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

[t2v2]

Евгений, СПАСИБО! ? -60dB ?
TEST-TONE - https://yadi.sk/d/W64h5HqjqQ2Km

лучше отделить искажения опорных генераторов от остальных искажений

С наилучшими пожеланиями, Владимир.

[bukvarev]

TEST-TONE

Все, результаты - в облаке.
0:


-60:


Очень рекомендую послушать и посмотреть дельты.
Там теперь в начале файлов - шумовой профиль. Можно сравнить характер шума и искажений.

Владимир, что у Вас за система тактирования? Она очень качественная. Генератор практически не уходит. Только первый фрагмент из 16-ти получается немного рассогласованным. Из-за этого завышенный остаток 1 КГц на всем тесте. А дальше - практически полная компенсация .
На тесте -60 дБ основной вклад вносит только "фликер" НЧ компоненты. В присутствии сигнала модуляционного шума не возникает (мощность не усредненного "дельта" шума на 3 дБ больше, чем у шума в паузе, как и должно быть .).

ЗЫ. По поводу уровней гармоник в таком тесте на однотональном сигнале.
Только что переписывался по скайпу с Игорем Гапоновым, он обратил внимание на то, что уровни гармоник при данном способе будут отличаться от тех, что получаются при взятии преобразования Фурье.
Должны компенсироваться 1, 5, 9...4k+1.., усиливаться вдвое 3,7, ...4k+3... - у чётных вертеться фаза 0,4,8 4k на pi относительно 2,6..4k+2
Суммарная мощность всех продуктов нелинейности, конечно, никуда не девается. Просто не удивляйтесь, что "подросла" 3-я, а 5-я с 9-й совсем пропали. Так и должно быть .

[t2v2]

Евгений, Огромное СПАСИБО!

система тактирования

Простенький кварцевый генератор FT-24.576MHz + стаб LM2937 3,3V; сигнал с генератора подаётся на кодек через кварц 24.576MHz


сейчас скачаю и буду разбираться

С наилучшими пожеланиями, Владимир.

[bukvarev]

Простенький кварцевый генератор FT-24.576MHz + стаб LM2937 3,3V; сигнал с генератора подаётся на кодек через кварц 24.576MHz

Спасибо!

сейчас скачаю и буду разбираться

Если открыть файл "COPY-TEST-TONE-48000Hz-1ch-16x-3s-500ms-0ms--delta.wav", то видно, что первый блок все портит. Как будто переходный процесс, в котором после начала записи "устаканиваются" режимы. Я отредактировал записанный файл, выкинул первый блок, и провел измерение по 14 блокам. Относительная мощность разностного сигнала (FIND) уменьшилась с -93.93 dB до -99.69 dB. А на спектре "палка" 1 КГц просела до -100 дБ.
На временнОй зависимости мощности искажений, после 2,7 с от начала фрагмента, искажения оказываются ниже -102 дБ.
Удивительно, но в разностных файлах, полученных при обработке муз. фрагментов, такого явного переходного процесса в начале нет.. Может, это - разовый глюк, а может - реакция аппаратуры на начало процесса записи/воспроизведения?

[t2v2]

переходный процесс, в котором после начала записи "устаканиваются" режимы.

Точно! Спасибо! Попробую отключить доп. неполярные электролиты на входе АЦП, или ... подумаю ...
запись трёх тестов TONE без остановки, а всплески шума это пауза для Album player.
файл сохранил, может пригодиться для статистики - https://yadi.sk/d/1rkQFVOqqQDXW

С наилучшими пожеланиями, Владимир.

[bukvarev]

запись трёх тестов TONE

1. Обалдеть! Все три "дельты" имеют одинаковый выброс на первом блоке. Похоже, за время паузы железо успевает "остыть"..
Я пока часть результатов (картинки здесь и не нужны) бросил сюда:https://drive.google.com/folderview?...WM&usp=sharing
2. В этот раз ушла вторая гармоника (видно даже без обработки, если на спектр записанного сигнала посмотреть), вылезла третья (может, "проводочки"). Но на предыдущий пункт это никак не влияет .

[t2v2]

Обалдеть! Все три "дельты" имеют одинаковый выброс на первом блоке.

Отключил дополнительные С=220uF на входе АЦП, остались штатные 47uF, СРОЧНО ИЗБАВЛЯТЬСЯ от электролитов!


файл копия: tone -60dB + tone -0.9dB - https://yadi.sk/d/d80TRYxkqQUxC

[bukvarev]

Отключил дополнительные С=220uF на входе АЦП

Не помогло . Видимо, электролит тут не виноват..

[t2v2]

Не помогло

НО изменения есть Будем искать



С наилучшими пожеланиями, Владимир.

---------- Сообщение добавлено 24.03.2016 в 00.22 ---------- Предыдущее сообщение было 23.03.2016 в 12.44 ----------

Евгений, попробуйте копия тона без шумовых всплесков - https://yadi.sk/d/G95v2F-WqRjNn



С наилучшими пожеланиями, Владимир.

[bukvarev]

Евгений, попробуйте копия тона без шумовых всплесков

Результат там:https://drive.google.com/folderview?...WM&usp=sharing
Тут все же, кмк, кто-то из "камней" виноват..

[t2v2]

СПАСИБО!
С правым каналом проблемка, наверное в печатной плате, а напряжение смещения у каналов общее, - разбираюсь
Сейчас сигнал с кв. генератора подаётся в кодек через два последовательно включённых кварца, средняя точка кварцев подключена через 360 Ом к половине питания 3,3В .
Посмотреть бы 3Д спекр разностного сигнала

[bukvarev]

Сейчас сигнал с кв. генератора

У Вас там, похоже, все чисто. Возможно, проблема не в генераторе или фильтре, а в том, что при появлении мощного сигнала какой-то из элементов меняет режим. В результате, например, изменяется коэффициент усиления или фазовый сдвиг. После "прогрева" все нормализуется. При воздействии же музыкального фрагмента, этот процесс уже не столь выражен, но он никогда не прекращается. Иметь бы "референсный" ацп, у которого пусть будет высокий Kr, но высокая стабильность параметров. Тогда можно было бы определить, кто виноват. Есть вероятность, что процессы происходят не в ЦАПе, а в АЦП.
Проверьте источники опоры.

Посмотреть бы 3Д спекр разностного сигнала

Так файл "--delta.wav" - он и есть. Его спектр можно посмотреть в любой проге. Или Вы - про сигнал разности между каналами?

[t2v2]

После "прогрева" все нормализуется.......Его спектр можно посмотреть в любой проге.

понятно- Ищу, кварц добавил просто для пробы, - ни хуже, ни лучше не стало

[Sergo_PnL]

Еще идеи. Кроме ряда тестов для общей оценки хорошо бы иметь еще ряд спецтализированных для контроля/лечения распостраненных болячек, например, для контроля правильной разводки земли - тоном на 50 гц, для контроля возбуда комнаты на НЧ - ряд от 10 до 300 гц и т.д. - это как пример, т.е. со временем нарабатывать ряд специализированных тестов. Тогда складывается стандартный алгоритм - общими мы ищем слабую область, специальными - детально исследуем.

[t2v2]

изменил фильтр напряжения смещения выходов ЦАП, копия tone - https://yadi.sk/d/QjzyY6AIqS8Zf



Позже заменю стабилизатор аналогового питания ЦАПов

С наилучшими пожеланиями, Владимир.

[bukvarev]

изменил фильтр напряжения смещения выходов ЦАП,

Результат тот же.. Файл разбил на два:"copy-5-tone-Ud-PART1" и "copy-5-tone-Ud-PART2". Все - в папке "TEMP": https://drive.google.com/folderview?...WM&usp=sharing

[Walter]

понятно- Ищу, кварц добавил просто для пробы, - ни хуже, ни лучше не стало

У CM888DHT, который стоит на Фикусе, при нагреве его самого наблюдается катастрофический рост шумовой полки и всего остального на аналоговом выходе карты.

Попробуйте наклеить радиатор на сам контроллер СМедиа, потому что чипмейкер один, подход один и тот же в разработке чипа.

[t2v2]

Результат тот же..

СПАСИБО!
В копиях 8 и 9 есть различия ? - https://yadi.sk/d/PvpIqUKfqTqgr

катастрофический рост шумовой полки и всего остального на аналоговом выходе карты

Спасибо, но здесь немного другая проблема,- в начальный момент(~5секунд?) на копии (~2минуты) ориг. файла обнаружена нелинейность(выброс), которая не обнаруживается в копии далее

[bukvarev]

В копиях 8 и 9 есть различия ?

Да, в копии 8 сигнал нарублен кусками . Потеря синхронизации.
copy-9-tone - сигнал чистый, но выброс в дельте остался. Закинул в TEMP.
Кстати, в 9 файле, несмотря на первый выброс, искажения FIND упали с -91.87 dB до -94.28 dB (отчеты - тоже в TEMP). Видимо, замена стаба (или какие Вы там мероприятия проводили) помогла .

[t2v2]

Потеря синхронизации.

СПАСИБО!
Удалил с входов ina103 две ферритовых бусины от синфазной помехи, стаб не менял.