Аудиокарта - инструмент измерения? Реальность? Заблуждение?

[Vovk_Z]

Дошли руки посмотреть состояние моего Г3-118 (окислились контакты делителя-аттенюатора - покрутил туда-сюда и прошло), и сделал пару спектрограм с ультра-низкими уровнями сигнала, своей игрушечной звуковой картой, как просили.
Делитель 220кОм на 22 Ома, т.е. минус 80 дБ. Уровень 0 дБ, в моей карте - 2 Вольта. Сигнал 1 кГц.
Первый рисунок - уровень сигнала 1 кГц составляет минус 120 дБ (2 мкВ), второй - минус 140 дБ (0,2 мкВ). Уровень изменял ступенчато, естественно, штатным делителем Г3-118 - положения "-40 дБ" и "-60 дБ".
Хорошо видно, что при переключении положения делителя генератора на 20 дБ - и уровень изменился ровно на 20 дБ (+-0,2 дБ).

Спойлер

m120bB.png

Минус 120 дБ.

(16.64 КБ) 844 скачивания

m140bB.png

Минус 140 дБ.

(16.52 КБ) 813 скачиваний

Noise_InputShorted.png

Собственный шум звуковой карты.

(16.85 КБ) 809 скачиваний

Собственный шум звуковой карты - выложил под отдельным спойлером:

Спойлер

- здесь видно, что "палки" 2 кГц, 4 кГц, 6 кГц и т.п. - это артефакты работы самой звуковой карты.

[Даджал]

[uquote="El-Eng",url="/forum/viewtopic.php?p=3431003#p3431003"]6. 220 нановольт. Напряжение на входе делителя 22 милливольт. Уровень -128 дБ (вместо -133 дБ). Уровень второй гармоники не изменился. Вот только здесь появляется ошибка измерения уровня. Хотя, она вполне может быть связана с проникновением дополнительного сигнала, возможно, импульсов 1 КГц от USB, на эту мысль наводит двойной пик сигнала 1 КГц и неизменный уровень второй гармоники во всех измерениях с делителем. Это вряд ли проявление нелинейности входных цепей, как я предполагал ранее, поскольку, в случае такой нелинейности, уровень второй гармоники должен зависеть от уровня сигнала.[/uquote]
Ну вот, что и требовалось показать - никакой линейности даже на сотнях нановолт нет. А уж про "лес" гармоник, которые ваще непонятно к чему принадлежат и как ослабляются, можно и не говорить - это показометр погоды на Марсе, а не анализатор.

[uquote="El-Eng",url="/forum/viewtopic.php?p=3431003#p3431003"]Я не буду делать никаких выводов, предлагаю сделать их тем, кто прочитал этот мой пост. [/uquote]
А зря. Эксперимент только ради выводов и делают. Результаты вашего эксперимента позволяют сделать вывод, что аудиокарточкой невозможно выполнять измерения, в которых требуется максимальная линейность самого инструмента при проведении измерения малых искажений.

Добавлено after 6 minutes 11 seconds:
[uquote="khach",url="/forum/viewtopic.php?p=3431377#p3431377"]Я применял для калибровки амплитуды калиброванные синхронные детекторы ( lock-in amplifiers) c актуальными на момент измерений сертификатами. С амплитудой ( линейностью и кратковременной стабильностью опоры ) у EMU 1212 и ЕМU 0404 полный порядок, проверено.[/uquote]
И нановольты измеряют адекватно? А как с собственными помехамми и искажениями?

Добавлено after 14 minutes 19 seconds:
[uquote="Vovk_Z",url="/forum/viewtopic.php?p=3431459#p3431459"]Первый рисунок - уровень сигнала 1 кГц составляет минус 120 дБ (2 мкВ), второй - минус 140 дБ (0,2 мкВ). Уровень изменял ступенчато, естественно, штатным делителем Г3-118 - положения "-40 дБ" и "-60 дБ".
Хорошо видно, что при переключении положения делителя генератора на 20 дБ - и уровень изменился ровно на 20 дБ (+-0,2 дБ).[/uquote]
Показали бы картинки -40 и -60, чтоб было что сравнивать. А что за карточка?


[uquote="Vovk_Z",url="/forum/viewtopic.php?p=3431459#p3431459"]"палки" 2 кГц, 4 кГц, 6 кГц и т.п. - это артефакты работы самой звуковой карты.[/uquote]
И о каких измерениях сверхнизких искажений можно говорить с такими вот "артефактами"?

[El-Eng]

Результаты вашего эксперимента позволяют сделать вывод, что аудиокарточкой невозможно выполнять измерения, в которых требуется максимальная линейность самого инструмента при проведении измерения малых искажений.

Да ну? Мой эксперимент показал, что по крайней мере до -120дБ карта дает правильный результат. Значит, искажения до 0.0001% включительно будут измерены верно. Да и отличие 0.0001% от 0.00001% карта покажет. Что еще надо? Для подавляющего большинства практических применений этого более, чем достаточно.

[Даджал]

[uquote="El-Eng",url="/forum/viewtopic.php?p=3440139#p3440139"]Да ну? Мой эксперимент показал, что по крайней мере до -120дБ карта дает правильный результат. Значит, искажения до 0.0001% включительно будут измерены верно. Да и отличие 0.0001% от 0.00001% карта покажет. Что еще надо? Для подавляющего большинства практических применений этого более, чем достаточно.[/uquote]
Только вот для измерения искажений на уровне в -120 дб требуется разрешающая способность минимум на уровне -140 дб, так как нужно измерять все гармоники и потом суммировать их квадраты. Потому можно говорить про минимально достоверный уровень в районе 0,001%, что в принципе не так уж и плохо, но никак не про 0,00001% - это недостижимо без принятия мер по "вылизыванию" входных цепей, экранировке и исключению помех по питанию.

[Vovk_Z]

[uquote="Даджал",url="/forum/viewtopic.php?p=3440114#p3440114"]Показали бы картинки -40 и -60, чтоб было что сравнивать. А что за карточкаi?


[uquote="Vovk_Z",url="/forum/viewtopic.php?p=3431459#p3431459"]"палки" 2 кГц, 4 кГц, 6 кГц и т.п. - это артефакты работы самой звуковой карты.[/uquote]
И о каких измерениях сверхнизких искажений можно говорить с такими вот "артефактами"?[/uquote]
1. -40 и -60 дБ - нет смьісла смотреть. Мьі же говорим о "сверхнизких" искадениях, т.е. уровня 0.001 процента и ниже? Название ЗК писать не буду - все равно они все "игрушечньіе".
2. Конечно, без єтих артефактов - бьіло бьі лучше. . Их можно "прикрьіть ", если поставить небольшое количество усреднений (с соотв. потерей характеристик). Т.е. поднять шумовую полку до -140 дБ - и не будет никаких "артефактов".
Ну и, естественно, также, частоту сигнала можно подбирать так, чтобьі они мешали минимально.

[Даджал]

[uquote="Vovk_Z",url="/forum/viewtopic.php?p=3440177#p3440177"]1. -40 и -60 дБ - нет смьісла смотреть. Мьі же говорим о "сверхнизких" искадениях, т.е. уровня 0.001 процента и ниже? Название ЗК писать не буду - все равно они все "игрушечньіе".[/uquote]
Смысл есть - узнать степень линейности измерений.
Да, аудиокарты - это игрушки. По крайней мере, лично мне другие не попадались. Именно поэтому и спрашиваю модель вашей карты - вдруг что-то серьёзное, раз так уверено и точно измеряет -140дб. Прикуплю и буду эксперименты ставить


[uquote="Vovk_Z",url="/forum/viewtopic.php?p=3440177#p3440177"]2. Конечно, без єтих артефактов - бьіло бьі лучше. . Их можно "прикрьіть ", если поставить небольшое количество усреднений (с соотв. потерей характеристик). Т.е. поднять шумовую полку до -140 дБ - и не будет никаких "артефактов".
Ну и, естественно, также, частоту сигнала можно подбирать так, чтобьі они мешали минимально.[/uquote]
В этих "артефактах" вся игрушечность и заключается. Проведение измерений теряет смысл, ибо на том-же мультисинусе мы получим такую кашу, что ни о какой точности речи быть не может.

[khach]

[uquote="Даджал",url="/forum/viewtopic.php?p=3442123#p3442123"]Проведение измерений теряет смысл, ибо на том-же мультисинусе мы получим такую кашу, что ни о какой точности речи быть не может.[/uquote]
Дык мультисинус надо формировать двумя каналами а потом суммировать на ультралинейном сумматоре. И тогда двухтоналка прекрасно показывает нелинейности на уровне - 140 дб.
Карта уж называлась - EMU 1212. Используются только дифференциальные входа, усилители перед АЦП тоже слегка подшаманены для улучщения характеристик. Для привязки частоты есть внешняя опорная частота по SPDIF ( профессиональные карты такое позволяеют). Обработка цифровго сигнала по ASIO чтобы фирменный софторвый михер сигналов не привносил цифровых артефактов.
Но в последнее время часто использую аналоновую плату от EMU1212 отдельно от компа, подключив I2S шины АЦП-ЦАП к STM32F7. Так получается намного более эластично по софту для моих задач. Нет проблем с драйверами и поиском древних материнок с PCI.

[Даджал]

[uquote="khach",url="/forum/viewtopic.php?p=3442189#p3442189"]Дык мультисинус надо формировать двумя каналами а потом суммировать на ультралинейном сумматоре. И тогда двухтоналка прекрасно показывает нелинейности на уровне - 140 дб.[/uquote]
А если этих "мультисинусов" под два десятка? Да и измерения одновременно по двум каналам проводить нужно. Нормальный дельта-сигма ЦАП позволяет легко такое делать.

[uquote="khach",url="/forum/viewtopic.php?p=3442189#p3442189"]Карта уж называлась - EMU 1212.[/uquote]
Наверное, в каком-то другом месте она называлась:)

[uquote="khach",url="/forum/viewtopic.php?p=3442189#p3442189"]Используются только дифференциальные входа, усилители перед АЦП тоже слегка подшаманены для улучщения характеристик.[/uquote]
Посмотрел обзоры, фотки платы - не впечатлило. Аналоговая часть очень посредственно выполнена. Морально вроде тож устарела она...


[uquote="khach",url="/forum/viewtopic.php?p=3442189#p3442189"]Но в последнее время часто использую аналоновую плату от EMU1212 отдельно от компа, подключив I2S шины АЦП-ЦАП к STM32F7. Так получается намного более эластично по софту для моих задач. Нет проблем с драйверами и поиском древних материнок с PCI.[/uquote]
А есть реально хорошие карты, чтоб аналог был вылизан (входные цепи чтоб все в "гуардах"), выход с хорошим ЦАПом, позволяющим много чего генерить? Чтоб сам аналог был отдельной коробкой сделан с линейным БП, а связь по изолированному каналу с цифровой обработкой (витая пара или оптика)?

[khach]

[uquote="Даджал",url="/forum/viewtopic.php?p=3442292#p3442292"]А есть реально хорошие карты, чтоб аналог был вылизан (входные цепи чтоб все в "гуардах"), выход с хорошим ЦАПом, позволяющим много чего генерить? Чтоб сам аналог был отдельной коробкой сделан с линейным БП, а связь по изолированному каналу с цифровой обработкой (витая пара или оптика)?[/uquote]
Есть такое - Signal Recovery: 7124 Lock-in Amplifier https://www.ameteksi.com/products/lock- ... -amplifier
у него как раз аналоговый входной блок вынесен на световодах из основного корпуса прибора.
Но цена вряд ли понравится. Я не стал заморачиваться- взяли 7270 General Purpose DSP Lock-in Amplifier, особой разницы по шумам нет.
Это я к тому, что даже при наличии таких приборов аудиокарты вполне применимы для менее ответственных примененй, или там где софт приборов создает проблемы, а самописный софт для карт позволяет их обойти. Ну а приборы позволяют убедитья в работоспособности и калибровке карт.

[Vovk_Z]

Вьілизанньіх ЗК, стоимостью до 400$ я не знаю, кажется, нет. А дальше, вьіше по цене - начинаются уже нишевьіе решения, не очень популярньіе.
У меня не Е-му - околотоповьій Асус (их счас несколько, на вьбор, аналоговая часть между собой отличается не сильно).

[As]

ЦАП у Асуса не хуже Е-мушного, а вот АЦП, пожалуй, попроще будет... Сказывается разница в назначении карты...

[Даджал]

[uquote="khach",url="/forum/viewtopic.php?p=3442343#p3442343"]Есть такое - Signal Recovery: 7124 Lock-in Amplifier https://www.ameteksi.com/products/lock- ... -amplifier
у него как раз аналоговый входной блок вынесен на световодах из основного корпуса прибора.[/uquote]
Неплохо, неплохо:-) Параметры впечатляют. Серьёзный такой DSP.

[uquote="khach",url="/forum/viewtopic.php?p=3442343#p3442343"]Но цена вряд ли понравится.[/uquote]
Наверное, ценник как и у "родика" будет, только заточенности под "звук" нет. Чисто научный точный прибор получается, а не звуковая карточка:-)

[uquote="khach",url="/forum/viewtopic.php?p=3442343#p3442343"]Я не стал заморачиваться- взяли 7270 General Purpose DSP Lock-in Amplifier, особой разницы по шумам нет.[/uquote]
Это для каких целей, если не секрет, взяли? И за сколько?

[uquote="khach",url="/forum/viewtopic.php?p=3442343#p3442343"]Это я к тому, что даже при наличии таких приборов аудиокарты вполне применимы для менее ответственных примененй, или там где софт приборов создает проблемы, а самописный софт для карт позволяет их обойти. Ну а приборы позволяют убедитья в работоспособности и калибровке карт.[/uquote]
Так я ничего против применения звуковых карт не имею - сам вот ищу вариант. Я против необоснованного применения. И как раз очень прельщает всякий разнообразный софт, который недоступен для прибора. Вот хочу найти карточку с более-менее вылизанным аналогом и с минимальным уровнем наводок, чтоб в паре с прибором можно было использовать.

Добавлено after 5 minutes 40 seconds:
[uquote="Vovk_Z",url="/forum/viewtopic.php?p=3442509#p3442509"]Вьілизанньіх ЗК, стоимостью до 400$ я не знаю, кажется, нет.[/uquote]
Это что за карты такие?

[uquote="Vovk_Z",url="/forum/viewtopic.php?p=3442509#p3442509"]У меня не Е-му - околотоповьій Асус (их счас несколько, на вьбор, аналоговая часть между собой отличается не сильно).[/uquote]
Брал потестить STX асусовский - как раз "мусор" не устроил. А ничего более впечатляющего на рынке не смог найти.

[As]

Встроенные карты неудобны как раз зависимостью параметров от "окружения" - внутри корпуса компьютера достаточно много помех, тут даже отдельное качественное питание не поможет... Можно, наверное, попробовать вынести карту наружу - ризер для PCI-E можно сделать даже своими руками...

[Vovk_Z]

До определенного уровня - ничего страшного в помехах внутри корпуса нет. Конечньій результат зависит, в первую очередь, от тщательности проработки конструкции (разводки платьі) картьі. Смотрите мою последнюю спектрограму, где просто шум (последний, отдельньій спойлер) - если шумовую полку поднять до минус 140 дБ - то будет очень чистьій гррафик.

[Co_balt]

[uquote="Vovk_Z",url="/forum/viewtopic.php?p=3446231#p3446231"]До определенного уровня - ничего страшного в помехах внутри корпуса нет. Конечньій результат зависит, в первую очередь, от тщательности проработки конструкции (разводки платьі) картьі. Смотрите мою последнюю спектрограму, где просто шум (последний, отдельньій спойлер) - если шумовую полку поднять до минус 140 дБ - то будет очень чистьій гррафик.[/uquote]
у E-MU 1212 хороший АЦП, но все-таки CS5381 мне больше нравится (у меня есть и тот и другой на ЗК)
и проблема главная не в шумовой полке, а какие собственные искажения вносит АЦП во время измерений (в виде 2-ой гармоники)

[12943]

[uquote="Даджал",url="/forum/viewtopic.php?p=3392433#p3392433"]Натолкнулся в теме https://radiokot.ru/forum/viewtopic.php?f=10&t=125256 на заявление о создании генератора с рекордно низким THD. В процессе обсуждения выяснилось, что человек использует для "измерений" аудиокарту, получая с её помощью какие-то невообразимые числа.
Почитал ссылки на другие форумы и выяснилось, что большинство "измерений" в аналоге сейчас делаются с помощью звуковых карт. Имею мнение, что это увлечение крайне негативно сказывается на общем уровне разработки, настройки и оценки.
Предлагаю тем, кто активно использует звуковую карту в качестве прибора и привык доверять её результатам, попробовать провести простенький тест, который покажет эффективность таких "измерений" - есть у меня сомнения, что звуковая карта сможет достоверно измерить уровень сигнала в десятки нановольт. Для этого приведу вырезку из своего сообщения.

Чтоб проверить свою карточку, спаяйте простейший L-аттенюатор с 2-мя резисторами на 5 МОм и 50 Ом, что вам даст примерно -100 дб. Потом через него подайте с генератора 1В (всё в rms), отнаблюдайте "тычок" ровно на -100дбВ, снизьте уровень до 0,1В и отнаблюдайте ровно -120дбВ, соответственно при 10мВ даст -140дбВ. Пока анализатор чётко не наблюдает -140дбВ, то ни о каких сверхнизких THD не стоит и говорить.[/uquote]
Походу уже забыли, что всё началось с этой демагогии.
Да автору того генератора и другим, использующим звуковую карту, даром не нужна точность лучше порядка величины. И использующим этот генератор тоже не нужна. Нужно знать 0,0001%, 0,00001% или 0,000001%. А это -120, -140 и -160дБ. И поэтому все, кому надо работать, пользуются ЗК, а кому не надо - парят мОзги.

[Vovk_Z]

[uquote="12943",url="/forum/viewtopic.php?p=3446360#p3446360"]И поэтому все, кому надо работать, пользуются ЗК, а кому не надо - парят мОзги.[/uquote]
Полностью согласен.

[Даджал]

[uquote="12943",url="/forum/viewtopic.php?p=3446360#p3446360"]Да автору того генератора и другим, использующим звуковую карту, даром не нужна точность
И использующим этот генератор тоже не нужна.[/uquote]
Так никто и не спорит:-) Какая точность может быть у шумящей звуковухи, с непонятно какой линейностью и отсутствием привязки к эталону?
"Автору" чудо генератора и другим нужны просто красивые циферки, которые абсолютно ничего не значат.

[uquote="12943",url="/forum/viewtopic.php?p=3446360#p3446360"]лучше порядка величины.
Нужно знать 0,0001%, 0,00001% или 0,000001%. А это -120, -140 и -160дБ.[/uquote]
А про -200дБ забыли? А то как-то мелковато - всего -160 Карточка в лучшем случае сможет "намерять" что-то в районе 0,1-0,01% искажений и это будут более менее точные показатели. Карточка с предварительной "подготовкой" (калибровка по поверенному генератору, калибровка собственного ЦАП, привязка к опоре) возможно сможет уже измерять в районе 0,01-0,001%. А дальше требуется уже совсем другой подход к самой конструкции. Возможно, что и существуют такие "вылизанные" внешние карты, н мне таковые не попадались - посоветуйте, если знаете такую.


[uquote="12943",url="/forum/viewtopic.php?p=3446360#p3446360"]И поэтому все, кому надо работать, пользуются ЗК, а кому не надо - парят мОзги.[/uquote]
Да, для работы можно использовать карточку, когда мы сравниваем, а не предпринимаем неуклюжие попытки по "измерению". Тогда можно сравнить два устройства на предмет отличий, но без привязки к реальным значениям.

[As]

АЦП и ЦАП нынешних звуковых карт не так уж плохи, линейность и уровень шума вполне достаточны для бытовых измерений. То, что абсолютный уровень напряжения не калиброван - единственная предъявляемая претензия. Ну, и непредсказуемая АЧХ за границами звукового диапазона... Однако, даже эти параметры не хуже, чем у какого-нибудь мультиметра из серии 830 - а его вполне себе признают "средством измерения"!

[El-Eng]

Любопытно посчитать, какой уровень очередной гармоники добавляет 10% к значению Кг. Формула для расчета будет такой: (sqrt(A+a)/sqrt(A))-1=0.1, где A-сумма квадратов амплитуд предыдущих гармоник, а a-квадрат амплитуды очередной гармоники. Решив это уравнение, получим, что a=0.21A. Теперь рассмотрим предельный случай, когда искажения состоят из двух гармоник. Очевидно, что если меньшая по амплитуде гармоника имеет уровень менее sqrt(0.21A)=0.46sqrt(A)=0.46U, где U-амплитуда большей гармоники, то вклад меньшей гармоники в Кг не превышает 10%. 0.46 это примерно -7дБ.
Поэтому, можно сделать вывод, что учет только тех компонентов спектра гармоник, которые отличаются от максимального менее, чем, скажем, на 10дБ, дает достаточную точность при измерении Кг.
Например, для меандра, этому правилу подчиняются 3, 5, 7 и 9 гармоники. Кг, вычисленный по этим гармоникам, будет 42.9% при истинном - 48.3% т.е. разница не превышает 15%.
Теперь перейдем к звуковой карте. В предыдущих постах я показал, что ЗК (моя) дает правильный результат до уровня, по крайней мере, -120дБ. Учитывая сказанное выше, можно утверждать, что карта позволяет измерять Кг порядка 0.001% с погрешностью 10-15%, а допустив большую погрешность (для Кг приемлемо и 50%) можно мерить и до 0.0001%. Кроме того, нужно не забывать, что ошибка измерений из-за помех, завышает (т.е. делает хуже) величину Кг.