TEST: LA NTD diventa -anche- misura.

[TomCapraro]

La NTD, se usata con opportuni segnali, da test differenza diventa -anche- misura.
Ad esempio la distorsione armonica viene calcolata in modo congruo.

Ecco il report generato con l'utilizzo di un tono sinusoidale a 1000hz.
Il segnale è stato generato con una funzione che rende il segnale congruo con la finestra FFT, in pratica sposta la frequenza e la centra con la riga piu vicina.
Ne segue che l'analizzatore (durante il test NTD) centra le righe senza errori.

L'algoritmo al momento consente (ma verrà introdotta anche la funzione rettangolare) la finestra "Dirichlet" che soddisfa le condizioni.

Il risultato è stato anche verificato tramite analizzatore di spettro certificato e tarato.

Questo dimostra come l'algoritmo funzioni bene, come s'incastra bene con le righe, e come genera risultati ripetibili.

Il tono lo si può generare con REW, il quale possiede la funzione di "Lock frequency to RTA FFT 64k"

La distorsione rilevata è alta, ma è stata ottenuta appositamente affinchè comparisse un pettine armonico, sia di ordine pari (che è basso) che di ordine dispari.



Per il calcolo della distorsione si fa affidamento ai livelli che vanno rapportati secondo l'ampiezza della frequenza fondamentale. (secondo il grafico la terza armonica distorce quasi il 32%.)
p.s la fondamentale (e tutte le armoniche) sono riportate con circa +2dB di livello perchè non è stato azzerato. (questo non comporta alcun problema per il calcolo della THD)

[TomCapraro]

Il test continua con livello della fondamentale calibrato sullo 0dBFS.

Lo scopo non è tanto misurare la distorsione armonica tramite NTD, poichè basterebbe semplicemente un analizzatore di spettro convenzionale (senza tanti "giri di segnale") ma quello di catturare la reale distorsione dentro un segnale complesso in condizioni di reale funzionamento. (questo lo vedremo piu avanti)

[TomCapraro]

Al ritorno forniro' tutti i dettagli (ci sono richieste) di come è stata ottenuta la distorsione.
Hardware, software e apparecchiatura di verifica.

[TomCapraro]

Qualcuno avrà confuso la NTD per analisi convenzionale della distorsione poichè avrà visto/valutato soltanto la "figura del grafico".

Per chi richiede chiarimenti basta dirlo e verranno specificati tutti i dettagli.

La misurazione della distorsione, in questo caso, serve (a me) per valutare come si comporta l'algoritmo che ne calcola i valori ovvero se questi possono essere raffrontati con un analisi di distorsione convenzionale.

C'è da dire che, per chi non possiede un analizzatore di spettro, con questo accessorio la si può visualizzare (la distorsione armonica) con facilità e attendibilità.
Basta generare con REW un segnale sinusoidale da 1khz, con durata 60 secondi e attivare la funzione "Lock frequency to RTA FFT 64k".
La funzione Lock frequency to RTA FFT 64k serve per sincronizzare meglio la frequenza con la riga spettrale che l'algoritmo del software calcolerà in base alla FFT e i filtri notch implementati.
L'algoritmo è piuttosto semplice: trova la frequenza con l'ampiezza maggiore, quindi applica un filtro notch per rimuoverla. Ciò che rimane è la distorsione armonica e il rumore.
A tutto questo associa il valore (in questo caso corretto) della distorsione. (estraibile nel report)

Per ottenere il segnale "distorto" è stata impiegata una scheda audio messa in loopback, quindi cortocircuitando l'output (D/A) con l'input (A/D).
Lo stimolo (tono da 1khz) è stato elevato nel guadagno affinchè distorcesse.
Non ha importanza se a distorcere è lo stadio d'ingresso piuttosto che il DAC, serviva acquisire un segnale contenente una fondamentale e le relative armoniche.
Il software avrebbe dovuto calcolare correttamente i valori quando inserito a confronto speculare (NTD) con lo stimolo originale. (lo ha fatto).
La rilevazione è "one shot" poichè lo scarto su eventuali ripetizioni è risibile ed ininfluente. (i due grafici postati mostrano differenze nella distorsione perchè ottenute a guadagno d'ingresso diverso).

Per la correttezza dei valori è stato impiegato (off-line) un oscilloscopio/analizzatore PicoScope techonology.
Il software usato per la NTD è l'eccellente DeltaWave, al quale sviluppatore stiamo fornendo sempre continui indizi affinchè possa migliorare ulteriormente.

[Carlo]

Ma se con rew ottenessi per ipotesi un livello del segnale a 1000hz piu basso mi sballerebbe tutti i valori della distorsione ?

[TomCapraro]

Ma se con rew ottenessi per ipotesi un livello del segnale a 1000hz piu basso mi sballerebbe tutti i valori della distorsione ?

Dipende.

Se il segnale di prova è sintetizzato sullo 0dBFS (massima ampiezza del dominio digitale) il DAC viene chiamato a riprodurre la massima tensione di uscita dallo stadio analogico.
A questo livello (massimo) viene prodotta la massima ampiezza di distorsione.
Se il segnale che riceve l'analizzatore non viene normalizzato sullo 0dBFS (poichè gli analizzatori sono tarabili, sia sui livelli che nelle varie rappresentazioni logaritmiche) e come dici tu la frequenza di fondamentale non raggiungesse la massima ampiezza...la misura non verrebbe falsata in quanto il gradino tra l'ampiezza della fondamentale e quello delle armoniche rimarrebbe invariato.

Diverso invece se il segnale di prova si preparasse con livello inferiore, quindi non alla massima ampiezza.
In questo caso, anche se nell'analizzatore si attuasse la normalizzazione, la distorsione subirebbe una variazione, cambierebbero i valori poichè il DAC non verrebbe chiamato a riprodurre la massima tensione dallo stadio d'uscita analogico.

A questo punto bisogna conoscere il livello di ampiezza del segnale di prova perchè con o senza normalizzazione si potrebbe interpretare un dato fuorviante nell'asse che rappresenta l'ampiezza del segnale.
Per misure "rigorose" gli analizzatori andrebbero anche tarati sui livelli di tensione, basta usare (al posto dello 0dBFS) la scala in dBV opportunamente tarata.
Questo perchè apparecchi diversi possono generare tensioni diverse (si può spaziare tra 0,8 Volt RMS a circa 4 Volt RMS...e dipende anche dal tipo di livello uscita: se PRO o CONSUMER) nonostante normalizzati sullo 0dBFS.
Con la rappresentazione in dBV invece questo non avviene poichè viene fornito il reale valore di riferimento dal quale ottenere la reale tensione RMS a prescindere dall'ampiezza della scala in dBFS, che è in questo caso relativa.

Qui sotto noterai due misure.
La prima con REW (misura classica della distorsione) con ampiezza del segnale di prova che non raggiunge lo 0dBFS, questo perchè come spiegato prima non è stata applicata alcuna normalizzazione...tuttavia il DAC sta riproducendo uno stimolo con la massima ampiezza.
Le armoniche di distorsione generate rispettano esattamente lo stesso gradino della misura successiva, che sarebbe una NTD con livello di ampiezza normalizzato sullo 0dBFS.

[TomCapraro]

La NTD fornisce dati congrui di distorsione "se" usata con opportuni segnali e con opportune (assenti) finestrature.

Basta cambiare tipo di segnale e/o "finestra" e vengono generati valori sballati, questo è uno dei motivi principali che dovrebbe essere considerato dall'operatore che effettua le misure e/o test.
Successivamente passeremo all'operazione piu complessa: quella di estrarre la distorsione (reale, e non relativa) da un segnale musicale nel bel mezzo di una riproduzione dello stesso.
In questo modo vengono rispettati i requisiti di "condizioni di effettivo funzionamento".

La precedente NTD (e uso di altro software) poteva rappresentare una "stima" del confronto tra DUT, del tipo: se uno dei due apparecchi in esame avesse prodotto un risultato "migliore dell'altro" (in virtù della congruenza tra stimolo originale e segnale generato) si sarebbe visto un livello di cancellazione piu basso del segnale differenza, quindi avvicinandosi maggiormente al rumore di fondo.

Questa NTD (e ultimo software) riesce ad estrarre il livello di alterazioni non lineari, potendolo accomunare ad un valore congruo. (e non relativo)

Il titolo del 3D specifica proprio questo...diventa -anche- misura.

[TomCapraro]

Scriviamo (quando si può) qualche altra riga.

Affinchè possa essere estratta la distorsione da un segnale musicale, stimolo originale e segnale analogico acquisito debbono rispettare alcuni parametri fondamentali.

1) allineamento.

2) ampiezza.

3) risposta in frequenza.

4) deriva del clock.

5) DC offset.

6) Fase. (circoscrivibile e correggibile fino alla fase minima e non oltre).

Se l'acquisizione viene effettuata dentro il medesimo circuito di clock la deriva rimane risibile, se invece il segnale acquisito derivasse da circuiti di clock diversi, la frequenza di riferimento andrebbe riallineata. (oggi è possibile e lo vedremo piu avanti)

L'esempio di due circuiti che dipendono da clock diversi potrebbe essere l'acquisizione di un segnale analogico collegato in spdif, e l'altro acquisito da un interfaccia che funziona in USB.
In questi casi vengono generate derive del clock per svariati ppm. (parti per milione).

La cosa più apprezzabile è che, non solo si può estrarre la distorsione in regime di effettivo funzionamento, ma si possono anche individuare tutti i punti che determinano le differenze della parte lineare dell'apparecchio.

D.I (distorsione integrale)

TND (Total Noise Distortion)

NTD.

Ognuna ha la propria peculiarità, e si adatta per determinate circostanze.

Distorsione Integrale e TND (TND sincronizzata, senza i difetti delle bande laterali) li vedo benissimo per i diffusori.

La NTD invece risulta essere eccezionale per quando si "scava" nelle differenze di piccola/media entità.
Potrebbe (oggi) sviluppare anche misure di entità notevole, ma va esclusa l'analisi sui diffusori che per natura (unite all'acustica della sala ascolto) presentano alterazioni di fase (excess phase) non correggibili in quanto macroscopiche.

Prossima puntata = la straordinaria capacità di riallineare il clock che presenta una deriva notevole.

[TomCapraro]

Andiamo a vedere le capacità di risincronizzazione della deriva del clock.

Il DAC in oggetto è l'MSB Analog munito di due interfacce d'ingresso digitale: la classica s/pdif e la USB.

La s/pdif riceverà il clock master dalla sorgente in cui verrà riprodotto lo stimolo (rumore rosa casuale, in questo caso).
Nella stessa sorgente (master) vi è lo stadio A/D, per cui il DAC si aggancia al clock della sorgente e a sua volta l'A/D riceve il segnale analogico dal DAC MSB da campionare.
Diciamo che "pressochè" siamo sotto lo stesso anello di clock.
Nel secondo caso l'acquisizione viene fatta in modo diverso: la sorgente riproduce lo stimolo, mentre il DAC MSB riceverà il segnale digitale tramite un protocollo USB asincrono, il segnale analogico del DAC verrà campionato dall'A/D.
Nel secondo caso il DAC non si aggancerà (come nel primo caso al clock master della sorgente) ma verrà generato un clock proprio tramite il modulo interno e i relativi oscillatori.
E' incontrovertibile che, non essendo sotto lo stesso anello di clock, la prima acquisizione presenterà una deriva del clock rispetto la seconda.

Questa deriva si attesta in 0,78ppm.

In caso di NTD una simile deriva può produrre risultati del tutto fuorvianti e inattendibili.
L'eccezionale algoritmo di risincronizzazione del clock fa si che i due segnali vengano riallineati

Osserviamo l'effetto.

Qui sotto c'è l'overlay della NTD effettuata sia sul segnale non sincronizzato (linea ARANCIONE), che quello sincronizzato (linea BLU).
In virtù del fatto che i due stream digitali passano dallo stesso filtro digitale (a fase lineare) e dal medesimo stadio analogico, una NTD corretta dovrebbe generare un segnale "nullo" (ovvero in prossimità del rumore di fondo) di contro, se non esistesse la funzione di risincronizzazione, verrebbe visualizzata una NTD che presenta una differenza "fittizia" quando in realtà non esiste.



Qui sotto la correzione della deriva del clock.



Tutto questo significa che: possiamo anche liberarci dal rigore che impone l'acquisizione del segnale sotto lo stesso anello di clock.

Prossima puntata = la rappresentazione della differenza di fase e la possibilità di riportarla a zero gradi (tranne per le parti non lineari)

[TomCapraro]

Il Delta della fase è lo specchio di alcuni fenomeni.
La fase può risultare alterata in casi come quelli descritti sopra, ovvero: la deriva del clock.
A sua volta l'efficacia della risincronizzazione del clock la si nota palesemente anche nel Delta della fase, in questo caso l'operazione è corretta.

Delta della fase con deriva del clock.



Delta della fase con i due segnali risincronizzati sullo stesso clock.