-NTD-...facciamo chiarezza una volta per tutte...
Inviato: giovedì 26 aprile 2012, 21:41
Partirà un 3d dedicato su questa metodica di diagnostica di cui tanto si parla e si sparla in giro.
Il 3D molto probabilmente...se necessario...(poichè si approfondirà fino in fondo) potrà occupare moltissime pagine..io non credo si arriverà a tanto...però se penso a cosa è stato fatto in 6/7 mesi di prove e dovessi riversarlo tutto su un 3D...
Dato il pochissimo tempo a disposizione..poichè stracolmo di lavoro..(ah..faccio sapere che non faccio il tubista..e nemmeno il vigile urbano
) posterò il tutto in diversi "spezzoni"...prendendomi incondizionatamente tutto il tempo necessario.
Alla fine chiunque potrà richiedere ulteriori informazioni...fornirò quello che "posso"...non tutte...poichè alcune rimarranno non pubblicabili per la decisione e il volere di mio fratello..che ha contribuito nell'ottimizzazione del setup/hardware.
Iniziamo con il "termine" NTD...che sta per Null-Test-Difference.
In pratica questa metodologia non si dovrebbe classificare come una vera e propria "misura"...non misura nulla..o meglio..non produce un valore specifico correlabile con le misure convenzionali....tipo una banale analisi di THD. (ed altre)
Tuttavia "se" corredata (la parte software) con una parte hardware che soddisfi tutti i requisiti affinchè si possano effettuare misure precise (quindi stabilità di clock, bassi errori di campionamento, ripetibilità della misura, alimentazione a basso rumore, risoluzione ai bassi livelli) la NTD da "semplice" e banale Null-Test...si trasforma in una vera e propria metodica di diagnosi "preliminare".
Perchè preliminare ? perchè in modo veloce ed instantaneo fissa le "basi" su cui poter (eventualmente) approfondire con le necessarie strumentazioni.
E' in grado di visualizzare tutte le alterazioni che riguardano la forma d'onda..soprattutto la "geometria" del segnale..poichè questa sembra essere il DNA del suono riprodotto.
Per poter arrivare a questo non è stato facile...una cosa è allineare e sfasare di 180° un segnale digitale per poi specularmente ottenere il (null) test...TUTT'ALTRA COSA E' FARLO CON I SEGNALI ANALOGICI ACQUISITI...questi dovranno essere allineati entro margini di delay strettissimi...non oltre i 20ns (settabile entro i 100ps). pena la generazione di errori gravissimi...e quindi una diagnosi totalmente sballata e priva di senso
L'analisi in analogico si può effettuare in due modi:
1) segnale ANALOGICO acquisito direttamente da un DAC e confrontato con la traccia digitale originale...questa procedura genererà un "terzo" segnale..che conterrà l'informazione che deriva da incongrenze tra i due segnali...le piu importanti -appunto- l'inviluppo..quindi la geometria del segnale convertito a confronto con la forma d'onda campionata originale...questo è un test che rileva LA QUALITA' DI FILTRAGGIO DIGITALE, LA RELATIVA CONVERSIONE DEL DAC E...LA BONTA' DELLO STADIO ANALOGICO D'USCITA DELL'APPARECCHIO SOTTO TEST.
Tutto questo potendo contare di un segnale di test molto valido..ossia il migliore...LA MUSICA..poichè questa contiene informazioni complesse e con forme d'onda asimmetriche..se comparate ai segnali monotono sinusoidali...e con una modalità di misura "statica".
2) segnale ANALOGICO acquisito direttamente da un DAC per due volte consecutive....qui è semplice...se i due segnali sottoposti a NTD non producono un tangibile innalzamento del rumore di fondo..ci troviamo in presenza di segnali "pressochè" uguali....sottolineo pressochè poichè (lo vedremo piu avanti) vi sono molte forme di "lettura" con questa metodica.
Il processo..che fa uso di un software scritto da Bill Waslo..(riconosciuto dalla AES)...adotta accortissime precauzioni....sia nell'allineamento...che nella correzione del "rate error"...qui vediamo le varie fasi di elaborazione:
>> ---Beginning difference extraction---
>> Files are monophonic, at 96kHz sample rate, about 30 seconds long.
>> The Reference track is 24 bits; the Compared Track is 24 bits
>> Using Large memory algorithms
>> Finding the spectra of the "Reference" and "Compared" tracks
>> [dual fourier transform: size 2x 4194304]
>> Correlating the "Compared" with the "Reference"
>> [inverse fourier transform: size 4194304]
>> Coarse Time Offset = 0sec.
>> Move track subsections to frequency domain
>> Transforming overlapped portions of "Reference" and "Compared" tracks
>> [dual fourier transform: size 2x 262144]
>> [dual fourier transform: size 2x 262144]
>> [fourier transform: size 262144]
>> [fourier transform: size 262144]
>> Calculating energy in Reference track
>> Beginning fine determination of time offset between tracks
>> Finished fine determination of time offset between tracks
>> Beginning fine determination of gain difference between tracks
>> Finished fine determination of gain difference between tracks
>> Aligning the "Compared" track to the "Reference" track
>> Sample Rate error is 0,0000 ppm, adjustment unnecessary
>> [inverse fourier transform: size 4194304]
>> Saving the aligned COMPARE file and calculating the Difference track
>> Calculating Correlated null depth.
>> [fourier transform: size 4194304]
>> [fourier transform: size 4194304]
>> Complete: saving the "Difference" WAV file
>> Parameters: 0sec, 0,000dB.Corr Depth: 174,8 dB
...il che garantirà precisione e ripetibilità di analisi (hardware permettendo!)
E' chiaro che alla fine faremo tutte le verifiche necessarie...se serviranno...assisterete a circa 2500 grafici.
Spesso ho letto interpretazioni errate...ad esempio sull'impossibilità di effettuare analisi su segnali con scarti superiori a 0,02 dB in ampiezza e 0,2 gradi in fase...abbinando a questo un altra valutazione un po affrettata...ossia il termine di "risultato stocastico...ebbene...le cose non stanno proprio in questa maniera...e qui ci soffermeremo in modo particolare.
Cominciamo subito a dire che quel valore (0,02db) non si riferisce ad un "limite" dell'analisi..bensi al LIMITE indispensabile affinchè le difformità riscontrate in ampiezza vengano circoscritte "entro" questo valore...quindi in casi di acquisizioni multiple l'algoritmo effettuerà un "autoallineamento" evitando processi di normalizzazione dei file (cosa che se venisse effettuata con un normale software di editing...tipo cool edit pro...produrrebbe risultati inattendibili)
Tutto questo è a dir poco meraviglioso...perchè l'algoritmo potrà "ricevere" file senza alcuna calibrazione dei livelli...ci penserà lui ad allinearli (seguendo un preciso concetto sul "rispetto" della forma d'onda) entro uno spazio di ampiezza compreso tra lo 0,1db (che inizierà con un "initial gain step) per poi concludersi con una risoluzione di gain massima fino a 0,0001db.
Tutto questo è necessario per quando si operano analisi tra la traccia digitale e quella analogica.
Ovviamente la funzione di autonormalizzazione "controllata" è escludibile..(come tutte le altre numerose funzioni) per cui è facile immaginare che...in casi di comparazioni tra "doppie tracce analogiche" la funzione potrà anche essere esclusa per consentire anche un analisi piu approfondita in ampiezza.
Adesso...dopo aver nominato il termine "ampiezza"...cercheremo di fare chiarezza sulla questione del "risultato stocastico"...che in qualche modo dovrà pur esserci ma...NON inteso come aleatorietà ed incertezza dell'analisi! tutt'altro...perchè se ci riferiamo al prodotto finale dell'analisi..che sarebbe semplicemente la somma di "ampiezza e tempo"... una certa aleatorietà nel livello generato lo si troverà...tuttavia NON verrà pregiudicata l'analisi stessa...che rimarrà perfettamente definita nel mostrare in qualsiasi segmento della banda..la relativa "alterazione" del segnale...centrando esattamente i vari "punti" in cui è mancata la -congruenza- rispetto al segnale matrice..ossia l'originale.
Il concetto vero di stocasticità risiede nel fatto che l'analisi NON potrà discernere le alterazioni derivate dai due domini...per cui è ipotizzabile che andranno ricercate (anche filtrando il segnale nella parte "affetta") con strumentazione adeguata (oscilloscopio, analizzatore di spettro)...in questo caso la NTD fornirà un responso indicativo della parte/parti in cui risiedono le alterazioni del segnale...tutto questo con una risoluzione elevatissima. (sempre hardware permettendo)
Se si aspira ad esempio ad una verifica "veloce"..la NTD farà risparmiare del tempo..poichè se desse esito negativo...non ci sarebbe poi cosi tanto da diagnosticare ulteriormente. (finadesso NESSUNO ha potuto sentire delle differenze certe nei casi in cui la NTD ha dato esito negativo)...tutto questo verificato con numerosi test di ascolto in condizioni controllate.
Risoluzione...è chiaro che abbiamo puntato alla massima risoluzione di acquisizione da parte dell ADC...eventuali errori di linearità avrebbero reso i risultati non perfettamente ripetibili...e la "ripetibilità" in questo caso è fondamentale...specie per i segnali più "flebili".
Una prova che attesta la risoluzione e la "selettività" viene fornita da questa analisi:
sono state effettuate una serie di doppie acquisizioni in Analogico..su segnali di ampiezza pari a:
1) -90db
2) -95db
3) -100db
4) -110db
5) -115db
6) -120db
7) optional...una nel dominio digitale.
ad ognuna di queste è stata applicata una leggera modifica in una parte ristretta dello spettro..precisamente a 1000hz e 10.000hz.
La NTD a questi bassi livelli (grazie all'hardware) ha centrato perfettamente il segmento in cui è avvenuta la modifica...innalzando il livello esattamente a 1000hz e 10.000hz...dal grafico possiamo stimare che almeno fino a -117db si è potuto rilevare la "differenza" e...ripeto...in Analogico.
p.s partendo dal livello piu basso vedremo rispettivamente le modifiche apportate sui segnali...che rispetteranno l'ordine con il quale avevo fatto l'esempio....e che riposto.
1) -90db
2) -95db
3) -100db
4) -110db
5) -115db
6) -120db
7) optional...una nel dominio digitale. (livello piu basso)
Faccio presente che non è stato utilizzato nessun "Average"...per cui se l'avessi utilizzato...anche in modo spinto..sarebbe saltata fuori anche la differenza a -120db.
Interpretazione di quel grafico...ad uno sguardo veloce sembrerebbe come se avessi equalizzato il segnale..ossia esaltando le due frequenze di 1.000hz e 10.000hz...invece no...le frequenze sono state attenuate e NON esaltate...ci si chiederebbe (quasi tutti) e come mai invece di abbassarsi si è elevato ?
In pratica il sistema addotta l'inversione di una traccia...per cui il segnale prodotto risulterà tanto piu basso quanto la verosomiglianza tra i due segnali esaminati..il che comporterà una "cancellazione" della parte in cui non è stata applicata la modifica...al contempo rimarrà la sola parte in "evidenza" in cui è stata applicata la modifica..e che si vede chiaramente.
E chiaro che questo è solo un esempio di "prova"...durante la lettura di una NTD su segnale audio di queste "elevazioni" ne troveremo molte di più...e verranno esaminate con piu attenzione...specie quando sono molto vicine al noise floor.
Una NTD che mostrasse un segnale prossimo al livello del segnale matrice..significherebbe massima alterazione...forte del fatto che l'alto tasso di incongruenza tra i due segnali...non provocheranno sufficente cancellazione...per cui il livello si manterrà abbastanza elevato.
Allineamento dei file...l'algoritmo opera un autoallineamento molto preciso...circoscritto entro un delay che va da 100ps fino a 50ms...la posizione di "default" è di 20ns.
Qualsiasi file disallineato...anche con importanti valori di offset...produrrà sempre risultati precisi e ripetibili.
..domande ???? grafici ????? iniziamo con le richieste...
Il 3D molto probabilmente...se necessario...(poichè si approfondirà fino in fondo) potrà occupare moltissime pagine..io non credo si arriverà a tanto...però se penso a cosa è stato fatto in 6/7 mesi di prove e dovessi riversarlo tutto su un 3D...
Dato il pochissimo tempo a disposizione..poichè stracolmo di lavoro..(ah..faccio sapere che non faccio il tubista..e nemmeno il vigile urbano
) posterò il tutto in diversi "spezzoni"...prendendomi incondizionatamente tutto il tempo necessario.Alla fine chiunque potrà richiedere ulteriori informazioni...fornirò quello che "posso"...non tutte...poichè alcune rimarranno non pubblicabili per la decisione e il volere di mio fratello..che ha contribuito nell'ottimizzazione del setup/hardware.
Iniziamo con il "termine" NTD...che sta per Null-Test-Difference.
In pratica questa metodologia non si dovrebbe classificare come una vera e propria "misura"...non misura nulla..o meglio..non produce un valore specifico correlabile con le misure convenzionali....tipo una banale analisi di THD. (ed altre)
Tuttavia "se" corredata (la parte software) con una parte hardware che soddisfi tutti i requisiti affinchè si possano effettuare misure precise (quindi stabilità di clock, bassi errori di campionamento, ripetibilità della misura, alimentazione a basso rumore, risoluzione ai bassi livelli) la NTD da "semplice" e banale Null-Test...si trasforma in una vera e propria metodica di diagnosi "preliminare".
Perchè preliminare ? perchè in modo veloce ed instantaneo fissa le "basi" su cui poter (eventualmente) approfondire con le necessarie strumentazioni.
E' in grado di visualizzare tutte le alterazioni che riguardano la forma d'onda..soprattutto la "geometria" del segnale..poichè questa sembra essere il DNA del suono riprodotto.
Per poter arrivare a questo non è stato facile...una cosa è allineare e sfasare di 180° un segnale digitale per poi specularmente ottenere il (null) test...TUTT'ALTRA COSA E' FARLO CON I SEGNALI ANALOGICI ACQUISITI...questi dovranno essere allineati entro margini di delay strettissimi...non oltre i 20ns (settabile entro i 100ps). pena la generazione di errori gravissimi...e quindi una diagnosi totalmente sballata e priva di senso
L'analisi in analogico si può effettuare in due modi:
1) segnale ANALOGICO acquisito direttamente da un DAC e confrontato con la traccia digitale originale...questa procedura genererà un "terzo" segnale..che conterrà l'informazione che deriva da incongrenze tra i due segnali...le piu importanti -appunto- l'inviluppo..quindi la geometria del segnale convertito a confronto con la forma d'onda campionata originale...questo è un test che rileva LA QUALITA' DI FILTRAGGIO DIGITALE, LA RELATIVA CONVERSIONE DEL DAC E...LA BONTA' DELLO STADIO ANALOGICO D'USCITA DELL'APPARECCHIO SOTTO TEST.
Tutto questo potendo contare di un segnale di test molto valido..ossia il migliore...LA MUSICA..poichè questa contiene informazioni complesse e con forme d'onda asimmetriche..se comparate ai segnali monotono sinusoidali...e con una modalità di misura "statica".
2) segnale ANALOGICO acquisito direttamente da un DAC per due volte consecutive....qui è semplice...se i due segnali sottoposti a NTD non producono un tangibile innalzamento del rumore di fondo..ci troviamo in presenza di segnali "pressochè" uguali....sottolineo pressochè poichè (lo vedremo piu avanti) vi sono molte forme di "lettura" con questa metodica.
Il processo..che fa uso di un software scritto da Bill Waslo..(riconosciuto dalla AES)...adotta accortissime precauzioni....sia nell'allineamento...che nella correzione del "rate error"...qui vediamo le varie fasi di elaborazione:
>> ---Beginning difference extraction---
>> Files are monophonic, at 96kHz sample rate, about 30 seconds long.
>> The Reference track is 24 bits; the Compared Track is 24 bits
>> Using Large memory algorithms
>> Finding the spectra of the "Reference" and "Compared" tracks
>> [dual fourier transform: size 2x 4194304]
>> Correlating the "Compared" with the "Reference"
>> [inverse fourier transform: size 4194304]
>> Coarse Time Offset = 0sec.
>> Move track subsections to frequency domain
>> Transforming overlapped portions of "Reference" and "Compared" tracks
>> [dual fourier transform: size 2x 262144]
>> [dual fourier transform: size 2x 262144]
>> [fourier transform: size 262144]
>> [fourier transform: size 262144]
>> Calculating energy in Reference track
>> Beginning fine determination of time offset between tracks
>> Finished fine determination of time offset between tracks
>> Beginning fine determination of gain difference between tracks
>> Finished fine determination of gain difference between tracks
>> Aligning the "Compared" track to the "Reference" track
>> Sample Rate error is 0,0000 ppm, adjustment unnecessary
>> [inverse fourier transform: size 4194304]
>> Saving the aligned COMPARE file and calculating the Difference track
>> Calculating Correlated null depth.
>> [fourier transform: size 4194304]
>> [fourier transform: size 4194304]
>> Complete: saving the "Difference" WAV file
>> Parameters: 0sec, 0,000dB.Corr Depth: 174,8 dB
...il che garantirà precisione e ripetibilità di analisi (hardware permettendo!)
E' chiaro che alla fine faremo tutte le verifiche necessarie...se serviranno...assisterete a circa 2500 grafici.
Spesso ho letto interpretazioni errate...ad esempio sull'impossibilità di effettuare analisi su segnali con scarti superiori a 0,02 dB in ampiezza e 0,2 gradi in fase...abbinando a questo un altra valutazione un po affrettata...ossia il termine di "risultato stocastico...ebbene...le cose non stanno proprio in questa maniera...e qui ci soffermeremo in modo particolare.
Cominciamo subito a dire che quel valore (0,02db) non si riferisce ad un "limite" dell'analisi..bensi al LIMITE indispensabile affinchè le difformità riscontrate in ampiezza vengano circoscritte "entro" questo valore...quindi in casi di acquisizioni multiple l'algoritmo effettuerà un "autoallineamento" evitando processi di normalizzazione dei file (cosa che se venisse effettuata con un normale software di editing...tipo cool edit pro...produrrebbe risultati inattendibili)
Tutto questo è a dir poco meraviglioso...perchè l'algoritmo potrà "ricevere" file senza alcuna calibrazione dei livelli...ci penserà lui ad allinearli (seguendo un preciso concetto sul "rispetto" della forma d'onda) entro uno spazio di ampiezza compreso tra lo 0,1db (che inizierà con un "initial gain step) per poi concludersi con una risoluzione di gain massima fino a 0,0001db.
Tutto questo è necessario per quando si operano analisi tra la traccia digitale e quella analogica.
Ovviamente la funzione di autonormalizzazione "controllata" è escludibile..(come tutte le altre numerose funzioni) per cui è facile immaginare che...in casi di comparazioni tra "doppie tracce analogiche" la funzione potrà anche essere esclusa per consentire anche un analisi piu approfondita in ampiezza.
Adesso...dopo aver nominato il termine "ampiezza"...cercheremo di fare chiarezza sulla questione del "risultato stocastico"...che in qualche modo dovrà pur esserci ma...NON inteso come aleatorietà ed incertezza dell'analisi! tutt'altro...perchè se ci riferiamo al prodotto finale dell'analisi..che sarebbe semplicemente la somma di "ampiezza e tempo"... una certa aleatorietà nel livello generato lo si troverà...tuttavia NON verrà pregiudicata l'analisi stessa...che rimarrà perfettamente definita nel mostrare in qualsiasi segmento della banda..la relativa "alterazione" del segnale...centrando esattamente i vari "punti" in cui è mancata la -congruenza- rispetto al segnale matrice..ossia l'originale.
Il concetto vero di stocasticità risiede nel fatto che l'analisi NON potrà discernere le alterazioni derivate dai due domini...per cui è ipotizzabile che andranno ricercate (anche filtrando il segnale nella parte "affetta") con strumentazione adeguata (oscilloscopio, analizzatore di spettro)...in questo caso la NTD fornirà un responso indicativo della parte/parti in cui risiedono le alterazioni del segnale...tutto questo con una risoluzione elevatissima. (sempre hardware permettendo)
Se si aspira ad esempio ad una verifica "veloce"..la NTD farà risparmiare del tempo..poichè se desse esito negativo...non ci sarebbe poi cosi tanto da diagnosticare ulteriormente. (finadesso NESSUNO ha potuto sentire delle differenze certe nei casi in cui la NTD ha dato esito negativo)...tutto questo verificato con numerosi test di ascolto in condizioni controllate.
Risoluzione...è chiaro che abbiamo puntato alla massima risoluzione di acquisizione da parte dell ADC...eventuali errori di linearità avrebbero reso i risultati non perfettamente ripetibili...e la "ripetibilità" in questo caso è fondamentale...specie per i segnali più "flebili".
Una prova che attesta la risoluzione e la "selettività" viene fornita da questa analisi:
sono state effettuate una serie di doppie acquisizioni in Analogico..su segnali di ampiezza pari a:
1) -90db
2) -95db
3) -100db
4) -110db
5) -115db
6) -120db
7) optional...una nel dominio digitale.
ad ognuna di queste è stata applicata una leggera modifica in una parte ristretta dello spettro..precisamente a 1000hz e 10.000hz.
La NTD a questi bassi livelli (grazie all'hardware) ha centrato perfettamente il segmento in cui è avvenuta la modifica...innalzando il livello esattamente a 1000hz e 10.000hz...dal grafico possiamo stimare che almeno fino a -117db si è potuto rilevare la "differenza" e...ripeto...in Analogico.
p.s partendo dal livello piu basso vedremo rispettivamente le modifiche apportate sui segnali...che rispetteranno l'ordine con il quale avevo fatto l'esempio....e che riposto.
1) -90db
2) -95db
3) -100db
4) -110db
5) -115db
6) -120db
7) optional...una nel dominio digitale. (livello piu basso)
Faccio presente che non è stato utilizzato nessun "Average"...per cui se l'avessi utilizzato...anche in modo spinto..sarebbe saltata fuori anche la differenza a -120db.
Interpretazione di quel grafico...ad uno sguardo veloce sembrerebbe come se avessi equalizzato il segnale..ossia esaltando le due frequenze di 1.000hz e 10.000hz...invece no...le frequenze sono state attenuate e NON esaltate...ci si chiederebbe (quasi tutti) e come mai invece di abbassarsi si è elevato ?
In pratica il sistema addotta l'inversione di una traccia...per cui il segnale prodotto risulterà tanto piu basso quanto la verosomiglianza tra i due segnali esaminati..il che comporterà una "cancellazione" della parte in cui non è stata applicata la modifica...al contempo rimarrà la sola parte in "evidenza" in cui è stata applicata la modifica..e che si vede chiaramente.
E chiaro che questo è solo un esempio di "prova"...durante la lettura di una NTD su segnale audio di queste "elevazioni" ne troveremo molte di più...e verranno esaminate con piu attenzione...specie quando sono molto vicine al noise floor.
Una NTD che mostrasse un segnale prossimo al livello del segnale matrice..significherebbe massima alterazione...forte del fatto che l'alto tasso di incongruenza tra i due segnali...non provocheranno sufficente cancellazione...per cui il livello si manterrà abbastanza elevato.
Allineamento dei file...l'algoritmo opera un autoallineamento molto preciso...circoscritto entro un delay che va da 100ps fino a 50ms...la posizione di "default" è di 20ns.
Qualsiasi file disallineato...anche con importanti valori di offset...produrrà sempre risultati precisi e ripetibili.
..domande ???? grafici ????? iniziamo con le richieste...