Hallo, ich möchte hier ein Paar Ideen sammeln wie man mit einfachen/günstigen mitteln oder (fast) nur mit Software die Leistung seiner "Soundkarte" vermessen kann und trotzdem Möglichst Aussagekräftige und vergleichbare werte bekommt.
Dafür Hilfreiche Software Tools sind:
https://www.szynalski.com/tone-generator/
https://www.audacityteam.org/
https://www.baudline.com/
https://www.roomeqwizard.com/
Dafür Nützliche Hardware
1. Klinke Klinke Kabel oder entsprechend um den Ausgang auf den Eingag zu schleifen.
2. Ein Multimeter am besten "TrueRMS"
https://de.banggood.com/ANENG-AN800...acitance-Test-p-1157985.html?cur_warehouse=CZ
3. ein paar Widerstände
https://de.banggood.com/300Pcs-1-14...-p-1091920.html?rmmds=search&cur_warehouse=CN
Um sagen zu können ob ein Kopfhörer gut mit einer Bestimmen Soundkarte funktioniere muss deren Ausgangs Spannung (und Impedanz)bekannt sein.
Dieses werte könnt ihr dan einfach in einen Rechner eingeben
https://www.headphonesty.com/headphone-power-calculator/
Leider geben viele Hersteller diese werte nicht an.
1.Ausgangs Spannung Messen:
Ihr erzeugt ein 50Hz Sinus und mit 100% oder 1 oder 0dB je nach Software.
https://szynalski.com/tone#100,v1 ich verwende hier einfach dieses Seite
Das gebt ihr jetzt auf "100%" Lautstärke auf dem Kopfhörer Ausgang aus und messt an dem klinke klinke Kabel mit dem Multimeter die Spannung.
Die Frequenz sollte zwischen ca.30-2000Hz keine rolle Spielen bei einem True RMS multimeter.
Um die Messung zu verifizieren könnt ihr natürlich auch bei unterschiedlichen Frequenzen messen.
2. Ausgangs Impedanz messen
Dafür nehme ihr mindestens eine Bekannten Widerstand (Macht euch im zweifel durch eine kurze Messung bekannt).
Hier haben wir zb. ein unnötig dicken ca.18 Ohm widerstand
Den Thicc Boii nehmen wir jetzt und schalten Parallel und schauen wie sehr das die Spannung ändert
Wir sehen die Spannung bricht von 1,608Vrms auf 0,6747Vrms ein
Weil ich faul bin nehme ich jetzt ein online Rechner und gebe die werte dort ein
https://www.peacesoftware.de/einigewerte/spannungsteiler.html
Der sagt uns dan R1 was in dem falle die Ausgangs Impedanz wäre 25.363746685244Ω
Um das zu verifizieren sollte man die Messung mit eine anderen widerstand der etwas größer ist wie der berechnete R1 wert wiederholen.
Warum ist das interessant?
Mit diesen werten und den Daten von dem Kopfhörer kann man jetzt nicht nur genauer berechne wie laut die gehen
https://reference-audio-analyzer.pro/en/splfull.php
Sondern auch die "Elektrische Dämpfung" Also (Kopfhörer Impedanz) / (Ausgangs Impedanz)
Dieser wert sollte ca. bei 8. (besser darunter) liegen
(Achtung verallgemeinernung und Faust Formel)
https://www.reddit.com/r/headphones/comments/6m02bj/how_important_is_the_18_impedance_rule/
(citation needed)
3. Eingangs Rauschen messen
Das Grund Rauschen von dem Eingang könnt ihr ganz einfach und nur mit Hilfe von Software schon mal messen
(hier mit der Software Buadline)
Unten sehen wir den real time FFT und oben eine auf der dB Achse stark vergrößere und über 10sekundne gemittelte Ansicht
Die Messung wurde mit minimalem Gain und offenem Eingang gemacht
Wir sehen eine par Peaks doch selbst der größte ist bei -109dB
Hier im Vergleich das Ganze bei maximalem Gain
Beachtet die dB skale oben hat sich geändert!
Das Grund rauschen ist deutlich stärker mit Peaks bei -82dB
Wir sehen ein peak bei 50Hz (Unsere Netzfrequenz)
und bei 1000Hz und den vielfachen davon (usb frame time?)
Die nächste Messung ist sagt nicht viel aus zeigt aber eindrucksvoll wie Empfindlich die Soundkarte eigentlich ist...
Mit einer kleinen "Antenne" am Eingang sieht das Hintergrundrauschen schon nicht mehr ganz so zufällig aus.
3. Ausgangs Rauschen messen.
Jetzt wo wir das Eingangs Grund Rauschen kennen können wir sehen wie sich das verändert wen wir den Ausgang in den Eingang stecken.
Beide Eingangs so wie Ausgangs Gainr Regler sind auf maximal (das ist einfach zu reproduzieren)
In Software Generiere ich ein ca.4 khz Signal mit -90db (als Referenz Pegel und um sicherzustellen das der Ausgang auch aktiv ist)
Der Noise Floor, damit meine ich den durchschritt der Roten Linie steigt steigt von ca. -110dB auf -100dB also um ca 10dB sobald ich den Stecker einstecke.
Man könnte jetzt meinen: "Aha aus dem Ausgang kommen als 10dB noise" doch ganz so einfach ist es nicht.
Der -90dB 4khz Peak ist auf dem Eingang bei -67,dB zu sehen und nicht bei -90dB
(hier muss jetzt etwas mehr oder weniger komplex logarithmische Mathe passieren)
0dB am Ausgang wäre also +22dD am Eingang
damit ist der Ausgangs Noise Floor also nicht bei -100dB sonder bei -122dB?
(Bei diesem teil bin ich unsicher das muss vllt mal jemand gegenrechne )
4. loopback distortion messen.
(vllt. sollte das vor Punkt 3 kommen?)
Gleicher Aufbau wie Messung 3. nur versuche ich jetzt Gain Einstellungen zu finden bei denen der THD wert ein Minimum erreicht.
In diesem Fall Ausgang auf 100%
Software auf -3dB
eingangs Gain auf minimal.
Damit bekomme ich ein -4dB Signal am Eingang der minimal gain ist also -1dB
SNR ist bei "nur" 86.8dB theoretisch gehen hier noch 3db mehr, doch bereits jetzt bei -4db sieht man bereits harmonic distortion (=Verzerrung)
Mehr SNR erkauft man sich also mit mehr THD
THD ist bei ca. -98dB. noch in einem vertretbaren Rahmen
Doch nun wissen wir ja leider nicht ob hier ADC oder der DAC der limitieren Faktor ist und was die verzerrung verursacht.
Wir wissen durch diese Messung nur beides zusammen ist besser wie:
THD -98dB
SNR -86dB
5. Ausgangs THD berechnen/messen.
In 3. habe ich versucht den Ausgangs Rauchen isoliert zu betrachten hier versuche ich jetzt mit Hilfe einiger annahmen die Ausgangs Verzerrung isoliert zu betrachten.
Bein ca. -6dB am Eingang sind bereits keine Verzerrungen mehr zu sehen Ich gehe also davon aus das bei -12dB
keine relevanten eingangs Verzerrungen mehr auftreten.
Mit den rund -100dB rauschen und den 12dB "Sicherheitsabstand" belieben aber nur 88dB Dynamik zum Messen.
Das Reicht natürlich nicht den ich will bereits Verzerrungen unter 100dB zuverlässig erkennen.
Also habe ich mir überlegt eine Trick aus der digital Fotografie zu klauen der dort angewendet wird wen die Dynamik nicht ausreicht.
https://de.wikipedia.org/wiki/Tone_Mapping
Die absolute Amplitude von dem Sinus ton den ich zum messen nutze könnte ich ja berechnen und separat messen.
Daher ist es nicht notwendig diese Frequenz und Amplitude gleichzeitig zu messen.
Ein einfacher "twin T notch filter" entfernt also das primär Signal und schützt so den ADC und Eingang vor zu hohen Pegeln und somit Verzerrung.
http://www.learningaboutelectronics.com/Articles/Notch-filter-calculator.php
Ok 90% sind jetzt verwirrt und fragen sich was will er....
Also:
Ich erzeuge eine 7khz Signal und Filter es dan Analog heraus alles was übrig bleibt ist also ungewollte Verzerrung.
Warum 7khz? Der filter den ich aus teilen die hier rumlagen zusammen gebraten haben ist nunmal ein 7khz filter geworden...
Genauer gesagt 7050Hz
Da ich hier Weißes rauschen erzeuge sollte die kurve (linei) eigentlich flach sein.
Man sieht deutlich bei 7050Hz ist die Empfindlichkeit jetzt deutlich geringer doch auch neben an ist die Kurve nicht flach.
Der filter ist eben nicht perfekt.
Doch das lässt sich in Software durch ein EQ kompensieren.
One EQ sieht die Messung dan übrigens so aus:
Der (Kopfhörer) Ausgang ist jetzt voll aufgedreht und Gain am Eingang etwas in der Mitte
Der Peak am Eingang ist bei -25,8dB also vollkommen im grünen Bereich. die Verzerrung die wir hier sehen stammt also quasi ausschließlich aus dem Ausgang.
Die -12.9dB THD stimmen aber natürlich nicht den die eigentliche Höhe von dem ersten Peak wissen wir ja (noch) nicht.
Wie bestimme ich die eigentliche Amplitude?
ich nehmen den filter raus, fasse aber weder den Ausgangs noch den eingangs Gain Regler an.
dan reduzieren ich in Software so lange den Gain bis der primär Peak wieder bei ca. -25,8dB ist.
In dem falle waren dazu -50dB notwendig
Die eigentliche Verzerrung vom Kopfhörer Ausgang voller Lautstärke und dieser Frequenz ist als bei -12,9 - 50dB = ~63dB
In der Messung ohne filter steht zwar auch -64db THD aber die eigentlichen Peaks sind in dem Grund rauschen viel schlechter zu erkennen.
Wer hier noch aufpasst dem fällt auf:
Warum jetzt wieder der Kopfhörer Ausgang und sind -64db THD nicht super schlecht?
Ja -64dB THD sind schlecht und definitiv hörbar und störend, jedoch trotzdem kaum zu sehen.
Wie so viele audioInterfaces leidet auch dieses darunter das der Kopfhörer Ausgang bei hohen Pegeln Verzerrt.
5. b. Messung mit analog filter und Software EQ
Mit der Funktion Auto Collect und einem White Noise eingangs Signal erstellt die Software eine EQ kurve die in Software das inverse zu dem Hardware filter bildet.
Das Ergebnis ist dan wieder eine flacher Frequenzgang
Ergebnis
Der Peak geht jetzt zwar über die Skala hinaus ins Positive wo wir ihn nicht sehen können aber den wert bekommen wir ja angezeigt. (+13.3dB)
Die Messung ist Übrigens mit dem Kopfhörer lautstarke Regler "auf 12 uhr" was ca. -14dB entspricht passiert.
wir sehen THD hat sich zu -87.5dB verbessert.
THD -87.5dB
not great not terrible
TL;DR
Die unüberraschende erkenntnis hier die vermutlich einige intuitiv schon wussten.
Wen man leiser dreht wird verzerrt es weniger.
in diesem falle
bis-20dB keine Verzerrung messbar (bis 10uhr) THD ca. -100dB
bis -12dB moderat (bis 12uhr) THD -87.5dB
Alles über 3Uhr ca. -60db THD
Dafür Hilfreiche Software Tools sind:
https://www.szynalski.com/tone-generator/
https://www.audacityteam.org/
https://www.baudline.com/
https://www.roomeqwizard.com/
Dafür Nützliche Hardware
1. Klinke Klinke Kabel oder entsprechend um den Ausgang auf den Eingag zu schleifen.
2. Ein Multimeter am besten "TrueRMS"
https://de.banggood.com/ANENG-AN800...acitance-Test-p-1157985.html?cur_warehouse=CZ
3. ein paar Widerstände
https://de.banggood.com/300Pcs-1-14...-p-1091920.html?rmmds=search&cur_warehouse=CN
Um sagen zu können ob ein Kopfhörer gut mit einer Bestimmen Soundkarte funktioniere muss deren Ausgangs Spannung (und Impedanz)bekannt sein.
Dieses werte könnt ihr dan einfach in einen Rechner eingeben
https://www.headphonesty.com/headphone-power-calculator/
Leider geben viele Hersteller diese werte nicht an.
1.Ausgangs Spannung Messen:
Ihr erzeugt ein 50Hz Sinus und mit 100% oder 1 oder 0dB je nach Software.
https://szynalski.com/tone#100,v1 ich verwende hier einfach dieses Seite
Das gebt ihr jetzt auf "100%" Lautstärke auf dem Kopfhörer Ausgang aus und messt an dem klinke klinke Kabel mit dem Multimeter die Spannung.
Die Frequenz sollte zwischen ca.30-2000Hz keine rolle Spielen bei einem True RMS multimeter.
Um die Messung zu verifizieren könnt ihr natürlich auch bei unterschiedlichen Frequenzen messen.
2. Ausgangs Impedanz messen
Dafür nehme ihr mindestens eine Bekannten Widerstand (Macht euch im zweifel durch eine kurze Messung bekannt).
Hier haben wir zb. ein unnötig dicken ca.18 Ohm widerstand
Den Thicc Boii nehmen wir jetzt und schalten Parallel und schauen wie sehr das die Spannung ändert
Wir sehen die Spannung bricht von 1,608Vrms auf 0,6747Vrms ein
Weil ich faul bin nehme ich jetzt ein online Rechner und gebe die werte dort ein
https://www.peacesoftware.de/einigewerte/spannungsteiler.html
Der sagt uns dan R1 was in dem falle die Ausgangs Impedanz wäre 25.363746685244Ω
Um das zu verifizieren sollte man die Messung mit eine anderen widerstand der etwas größer ist wie der berechnete R1 wert wiederholen.
Warum ist das interessant?
Mit diesen werten und den Daten von dem Kopfhörer kann man jetzt nicht nur genauer berechne wie laut die gehen
https://reference-audio-analyzer.pro/en/splfull.php
Sondern auch die "Elektrische Dämpfung" Also (Kopfhörer Impedanz) / (Ausgangs Impedanz)
Dieser wert sollte ca. bei 8. (besser darunter) liegen
(Achtung verallgemeinernung und Faust Formel)
https://www.reddit.com/r/headphones/comments/6m02bj/how_important_is_the_18_impedance_rule/
(citation needed)
3. Eingangs Rauschen messen
Das Grund Rauschen von dem Eingang könnt ihr ganz einfach und nur mit Hilfe von Software schon mal messen
(hier mit der Software Buadline)
Unten sehen wir den real time FFT und oben eine auf der dB Achse stark vergrößere und über 10sekundne gemittelte Ansicht
Die Messung wurde mit minimalem Gain und offenem Eingang gemacht
Wir sehen eine par Peaks doch selbst der größte ist bei -109dB
Hier im Vergleich das Ganze bei maximalem Gain
Beachtet die dB skale oben hat sich geändert!
Das Grund rauschen ist deutlich stärker mit Peaks bei -82dB
Wir sehen ein peak bei 50Hz (Unsere Netzfrequenz)
und bei 1000Hz und den vielfachen davon (usb frame time?)
Die nächste Messung ist sagt nicht viel aus zeigt aber eindrucksvoll wie Empfindlich die Soundkarte eigentlich ist...
Mit einer kleinen "Antenne" am Eingang sieht das Hintergrundrauschen schon nicht mehr ganz so zufällig aus.
3. Ausgangs Rauschen messen.
Jetzt wo wir das Eingangs Grund Rauschen kennen können wir sehen wie sich das verändert wen wir den Ausgang in den Eingang stecken.
Beide Eingangs so wie Ausgangs Gainr Regler sind auf maximal (das ist einfach zu reproduzieren)
In Software Generiere ich ein ca.4 khz Signal mit -90db (als Referenz Pegel und um sicherzustellen das der Ausgang auch aktiv ist)
Der Noise Floor, damit meine ich den durchschritt der Roten Linie steigt steigt von ca. -110dB auf -100dB also um ca 10dB sobald ich den Stecker einstecke.
Man könnte jetzt meinen: "Aha aus dem Ausgang kommen als 10dB noise" doch ganz so einfach ist es nicht.
Der -90dB 4khz Peak ist auf dem Eingang bei -67,dB zu sehen und nicht bei -90dB
(hier muss jetzt etwas mehr oder weniger komplex logarithmische Mathe passieren)
0dB am Ausgang wäre also +22dD am Eingang
damit ist der Ausgangs Noise Floor also nicht bei -100dB sonder bei -122dB?
(Bei diesem teil bin ich unsicher das muss vllt mal jemand gegenrechne )
4. loopback distortion messen.
(vllt. sollte das vor Punkt 3 kommen?)
Gleicher Aufbau wie Messung 3. nur versuche ich jetzt Gain Einstellungen zu finden bei denen der THD wert ein Minimum erreicht.
In diesem Fall Ausgang auf 100%
Software auf -3dB
eingangs Gain auf minimal.
Damit bekomme ich ein -4dB Signal am Eingang der minimal gain ist also -1dB
SNR ist bei "nur" 86.8dB theoretisch gehen hier noch 3db mehr, doch bereits jetzt bei -4db sieht man bereits harmonic distortion (=Verzerrung)
Mehr SNR erkauft man sich also mit mehr THD
THD ist bei ca. -98dB. noch in einem vertretbaren Rahmen
Doch nun wissen wir ja leider nicht ob hier ADC oder der DAC der limitieren Faktor ist und was die verzerrung verursacht.
Wir wissen durch diese Messung nur beides zusammen ist besser wie:
THD -98dB
SNR -86dB
5. Ausgangs THD berechnen/messen.
In 3. habe ich versucht den Ausgangs Rauchen isoliert zu betrachten hier versuche ich jetzt mit Hilfe einiger annahmen die Ausgangs Verzerrung isoliert zu betrachten.
Bein ca. -6dB am Eingang sind bereits keine Verzerrungen mehr zu sehen Ich gehe also davon aus das bei -12dB
keine relevanten eingangs Verzerrungen mehr auftreten.
Mit den rund -100dB rauschen und den 12dB "Sicherheitsabstand" belieben aber nur 88dB Dynamik zum Messen.
Das Reicht natürlich nicht den ich will bereits Verzerrungen unter 100dB zuverlässig erkennen.
Also habe ich mir überlegt eine Trick aus der digital Fotografie zu klauen der dort angewendet wird wen die Dynamik nicht ausreicht.
https://de.wikipedia.org/wiki/Tone_Mapping
Die absolute Amplitude von dem Sinus ton den ich zum messen nutze könnte ich ja berechnen und separat messen.
Daher ist es nicht notwendig diese Frequenz und Amplitude gleichzeitig zu messen.
Ein einfacher "twin T notch filter" entfernt also das primär Signal und schützt so den ADC und Eingang vor zu hohen Pegeln und somit Verzerrung.
http://www.learningaboutelectronics.com/Articles/Notch-filter-calculator.php
Ok 90% sind jetzt verwirrt und fragen sich was will er....
Also:
Ich erzeuge eine 7khz Signal und Filter es dan Analog heraus alles was übrig bleibt ist also ungewollte Verzerrung.
Warum 7khz? Der filter den ich aus teilen die hier rumlagen zusammen gebraten haben ist nunmal ein 7khz filter geworden...
Genauer gesagt 7050Hz
Da ich hier Weißes rauschen erzeuge sollte die kurve (linei) eigentlich flach sein.
Man sieht deutlich bei 7050Hz ist die Empfindlichkeit jetzt deutlich geringer doch auch neben an ist die Kurve nicht flach.
Der filter ist eben nicht perfekt.
Doch das lässt sich in Software durch ein EQ kompensieren.
One EQ sieht die Messung dan übrigens so aus:
Der (Kopfhörer) Ausgang ist jetzt voll aufgedreht und Gain am Eingang etwas in der Mitte
Der Peak am Eingang ist bei -25,8dB also vollkommen im grünen Bereich. die Verzerrung die wir hier sehen stammt also quasi ausschließlich aus dem Ausgang.
Die -12.9dB THD stimmen aber natürlich nicht den die eigentliche Höhe von dem ersten Peak wissen wir ja (noch) nicht.
Wie bestimme ich die eigentliche Amplitude?
ich nehmen den filter raus, fasse aber weder den Ausgangs noch den eingangs Gain Regler an.
dan reduzieren ich in Software so lange den Gain bis der primär Peak wieder bei ca. -25,8dB ist.
In dem falle waren dazu -50dB notwendig
Die eigentliche Verzerrung vom Kopfhörer Ausgang voller Lautstärke und dieser Frequenz ist als bei -12,9 - 50dB = ~63dB
In der Messung ohne filter steht zwar auch -64db THD aber die eigentlichen Peaks sind in dem Grund rauschen viel schlechter zu erkennen.
Wer hier noch aufpasst dem fällt auf:
Warum jetzt wieder der Kopfhörer Ausgang und sind -64db THD nicht super schlecht?
Ja -64dB THD sind schlecht und definitiv hörbar und störend, jedoch trotzdem kaum zu sehen.
Wie so viele audioInterfaces leidet auch dieses darunter das der Kopfhörer Ausgang bei hohen Pegeln Verzerrt.
5. b. Messung mit analog filter und Software EQ
Mit der Funktion Auto Collect und einem White Noise eingangs Signal erstellt die Software eine EQ kurve die in Software das inverse zu dem Hardware filter bildet.
Das Ergebnis ist dan wieder eine flacher Frequenzgang
Ergebnis
Der Peak geht jetzt zwar über die Skala hinaus ins Positive wo wir ihn nicht sehen können aber den wert bekommen wir ja angezeigt. (+13.3dB)
Die Messung ist Übrigens mit dem Kopfhörer lautstarke Regler "auf 12 uhr" was ca. -14dB entspricht passiert.
wir sehen THD hat sich zu -87.5dB verbessert.
THD -87.5dB
not great not terrible
TL;DR
Die unüberraschende erkenntnis hier die vermutlich einige intuitiv schon wussten.
Wen man leiser dreht wird verzerrt es weniger.
in diesem falle
bis-20dB keine Verzerrung messbar (bis 10uhr) THD ca. -100dB
bis -12dB moderat (bis 12uhr) THD -87.5dB
Alles über 3Uhr ca. -60db THD
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