Messen mit der Soundkarte für Anfänger

[peter_l]

Grüß' euch, weiter geht's mit der

5. Messung mit Referenzkanal

Wir haben insgesamt zwei Kanäle zur Verfügung, die wir oben zur direkten 2-kanaligen Messung verwendet hatten. Das konnten wir ja im Vertrauen auf den guten Frequenzgang der transit beruhigt machen.
Bei der Messung mit Referenzkanal müssen wir jetzt einen Messkanal davon opfern, der jetzt als sogenannter Referenzkanal agiert.

Anschlußschema (ohne Masseverbindungen)



Der Vorteil ist nun der, daß das Meßprogramm durch die Messung des Referenzkanals quasi einen Soll / Ist Vergleich machen kann.
Das Programm kennt also nun beides, das "Soll" das am Eingang des Untersuchungsgegenstand (oder auch DUT = device under test) anliegt, weil es ja dort abgegriffen und parallel wird es am DUT vorbeigeschleift wird, und es kennt auch das "Ist"-Signal ,das das DUT durchlaufen hat und dadurch irgenwie verändert worden ist.

Daraus ergeben sich zwei praktische Nutzeffekte:

1. Wir können damit die Phase, d.h. den (üblicherweise frequenzabhängigen) Zeitversatz zwischen Eingangs- und Ausgangssignal, messen.
2. Ganz automatisch wird ein etwas schlechterer Soundkarten-Frequenzgang glattgebügelt. Dies ist im Prinzip leicht einzusehen.
Nehmen wir z.B. einen typischen Amplituden-Abfall einer schlechteren Karte zu den tiefen Frequenzen hin. Das Programm kennt diesen ja durch die Referenzkanal-Messung und kann damit durch Vergleich, die Veränderungen die das DUT verursacht hat ohne weiteres rausrechnen.

Als Testobjekt nehmen wir mal einen einfachen Tiefpaßfilter

Ich will ihn auf 1 kHz auslegen, um den Amplitudenabfall schön in die Mitte der Messkurve zu bekommen.

Bei der Auslegung solcher Filtern ist immer auf die jeweiligen Ein- und Ausgangswiderstände zu achten um die Spannungsteiler nicht zu sehr zu belasten, oder anders gesagt Spannungsanpassung sicherzustellen.



Da taucht aber jetzt das Problem auf, von dem ich ganz oben schon gesprochen habe: es wäre gut, den Ausgangs- und den Eingansgswiderstand zu kennen.
So kann ich nur annehmen, daß der Eingangswiderstand in der Grüßenordnung von 100 Ohm liegt und folglich R2 um den Faktor 10 größer machen, also R2 = 1 kOhm. 1 kOhm dürfte sich auch ganz gut mit dem angenommenen 10 kOhm Eingangswiderstand der Karte vertragen. Aber wie gesagt, nix gnau's woas ma hoid ned.

Aus f = 1 / (2*pi*R*C), der Formel für die Grenzfrequenz des Filters, ergibt sich C2 zu 0,16 µF. 0,15 µF hab ich in meiner Sammlung. Also mal die Simulation laufen lassen:



Diese Kurve sollte sich also in der späteren Messung einstellen: - 3 dB Amplitudenabschwächung bei der Grenzfrequenz sowie ein Phasendrehung um 90°.

Dann wollen wir die Schaltung mal aufbauen:



Ich hab' mir aus leidvoller Erfahrung schon ziemlich früh angewohnt, mit sauberer Verkabelung (abgeschirmt oder zumindest verdrillt) und guten Steckkontakten zu arbeiten. Mit der Zeit sind auch verschiedene Messboxen für die verschiedenen Anwendungen entstanden. Die gezeigte Box ist im Aufbau die einfachste und gut für solche Prinzipversuche. Aus Gründen der Abschirmung sind alle Boxen bei mir aus Metall.

Ein Blick ins Innere der Messbox:



Rechner läuft, Soundkarte angeschlossen, audiotester gestartet wieder im Modus Sweep-Messung.
Im Setup Kontrollfeld müssen wir nun dem Programm mitteilen, daß wir eine Messung mit Referenzkanal machen wollen. Dazu müssen wir einen Haken setzen bei "Mono, left ch. ref." oder bei "Mono, right ch. ref.". Je nachdem wie unsere Verkabelung aussieht, speziell also welchen Kanal wir als Referenzkanal verwenden wollen.
Wollen wir gleichzeitig zur Amplitude auch die Phase mitmessen, müssen wir im Feld "Phase" noch einen Haken bei "Measurement" setzen.
Die Eingabe des Phasenbereichs soll laut Handbuch nur die Skalierung der Phasenkurve ändern - da tut sich aber nichts. Meiner Meinung ist diese Eingabe wirkungslos. Ihr könnt's ja mal probieren, vielleicht entdeckt ihr ja irgendwelche Auswirkungen.



Messung "Start" drücken, Ende der Messung abwarten:



Obacht geben: Die Messfenster zeigt jetzt nicht mehr wie bei den bisherigen Messungen die Aussteuerung der Karte an (die Amplitudenkurve ist jetzt das Verhältnis von Mess-Signal zu Referenzkanal).
Die Aussteuerung der Karte ist aber nach wie im blauen Fenster als Zahlenwert (von 0 bis 1) zu sehen. Bei Übersteuerung werden die weißen Zahlenwerte übrigens fett rot.

Phasen- und Amplitudenverlauf zeigen sehr schön das erwartete Verhalten. Die Phasenkurve zappelt etwas. Ich hab mit diversen Einstellung rumgespielt, eine deutliche Verbesserung hab ich aber nicht erreicht. Ich finde, das können andere Programme, wie z.B. arta, besser als der audiotester. Oder hat jemand eine Idee wie die Phasenmessung besser wird ?

Der zweite Vorteil, die vollautomatische Korrektur einer nicht so gute Soundkarten, kann jetzt sehr einfach demonstriert werden: die transit abgestöpselt, audiotester darüber informiert, daß wir jetzt mit der onboard Karte arbeiten wollen und den Messaufbau auf die onboard Eingänge umgesteckt - und natürlich Pegel adaptiert:



Die Amplitudenkurve sieht genauso aus wie mit der guten transit. Einzig die Phase beginnt ab 10 kHz wieder anzusteigen, obwohl sie doch eigentlich weiter abfallen sollte. Hier ist also die Grenze der Korrekturmöglichkeit der Referenzkanalmethode erreicht.

Diesen Phasenfehler-Effekt sieht man auch gut, wenn man die Filterschaltung durch unser Kurzschlußkabel ersetzt:



Der Amplitudengang unseres Kurschlußkabels ist, trotz der miserablen onboard Karte, praktisch perfekt glatt. Die Phasenkurve läuft aber bei einigen kHz mit zunehmender Tendenz aus dem Ruder.

Nächstes Mal wollen wir die Referenzkanalmethode bei einem etwas komplexeren Meßobjekt, nämlich einem Verstärker, ausprobieren.
Aber erst muß ich noch eine kleine mehrtägige Dienstreise ins schöne Baden-Württemberg machen - danach geht's aber gleich weiter.

Grüße

Peter