Filter ausmessen mit der Soundkarte?

Am 18.05.2011 22:14, schrieb Heiko Lechner:

Hallo,

Unter Linux kenne ich baudline und MAATA

Bernd Mayer

Vielen Dank für die Links, baudline finde ich weniger praxisnah, aber mataa sieht sehr schön aus - wenn man octave erstmal installiert hat ;) Ich hatte seinerzeit Probleme mit den treibern für vernünftige Soundkarten, einige Onboard- und Billig-PCI-Karten haben keinen wirklich messtauglichen Frequenzgang.

Im Moment teste ich in der Werkstatt auf dem WinXP-PC den Audiotester

werde ihn für den schmalen Shareware-Beitrag auch kaufen - ein professionelles Audiomesssytem kommt für Vorher/Nachher-Checks bei der Reparatur älterer Studio- und Effektgeräte nicht in Frage, das verdient sich nicht.

Am 18.05.2011 22:23, schrieb Bernd Mayer:

Da musst Du auch etwas machen. Da Problem beginnt im Wesentlichen damit, dass die Soundkarten heute nur noch ein paar Milliwatt Ausgangsleistung haben. Wenn das nicht zur Impedanz des zu testenden Filters passt (z.B. bei Lautsprecher-Weichen) dann ist man am Ende.

Die einfachste Lösung ist ein handelsüblicher, kleiner HiFi-Verstärker. Allerdings sind dessen Ausgänge nicht potentialfrei. Das schafft wieder neue Probleme. Eigentlich braucht man dann wenigstens differenzielle Eingänge. Dies kann man erreichen, indem man einen Instrumentenverstärker vorschaltet. So etwas wie INA 105 von Texas Instruments (ehemals Burr Brown). Falls die zu messenden Komponenten halbwegs hochohmig sind, sind zusätzlich noch Impedanzwandler erforderlich, sonst beeinträchtigt das Messinstrument die Messung erheblich.

Ein weiterer Schlüssel zum Erfolg ist die Methodik bei der Messung. Und da habe ich folgende Empfehlungen:

1. Der Messaufbau sollte so symmetrisch wie möglich sein. Also bei der Messung des Vierpols immer das Eingangssignal und das Ausgangssignal /gleichzeitig/ mit den gleichen Mitteln aufzeichnen. Der rechte und linke Kanal der Soundkarte bieten sich dafür geradezu an.
2. Das Referenzsignal sollte zyklisch sein. Selbst dann, wenn man mit breitbandigen Signalen misst (Rauschen). Die Zykluszeit sollte sich an der gewünschten Frequenzauflösung orientieren. Also ca. 1 s für 1Hz. Ferner sollte die Zahl der Samples in einem Zyklus immer eine Zweierpotenz sein.
3. Das Referenzsignal sollte vom selben Quarztakt gesteuert werden, wie der ADC. Kurzum, immer dieselbe Soundkarte für Aufnahme und Wiedergabe nehmen - keine Herausforderung.
4. Die Messung sollte immer mit der native Samplingrate der Hardware erfolgen (typisch 48kHz).
5. Der nutzbare Frequenzbereich liegt üblicherweise zwischen 35Hz und

20kHz. Außerhalb dieses Bereichs sind die Ergebnisse unzuverlässig.

1. Eine Kalibrierung mit einem Identitätsfilter (H=1) und einem Null-Filter (H=0) kann zur Bestimmung von Kompensationsdaten genutzt werden.

Im Detail erreicht man mit den Maßnahmen folgendes:

1. Durch die Nutzung des rechten und linken Kanals und die resultierende Auswertung nach dem Prinzip H = FFT(Ausgangssignal)/FFT(Eingangssignal) kompensieren sich nahezu alle linearen Übertragungseigenschaften der Soundkarte, wie schlecht auch immer sie sein mag. Lediglich die toleranzbedingten Abweichungen zwischen dem rechten und linken Kanal tragen zum Messergebnis bei.
2. Wenn das Referenzsignal zyklisch ist, wird sein Spektrum diskret. Jetzt kann man über etliche Perioden des Messsignals mitteln, um die tatsächliche Messung auf ganz schmale Stützpunkte zu konzentrieren. Dadurch lässt sich nahezu jedes unkorrelierte Rauschen ausblenden.
3. Wenn Referenzsignal und Messung komplett synchron laufen und die Periode des Referenzsignals der FFT-Länge für die Auswertung entspricht, benötigt man keinerlei Fensterfunktion. Dadurch erhält man eine vollständige Separation der zur Messung verwendeten Frequenzkanäle, also die volle Auflösung ohne Seitenbänder.
4. Die einfachen Resampling-Filter der Soundkarten beeinträchtigen häufig die Messung.
5. bei niedrigen Frequenzen sorgen Toleranzen in den verwendeten Elektrolytkondensatoren für Abweichungen zwischen den beiden Stereokanälen. In dB ausgedrückt sind die Abweichungen meist minimal. Die Phaseninformation kann allerdings erheblich beeinträchtigt werden.
6. Soundkarten haben Übersprechen, gerade bei höheren Frequenzen. Das beeinflusst das Messergebnis. Vor allem dann, wenn das Filter nicht mehr viel durch lässt, kann das eine erhebliche Störung bewirken. Mit zwei Kalibrierungsmessungen mit bekannten Übertragungsfunktionen kann man ein Gleichungssystem lösen, das die von der Soundkarte aufgenommenen Signale mit einer komplexen, frequenzabhängigen 2*2 Matrix orthogonalisiert. Das bringt nochmal 10-20dB Genauigkeit.

Softwareseitig eignet sich eigentlich jedes Matheprogramm. Matlab, Mathematica und wie sie nicht alle heißen. Letztendlich braucht man aber nicht viel mehr als Fast-Fourier-Transformation und etwas + - * /. Deshalb ist es nicht weiter schwer die Software zu schreiben. Entscheiden über die inhaltliche Belastbarkeit der Messungen tut aber letztlich die Sorgfalt beim Messverfahren. Mit den oben genannten Punkten kann man durchaus mit Consumer-Hardware genaue Netzanalysen im NF-Bereich durchführen.

Marcel

Am 18.05.2011 22:45, schrieb Stefan Huebner:

Das finde ich übrigens auch ;) Danke!

Am 19.05.2011 00:04, schrieb Marcel Müller:

[...]

Danke für die ganzen Tipps.

(das Originalposting hab ich nicht) Obiges ist latürnich wieder einmal sowas von klar wie Tinte. Seit wann denn matcht man Milliwatt mit Impedanz.

Hol dir die Demo von hier

damit siehst was 'n gutes Programm ist.

Nach 30 Tagen ist Pause, aber du kennst dann den Unterschied zu den Softwaren welche in Delphi geschrieben sind, welches in C++ geschrieben ist, welches in dem von Microsoft künstlich gebremsten C geschrieben ist, welches in Pascal geschrieben ist welches noch aus der 8 bit MS-DOS 1.0 handverlesenen Hexeditor genannt "DEBUG im DOS Fenster" Zeit stammt. Oder so und überhaupt.

Von wechen nicht weiter schwer. Was Spectraplus kann, kann sonst Keiner. Es gibt kein vergleichbares FFT Programm.

All you need is speed.

w.