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Titolo: Distribuzione dell'ampiezza del suono [LUNGO]

Per il dimensionamento di un amplificatore e della sua alimentazione, mi
e` venuta la curiosita` di misurare la distribuzione delle ampiezze di
brani musicali e della derivata prima del segnale (slew rate).
Con Windac32 ho copiato su hard disk alcuni brani tratti da CD,
trasformandoli in .wav, poi con il programma matlab ho fatto le
elaborazioni statistiche.
Per mancanza di tempo (e di dischi in ufficio) ho preso un brano lirico,
uno classico per orchestra e uno rock. Per ognuno sono stati presi da 7
a 10 milioni di campioni a 16 bit (da un canale solo) e trasferiti su
HD.
Prima di andare avanti con la descrizione e i risultati, devo dire che
lo scopo di questo messaggio e` di trovare qualche volenteroso che
voglia fare misure analoghe su altri brani e spedirmi i risultati.
Accidentalemte questi risultati servono per poter valutare quali debbano
essere le caratteristiche di un ampli in termini di alimentatore, di
dissipatore dei finali e di SR per evitare fenomeni di intermodulazione
transitoria.
Nei primi due brani (lirico e classico per orchestra) ho trovato che la
distribuzione di ampiezza e` una esponenziale bilatera (se si fa il
grafico con scala logaritmica sulle ordinate viene un triangolo).
La potenza del segnale (misurata in termini di numero sul disco, che
chiamero` U, quindi il segnale massimo andrebbe da -32768U a +32767U) e`
stata per il primo brano di 
5E6 U^2 (questa in pratica e` la sigma quadro della distribuzione). Per
confronto una sinusoide di ampiezza massima avrebbe potenza 1E9 U^2. 
Detto in altri termini, la potenza media e` 23.3 dB piu` bassa della
dinamica massima registrabile. In realta` i valori massimi dei campioni
sono stati di da -21000U a +21000U circa, e quindi il rapporto fra
potenza della sinusoide di pari ampiezza di picco e valore medio di
potenza e` solo di 16.6 dB.
Il secondo brano ha una dinamica massima fra -17500U e 19330U, con una
potenza media (valor quadratico medio) di 3E6 U^2. Il rapporto fra la
potenza della sinusoide con lo stesso picco e la potenza media del
segnale e` di 17.5 dB.
Anche questo brano ha una distribuzione esponenziale bilatera.
Nel caso del brano rock invece il volume registrato e` piu` elevato
(valori di picco da -32500U a +32500U, credo sia stata fatta una
preelaborazione digitale), e la varianza vale 69E6 U^2, con valore della
potenza media di 8.8 dB minore della sinusoide di pari ampiezza massima.
Non si vedono fenomeni di clipping, e la cosa mi insospettisce un po'.
Questo brano invece ha una distribuzione gaussiana (con il solito
grafico logaritmico in ordinate si vede una parabola).
Analizzando le derivate, ho visto che la distribuzione per i tre brani
e` sempre di tipo esponenziale bilatero. Il valore massimo del primo
brano (differenza fra due campioni consecutivi) e` stato da -7000U a
+5630U, e quindi lo SR max e` 309 U/us. 
Oltre che con la differenza fra campioni consecutivi, ho anche fatto un
derivatore con un FIR, ma non cambia praticamente nulla.
Per trovare la banda di ampio segnale, ho calcolato la frequenza di una
sinusoide dello stesso valore di ampiezza max, che presentasse lo stesso
slew rate. Per il primo brano si ha una banda di ampio segnale di circa
2.3 kHz.
Per il secondo brano, lo SR max vale 5100U * 44.1 kHz=225 U/us, e la
banda di ampio segnale richiesta e` di circa 2 kHz.
Nel terzo brano (roc) lo SR max e` di 1810 U/us, e la banda di potenza
richiesta dall'ampli vale circa 8.9kHz.
Mi sarei aspettato dei valori piu` alti nei primi due brani, ma puo`
darsi che siano solo masterizazioni da sorgente analogica. 
C'e' qualcuno di buona volonta` che possa fare misure simili su CD di
buona qualita` (di tipo DDD), e comunicarmi via email i risultati?
Ovviamente qualsiasi osservazione e` bene accetta.
Grazie
Franco

 Franco
Ciao Franco, non vorrei darti una (piccola) delusione, ma le misure che
hai fatto sono gia' state fatte in passato, e non ci trovo niente di
strano (e nemmeno di interessante) a scoprire che (ad esempio) "la
potenza media e` 23.3 dB piu` bassa della dinamica massima
registrabile".
E' un'informazione da "tenere di conto", ma che dice poco.
Infatti quando riproduci un CD ti devi confrontare NON con la media ma
con il picco, e devi riprodurlo anche bene.
Per la banda a massima potenza niente di nuovo nemmeno il questo caso;
ma e' un'informazione che ci dice poco, al massimo che non serve tanto
Slew-rate in un finale (io penso che un valore di 10 o 20 V/uS sia piu'
che sufficiente, almeno per ampli fino a 50 o 100 W /8 Ohm).
Comunque complimenti per l'idea (se ti e' venuta da solo e' veramente
degna di lode); se un giorno ho tempo attacco un FFT e ti confermo anche
con misure quanto hai trovato.
A spanne, comunque, i dati tornano tutti.
Ciao
Federico Paoletti

 A spanne, comunque, i dati tornano tutti.
Hai della bibliografia in proposito?
Ciao
Franco

 Franco
Ad Majora !
Federico Paoletti

Franco (
in...@hotmail.com
) wrote:
: Non ho mai trovato da nessuna parte scritto in modo
: esplicito se la distribuzione di probabilita` sia laplaciana
: o gaussiana (distribuzioni che ho trovato).
Identificate con un test statistico o solo "per identikit"?
Comunque, questo genere di studi si trovano a volte sulle IEEE Trans. on
Information Theory. (P.es. ricordo Widrow che identifica la distribuzione
dell'errore di quantizzazione).
: La media serve per dimensionare i dissipatori ed
: eventualmente l'alimentatore (considerando ovviamente il
: carico non resistivo). Inoltre, data una distribuzione e il
: livello di riproduzione, puoi calcolare la probabilita` di
: clipping e il conseguente rapporto S/N. Questo e` importante
: ad esempio in ambienti rumorosi in cui puoi introdurre
: moderate quantita` di rumore senza che nessuno se ne accorga
: :-).
Suggerisco di associare anche l'informazione sulla durata di tali picchi.
Psicoacusticamente, immagino che sia significativa una distorsione che
ha una durata minima, altrimenti secondo me dovrebbe essere impercettibile.
E Aloia e' della stessa opinione (penultimo Costruire Hi-Fi).
Lui questi dati li cita da studi suoi. Li usa effettivamente per calcolare
quale deve essere la distorsione sul valore medio, e quale invece e'
tollerata su brevi picchi.
Il tutto si ricollegherebbe anche ad una definizione "musicale" della potenza,
vedi altro thread.
: L'idea e` mia (con l'aiuto del NG che mi ha indicato i
: programmi per passare i cd audio su file). L'esecuzione e`
: di uno 'schiavo' (nome vero dei tesisti :-)).
Link: controllare cosa ha gia' fatto Aloia.
--Stefano Rovetta
s...@dibe.unige.it

 Link: controllare cosa ha gia' fatto Aloia.
Indirizzo piu` preciso?
Grazie
Franco

: Stefano Rovetta wr
: > Identificate con un test statistico o solo "per identikit"?
Franco (
in...@hotmail.com
) wrote:
: Fatta la proiezione della distribuzione trovata nello spazio
: delle guassiano e delle laplaciane e calcolato l'errore.
Intendevo: l'errore calcolato e' stato in qualche modo confrontato
con quello dovuto al "rumore" di campione finito?
: Non ho fatto gli sviluppi in serie di guassiane (come ho visto
: fare da qualche parte) perche' non ne vale la pena.
Penso anche io che in realta' una caratterizzazione troppo raffinata
sia inutile, perche' mi aspetto che la distribuzione sia variabile
(o in altre parole che l'entropia dei segnali audio sia piuttosto
elevata; altrimenti sareste sulla strada di un efficiente algoritmo
di compressione audio lossless).
: > Comunque, questo genere di studi si trovano a volte sulle IEEE Trans. on
: > Information Theory. (P.es. ricordo Widrow che identifica la distribuzione
: > dell'errore di quantizzazione).
: Quello e` un problema molto diverso. Forse dovrei andare
: indietro di molto nelle transactions.
Il prolema applicativo finale e' certamente diverso. Ma caratterizzare
statisticamente i segnali, quello e' proprio il loro mestiere.
L'articolo di Widrow sara' del 1996 o 1997, non piu' antico.
: > Suggerisco di associare anche l'informazione sulla durata di tali picchi.
: Ottima idea! Il tesista si vuole laureare :-)
Veramente il tesista che aspira alla conclusione tipicamente tende ad essere
refrattario ai nuovi suggerimenti...
: > Psicoacusticamente, immagino che sia significativa una distorsione che
: > ha una durata minima, altrimenti secondo me dovrebbe essere impercettibile.
: > E Aloia e' della stessa opinione (penultimo Costruire Hi-Fi).
: > Lui questi dati li cita da studi suoi. Li usa effettivamente per calcolare
: > quale deve essere la distorsione sul valore medio, e quale invece e'
: > tollerata su brevi picchi.
: > 
: > Il tutto si ricollegherebbe anche ad una definizione "musicale" della potenza,
: > vedi altro thread.
: Tutto sommato la distorsione non mi interessa molto, ero
: piu` interessato all'alimentatore. MNa gia` che ci sono
: posso guardare anche quello.
Ma il dimensionamento dell'alimentatore non e' dipendente dalla distorsione
massima ammessa? Ossia: non si progetta ogni blocco di un circuito in 
funzione delle specifiche di prestazioni sul segnale? Credevo che alla fine
si guardasse sempre questo.
: > Link: controllare cosa ha gia' fatto Aloia.
: Indirizzo piu` preciso?
L'indirizzo di Aloia (che probabilmente e' disponibile in rete, vedi
Altavista). Non credo che abbia pubblicato quella roba. Glie ne ho visto
parlare, come dicevo, sul penultimo numero di Costruire Hi-fi (o forse
l'ultimo? controllero'). Quindi quello di agosto (o eventualmente settembre).
Suggerisco anche di fare una bella scansione sulle riviste specializzate,
tipo Journal of the AES.
--Stefano Rovetta
s...@dibe.unige.it

 tipo Journal of the AES.
AES gia` guardato in lungo e in largo (anche il Bell
Journal).
Ciao
Franco

grande'. Per i conti sulle distribuzioni ho ancora
Secondo me Stefano intendeva l'errore di modello non quello di
quantizzazione. Cioe' "design of experiments".
Inoltre quando dici distribuzione gaussiana intendi densita' di probabilita'
gaussiana (perche' per definizione la distribuzione e' monotona).
Inoltre se il tuo processo stocastico non e' ergodico i dati staticisti nel
dominio del tempo e quelle che tu chiami distribuzioni di probabilita' non
hanno nessuna relazione. Sono i segnali musicali ergodici?
Forse dividendoli per genere musicale :-)))
sim

 Forse dividendoli per genere musicale :-)))
In effetti devono essere suddivisi per genere musicale :-).
L'ipotesi era che all'interno del brano o del CD il sistema
fosse ergodico. Del resto molti sistemi non ergodici
osservati su opportuni intervalli di tempo lo diventano.
Franco

...
: >> Intendevo: l'errore calcolato e' stato in qualche modo confrontato
: >> con quello dovuto al "rumore" di campione finito?
: >
: >No, credo che il rumore di quantizzazione sia trascurabile
: >quando si guarda la distribuzione della ampiezze 'in
: >grande'. Per i conti sulle distribuzioni ho ancora
Simone Orcioni (
NOsi...@eealab.unian.it
) wrote:
: Secondo me Stefano intendeva l'errore di modello non quello di
: quantizzazione. Cioe' "design of experiments".
corretto.
: Inoltre quando dici distribuzione gaussiana intendi densita' di probabilita'
: gaussiana (perche' per definizione la distribuzione e' monotona).
Io ho interpretato come se parlasse di "cumulativa corrispondente a una
pdf gaussiana", pensando a un'espressione informale usata per brevita'.
: Inoltre se il tuo processo stocastico non e' ergodico i dati staticisti nel
: dominio del tempo e quelle che tu chiami distribuzioni di probabilita' non
: hanno nessuna relazione. Sono i segnali musicali ergodici?
Questo era il motivo per cui, nonostante i miei commenti metodologici
di principio sull'identificazione della distribuzione, poi ho detto
"non serve essere troppo precisi".
: Forse dividendoli per genere musicale :-)))
Infatti ha fatto proprio cosi'...
--Stefano Rovetta
s...@dibe.unige.it

Ciao Franco
Vorrei darti una mano nella tua ricerca...anche perche' i dati che tu stai
elaborando interessano anche a me!!! Piu' precisamente mi servirebbero per
studiare il comportamento dei sistemi di altoparlanti. Istruiscimi sull'uso
del Windac. Premetto che sono studente di ingegneria elettronica (diplomi
universitari): sto iniziando ora ad usare il Matlab. Scrivimi via e-mail
cosi' potremo conoscere meglio l'eventuale lavoro che potremo fare insieme.
Attendo tue risposte!!!!!
           ---------------/^\---------------
Mirko scrive anche su it.hobby.hi-fi.car
ICQ 52240716