Welches Equipment für einzelne Sinuswelle (2ms bei 500Hz)

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maxid
Neuling
#1 erstellt: 04. Aug 2015, 10:41
Hallo miteinander,

für einen wissenschaftlichen Versuch benötige ich Equipment mit dem ich extrem kurze Signale wiedergeben kann.
In meinem angepeilten Fall soll es ein 500Hz Signal sein welches aber nur 2ms andauert - also genau eine ganze Schwingung.

Für Testzwecke habe ich ein Computersystem aufgebaut, welches in C# das Signal erstellt und per Audioausgang an günstige PC-Lautsprecher mit eingebautem Verstärker sendet. Ich denke, dass der billige Verstärker mit einem so kurzen Signal nichts anfangen kann und es deshalb nicht funktioniert.
Bei 50ms gibt es einen hörbaren Ton und der Versuch funktioniert. Jetzt soll es aber optimiert werden.

Leider weiß ich nicht auf was für ein Kriterium ich beim Kauf von neuem, besseren Equipment achten muss wenn ich auf ein derartig kurzes Signal aus bin. Vielleicht kann hier jemand helfen.

Vielen Dank und beste Grüße,
Daniel
Steffen_Bühler
Inventar
#2 erstellt: 04. Aug 2015, 14:14
Willkommen im HiFi-Forum!

Ich hab mir mal das theoretische Spektrum berechnet. Natürlich stecken in so einer einsamen Sinuswelle unendlich viele Frequenzen, aber so etwa ab 2kHz kommt da nicht mehr viel.

Das heißt, selbst ein Telefonverstärker sollte hier mitmachen. Und einen High-End-Lautsprecher brauchst Du auch nicht.

Hast Du denn mal mit einem Oszi nachgemessen, was überhaupt aus dem Audioausgang rauskommt? Eventuell ist der Computer selbst mit Deinem kurzen Signal überfordert, und nicht der Verstärker.

Viele Grüße
Steffen


[Beitrag von Steffen_Bühler am 04. Aug 2015, 14:14 bearbeitet]
maxid
Neuling
#3 erstellt: 04. Aug 2015, 15:13
Danke Steffen für deine Reaktion.

Oszi muss ich noch machen - das wäre dann natürlich die einfachste Art das Problem zu beheben.

Ich muss vielleicht aber noch dazu sagen, dass hier eigentlich nicht nur ein Ton erstellt, sondern Masse bewegt werden soll.
Heißt ich habe einen Lautsprecher auf dem per Epoxidharz ein Gewicht angebracht ist (ca. 5-10 Gramm) und dieses soll zum Schwingen gebracht werden.
Das heißt auch, dass der physikalische Hub nicht zu klein sein sollte - ein kleiner PC System Pieps Lautsprecher reicht hier zum Beispiel nicht aus.
Der etwas größerer PC Lautsprecher den ich momentan benutze scheint aber auszureichen um die Masse zu bewegen.

Falls noch jemand Ideen hat nur her damit - in der Zwischenzeit werde ich mal den Audioausgang messen.

Nachtrag:
Am Oszi kann ich bis 11ms ein Signal sehen (und auch am Lautsprecher hören). Statt 5,5 Schwingungen sind aber nur 3 sichtbar - ich denke ich stoße hier also schon in Bereiche mit denen der PC nicht mehr umgehen kann.
Kann man das mit einer besseren Soundkarte umgehen oder gibt es Signalgeber die sowas besser abbilden können?


[Beitrag von maxid am 04. Aug 2015, 16:44 bearbeitet]
bierman
Inventar
#4 erstellt: 06. Aug 2015, 11:52
Gut möglich dass schrottige Onboard-Soundlösungen eine Art Stummschaltung an ihrem Ausgang haben um das Rauschen bei Signalfreiheit zu unterdrücken.
Eine bessere Soundkarte würde ich erstmal ausleihen um zu sehen ob es daran liegt.

Vielleicht ist es auch die Wiedergabe-Software welche die ersten Samples verschluckt?

Ansonsten vllt. die WAV-Datei um die entsprechende Zeit verlängern, oder die Software dahingehend anpassen.
pelowski
Hat sich gelöscht
#5 erstellt: 06. Aug 2015, 12:02

Steffen_Bühler (Beitrag #2) schrieb:
...Natürlich stecken in so einer einsamen Sinuswelle unendlich viele Frequenzen, aber so etwa ab 2kHz kommt da nicht mehr viel...

Hallo,

wo sollen denn bei einer Sinuswelle die "unendlich vielen Frequenzen" herkommen?
Rechteck ja, aber nicht Sinus.

...Eventuell ist der Computer selbst mit Deinem kurzen Signal überfordert, und nicht der Verstärker.

Das denke ich auch.

Grüße - Manfred


[Beitrag von pelowski am 06. Aug 2015, 12:05 bearbeitet]
Steffen_Bühler
Inventar
#6 erstellt: 06. Aug 2015, 12:39

pelowski (Beitrag #5) schrieb:

Steffen_Bühler (Beitrag #2) schrieb:
...Natürlich stecken in so einer einsamen Sinuswelle unendlich viele Frequenzen, aber so etwa ab 2kHz kommt da nicht mehr viel...

wo sollen denn bei einer Sinuswelle die "unendlich vielen Frequenzen" herkommen?


Vom Abschneiden. Es geht ja nicht um eine zeitlich unendlich lange 500-Hz-Sinuswelle, in der natürlich nur die 500 Hz stecken, sondern, wie ja ausgeführt, nur ein 2-ms-Zeitfenster derselben (also exakt eine Periode), und davor und danach unendliches Schweigen.

Und in solch einem Gebilde stecken unendlich viele Frequenzen.
pelowski
Hat sich gelöscht
#7 erstellt: 06. Aug 2015, 12:43

Steffen_Bühler (Beitrag #6) schrieb:
...Es geht ja nicht um eine zeitlich unendlich lange 500-Hz-Sinuswelle, in der natürlich nur die 500 Hz stecken, sondern, wie ja ausgeführt, nur ein 2-ms-Zeitfenster derselben...

Da hast du natürlich Recht.

Grüße - Manfred
Xer0
Stammgast
#8 erstellt: 06. Aug 2015, 15:34
Vieleicht taugt als Signalgeber eher ein Arduino oder ähnlicher uC mit DAC
Steffen_Bühler
Inventar
#9 erstellt: 06. Aug 2015, 15:46
Oder auch ein AWG (arbitrary waveform generator, auf Deutsch Arbiträrgenerator). Gibt's schon für ein paar hundert Euro.
DjDump
Inventar
#10 erstellt: 07. Aug 2015, 07:58
Sicher, dass ein Lautsprecher eine einzelne Sinuswelle wiedergeben kann?
Normalerweise ist ein Lautsprecher ja ein eher träges Gebilde und 5-10g sind auch schon ne ganze Ecke.
maxid
Neuling
#11 erstellt: 07. Aug 2015, 09:34

DjDump (Beitrag #10) schrieb:
Sicher, dass ein Lautsprecher eine einzelne Sinuswelle wiedergeben kann?
Normalerweise ist ein Lautsprecher ja ein eher träges Gebilde und 5-10g sind auch schon ne ganze Ecke.


Nein nicht sicher - deshalb frag ich
Steffen_Bühler
Inventar
#12 erstellt: 07. Aug 2015, 10:35
Dann doch noch mal etwas trockene Theorie.

Der Thread gehört ja eh besser ins Lautsprecher-Unterforum, da sitzen Leute, die damit Erfahrungen haben, wieviel Masse mit wieviel Hub von einem Lautsprecher so bewegt werden kann.

Mit einer einzelnen Sinusschwingung wird so ein Lautsprecher natürlich etwas Probleme haben, was die "Ränder" betrifft. Hier ist ja schlagartig eine Rampe da bzw. sie hört schlagartig auf, das wird am ehesten verschliffen. Besonders wenn Masse dran ist, wird der Lautsprecher die benötigten höheren Frequenzen nicht in der erforderlichen Stärke liefern

Deswegen nimmt man in der Messtechnik ja auch statt sinx die Funktion 1-cosx. Da geht's ruhig los und hört ruhig auf. Deswegen braucht man hier die hohen Frequenzen nicht in demselben Maße.

Ich hab die beiden Amplitudenspektren hier mal gegenübergestellt. Oben Sinusimpuls, unten Cosinusimpuls:

Impuls

Das ergibt jeweils einen Periodenzug der Höhe Eins.

Man könnte nun argumentieren, dass ein normaler Lautsprecher ja auch die dargestellten Frequenzanteile gleichzeitig wiedergeben können sollte, so wie er eine einzelne Komponente der Höhe Eins (ein Dauersinus) wiedergeben kann. Denn wenn alle diese Töne gleichzeitig (dauernd) gespielt werden, ergibt sich eben (auf für mich immer noch wundersame Weise) der Einzelimpuls.

Aber erstens vernachlässige ich hier die Phaseninformationen (eventuell addieren sich benachbarte Komponenten gewaltig auf, wenn die Phase ähnlich ist). Und zweitens ist es eben mit zehn Gramm vielleicht doch nicht mehr ganz linear, was ein Lautsprecher draus macht.

Viele Grüße
Steffen
DjDump
Inventar
#13 erstellt: 07. Aug 2015, 11:24

maxid (Beitrag #3) schrieb:

Das heißt auch, dass der physikalische Hub nicht zu klein sein sollte - ein kleiner PC System Pieps Lautsprecher reicht hier zum Beispiel nicht aus.


Was bedeutet denn nicht zu klein? Miss doch mal den Hub von einem 500Hz Ton bei einem potentiellen Kandidaten. Wobei bei 500Hz das Messen schon zur Herausforderung wird.
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