Об измерениях в аудио и их показательности на примере реального инструмента

[MetalHeart]

Собственно начал открывать для себя тему акустических измерений в аудио.
Приобрел измерительный микрофон Dayton EMM-6, пишу через карту EMU-0404. Плюс этого микрофона в том, что производитель к каждому микрофону прикладывает результаты измерений - т.е. он калиброван.

Начал со своей акустики, комнаты.. Интересно, нужно много анализировать.

По случаю отвлекся от аудио и решил "поизмерять" реальный инструмент - классическую гитару. Дело в том, что пришла пора менять струны и я решил сравнить результаты измерений до и после.. Старые струны были хоть и не сильно убитые (люблю играть, пока гитара еще хоть как-то звучит), но разницу в звук струн стал уже заметно тусклым, не звонким и невыразительным. Вот и сравним.

Для чистоты эксперимента я все измерения производил в одинаковых условиях. Делал три измерения:
1. до замены;
2. сразу после замены и отстройки;
3. 2 недели после замены.

Сравнивать тут лучше именно первое и последнее измерение (гитаристы поймут).
Записал все струны - открытую, в серрдине грифа (5 лад) и в середине струны (12 лад).

Для анализа сначала я взял любимый всеми Spectra Lab.
Привожу примеры только для открытой 4 струны (основной тон - Ре, 294 Гц).
Синяя линия - старая струна, красная - новая (изображения идут по порядку).

Изображения:
(Все изображения можно скачать одним архивом, в конце моего поста)
013-015 - в полном диапазоне частот 10-20000Гц
016-018 - в диапазоне 1000-12000Гц (выше идут уже одни шумы).

(Извините, но у Вас нет доступа в Галерею)
(Извините, но у Вас нет доступа в Галерею)
(Извините, но у Вас нет доступа в Галерею)

(Извините, но у Вас нет доступа в Галерею)
(Извините, но у Вас нет доступа в Галерею)
(Извините, но у Вас нет доступа в Галерею)


Вы видите разницу?
И я нет...

Назревает вопрос, насколько вообще измерения способны сказать что-либо конкретное о качестве аудиотракта? Да, можно ГРУБО оценить и подправить косяки в АЧХ.
Но на старых струнах (система звучит тускло, невыразительно), на новых струнах (ярко, свежо) - разница в графиках практически не улавливается...

Идем далее.
Взял другую программу для анализа - iZotope - в нем есть удобный спектроанализатор. Суть та же, но представление графика несколько другое

Изображения
19-старые струны
20-новые струны
(Извините, но у Вас нет доступа в Галерею)
(Извините, но у Вас нет доступа в Галерею)


Вот тут уже становится немного наглядней (хотя и не так очевидно, если не знать что именно сравниваешь) в чем же разница.
Смотрим в начало диаграммы 3 щипок (временные метки - 1:16 для старых и 1:13 для новых), а именно на послезвучия после последнего, 3го щипка.
Тут видно, что новая струна имеет больше гармоник в диапазоне 1,5-10 кГц и затухают они дольше.
Если сильно присмотреться на предыдущие графики в спектралаб (1-12кГц), то это видно, но не так очевидно.

И это-то в примере, когда мы знаем что сравниваем!
Так как же в случае с измерениями систем?! Когда вообще не знаешь в чем может быть разница и когда есть два случая в прямом сравнении.
Я уже не говорю о "магазинных" АЧХ, когда и диапазон большой и сглаживание и нет прямого сравнения.

Обсудим?  Может мне просто не хватает опыта...


Для удобства сравнения все картинки доступны для скачивания в архиве:
(Извините, но у Вас нет доступа в Галерею)
(после скачивание изменить расширение файла на .rar)

[МихаилМосква]

Здравствуйте,
Думаю тут проблема в динамическом диапазоне микрофона. Калибровка ничего не меняет, только неравномерность АЧХ. Ну и "безэховая" камера,точнее нужна полная тишина. Наш "ух" имеет возможность мозгом отсекать постороннюю информацию, а микрофон ловит все. Наверное это только часть проблем, но думается основная.
Студийные микрофоны это совсем другая песня. Но измерять  с их помощью - нонсенс. 

[IronYorick]

MetalHeart, Денис, интересный опыт
Но вот как его перенести от "звукоизвлекающих" к "звукопередающим" устройствам - вопрос интересный Видится два подхода.
- Сформировать некий сложный испытательный сигнал (а не один - два синусоидальных при традиционном методе), и исследовать корреляцию между входным и выходным сигналом для разных усилительных\электроакустических устройств. Имея базовый эталонный отклик системы, выбранной по субъективным критериям.
- Упростить\формализовать субъективную оценку, использовав в качестве тестовых сигналы, лишенные эмоционального воздействия. Щипок струны, удар в гонг и т.п.

[МихаилМосква]

Сложность заключается только в отсутствии документации в широком обозрении. Всё давно уже изучено и исследовано. Как настраивают рояли? там на слух очень уж не кошерно. Есть даже киношка в "инете". 

[hippo64]

Все измерения в аудио неизбежно наталкиваются на отсутствие сопряжения между объективным и субъективным и невозможность формализовать субъективное.

[МихаилМосква]

Владимир,
Мне такие сложности в изъяснениях не понятны стали. 
Стар наверное

[Станислав]

Это умными словами про то, что Денис в первом посте написал. Данные с приборов не всегда совпадают с тем, что слышат люди. Причину этого Андрей указал верно. Неправильные методики измерений. В реальном звуке совсем не один и не два синусоидальных сигнала, если его вообще можно разложить на синусы. Уровни от разных источников(инструментов, к примеру) разные. Как они будут между собой взаимодействовать в усилителе и динамической головке, точно никто не скажет.

[IronYorick]

Станислав, Стас, ты правильно уловил мою мысль Можно использовать в качестве тестового сигнала сэмплы типа нестационарных случайных сигналов, и обрабатывать результаты методом матстатистики, а не традиционным анализом Фурье. Получая в итоге характеристику тракта в виде отклонения от исходного сигнала и сравнивая таковую с характеристикой эталонного тракта на некоторой выборке измерений.

[МихаилМосква]

Господа,
в "мессаге" написано про измерения звуков струны старой и новой. Микрофон не услышал различия. Почему?  Вот про это я и пишу. Акустика - не измерения в электрическом тракте,методика измерений совсем близко не лежат. Хоть ты 2 тоновым сигналом,хоть трех тоновым. Да чем угодно.
 

[IronYorick]

Микрофон не услышал различия.

Михаил, не микрофон не уловил отличий, а результат обработки измерений не позволяет таковые с уверенностью выявить. Из чего и возникают мысли поменять что-то в "консерватории" (методике анализа), поскольку "суслик там есть" (легко определяемые слуховым аппаратом различия)

[misa]

Согласен с Андреем, микрофон слышит гораздо лучше нас.

[drummer]

микрофон слышит гораздо лучше нас.

Ему глаза не мешают и головной ум не жмёт
Сигнал, испорченный третьей гармоникой, визуально красивей (симметричней) более благозвучного, но визуально корявого сигнала со второй гармоникой

[ Вложение: Вам нельзя просматривать вложения ]

[tuzemez]

Попыток найти методу для корреляции слышимого и измеряемого было не счесть, а воз и ныне там.
Чего-то ищущим истину не хватает, возможно  теории эфира или еще чего заковыристого.
Помню А.П. Сырицо "Измерения нелинейных искажений на шумовом сигнале" Радио 1999 №4.
http://www.chipinfo.ru/literature/radio/199904/p29_30.html
НОВАЯ МЕТОДИКА ТЕСТИРОВАНИЯ УСИЛИТЕЛЕЙ МОЩНОСТИ ЗВУКОВОЙ
ЧАСТОТЫ, ОСНОВАННАЯ НА ПСИХОАКУСТИЧЕСКИХ ДАННЫХ И ЛУЧШЕ
КОРРЕЛИРУЮЩАЯ С КАЧЕСТВОМ ЗВУКА. Даниэль Х. Чивер
http://www.next-tube.com/articles/Cheever/cheever_rus.pdf
Тут есть несколько букв по теме  - http://peratronika.ucoz.ru/forum/25-38-1

[МихаилМосква]

Ему глаза не мешают и головной ум не жмёт
Сигнал, испорченный третьей гармоникой, визуально красивей (симметричней) более благозвучного, но визуально корявого сигнала со второй гармоникой

Это снято с микрофона или электрического тракта?

[drummer]

Это теория. Я не видел приборов, превращающих кривусоиду  в "синусоидальный ряд" Фурье. Наверное, компьютер может...

[МихаилМосква]

Немного из личной практики. Месяц назад сводил 2 полоску. Специальный капсюль с хорошим предом + калибровка. Удалось только свести уровни и то приблизительно. Малейший сдвиг микрофона от оси и АЧХ принимала любую форму. А тут Вы обертоны ловить собрались примитивным микрофоном.
Сам имею музобразование по классу классической гитары и раньше ходил постоянно на концерты заезжих гитаристов. Микрофон там очень и очень хорош и не один , и то услышать все нюансы игры не возможно.
Как то так.

[AlexB]

19-старые струны
20-новые струны

Устала струна. 4 витая. Грязь попала.

[hippo64]

Устала струна. 4 витая. Грязь попала.

В четвертом цилиндре палец стучит  (фильм "Трактористы")

[sewerin]

Отличная тема поднялась. Я последние несколько лет так "тюню" тембр гитары.
Ставлю нейлон сильного натяжения, Ханнабах. Но 3 струну - карбон. Карбон даёт больше гармоник, и 3 струна по тембру становится ближе к 4.
4 ставлю самую тупую, лишь бы строила +-3 цента. Запас раменских струн ещё есть) Получается ровнее по тембру, скрадывается скачёк между гладкими струнами и в оплётке. Ногти наращиваю гелем, как п...с, а што делать, всё ради звука.

[hippo64]

Ногти наращиваю гелем, как п...с, а што делать, всё ради звука.

Гриш, ради звука можно. Открою тебе страшную тайну, я даже Фредди Меркури прощал 

[sewerin]

Денис, сними, пожалуйста, спектр одной и той же ноты, при разных положении правой руки - на грифе, ближе к подставке, у подставки.
При щипке с опорой и без. Чисто ногтем, и с мякоти на ноготь.
Остальные 5 струн демпфируй, и наоборот, оставь свободными. Тоже будут отличия.

В гитарном звуке люблю "тёплый жир", т.е. как можно больше основного тона, и как можно меньше гармоник, любых. Но не в ущерб  ровности тембра.
Гитарные мастера часто классифицируют звук инструмента, приписывая ему доминирующую гласную. Люблю "О", "А", чуть хуже- "У", ещё хуже "И", хуже всего "Е","Ё","Ю", "Я".

[dimonos]

На Денисовых картинках вполне явно просматривается разница в излучении 2- х струн. Как на спектре, так и на сонограмме. Что интересно вас не устраивает?
Только есть подозрение, что это разница не от струн.





и добавил...

И это-то в примере, когда мы знаем что сравниваем!

А как иначе, надо понимать что должно получиться на выходе, хотя бы предположительно понимать чего ждать.
В идеале надо придумать методику, при которой явно видно и не может быть разночтений, пока же каждый сражается как может...

Зы. Как пример: можно пробовать мерить искажения измеряя милливотметром переменного тока выходное напряжение усилителя....теоретически...
А можно посмотреть спектр...при наличии прибора.

Второй случай информативнее без вариантов.


и добавил...

Я уже не говорю о "магазинных" АЧХ, когда и диапазон большой и сглаживание и нет прямого сравнения.

Никакого отношения к проведенному тесту это замечание не имеет и иметь не может, не надо мешать все в кучу.


и добавил...

Здравствуйте,
Думаю тут проблема в динамическом диапазоне микрофона.

Вроде бы у этого мика 120дб диапазон. Этого мало?


и добавил...

Видится два подхода

Андрей, не надо ничего изобретать, все уже придумано и реализовано. В той же спектре генератор выдает все это и еще больше.
Если этого мало ген. можно пустить с другого компа через фильтры.

Только это не универсальная методика.


и добавил...

Все измерения в аудио неизбежно наталкиваются на отсутствие сопряжения между объективным и субъективным

Это касается только любительских измерений, солидные организации натаскивают субъективистов как раз по объективным результатам.


и добавил...

Ему глаза не мешают и головной ум не жмёт

Именно. Но сам он тупой и мало понимает что делает. 

[hippo64]

солидные организации натаскивают субъективистов как раз по объективным результатам.

Дмитрий, не предоставите ли примеры этих организаций? А то сдается мне, вы сейчас матеро лукавите. Ибо даже методик нет на эти сопряжения.

[dimonos]

Как частный случай, Harman/Kardon готовит своих слухачей экспертов на основе физических измерений и  такой науки как психоакустика. Можно даже сказать, что часть глав в психоакустику написана ими.
Как сейчас обстоят дела не знаю, у меня где то была статься в которой очень подробно все расписано.
Без физ. измерений и стыковки их с человеческим слухом, тех выводов сделать невозможно.
По крайней мере утверждать, что в полной ж. С этим делом я бы не стал.

У любителей, которые часто занимаются измерениями эта  связь приходит с опытом. Кто знает, тот подтвердит.

[МихаилМосква]

Здравствуйте,
Переход в междусобойчик состоялся.
120 дб это много для микрофона. Но как говорил Станиславский - НЕ ВЕРЮ!!
Прошу в студию параметры чувствительности и его направленность.  А заодно что за пред и его параметры. Тут мучаешься за 100 дб , а уж 120 почти сказка.

[dimonos]

Specifications: • Capsule type: Precision 6 mm electret condenser • Polar Response: True Omnidirectional • Frequency response: 18-20,000 Hz (Calibrated) • Impedance: 200 ohms • Sensitivity at 1 kHz into 1K ohm: 10 mV/Pa (-40dBV, re. 0dB = 1V/Pa) • Maximum SPL for 1% THD @ 1000 Hz: 127 dB • S/N ratio: 70 dB (A-weighted, varies depending on host device) • Connector: Gold-plated 3.5 mm TRRS

[hippo64]

Можно даже сказать, что часть глав в психоакустику написана ими.

Сам пью, сам гуляю.

[dimonos]

Тут мучаешься за 100 дб , а уж 120 почти сказка.

А зачем так много? Я так понимаю Вас нижняя граница интересует, так вот зачем,  что такого услышит ухо в условиях постоя
нного шума?
Я, конечно ляпнул по памяти 120 дб, только по мне для мика важнее ограничение сверху.

[IronYorick]

все уже придумано и реализовано

То, что все "украдено до нас" - известная истина
Только результаты, в данном случае, не однозначные .
Вообще, эта дискуссия, полезна хотя бы тем, что в очередной раз поднята тема "голого короля" Т.е. ущербности гармонических методов оценки звуковоспроизводящих устройств.
Я уже и спектры со своих творений снимаю только для демонстрации таковых адептам секты "измерителей", поскольку их корреляция с реальной субъективной оценкой качества весьма эфемерна

Далее - все ИМХО, и ИМХОМ погоняет Никак не претендую ни на новизну, ни, даже на реализуемость, просто "поток сознания" .
Как отдаленный аналог можно попытаться реализовать нечто подобное системам ROOM EQ настройки параметров ресиверов типа AUDISSEY и пр. Точнее - только "аналитическую" часть и на другом алгоритме.

 "При наличия отсутствия" (с) адекватной математической модели системы "ухо-мозг" (до тех пор, по крайней мере, пока мозги потребителей окончательно не стандартизированы  ) можно рассмотреть не аналитический, а феноменологический подход.
В контексте темы -
1. Выбор эталонного образца звуковоспроизводящего комплекса на основе субъективных оценок. Разумеется, это возможно только для ограниченного сообщества людей и с существенными оговорками.
Но - предположим, что пользователи данного форума договорились, что система, dimonos, звучит великолепно и есть эталон. Т.е. психоакустическую оценку мы провели на данном этапе, и в дальнейшем оперируем уже чисто инженерными категориями.
2. Измерительный комплекс представляет собой синхронизированный ЦАП-АЦП максимального разрешения (например, хороший внешний аудиоинтерфейс) и (если оценке будут подвергаться электроакустические агрегаты) измерительный микрофон.
3. Записанный на цифровой носитель набор калибровочных сигналов и образцовых сэмплов натуральных музыкальных сигналов.
4. Отклик эталонной системы в виде массива данных.
5. Математическая обработка результатов статистическими методами в пакете типа "Маткада", в видах определения соответствия записанного отклика эталону, на наборе характерных участков сэмплов (типа "щипок", "послезвучие" и т.д.)
Итог - формирование интегральной оценки соответствия системы, например, МихаилМосква, системе dimonos, в попугаях. Для мерянья пиписьками уже сгодится

Ну а дальше - анализ полученных результатов методами теории цепей и сигналов, в видах определения действий по приближению к эталону .

[dimonos]

Немного из личной практики. Месяц назад сводил 2 полоску. Специальный капсюль с хорошим предом + калибровка. Удалось только свести уровни и то приблизительно. Малейший сдвиг микрофона от оси и АЧХ принимала любую форму.

Михаил, а нельзя ли более подробнее узнать:
1- что за капсуль ( что в нем особенного специального)и как его калибровали?
2-как сводили? Ну там растстояния, ПО и прочее.. если сохранились АЧХ до и после
Спасибо.