Sampling frequency geluidskaart scope

[Verwijderd]

Hallo,

ik ben voor een project op school bezig met het schrijven van een programmatje in java dat van een stereo line input op een geluidskaart een 2 kanaals osciloscoop maakt.

In een standaard geluidskaart wordt het inkomende signaal gesampled met een frequentie van 44.1kHz, wat betekent dat de maximaal meetbare frequentie zonder aliasing 22 kHz is (cfr. Nyquist).

metingen die ik heb uitgevoerd op mijn geluidskaart hebben mij echter getoond dat er een low-pass filter ingebouwd is in de geluidskaart met een cut-off frequentie die ergens rond 21-22 kHz ligt.

Nu zou ik graag willen weten of het aanschaffen van een professionele geluidskaart met een sampling frequentie van 196 kHZ een effectieve stijging van de bandbreedte van de scope betekent of dat in de meeste modellen dezelfde low-pass filter is ingebouwd die alles boven 23kHz naar beneden trekt.

Ik heb de search gebruikt, maar ik vind geen enkele info over low-pass filters in geluidskaarten. Handleidingen van geluidskaarten uitpluizen heeft ook niks geholpen

[ Voor 3% gewijzigd door Verwijderd op 13-04-2011 15:45 ]

[Bigs]

Volgens mij wordt er altijd een low pass filter toegepast bij PCM conversie. Of deze bij een 192KHz samplefrequentie op een andere frequentie komt te liggen dan bij een 44.1KHz durf ik niet direct te zeggen. Je zou zeggen van wel omdat de hogere sample rate anders nauwelijks voordeel oplevert.

Overigens heb je met duurdere geluidskaarten wel het voordeel van 24-bit sampling.

[Tk55]

Die low pass filter wordt gebruikt om de onhoorbare frequenties boven 22kHz te filteren zodat deze geen problemen veroorzaken bij lagere frequenties waarvan de frequenties boven 22kHz multiples zijn. Als die filter er niet in zou zitten en de opname hogere frequenties heeft dan 22kHz ontstaat er een vorm van distortion, de hogere frequenties hebben namelijk invloed op lagere frequenties met bijvoorbeeld een halve golflengte hiervan.

Volgens mij heeft in principe elke audio kaart deze filter omdat je anders dus distortion krijgt. Waarom wil je eigenlijk een hogere frequentie kunnen meten dan die binnen het hoorbare?

[RobIII]

Tk55 schreef op woensdag 13 april 2011 @ 16:01:
Waarom wil je eigenlijk een hogere frequentie kunnen meten dan die binnen het hoorbare?

Want alleen hoorbare frequenties zijn interessant? Klok jij je CPU ook op 44Khz? Let wel: het gaat hier om een scope

[ Voor 14% gewijzigd door RobIII op 13-04-2011 16:05 ]

[Tk55]

Nee, maar hij gebruikt wel een geluidskaart dus ik ging er vanuit dat hij dan geluid bedoelde. Als je GHz'en wil meten kun je dat toch beter niet met een geluidskaart doen?

[RobIII]

Tk55 schreef op woensdag 13 april 2011 @ 16:06:
Als je GHz'en wil meten kun je dat toch beter niet met een geluidskaart doen?

Wie zegt dat 'ie GHz'en wil meten? Hij wil gewoon boven de 22Khz meten en als 'ie die grens kan verleggen naar een hoger niveau met een (semi)professionele kaart, dan is de vraag toch zinnig? Misschien kan 'ie dan wel samplen met 92Khz; da's beter dan 22Khz

Hij is gewoon een "software scope" aan 't bouwen; een goedkoop alternatief voor een hardware variant maar dan wel beperkt in bepaalde mate. Als het voldoet aan z'n eisen is 't echter een prima alternatief.

[ Voor 18% gewijzigd door RobIII op 13-04-2011 16:09 ]

[Tk55]

Ja GHz'en bij wijze van, ik zeg niet dat de vraag niet zinnig is, ik snap alleen niet helemaal waarom hij dit vroeg.
edit: want waarom wil je per se een hogere frequentie bandbreedte als het punt is een digitale scope te schrijven (dat deze niet hoger kan meten dan een bepaalde frequentie ligt gewoon aan de hardware, maar dat is het punt niet lijkt me).

[ Voor 50% gewijzigd door Tk55 op 13-04-2011 16:19 ]

[Verwijderd]

het programma is het grootste deel van de opdracht, maar we moeten tevens ook een schakeling maken die de ingang beveiligt (heel simpel met een spanningsdeler die gebruik maakt van de ingangsimpedantie van de geluidskaart en een clipper) en de invloed van parameters zoals bvb. de sampling rate bespreken.
En het is als student natuurlijk ook fijn om een grotere bandbreedte te hebben voor een zacht prijsje :-D

Ik denk dat ik dus kan besluiten dat een hogere sampling rate enkel invloed gaat hebben op de snelheid waarmee de audiobuffer volgeschreven word. Dit heeft als voordeel dat het tekenen van het signaal vlotter verloopt en dat de FFT die ik toepas om de frequentie te bepalen veel nauwkeuriger word.

mocht er interesse voor zijn dan vraag ik aan mijn prof of ik het programmatje en de sourcecode onder GPL online mag gooien. niet dat er al geen tientallen alternatieven bestaan natuurlijk :-)

[Sissors]

Tk55 schreef op woensdag 13 april 2011 @ 16:06:
Nee, maar hij gebruikt wel een geluidskaart dus ik ging er vanuit dat hij dan geluid bedoelde. Als je GHz'en wil meten kun je dat toch beter niet met een geluidskaart doen?

Er zijn zat dingen waarbij je frequenties boven 20kHz hebt en onder 90kHz.

Overigens heb je met duurdere geluidskaarten wel het voordeel van 24-bit sampling.

Bijzonder zware overkill voor elk normaal gebruik van een scope.

Ik denk dat ik dus kan besluiten dat een hogere sampling rate enkel invloed gaat hebben op de snelheid waarmee de audiobuffer volgeschreven word. Dit heeft als voordeel dat het tekenen van het signaal vlotter verloopt en dat de FFT die ik toepas om de frequentie te bepalen veel nauwkeuriger word.

Niet echt, je FFT gaat tot hogere frequenties, maar als daar niks zit schiet je er weinig mee op. Je quantisatie ruis wordt wat minder, maar dat zal verwaarloosbaar zijn tov andere dingen (distortie, normale ruis, etc).

mocht er interesse voor zijn dan vraag ik aan mijn prof of ik het programmatje en de sourcecode onder GPL online mag gooien.

Waarom moeilijk doen met licenties, bang dat iemand je code steelt

Die low pass filter wordt gebruikt om de onhoorbare frequenties boven 22kHz te filteren zodat deze geen problemen veroorzaken bij lagere frequenties waarvan de frequenties boven 22kHz multiples zijn. Als die filter er niet in zou zitten en de opname hogere frequenties heeft dan 22kHz ontstaat er een vorm van distortion, de hogere frequenties hebben namelijk invloed op lagere frequenties met bijvoorbeeld een halve golflengte hiervan.

Volgens mij heeft in principe elke audio kaart deze filter omdat je anders dus distortion krijgt.

Nop.

Het filter zit erin om te voorkomen dat de sample actie van de AD converter signalen boven de nyquist frequentie in de audio band gooit, als je sample frequentie hoger is mag dat filter ook later beginnen.
Verder geeft distortie enkel producten in hogere frequenties, niet lagere.


Nu het echte ontopic gedeelte

Nu zou ik graag willen weten of het aanschaffen van een professionele geluidskaart met een sampling frequentie van 196 kHZ een effectieve stijging van de bandbreedte van de scope betekent of dat in de meeste modellen dezelfde low-pass filter is ingebouwd die alles boven 23kHz naar beneden trekt.

Nu wil het gelukkige toeval dat ik laatst bezig ben geweest met een matlab programma dat THD enzo van audio-versterker kan meten via de geluidskaart.
Dit is gebruikt op de standaard geluidskaarten van universiteits-pcs, en ik kan je verzekeren dat die bagger zijn (gelukkig waren de versterkers dat ook, maar de THD van de geluidskaarten was al diep triest). Ze wisten mij echter wel te verassen door het prima te doen toen ik ze gewoon vertelde op 192khz te samplen.*

Gezien dat het audioversterkers was het bereik van de geluidskaart niet echt een hoge prioriteit, echter werd ook de derde harmonische gemeten tegen ingangsfrequentie. Bij die geluidskaarten zakte de gain hard in ergens tussen de 40 en 60 khz (40 deed hij nog normaal, 60 flink onderdrukt al).

Ik ga ervan uit dat dat wel het geval ook zal zijn voor de meeste andere kaarten, itt tot samplen op 44.1 kHz is het niet nodig om een scherp filter te maken, dus zal je een zwakker filter hebben dat ruim na de 20khz begint, maar ook heel ruim voor de nyquist frequentie.


*Ik moet zeggen als ik de input van een geluidskaart zou moeten ontwerpen ik de handel gewoon op 192khz zou laten samplen, en digitaal naar de 44.1khz gaan als dat nodig is, stuk makkelijker dan een analoog filter met de eisen die je krijgt als je direct op 44.1khs samplet.


EDITJE:
Deze had ik nog beschikbaar, FFTtje van output spectrum met 1khz input, de vorm van de ruis zegt wel wat over het filter. Horizontaal frequentie in khz, verticaal power in dB.

[ Voor 15% gewijzigd door Sissors op 14-04-2011 09:34 ]

[memphis]

Als je een andere geluidskaart wilt gaan gebruiken, waarom niet dan direct een USB I/O controler met analoge ingangen zoeken ?

Dan kan je tot veel hoger gaan.