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

[VladimirV]

Человек психологически так устроен, что ему нужна "движуха".

Есть такие люди. Даже прожить с одной женой всю жизнь - для них не реально, че уж там про звук говорить.
Но есть и другие. И еще вопрос - каких людей больше.
Но это действительно важно для производителей и совершенно не важно для самодельщиков. Если мозги последних не зашорены. А вот с этим есть трабл.
Тут ситуация похожа на то, как российский автолюбитель неохотно отказывался от карбюратора с появлением впрыска. Инерция мышления.

[bukvarev]

Да, философия - наше все.

[оператор]

Понравился материал. Хороший обзор. Не знаю, есть ли он не Веге, но на всякий случай решил выложить.
Вложение 422743

-
Очень интересно.
Только исключительно в теории.
На самом деле все много проще.
Для усилителя важнейший фактор звучания - согласование с АС.
-
Отрезвляющий эксперимент по всем этим видам измерений очень прост.
Подмешайте к основному сигналу, например 1 кГц - любой дополнительный в полосе с уровнем -60 дБ.
Простой вопрос - слышно помеху?
Стоит ли морочится со всеми этими измерениями, если уже на уровне -60 дБ практически не слышно никаких гармоник?
Зачем высасывать все эти ноли и выдумывать тысячи методик если практического толку все равно нет.
О чем автор и указал в начале статьи.
Прямой корреляции с измерениями и звучанием - нет.

[Nabludatel]

Подмешайте к основному сигналу, например 1 кГц - любой дополнительный в полосе с уровнем -60 дБ.
Простой вопрос - слышно помеху?
Стоит ли морочится со всеми этими измерениями, если уже на уровне -60 дБ практически не слышно никаких гармоник?

Щас заклюют.

Стоит ли морочится со всеми этими измерениями, если уже на уровне -60 дБ практически не слышно никаких гармоник?

На словах найдутся те, что и -120дБ слышат.

[оператор]

В мире не найдется ни одного человека, который услышит второй сигнал на фоне основного на -80 дБ.
-
Кроме того живая музыка крайне далека от тех стационарных синусоидальных сигналов, которыми пытают усилители.
Как и от шумовых спектров.
-
Цитата из статьи.
В электронике корреляция между процентами искажений и субъективной оценкой
звучания практически равна нулю.
Гармоники низших порядков почти не слышимы в сравнении с
верхними, хотя они и доминируют в цифрах измерений THD!
Стрелка измерителя сообщает
разработчику полную ерунду.
И дальше статью можно читать только с познавательной целью.

[Nabludatel]

"Ушникам" этого не доказать, бесполезная трата времени.

[оператор]

Не надо никому ничего доказывать.
Простой же опыт -60 дБ и слушай.
А потом решай - оно надо?
-
Кажется всем и давно понятно, что гонка за нолями не дает ничего.

[VladimirV]

Подмешайте к основному сигналу, например 1 кГц - любой дополнительный в полосе с уровнем -60 дБ.
Простой вопрос - слышно помеху?

Сравнение совершенно некорректное. Уши устроены так, что некоррелированную помеху слух воспринимает гораздо хуже, чем коррелированную. Более того, реальная чувствительность к помехе очень сильно зависит от характера корреляции помехи с основным сигналом. Акустиками доказано давно, что одним из наиболее заметных искажений является модуляция звучания одного инструмента звуком другого. Т.е., вообще говоря, мультипликативные помехи на порядки заметнее аддитивных. И кроме того, слышно/не слышно - это совершенно не критерий качества. Заметна разница или не заметна между присутствием искажения и его отсутствием - вот правильная оценка. Да еще и статистически. А когда слышен именно характер искажения, который может быть оценен конкретно - это уже совсем говняный тракт, а не качественный звук. Тут и оценивать нечего.
Поэтому предложенный опыт - это мухлёж.

[Nabludatel]

Заметна разница или не заметна между присутствием искажения и его отсутствием - вот правильная оценка.

Если кому-нибудь интересно, могу выложить фонограмму с искажениями и без.

[VladimirV]

что гонка за нолями не дает ничего.

Дело не в гонялке и не в нулях. Вопрос в теме звучит о поиске числовых методов тестирования, адекватных субъективной оценке качества звука. Т.е. как минимум монотонно и однозначно совпадающих в оценке хуже/лучше. Это вопрос этой темы. А вопрос - нужна ли такая методика - тут не обсуждается - если считаете, что не нужна - можно просто идти мимо.

---------- Сообщение добавлено 13:13 ---------- Предыдущее сообщение было 13:10 ----------

могу выложить фонограмму с искажениями и без

Зачем? Что для данной темы можно будет извлеч из её прослушивания?
Такие темы - с выкладыванием - были на форуме, и не одна - это лучше туда....
А тут - желательно готовую методу выложить, дающую простой результат - у двух любых сетапов звук субъективно лучше у того, у которого данный показатель, измеренный по этой методе - больше (или меньше - не важно, главное - монотонность соотношения).

[оператор]

А я совершенно согласен со всем сказанным.
В рабочем динамическом диапазоне - все верно.
А все то, что вне диапазона, не имеет значения.
Этого не слышно, какой смысл тянуть ноли?
Для рекламы?
-
Я больше скажу.
На виниле или магнитных записях общий ДД хорошо. если 40 дБ. С учетом рокота, шипа и треска.
Динамический диапазон (линейный) большинства бытовых АС - тоже в среднем 40 дБ.
А основная масса музыки, которую мы все слушаем обработана кучей компрессоров и тоже укладывается в 40 дБ.
-
И тут вопрос - допустим усилитель подсыпает гармоник где то так далеко, за гранью слышимости - и что с того?
Чисто теоретически себя успокаивать?
Все равно же не слышно этих гармоник.

[VladimirV]

И тут вопрос - допустим усилитель подсыпает гармоник где то так далеко, за гранью слышимости - и что с того?
Чисто теоретически себя успокаивать?
Все равно же не слышно этих гармоник.

Не надо циклится на гармониках. Спектральный состав выхода и его отличие от входа - это совсем не единственный, и вполне вероятно, вообще не главный показатель высокой верности воспроизведения музыки. Просто - исторически, в те года примитивной измерительной техники, его было проще всего измерить - вот за него и уцепились. Теперь же можно использовать совсем другие, гораздо более сложные методики измерения. Техника позволяет почти все - а вот идей, как именно построить измерение, чтобы получить наиболее адекватную ушам оценку - нету. Вот и топчутся на гармониках.

[Ageres]

Берём усилок с Кг 0.03, примерно. Да, гармоник не слышно, они или в ультразвуковом диапазоне или маскируются сигналом. Но вот ИМД легко попадают в зону хорошей слышимости, и сигналом уже не маскируются. Поэтому нулей лучше иметь побольше. Иллюстрация эффекта:

[оператор]

Эта всеобщая народная игра с изобретением методик издевательства над усилителями не имеет никакого практического смысла.
Кроме развлекательного.
-
Если говорить о усилителях мощности то там слышно совсем другое.
В первую очередь - согласование. Как усилитель управляет нагрузкой и как он от нее отвязан от обратного влияния.
Слышен БП его просадки и пульсации.
Слышны КИ для опытных слушателей.
И вероятно что слышны модуляции, как АМ так и ЧМ.
-
Скорее всего слышна симметрия, равенство скоростей нарастания и спада и хотелось бы теоретических обоснований.
Слышна устойчивость, возбуды и подвозбуды. И тд.
Гармоники за гранью динамического диапазона вообще не имеют никакого значения, конечно кроме косвенного проявления в других аспектах.

[Ageres]

Эм.. Какая ещё народная игра? Стандартная методика измерения ИМД, ей уж многовато лет.
Что касаемо остального. Про согласование, это довольно забавная тема, если брать ламповые то да это очень важно, у них выходное сопротивление прямо скажем немалое. У транзисторных усилителей оно на уровне сотых и тысячных долей ома, то есть тут в дело вступает уже сопротивление проводов. Кабелечистка рекомендуется в таких случаях. И будет вам согласование.

[npuHmep]

А тут - желательно готовую методу выложить, дающую простой результат - у двух любых сетапов звук субъективно лучше у того, у которого данный показатель, измеренный по этой методе - больше (или меньше - не важно, главное - монотонность соотношения).

Решение данной задачи известно давным-давно.

[Nabludatel]

Зачем?

Чтобы поменьше нулями после запятой трясли.

А тут - желательно готовую методу выложить, дающую простой результат - у двух любых сетапов звук субъективно лучше у того, у которого данный показатель, измеренный по этой методе - больше

Чем же IMD не годится?

[VladimirV]

Решение данной задачи известно давным-давно

Но знают его только избранные? Или прямо бы написали! Подписка о неразглашении не позволяет?

---------- Сообщение добавлено 16:52 ---------- Предыдущее сообщение было 16:45 ----------

Чем же IMD не годится?

Монотонности нет. Есть примеры, когда усилитель с меньшими IMD звучит хуже, чем с бОльшими IMD - и это результат слепого тестирования на совокупности экспертов-слухачей. Т.е. корреляция есть - как правило, чем меньше IMD, тем лучше звук. Но - только "как правило", с имеющимися исключениями. Обусловлено это тем, в частности, что традиционная методика измерения IMD никак не отражает переходные процессы в УМ. Тогда как музыка - гарантированно нестационарный сигнал, состоящий сплошь из переходных процессов.
Поэтому просто IMD как исчерпывающий критерий - не годится так же, как и КНИ.

---------- Сообщение добавлено 16:56 ---------- Предыдущее сообщение было 16:52 ----------

не имеет никакого практического смысла

Напоминает маркетинговую политику Роллс-Ройса, который пишет в ТТХ на свои автомобили:
Мощность двигателя - достаточная!
Так то оно так, однако все остальные пишут про лошадиные силы.
Если Вы уверены, что Ваш сетап - это уровень Роллс-Ройса, то и цифры Вам ни к чему.
Однако же в мире много других любителей хорошего звука - и они хотели бы сравнивать. Объективно.

[Nabludatel]

Есть примеры, когда усилитель с меньшими IMD звучит хуже, чем с бОльшими IMD - и это результат слепого тестирования на совокупности экспертов-слухачей.

Практически никто не тестирует усилки приборно в реальных условиях. А там куча нежданчиков бывает.

[VladimirV]

Практически никто не тестирует усилки приборно в реальных условиях.

Просто, Вы о них не знаете. Тестируют, и очень немало мастеров.