажения присутствуют в "некотором" количестве , т.е искажения такого же характера ужЕ присутствуют в ЗК.

[bukvarev]

Было бы интересно, чтобы кто ни будь сделал подобные тесты для сравнения. Надо только
обращать внимание на размер окна ФФТ и усреднение (Avg) при измерении спектрой.

Лучше всего - 1048576 точек и окно Кайзера.
На втором месте (значительно хуже) - окно Блекмена.
Файл должен быть 30 секунд длины, или больше.
Усилитель - под реальной нагрузкой.

Тогда можно наложить на исходный файл записанный результат, например, так:

А потом рассмотреть крупно на одной из частот:


Согласен с тобой, еще можно попробовать покрутить усреднение (Avg) и детектор (Peak Hold).
И после - порулить размером окна. Вдруг в динамике что-нибудь вылезет..

По ссылке папка, в ней два wav файла с 10 частотными тестами для 48 КГц и 192 КГц.
https://drive.google.com/drive/folde...Cd?usp=sharing
Предлагаю их использовать для "синхронизации измерений" если кто надумает измерить живую схему.

---------- Сообщение добавлено 02:51 ---------- Предыдущее сообщение было 02:50 ----------

Спасибо Евгений. Очень интересно и познавательно.

Когда первый раз услышал, то понял, что таких (по характеру) искажений полно и во многих записях.

[Orion33]

Я вижу на картинке, что в одном случае начало окна синхронно с переходом через ноль сигнала (т.е. от его формы ничего не меняется), а во втором имеется рассинхрон. Оно и понятно, ведь усилитель сносит задержки, о которых говорит Рубальский в соседней теме. Так что по хорошему надо делать постобработку с детектированием этого перехода через ноль.

[bukvarev]

Я вижу на картинке, что в одном случае начало окна синхронно с переходом через ноль сигнала (т.е. от его формы ничего не меняется), а во втором имеется рассинхрон. Оно и понятно, ведь усилитель сносит задержки, о которых говорит Рубальский в соседней теме. Так что по хорошему надо делать постобработку с детектированием этого перехода через ноль.

Андрей, непонятно, о каких картинках речь? Начало какого окна? Если об этом графике: https://forum.vegalab.ru/attachment....5&d=1517607371 , то это - не временная область а спектр. Причем частота 20 Гц (зеленая линия), смещена за счет небольшого отклонения частот звуковых карт. А на других частотах, возможно даже сильное несовпадение, потому что запись производилась несколько лет назад, и исходный файл утерян. Ничего общего с задержками, о которых говорит Рубальский, здесь нет.