Klirrmessung der Messkette (mit Acourate)

Aktivboxer
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Beitrag von Aktivboxer »

Hallo Gert,

ich verwende den MPA-102 seit über zwei Jahren und habe in dieser Zeit drei verschiedene Messmikros mit Phantomspeisung über ca. 6 Meter 08-15 XLR-Kabel betrieben. Danach Anschluß an den M-Audio USB-Knirps (Cinch auf Klinke). Konnte keinen Brumm feststellen. Vielleicht hat Deiner ein anderes Innenleben?

nachdenkliche Grüße

Lutz
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Fortepianus
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Beitrag von Fortepianus »

Hallo Lutz,
Aktivboxer hat geschrieben:ich verwende den MPA-102 seit über zwei Jahren und habe in dieser Zeit drei verschiedene Messmikros mit Phantomspeisung über ca. 6 Meter 08-15 XLR-Kabel betrieben. Danach Anschluß an den M-Audio USB-Knirps (Cinch auf Klinke). Konnte keinen Brumm feststellen. Vielleicht hat Deiner ein anderes Innenleben?
nein nein, mir fiel bisher auch noch nie ein Brumm auf. Wir sind hier aber doch recht feinfühlig unterwegs mit der Messtechnik bei den Klirrmessungen. Der Brumm ist keinesfalls in einer Größe, die irgendwie akustisch störend wäre im normalen Betrieb. Ich will das verdeutlichen. Bei den Messungen mit den größten Klirrkomponenten bei 50Hz und Vielfache, also bei Netzbetrieb und eingeschalteter Phantomspeisung, sieht der Frequenzgang (also K1) in hoher Auflösung so aus:

Bild

Da ist kein Brumm zu sehen und auch nicht zu hören, wenn Du nicht gerade das Ohr auf den Lautsprecher legst. Erst wenn man den FG so richtig rausvergrößert (hier 1.1 bis 1.4dB), sieht man die Brummkomponenten in der Grundwelle, prinzipbedingt bei der angewandten Vollweggleichrichtung im Netzteil am größten bei 100Hz:

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Bedenke, wir wollen hier Klirr bei -80dB messen, das ist ein Klirrfaktor von 0,01%. Das ist nicht gerade viel. Und dann vermasseln diese winzigen Brummkomponenten die Klirrmessung. Sicher habe ich mich da irreführend ausgedrückt, als ich von einem fetten Brumm sprach :mrgreen: . Er ist fett in Bezug auf die winzigen Signälchen, um die wir uns hier kümmern. Aber winzig in Bezug zum Grundsignal K1.

Viele Grüße
Gert
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Aktivboxer
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Beitrag von Aktivboxer »

Hallo Gert,

o.k., bei dieser Auflösung betrachtet, stimme ich zu. Da braucht es nicht viel, um zu stören.

Grüße

Lutz
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Fortepianus
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Beitrag von Fortepianus »

Liebe Klirrgemeinde,

weiter im Text. Als nächstes habe ich mir meinen DA-Wandler vorgenommen, ohne Mic-VV. Digital aus der MAudio 2496 raus, rein in den DAC mit 48kHz Samplingrate, dort gewandelt und analog wieder rein in die MAudio. Der DAC liefert allerdings etwa 6dB mehr Signal als die MAudio am Analogausgang, deshalb sah ich erst mal ein solides Klirren - der Eingang der MAudio war übersteuert. Auch wenn das den DAC vermutlich etwas schlechter dastehen lässt, war ich zu faul, einen Spannungsteiler 1:2, was -6dB entspräche, zu löten, sondern habe einfach den DAC nur halb soweit ausgesteuert. Indem ich den LogSweep nicht mit Amplitude 0,8, wie bisher, sondern mit Amplitude 0,4 erstellt habe, bei ansonsten natürlich gleichen Einstellungen. Dann kommt da raus:

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Erst mal fällt dem inzwischen geübten Auge natürlich auf, dass die kleinen Berglein im Bass (K3 braun, K4 blau) durch den SRC nach unten gewanderte winzige Brummkomponenten sind :cheers: . Ich fürchte, die 50Hz-Anteile wird man in jedem Gerät finden, das irgendwie mit den 50Hz des Hausnetzes in Berührung kommt. Nur beim Mic-VV sind wir die los dank Batterie, und die Linuxkiste samt MAudio 2496 sieht auch keine 50Hz. Sie hat ein externes Schaltnetzteil und kriegt schon recht sauberen Gleichstrom ins Gehäuse geliefert.

Dann gibt's da noch ein kleines Klirrgebirge zwischen 200Hz und 1kHz, wenn man mal K2 (grün) betrachtet. Ich bin aber mit dem Niveau recht zufrieden. Man muss nämlich wissen, dass der DAC ebenso wie mein VV eine recht üppig dimensionierte diskrete ClassA-Ausgangsstufe hat, die ohne Über-Alles-Gegenkopplung arbeitet - wie schon an anderer Stelle erwähnt, weil ich die Phasendrehungen angeschlossener Kabel von den OPs fernhalten möchte. Das ist eine Schaltungstechnik, die man auch gerne bei Röhren anwendet. Ich hatte ehrlich gesagt damit gerechnet, hier mehr K2 finden zu müssen. Ein Niveau zwischen -85 und -90db ist insofern wirklich ok.

Dennoch - für die Messzwecke hier interessieren solche Feinheiten nicht, da zählt einzig und allein der Klirr, den die Messkette liefert, und der soll so klein wie nur irgend möglich sein. Nun noch den Vorverstärker dahinter geklemmt, der nun den Lautstärkeregler aber ziemlich voll aufgedreht haben muss. Ok, Drehknopf gibt's keinen, sondern Tasten und eine recht genaue dB-Anzeige. Zeigt diese 0dB, kommt der Pegel raus, der reingeht. Normalerweise höre ich bei -20dB, was aber , wie ich bei der letzten HiFi-Börse lernen durfte, erheblich lauter ist als die damals anwesenden Forumskollegen vorgaben normalerweise zu hören :oops: . Ist möglicherweise bedingt durch das Privileg eines eigenen Hörraums. Jedenfalls, gleiche Messung wie oben, aber zusätzlich VV mit 0dB eingeschleift und dann erst am DBA-Abzweig, an dem normalerweise direkt die BM20 hängt, wieder abgegriffen:

Bild

Der VV, voll aufgedreht, steuert nun doch noch einen erheblichen Schuss K2 bei. Klemmt man da jetzt noch den Mikro-VV mit dem Abschwächer dazwischen, gibt's in Summe:

Bild

Das erstaunt auf den ersten Blick, der Klirr steigt erheblich mehr an, als man erwarten würde. Kurz nachgedacht, wird's klar. Der Eingang der Soundkarte wird vermutlich leicht übersteuert, die Messung müsste man also mit der Einstellung -6dB am VV wiederholen. Der Pegel ist ja 6dB höher im Vergleich zum Analogausgang der SK, mit dem der Mikro-VV gemessen worden war. Zielführender ist es aber, gleich die Messung der Kette zu machen, die sich bisher als die klirrärmste herausstellte, nämlich SK analog raus -> VV 0dB -> SK analog rein:

Bild

Ein K2-Niveau von -74dB ist nicht berühmt. Aber lassen wir die Kirche im Dorf, das sind 0,02% bei Vollausteuerung. Dennoch: Bei den ersten Klirrmessungen der BM20 kam ein K2-Niveau von -60 bis -70dB raus, und man sieht jetzt, dass das verwendete Messverfahren, das ja damals noch nicht optimiert war, möglicherweise bereits Klirr in der selben Größenordnung beisteuerte. Als nächstes muss nun gemessen werden, ob sich das Klirrniveau evtl. verbessert, wenn man den VV nur bei sagen wir -20dB betreibt. Das bedingt aber einen Spannungsteiler vor dem Mikro-VV, der statt -48dB nur um -28dB abschwächt. Also ist wieder Löten angesagt.

Viele Grüße
Gert
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aktivposten
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Beitrag von aktivposten »

Hallo Gert,

vielen Dank für Deine Mühe! :cheers:
Ich bin noch am Ball, hinke aber etwas hinterher, morgen werde ich die ersten Tests machen können.

Gruß
Holger
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Fortepianus
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Beitrag von Fortepianus »

Hallo Holger,
aktivposten hat geschrieben:Ich bin noch am Ball, hinke aber etwas hinterher, morgen werde ich die ersten Tests machen können.
fein, freu mich auf Messungen von Dir.

Hier noch die fehlenden Messungen mit dem umgelöteten Abschwächer. Kurz gesagt, erniedrigt das K2 nicht, wenn ich den VV nur mit -20dB aussteuere. Hier die Messung DAC -> VV@-20dB -> MicVV:

Bild

Das gleiche Spiel noch am Analogausgang der SK:

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Tiefer kommt man also nicht im Klirr, wenn ich die ganze Kette drin habe. Besonders, wenn man das erste Bild anschaut, fällt auf, dass über die gesamte Kette K3 bis K5 sehr niedrig liegt und K2 dominiert. Das sieht ein wenig aus wie bei einem Röhrenverstärker. Man beachte, dass die Klirrkomponenten K3 bis K5 ziemlich genau dort liegen, wo sie auch bei der Soundkarte alleine liegen - mal von den kleinen Restbrummkomponenten abgesehen. Wie niedrig K3 aufwärts liegt, entzieht sich also der Messung.

Ein kleines Fazit aus der Untersuchung der Messapparatur:

Will man niedrige Klirrkomponenten messen, nimmt man am besten den Analogausgang der Soundkarte und regelt evtl. den Pegel einfach mit einem Poti oder Spannungsteiler dahinter. Mikro-VV nur im Batteriebetrieb verwenden. Man könnte nun diese Anordnung verwenden, um ohne Umweg über VV in eine Aktivbox zu gehen.

Will man die Lautsprecher samt Anlage davor vermessen, weiß man nun, welche Beiträge die einzelnen Komponenten liefern. Ich denke, wir können nun wieder zurück zum Thema "Sensorregelung: Verfahren, Messung und Hörbarkeit" zurückkehren, um mit den gewonnenen Erkennnissen erneut Messungen an Lautsprechern zu machen.

Viele Grüße
Gert
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Fortepianus
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Sensorregelung: Verfahren, Messung und Hörbarkeit

Beitrag von Fortepianus »

Liebe Sensorregelungsanhänger,

bei unserem Ausflug in die Welt winziger Klirrsignälchen der verwendeten Messkette selbst haben wir nun kennengelernt, welchen Klirr (und auch welche Brummkomponenten) die beteiligten Glieder beisteuern. Das niedrigste Klirrniveau der Messvorrichtung war dabei zu erhalten, wenn nur folgende Komponenten in der Kette sind:

1. Der kleine Linuxrechner, der normalerweise die FIR-Korrekturfilter in meinen Signalweg faltet
2. Die Soundkarte MAudio Audiophlie 2496 analog raus, analog rein
3. Der Mikrovorverstärker MPA-102 im Batteriebetrieb

Das zugehörige Klirrspektrum sieht dann, wie schon gezeigt, so aus (K1 rot, K2 grün, K3 braun, K4 blau, K5 hellblau):

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Der Mikro-VV dominiert das Klirrverhalten vollständig, die MAudio SK liegt weit unter diesem Niveau, die Numerik selbst mittlerweile noch weiter darunter. Ich habe mal den Klirrfaktor des MPA-102 in den technischen Daten nachgeschaut, er wird mit <0,01% angegeben. Das wäre -80dB. Man sieht, dass wir ausnahmsweise einmal nicht von vollmundigen Versprechungen in einem Datenblatt angelogen wurden - der Mic-VV liegt durchweg unter dem versprochenen Niveau, wenn man mal von dem winzigen Hügelchen im K2-Verlauf ganz unten bei 10Hz absieht - das ist geschenkt.

Diese Messkette bietet sich also an für weitere Klirrmessungen am Lautsprecher. Dazu werde ich ein Kabel löten, das auf der einen Seite per Cinch-Stecker in die MAudio geht, und auf der anderen Seite einen variablen Abschwächer (Poti) hat, von dem es in die Box geht.

So, wie man den K1-Frequenzgang der Messkette normalerweise aus der Messung rausrechnet, könnte man nun auch auf die Idee kommen, von einem gemessenen Klirrsignal den Anteil der Messapparatur rauszurechnen. Das geht aber gründlich schief, da ist Vorsicht geboten - Rauschen von Rauschen abzuziehen, hat noch nie zu einem vernünftigen Ergebnis geführt.

Eine Komponente haben wir aber bisher noch gar nicht bedacht - das Mikrofon. Ich verwende das Monacor ECM-40 und bin im Besitz eines individuellen Messschriebs seines Frequenzgangs. Daraus habe ich ein FIR-Filter mit acourate erstellt, das diesen Frequenzgang exakt kompensiert. Elegant ist, dass das Filter bei Messungen über die Linuxkiste direkt in Echtzeit ins Messignal reingefaltet werden kann, man also direkt eine korrigierte Messung kriegt. Nun ist für die Klirrmessungen aber der Frequenzgang von K1 nicht so besonders interessant, sondern vielmehr der zugehörige Klirranteil. Ich habe aber nicht die leiseste Ahnung, mit welchem Klirr des Messmikros ich rechnen muss. Das ist bestimmt pegelabhängig - weiß da jemand was darüber?

Viele Grüße
Gert
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Fortepianus
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Beitrag von Fortepianus »

Noch eine kleine Ergänzung: Ich habe mal nachgeschaut, die MAudio Audiophile 2496 wird in den technischen Daten mit einem Klirr <0,002% angegeben, das ist -94dB. Im Diagramm, das ich gezeigt hatte bei den Messungen der einzelnen Komponenten, lagen die Ks dieser Soundkarte alle unterhalb von -95dB - also auch hier korrekt, die Angabe im Datenblatt.

Gruß Gert
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uli.brueggemann
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Beitrag von uli.brueggemann »

Gert,

der MPA-102 (den ich übrigens auch verwende) hat ja im Gegensatz zur Soundkarte einen grösseren Klirr. Du bist doch eigentlich der Spezialist, der den MPA-102 analysieren und mit besseren Bauteilen versehen könnte ?? Sollte doch eigentlich eine Kleinigkeit sein. :)

:cheers:

Grüsse, Uli
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Fortepianus
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Beitrag von Fortepianus »

Hallo Uli,
uli.brueggemann hat geschrieben:der MPA-102 (den ich übrigens auch verwende) hat ja im Gegensatz zur Soundkarte einen grösseren Klirr. Du bist doch eigentlich der Spezialist, der den MPA-102 analysieren und mit besseren Bauteilen versehen könnte ?? Sollte doch eigentlich eine Kleinigkeit sein.
hab' ich natürlich auch schon drüber nachgedacht. Als ich die Batterien rein gemacht habe, wollte ich natürlich meinem inneren Reflex folgend mal schnell schauen, welche Bauteile da drin sind. Leider ist das Batterieblech genau über den Bauteilen, weshalb man die Kiste erst mal hätte zerlegen müssen, sonst wüsste ich schon mehr. Wenn die Eingangsverstärkerschaltung diskret aufgebaut sein sollte, wird's aufwändig. Ist dagegen ein OP drin, könnte man den gegen einen extrem klirrarmen Typ ersetzen. Mal sehen.

Viele Grüße
Gert
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uli.brueggemann
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Beitrag von uli.brueggemann »

Gert,

bei Monacor gibt es für den MP1 einen Schaltplan hier.
Das Datenblatt spricht von 0.05% THD, das wäre -66 dB. Das Datenblatt vom MPA102 (ohne Schaltplan) erzählt ebenfalls etwas von -66 dB. Ich geh mal davon aus dass Entwickler in Firmen häufig nicht allzu fleissig sind. Dann könnte die Vorstufe im MPA102 eventuell doch derjenigen des MPA1 entsprechen. Vielleicht hilft's bei der Analyse. :cheers:

Grüsse, Uli
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wgh52
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Beitrag von wgh52 »

Danke Uli,

sehr interessanter Fund!

Gert,

TL-071 und BC549; also wie eigentlich zu erwarten war: "preisgünstigste" Teile...
Dafür geht der VV aber eigentlich recht gut. Die zu erwartenden Klirrwete der LS (und des Mics) werden ja wohl ein ganzes Stück über den im MPA-102 Datanblatt angegebenen 0,01 % Klirr liegen...

Gruss,
Winfried
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Fortepianus
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Beitrag von Fortepianus »

Hallo Uli,
uli.brueggemann hat geschrieben:bei Monacor gibt es für den MP1 einen Schaltplan hier.
eieiei, wenn das auch die Eingangsstufe des MPA-102 wäre, gäb's natürlich wirklich Handlungsbedarf :roll: .

Das Datenblatt spricht von 0.05% THD, das wäre -66 dB. Das Datenblatt vom MPA102 (ohne Schaltplan) erzählt ebenfalls etwas von -66 dB.
Im Datenblatt des MPA-102 habe ich gefunden: Klirr 0,01% (also -80dB), Störabstand -66dB. Das ist der Brumm, der bei den Messungen ziemlich genau in der Größe sichtbar wurde und mit Batteriebetrieb verschwand. Der Faktor 5 niedrigere Klirr spricht dafür, dass die Eingangsschaltung anders aussieht. Mal sehen, vielleicht schraub' ich das Ding ja nochmal auf.

Jetzt kommt gerade Dein Beitrag rein, Winfried,
wgh52 hat geschrieben:Dafür geht der VV aber eigentlich recht gut
eigentlich zu gut für die verlinkte Schaltung, da finde ich wahrscheinlich was anderes im Eingang.

Gruß Gert
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Fortepianus
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Beitrag von Fortepianus »

Fortepianus hat geschrieben:eigentlich zu gut für die verlinkte Schaltung, da finde ich wahrscheinlich was anderes im Eingang.
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So ist es. Ein Analog Devices SSM2019. Gar nicht so übel, wenn man das Datenblatt ein wenig studiert. Dort lernt man auch, dass er vermutlich ziemlich allein für die knapp 0.01% Klirr zuständig ist - aber das war eh klar, dass die Eingangsstufe den Mikro-VV bzgl. Klirr dominiert.

Danach kommt dann für den XLR-Ausgang mit dem 4560 ein mittelmäßiger OP,

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der noch von drei 4558ern gefolgt wird für's Einschleifen in ein Stereo-Signal.

So, was könnte man tun? So aus dem Ärmel fällt mir als Ersatz für den SSM2019 leider nichts ein, was pinkompatibel wäre. Aber mit ein bisschen Gepfriemel könnte man vielleicht einen BurrBrown INA103 rein machen...der hat allerdings 16 Pins und nicht 8...dafür ganz erheblich weniger Klirr...das gäbe schon ein wenig Arbeit :? . Und wenn man dann schon dabei wäre, könnte man bei Brown Dog einen Adapter besorgen für den Single-in-Line-OP 4560 und durch was Anständiges ersetzen :roll: und dann den XLR-Ausgang nehmen anstelle des Cinch-Ausgangs wie bisher, dann dürften die an der unteren Grenze des Mittelmaßes angesiedelten 4558er auch drin bleiben...

Nun gut, ich lass' die Kiste erst mal offen und überlege mal noch ein bisschen, das fordert meinen sportlichen Ehrgeiz jetzt schon ein wenig heraus :P . Vor lauter Frust, dass sich die Kiste einer sofortigen Überarbeitung entzieht, habe ich mir noch die MAudio 2496 vorgeknöpft. Da hat's ja 4 OPs der Sorte NE5532 drin:

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Der unterste ist für den Ausgang zuständig, die drei oberen für den Eingang. Dafür mal schnell 4 gute (Doppel-) OPs rein gemacht

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und dann die Kiste wieder zugeschraubt:

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Das ist also die kleine Linuxkiste, die normalerweise meine Anlage plus Raum mit FIR-Filtern korrigieren darf. In letzter Zeit wurde sie aber häufig als Messknecht missbraucht 8) - weil sie das sehr gut macht. Hat denn der Klirr weiter abgenommen durch die ganz erheblich klirrärmeren OPs?

[url=http://www.abload.de/image.php?img=sklmezqv4.jpg]Bild

Ja, K2 um 3dB und K3 um 1dB :cheers: , mühsam nährt sich das Eichhörnchen. Ist also jetzt vollständig vom AD/DA-Wandler dominiert, der Klirr. Ende der Fahnenstange bei der Soundkarte :mrgreen: .

Viele Grüße
Gert
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OpenEnd
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Beitrag von OpenEnd »

Hallo Gert,

ich kann das auf dem Bild nicht richtig erkennen. Könnte es sein, dass da Elkos als Koppel-C drin sind?
Erzeugt der 7805 auch die Analogspannung?

Grüßle vom Charly
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