увидел в теме на известном всем трекере информативные и полезные сообщения господина Турова (
turov1966) по гармоническим искажениям, решил перевыложить сюда.
все кратко и доступно. надеюсь, кому-то будет также приятно почитать, как и мне.
Как оценить сатурацию (дисторшн), эксайтеры, компрессоры, лимитеры в плане нелинейных искажений по параметру THD (КГИ)?В чем смысл коэффициента гармонических искажений?
Стандартное определение КГИhttps://ru.wikipedia.org/wiki/Коэффициент_нелинейных_искаженийhttps://en.wikipedia.org/wiki/Total_harmonic_distortion- может быть не совсем ясно.
Обратите внимание: в
https://ru.wikipedia.org/wiki/Коэффициент_нелинейных_искажений приведены данные по КГИ для различных форм сигналов.
Но, КГИ можно выразить в [дБ] * и понять так:
КГИ равен разнице между RMS всех гармоник (за вычетом основного тона) и RMS основного тона.
Иными словами: КГИ [дБ] = RMS всех гармоник [дБ] - RMS основного тона [дБ].
Формула перевода КГИ, выраженного в процентах в КГИ, выраженный в [дБ] такова: КГИ [дБ] = 20 log (X [%] / 100 [%] )
http://www.ixbt.com/multimedia/sound-faq.shtmlТаблица перевода THD в [%] в [дБ][%] [дБ]
0,001 / -100,00
0,005 / -86,02
0,35 / -49,12
0,5 / -46,02
0,75 / -42,50
0,1 / -60,00
0,25 / -52,04
0,5 / -46,02
0,75 / -42,50
1 / -40,00
2 / -33,98
3 / -30,46
4 / -27,96
5 / -26,02
10 / -20,00
15 / -16,48
20 / -13,98
25 / -12,04
30 / -10,46
40 / -7,96
50 / -6,02
60 / -4,44
70 / -3,10
80 / -1,94
90 / -0,92
Как это измерить в DAW?Запускаем на инсерт синусоиду 1 кГц.
Вставляем в инсерт наш исказатель (нелинейность), после него вставляем эквалайзер №1 очень жестко обрезающий основной тон, после него вставляем эквалайзер №2 очень жестко обрезающий все гармоники но не ослабляющий основной тон.
Отключаем эквалайзер №1 и эквалайзер №2
Включаем эквалайзер №2 - замеряем RMS на выходе рассматриваемого инсерта, отключаем эквалайзер №2.
Включаем эквалайзер №1 - замеряем RMS на выходе рассматриваемого инсерта, отключаем эквалайзер №1.
И вычисляем КГИ [дБ] = RMS всех гармоник [дБ] - RMS основного тона [дБ] - все.
***
Насколько искажают качественные железные приборы?Teletronix LA-2A Classic Leveling Amplifierhttp://www.uaudio.com/hardware/compressors/la-2a.htmlhttp://www.sowter.co.uk/schematics/la2adiy.jpg http://www.sowter.co.uk/vintage-audio-transformers.phpЕго технические характеристики:
Gain Reduction: up to 40 dB
Distortion: less than
0.35% total harmonics at +10 dBm, and less than
0.75% total harmonics at +16 dBm output
Response: +/- 0.1 dB, 30 cycles to 15 kilocycles
Noise: 75 dB below +10 dBm output level
Gain: 40 +/- 1dB
Output Level: +10dBm nominal, +16dBm peaks
Input Level: +16 dBm maximum
Very fast attack time - 10 milliseconds
Release Time: approximately 0.06 seconds for 50% release, 0.5 to 5 seconds for complete release depending upon the amount of previous reduction
http://www.uaudio.com/media/assetlibrary/l/a/la-2a_manual.pdfПосчитаем КГИ для Teletronix LA-2A Classic Leveling Amplifier в дБ
Distortion = 0.35% = -49 дБ
Distortion = 0.75% = -42 дБ
Смысл таков: уровень гармоник, появляющихся в результате переваливания через порог компрессора, меньше основного тона на 42-49 дБ.
А можно ли расслышать этот уровень сатурации?Да. Можно услышать и -40 дБ (КГИ = THD = 1 %) на синусоидальном сигнале, но на более сложном сигнале это услышать сложнее.
А что если КГИ будет меньше -40 дБ?Поскольку наушники и мониторы
**** имеют свой значительный THD (КГИ), то их искажения замаскируют более низкий уровень гармонических искажений, который возникает от работы компрессора.
У Teletronix LA-2A Classic Leveling Amplifier интересная схема
http://www.sowter.co.uk/schematics/la2adiy.jpg- атака не управляется;
- релиз прямо не управляется, но увеличивается при увеличении степени редукции исходного сигнала (на одной из сеток тетрода 6AQ5A в цепи усилителя-детектора сидит конденсатор на 30 мкФ).
Почему же это Leveling Amplifier?Leveling amplifiers usually have fix high ratio of compression, thus making it more like limiting, fix threshold and the topology is made in such a way that you only have an input and output gain to gauge the compression amount.
https://www.gearslutz.com/board/high-end/414508-whats-difference-between-leveling-amplifier-compressor.htmlModel 1176LN Solid-State Limiting AmplifierDistortion > 0.5% T.H.D. from 50 Hz – 15 kHz with limiting, at 1.1 seconds release setting.
Output of +22 dBm with no greater than 0.5% T.H.D.
Signal-to-Noise Ratio > 81 dB with input signal at threshold of limiting, over a bandwidth of 30 Hz to 18 kHz
http://www.uaudio.com/media/assetlibrary/1/1/1176ln_manual.pdfСхема DIY 1176 Compressor
http://www.masonaudio.org/diy/comp1176***
Где же "узкое горло" качественного мониторинга звука, которое не дает услышать нелинейные искажения? Это DAW, аудиоинтерфейс или система физического воспроизведения звука (наушники или мониторы)?Опуская проблему АЧХ, узкое место - это цепь вносящая наибольшие искажения в исходный сигнал.
Как таковая - это цепь с наибольшим показателем Harmonic Distortion или THD.
Посмотрим на уровень нелинейных искажений:
1 Пусть у DAW - -120 dBFs и лучше,
2 Пусть у аудиоинтерфейса - -96 dBFs,
Теперь рассмотрим звено звуковоспроизведения на примере
Sennheiser hd 650http://en-us.sennheiser.com/high-quality-headphones-around-ear-audio-surround-hd-650#product_datahttp://www.headphone.com/products/sennheiser-hd-650http://www.innerfidelity.com/headphone-data-sheet-downloadsОткроем тест:
http://www.headphone.com/pages/build-a-graphвыберем Sennheiser hd650 и укажем построить график Harmonic Distortion of a 500Hz Sine Wave Input.
Как видим, сравнивая с другими, по Harmonic Distortion - это очень хорошие наушники - именно по этой характеристике.
Harmonic Distortion of a 500Hz Sine Wave Input Sennheiser hd650 ниже -90dBFs.
Это означает, что у Sennheiser hd650 уровень собственного "шума" в два раза (6dBFs) больше, чем у DAW и аудиоинтерфейса вместе взятых (напомню, что -6dBFs - читается "в два раза меньше", а +6dBFs - читается "в два раза больше").
Что касается мониторов, то у мониторов ситуация значительно хуже чем с наушниками. У них еще больше нелинейных искажений.
Например, на странице приведены и цифры и график:
http://www.eventelectronics.com/opal.
3rd Harmonic Distortion @ 90dB SPL, 1m, 500-7kHz - 0.08%
3rd Harmonic Distortion @ 90dB SPL, 1m, 200 - 20kHz - 0.2%
3rd Harmonic Distortion @ 90dB SPL, 1m, <200Hz -
1.5% - то есть
-36дБВывод: узкое горло звукового тракта - наушники либо мониторы. Именно они - наибольшая причина искажений.
***
Почему мониторы являются сатуратором, при чем таким, что эффект сатурации слышен? Известно, что звукаоизлучатель выдает волну давления путем деформации мембранной системы. Линейная ли эта деформация? - Нет. Поскольку коэффициент упругости демпфирующей резиновой каймы на малых амплитудах меньше, чем на больших, то при большом разгоне громкости можно получить эффект "хрипа" - это и есть интенсивная сатурация. На малых деформациях изменение коэффициента упругости незначительно - выраженное в дБ это изменение связано с КГИ в дБ. На сколько красят звук качественные мониторы?
Каковы два главных класса нелинейностей?1 - Полярно симметричная нелинейность.
2 - Полярно асимметричная нелинейность.
В чем их принципиальное различие нелинейностей? В том, дают ли они четные гармоники или нет. На синусоидальном тестовом сигнале:
- полярно симметричная нелинейность дает лишь нечетные гармоники;
- полярно асимметричная нелинейность дает и четные и нечетные гармоники.
Как получить лишь четные гармоники?С использованием вейвшейпера: перейти в двухполярный режим и строить кривую так, чтобы симметрия была относительно оси вертикальной оси. При этом потерю основного тона нужно скомпенсировать его подмешиванием к сигналу вейвшейпера, поскольку такое симметричное относительно вертикальной оси эквивалентно удвоителю частоты.
Контрастный пример:FuncShaper -
http://www.rs-met.com/freebies.htmlПресет Squarer - это простое возведение в квадрат входного сигнала и представляет оно идеальный удвоитель частоты, а результат его работы всего лишь одна единственная четная гармоника - вторая.
Пресет Rectifier - это экввивалент выпрямителя - диодного моста и результат его работы - только четные гармоники.
1.1 Наличие лишь нечетных гармоник (не считая основного тона).
1.2 Наличие лишь четных гармоник (не считая основного тона).
1.3 Наличие лишь нечетных и четных гармоник (не считая основного тона) с преобладанием нечетных.
1.4 Наличие лишь нечетных и четных гармоник (не считая основного тона) с преобладанием четных.
2 Крутизна нелинейности (в дБ), которая определяет скорость спада (в дБ):
2.1 всех гармоник;
2.2 отдельно четных гармоник;
2.3 отдельно нечетных гармоник.
На практике, артефакты то-ли на грани восприятия, то-ли за гранью. Все это не проявится, если не усердствовать:
- с высокой амплитудой высоких частот,
- высоким уровнем сарурации в плагине,
- последовательным включением нескольких компрессоров.
- оверсемплинг также снижает алиасинг.
Также при последовательном включении, например, компрессоров перед вторым можно резать ВЧ, это послужит препятствием для частот находящихся выше половины частоты дискретизации. Эти частоты, в противном случае, превратятся в дополнительный в (возможно) слышимый "шум" в области от 0 до 20 кГц. Этот эффект может быть выявлен измерением и при экстремальных режимах - слышен в любых плагинах с сильной нелинейностью.
В особенности, в гитарных усилителях на высоких гейнах и в особенности при последовательном включении грелки и ампсима, также в лимитерах, сатураторах (эксайтерах), эмуляциях транзисторных усилителей или эквалайзеров, ламповых усилителей или эквалайзеров, вейвшейперах, бит-редукторах, эмуляциях различных дисторшнов и так далее.
Warning: могу дезинформировать - не по злому умыслу, а по причине собственного незнания, поспешности, невнимательности и ошибки 
Мои измерения не имеют высокой точности. Их цель не точность - а принципиальная оценка качества и дефектов DSP. Они выявляют не все, но легко измеримое и важное. А поиск блох в виде оценки уплывания характеристик транзисторов и динамики транзиентов - вещи интересные, но трудно схватываемые и вторичные. Если плагин имеет существенный алиасинг, то все его динамические свойства уже не имеют никакого значения, этот плагин - брак разработчика. Брак можно лечить, но это вопрос к разработчику, который имеет наглость продавать это за деньги.
Слух - это галлюцинирование. Просто ничего иного у нас нет и мы вынуждены доверять этому единственно доступному нам "Сказочнику".
P.S. Алиасинг к аналоговому оборудованию не имеет никакого отношения, такого рода артефакты появляются исключительно в цифре.
P.P.S. мнения в вопросах измерений часто расходятся. что использовать и как - решать читателям статьи
Главная ошибка, это использовать старый не информативный метод измерения на частоте 1кГц, причем не реальные приборы, а виртуальные.
Использование тона 1кГц - сделано для упрощения подхода - для "яркости" и простоты демонстрации.
Конечно все не исчерпывается лишь рассмотренными оценками.
Развернутые тесты см.:
http://rutracker.org/forum/viewtopic.php?p=68946038#68946038
Гораздо серьезней на звук влияют IMD** искажения разностного тона.
они влияют - но амплитуда и соответственно RMS их меньше, чем у THD. IMD я также оцениваю в тестах и пользуюсь широкополосными сложными сигналами, также оцениваю динамику (искажения трензиентов и релизов) опять же: http://rutracker.org/forum/viewtopic.php?p=68946038#68946038
IMD проявляется на сигналах отличных от простого синусоидального тона или тона с собственными гармониками.
Наиболее просто можно услышать различие THD и IMD, включив амп и взяв на гитере (допустим) квинту и (допустим) мажорное трезвучие - квинта звучит чисто, а трезвучие - грязно.
Эта грязь и есть специфика IMD.
https://en.wikipedia.org/wiki/Audio_system_measurements
* https://en.wikipedia.org/wiki/Total_harmonic_distortion
** Интермодуляционные искажения
http://www.youtube.com/watch?v=FG5UaghSuuchttps://en.wikipedia.org/wiki/Intermodulation
Интермодуляционные искажения – неуловимый враг http://www.sound-consulting.net/ru/?page_id=1468
http://ru.wikipedia.org/wiki/Многоканальная_архитектура_памяти
(с) turov1966 / rutracker.org
Размещение рекламы