Влияние ФЧХ оборудования на восприятие музыкального материала

[Удалённый пользователь 2234]

Предлагаю всем желающим оценить, как влияет изменение фазо-частотной характеристики тракта (любого звукового оборудования) на восприятие музыкального материала. В архиве VST плагин (Win x32) позволяющий изменять ФЧХ в широких пределах без изменения АЧХ (идеально ровная при всех положениях регулятора фазы).
Подключать на мастер шину (не должно быть никаких подмешиваний исходного материала или параллельно воспроизводимых других треков).
Убеждаемся, что изменение ФЧХ тракта в большинстве случаев практически не влияет на восприятие музыкального материала.
Однако из практики мы знаем, что это не так, кривая ФЧХ это плохо и мы это слышим. В чем тут дело - многие наверное знают, для тех кто не знает объяснение будет позже, а пока:

Спойлер: ГРАФИКИ

 

[Удалённый пользователь 2234]

Термины:
ФЧХ - отображает соотношение фазы сигнала на выходе устройства по отношению к фазе входного сигнала в зависимости от частоты, измеряемое в долях периода сигнала (например в градусах).

- Если фаза выходного сигнала совпадает с фазой входного сигнала во всем диапазоне частот, то имеем идеальное в плане ФЧХ устройство и применяется термин - устройство с нулевой фазой. Замер ФЧХ такого устройства покажет отсутствие сдвига фазы (0 градусов) во всем диапазоне частот.

- Если взять устройство с нулевой фазой, но добавить некоторую задержку сигнала во времени например в 1 мс, одинаковую для всех частот (но одинаковую в единицах времени, не в долях периода сигналов разных частот), то применяется термин - устройство с линейной фазой. Замер ФЧХ такого устройства покажет, что сдвиг фазы выходного сигнала по отношению к фазе входного сигнала (в долях периода сигнала) увеличивается пропорционально увеличению частоты сигнала (поскольку задержка в единицах времени одинакова, а период сигнала с ростом частоты уменьшается). Если исключить влияние временнОй задержки, то ФЧХ устройства с линейной фазой будет выглядеть так же как ФЧХ устройства с нулевой фазой.

- Минимальная фазовая характеристика. Корректное определение здесь (спасибо А.Лукину).
http://rmmedia.ru/threads/128433/#post-2133603

 

[Dozer1]

@NickCrow, Интересная поднята тема, продолжайте.

 

[Удалённый пользователь 2234]

Пока интереса к теме я не наблюдаю - вообще в последнее время я пришел к выводу, что наверное все-таки такие темы не для этого форума. А эту тему создал поскольку по этому вопросу много встречаю на форуме дилетантских рассуждений и некорректных формулировок. Что-то из серии "не могу молчать!"

 

[fakeitback]

Пока интереса к теме я не наблюдаю

Интерес - он разный бывает. Я, например, почти все "околонаучные" темы с интересом изучаю и иногда перечитываю, а вот флудить в них не считаю нужным, если только что-то откровенно не понимаю и требуется уточнить. Так что не сомневайтесь, в любом случае ваши усилия не в пустую будут потрачены.

 

[Long]

из практики мы знаем, что это не так, кривая ФЧХ это плохо и мы это слышим.

-- Чушь. Вы сами только что, здесь же, показали, что это абсолютно не так.

 

[Удалённый пользователь 2234]

@Long,

В чем тут дело - многие наверное знают, для тех кто не знает объяснение будет позже

[DOUBLEPOST=1498990302][/DOUBLEPOST]

Спойлер

в любом случае ваши усилия не в пустую будут потрачены.

Наверное это так, но когда в свой адрес получаешь от авторитетных участников форума определения типа "господа теоретики обсуждающие сферических коней в вакууме" - то это не очень, скажем так, стимулирует продолжать обсуждение таких вопросов на этом форуме.

 

[Andrew_S.]

В архиве VST плагин (Win x32) позволяющий изменять ФЧХ в широких пределах без изменения АЧХ (идеально ровная при всех положениях регулятора фазы).

не совсем корректно. плавное, "равномерное" изменение фазы менее заметно, чем резкое "скачкообразное". в реальных трактах такое плавное изменение фазы больше редкость, чем правило.

В случае акустических систем, поскольку они не являются точечными источниками звука, невозможно корректно определить величину этой временнОй задержки,

что мешает определить ее в конкретной точке или на "звуковой оси"?

поэтому получить минимальную фазовую характеристику путем замеров строго говоря нельзя, но ее можно получить с помощью расчетов из АЧХ

можно поподробнее, как получить ФЧХ из АЧХ? или я что то не так понял?

 

[Удалённый пользователь 2234]

плавное, "равномерное" изменение фазы менее заметно, чем резкое "скачкообразное". в реальных трактах такое плавное изменение фазы больше редкость, чем правило.

Приведите, пожалуйста пример реального тракта у которого в диапазоне частот 200 гц - 5 кгц имеются не плавные, а резкие, "скачкообразные" изменения ФЧХ.

что мешает определить ее в конкретной точке или на "звуковой оси"?

Мешает то обстоятельство, что АС не является точкой и невозможно выбрать на поверхности АС какую то одну точку, которую можно взять за точку отсчета - поскольку, повторюсь АС излучает некоторой поверхностью, размеры которой сопоставимы с расстоянием до точки замера.

можно поподробнее, как получить ФЧХ из АЧХ? или я что то не так понял?

Для любого аналогового устройства ФЧХ абсолютно однозначно связана с его АЧХ.
UPD:если система имеет минимальную фазу (многие аналоговые системы действительно таковы) (поправка от А.Лукина).
Если вам нужны подробности, то лучше вам обратиться к специальной литературе. Зачем загромождать тему формулами, которые большинство читателей темы не поймут, или что еще хуже, поймут неправильно, что приведет к увеличению мусора в теме.

 

[Andrew_S.]

Приведите, пожалуйста пример реального тракта у которого в диапазоне частот 200 гц - 5 кгц имеются не плавные, а резкие, "скачкообразные" изменения ФЧХ.

у колонок многих такие проблемы. вкупе с искажениями АЧХ.

выбрать на поверхности АС какую то одну точку, которую можно взять за точку отсчета - поскольку

а при чем тут точка отсчета. подали на колонку дельтафункцию, сняли в какой то точке ипульсную ха-ку, оттуда получили ФЧХ. чего сложного? наше ухо, помещенное в эту точку получит такую же АЧХ/ФЧХ.

 

[Удалённый пользователь 2234]

у колонок многих такие проблемы. вкупе с искажениями АЧХ.

График бы посмотреть какой нибудь.
В принципе я могу ввести в плагин регулятор крутизны изменения ФЧХ и можно будет получить резкий излом ФЧХ - но я полагаю результат от этого не изменится.

а при чем тут точка отсчета. подали на колонку дельтафункцию, сняли в какой то точке ипульсную ха-ку, оттуда получили ФЧХ. чего сложного?

Сложного тут конечно ничего нет, только полученная таким образом ФЧХ не будет является минимально - фазовой. Это будет просто ФЧХ, полученная в определенной точке пространства. Смысл минимально - фазовой характеристики как раз и состоит в том, что она должна однозначно определять "истинную" ФЧХ устройства, не зависящую от задержки, которая имеется при замерах. Если в процессе замеров при изменении задержки (при перемещении измерительного микрофона в случае замера характеристик АС) вы получаете разные результаты, причем разница в результатах сохраняется и после учета какой-то задержки - то полученная ФЧХ не является минимально-фазовой.

я то это знаю. и более того, даже лекции иногда читаю тупым студентам.

Тем более не вижу смысла тут это обсуждать.

 

[Rarr]

может тут намёк на то, что частота-производная от фазы?

 

[Удалённый пользователь 2234]

Тут намек на то что два аналоговых устройства, имеющих идентичную АЧХ будут иметь идентичную ФЧХ. Это закон природы, обусловленый свойствами аналоговых фильтров.
UPD: Формулировка не корректная, корректно будет так: (спасибо А.Лукину)
Два аналоговых устройства, имеющих идентичную АЧХ будут иметь идентичную ФЧХ в случае если система имеет минимальную фазу (многие аналоговые системы действительно таковы).

 

[Andrew_S.]

В принципе я могу ввести в плагин регулятор крутизны изменения ФЧХ и можно будет получить резкий излом ФЧХ - но я полагаю результат от этого не изменится.

фазовращатель с крутым изломом очень сложно сделать (если вообще возможно). это проще делать с неровной АЧХ (как в колонках). ну и предполагать не надо, надо взять и послушать.

 

[Удалённый пользователь 2234]

фазовращатель с крутым изломом очень сложно сделать.

Да ничего сложного, уверяю вас.
Для желающих продолжить эксперименты и проверить результат при резком изломе ФЧХ модифицировал плагин - добавил регулятор добротности, при максимальном положении регулятора - довольно крутой излом ФЧХ (в диапазоне частот 0,9 - 1,1 кгц фаза меняется примерно на 240 градусов.

Спойлер: Графики

 

[VR.j]

Мэтры, порекомендуйте пару правильных книжек. Пожалуйста. Для самообразования. ( чтобы не тупить. )

 

[Удалённый пользователь 2234]

ФЧХ. АЧХ никак с ФЧХ не связаны, так как и то и другое - ПРОИЗВОДНАЯ ОТ ИМПУЛЬСНОЙ ХАРАКТЕРИСТИКИ!!!! это - самые базовые основы DSP

Андрей, при чем тут "базовые основы DSP"? ФЧХ однозначно определяется из АЧХ для аналоговых устройств и я это неоднократно акцентировал.

 

[Andrew_S.]

Мы обсуждаем тут аналоговые устройства и я это неоднократно акцентировал.

ряды фурье и комплексные числа - это из "аналоговой математики".

[DOUBLEPOST=1499000332][/DOUBLEPOST]

Мэтры, порекомендуйте пару правильных книжек. Пожалуйста. Для самообразования. ( чтобы не тупить. )

к сожалению на русском сложно с такими книжками. наши книжки сразу углубляются в высшую математику и 99% читателей становятся неинтересными уже ко 2-й страницы. у буржуев есть объяснения "на пальцах" корелляции, рядов фурье и т.д. но они достаточно разрознены. какой нибудь правильной и понятной книжки "DSP для чайников" я не встречал. к сожалению.

 

[Удалённый пользователь 2234]

который нижний - хорошо, но надо еще пару тройку изломов добавить.

Я могу конечно добавить хоть десять, но не вижу в этом смысла - мне кажется и одного такого крутого излома на такой важной для слуха частоте вполне достаточно для эксперимента.

 

[Удалённый пользователь 2234]

Спойлер

Мэтры, порекомендуйте пару правильных книжек. Пожалуйста. Для самообразования

По цифровой обработке сигналов хорошая книжка
http://www.dspguide.com/
можно скачать главами в pdf
По аналоговой - во вложении.

 

[Long]

довольно крутой излом ФЧХ

-- Вполне себе плавный. Скачкообразный - это другое совсем.
В минимально-фазовых цепях АЧХи ФЧХ имеют взаимно-однознаную связь.
Только непонятно, о чём вообще речь в этом топике?

 

[Удалённый пользователь 2234]

-- Вполне себе плавный. Скачкообразный - это другое совсем.

в диапазоне частот 0,9 - 1,1 кгц фаза меняется примерно на 240 градусов - это плавный?

Скачкообразный - это другое совсем.

Какой, например? Приведите цифры, я сделаю. И в каком оборудовании можно наблюдать скачкообразный излом на средних частотах? Приведите примеры.
[DOUBLEPOST=1499009154][/DOUBLEPOST]

Спойлер

Только непонятно, о чём вообще речь в этом топике?

Уже обо всем, как обычно.

 

[The Patient Zero]

Продолжайте пожалуйста.

 

[Aleksandr Oleynik]

@NickCrow, для того, чтобы был реальный интерес к этой и подобным темам, нужно всё же опускаться до уровня обычного Форумчанина, не являющегося как правило теоретически подкованным специалистом....
Любая тема о теории звука, о ФЧХ, АЧХ, и т.п. должна в первую очередь преследовать практический результат - поняли, используем, есть результат...

 

[Andrew_S.]

возвращаясь к началу топика, есть тема что такой эксперимент некорректен. мы изначально берем нелинейнофазные колонки и добавляем туда еще плавной нелинейнофазности.

более корректно - взять нелинейнофазный динамик, скорректировать ему фазу и послушать снова. тогда все будет намного очевиднее. Юрий Иванович послушал и сказал что разница есть и она очевидна .

 

[Удалённый пользователь 2234]

В смысле корректности эксперимента не соглашусь. Во-первых - неважно что эксперимент мы проводим на нелинейнофазных колонках, важно что мы не меняем эти колонки в процессе эксперимента, и при включении/отключении плагина ФЧХ тракта изменяется только плагином, все остальное остается неизменным - так что эксперимент корректен. Во-вторых - никакие самые нелинейнофазные колонки не имеют излома в диапазоне часот 0,9 - 1,1 кгц +-120 гр (240 гр между 900 гц и 1,1 кгц).
А вот что

Юрий Иванович послушал и сказал что разница есть и она очевидна

хотелось бы поподробнее, самое главное - на каком материале и на каких фрагментах этого материала была услышана эта разница. На определенном материале, или точнее сказать на определенных фрагментах (не буду углубляться в подробности, скажу только что это очень редко можно встретить в реальном материале) разница будет слышна (и то при наличии очень хорошего тонкого слуха) - я это знаю как инженер и без прослушиваний, хотелось бы сопоставить это с мнением по итогам прослушивания от опытного звукорежиссера с хорошим слухом.

 

[Удалённый пользователь 2234]

После того как путем эксперимента мы убедились, что ФЧХ тракта сама по себе в подавляющем большинстве случаев практически не влияет на восприятие музыкального материала, делаем следующий шаг - шаг из мира идеальных алгоритмов, которые можно реализовать только в виртуальной цифровой среде - в реальный мир реального звукового оборудования. Что изменится? Реальное звуковое оборудование изготовлено из компонентов, которые имеют определенный допуск, т.е. параметры реальных компонентов имеют определенную погрешность. К чему это приводит - на графиках, также желающие могут самостоятельно провести эксперименты, используя следующий вариант плагина, в который введен еще один параметр - tolerance - которым можно изменять величину этой погрешности.

Спойлер: Графики

Из графиков видно, что при наличии погрешности ФЧХ левого и правого каналов стереопары уже не идентичны, они имеют расхождение, что уже хорошо слышно при прослушивании.
Выводы:
- Если в тракте, который используется для прослушивания/мониторинга имеется только один канал - ФЧХ этого канала не имеет значения.
- Если в тракте, который используется для прослушивания/мониторинга имеется больше одного канала - ФЧХ каждого из этих каналов также значения не имеет, значение имеет разница между ФЧХ этих каналов выраженная в долях периода, например в градусах.
- На практике при наличии определенной неизбежной погрешности параметров реальных компонентов (измеряется в процентах) чем линейнее будет ФЧХ каждого канала, тем меньше будет разница между ФЧХ каналов в градусах.

 

[Rarr]

понятно, чем линейней линия, тем ближе она к линии... "После того как путем эксперимента мы убедились, что ФЧХ тракта сама по себе в подавляющем большинстве случаев практически не влияет на восприятие музыкального материала..." - в эти "мы" я точно не попал..

 

[Удалённый пользователь 2234]

@Rarr,

хотелось бы поподробнее, самое главное - на каком материале и на каких фрагментах этого материала была услышана эта разница.

 

[Rarr]

на каком материале и на каких фрагментах этого материала была услышана эта разница.

на любом, особенно на живых акустических записях.
Важность восприятия ФЧХ явно недооценивается. Хотя у нас уже запатентована контрапертурная акустика, в которой решаются эти проблемы, в том числе и допплеровские интермодуляционные искажения...