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Thema: "perfektes" weißes Rauschen

  1. #1
    Erfahrener Benutzer Robotik Einstein Avatar von Felix G
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    "perfektes" weißes Rauschen

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    Hallo Leute,

    angenommen ich möchte den Frequenzgang z.B. von Aktivboxen aufnehmen, dann würde ich üblicherweise erstmal ein weißes Rauschen ausgeben, das mit einem Mikrofon aufnehmen, und dann eine FFT drüber jagen.

    So weit, so gut...
    Nur leider ist das, was dabei rauskommen würde, nicht der Frequenzgang der Boxen. Dummerweise ist da ja noch das Mikrofon mit dem ich den Kram aufgenommen habe, und das ist leider nicht perfekt.

    Ich müsste also zuerst mal den Frequenzgang des Mikrofons kennen, bevor an vernünftige Messungen überhaupt zu denken ist. Und damit kommen wir auch zu meiner eigentlichen Frage:


    Wie kann ich ein (im hörbaren Frequenzbereich) möglichst "perfektes" weißes Rauschen erzeugen, das sich dafür eignet den Frequenzgang eines Mikrofons zu messen? (bzw. ganz allgemein ein Geräusch mit möglichst genau bekanntem Spektrum, muss ja nicht unbedingt weißes Rauschen sein)

    Ein Lautsprecher kommt aus offensichtlichen Gründen nicht in Frage (Henne-Ei-Problem), aber vielleicht gibt es ja andere Möglichkeiten?
    So viele Treppen und so wenig Zeit!

  2. #2
    Erfahrener Benutzer Lebende Robotik Legende Avatar von PICture
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    Hallo Felix G!

    Vor zig Jahren habe ich mich beruflich mit Audiometrie beschäftigt und ein Generator weißes Rauschen enwickelt, der auf einem Durchbruch der umgepolter Basis-Emmiter Strecke eines bipolaren Transistors basiert hat (siehe Code).

    Die generierte Spannung war um 1 mVpp und wurde weiter über 1000-fach mit OpAmps verstärkt um die nötige 1 Vpp zu haben. Für mich war damals das Spektrum das wichtigste und es hat für untersuchte Bandbreie 125 - 20 000 Hz "perfekt" gestimmt. Den Typ des damals verwendeten Transistors kann ich mir leider nicht mehr erinnern, es war etwas mit BSY...

    Zum Skalieren, so wie du selber geschrieben hast, ist mindestens eine Referenz mit bekanntem Frequenzgang erforderlich.

    MfG
    Code:
                           VCC=+15V
                            o
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                            |
                            |    ||
            ca. 8V DC ----> +----||----> zum Verstärker
                            |    ||
                            |
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                                GND

  3. #3
    Erfahrener Benutzer Roboter Genie
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    Hallo.

    @PICture
    ... aber dann hat er immer noch keinen Weißes Rauschen als _Schall_.

    @Felix G
    Das Prinzipielle hast du völlig richtig erkannt und treffend formuliert.

    Aber mal ganz ehrlich: Wenn ich Akustik-Messungen machen wollte, würde ich mir ein Meßmikrofon à la Behringer ECM 8000 gönnen!

    http://www.thomann.de/de/behringer_ecm_8000.htm

    Das hat gute Kritiken, ist preiswert und es bleiben dir noch genügend andere Fehlerquellen, damit der Tüftel-Spaß nicht zu kurz kommt.

    Wenn du allerdings wirklich die Ochsentour der Messgeräteentwicklung machen willst, dann könnten deine Eichnormale alle rein stochastischen Prozesse sein:
    - radioaktiver Zerfall mit Zählrohr
    - Braun'sche Molekularbewegung
    - das Rülpsen der Milchsäurebakterien

    Spaß beiseite: mir fallen keine natürlichen akustischen Weißes-Rauschen-Quellen ein.
    Ich vermute, weißes Rauschen kann man nur elektronisch generieren und mittels rückgekoppeltem - sprich: geregeltem - Schallwandler in Schalldruck umsetzen ... und damit dann Eichkurven für Meßmikrofone erstellen.

  4. #4
    Erfahrener Benutzer Robotik Einstein Avatar von Felix G
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    Hmm, ein Messmikrofon ist sicherlich die einfachste Lösung, das stimmt. Das hatte ich garnicht in Betracht gezogen, denn ich wusste nicht daß es auch welche gibt die tatsächlich bezahlbar sind.

    Und mit dem skizzierten Rauschgenerator von PICture hab ich ja dann auch eine geeignete Quelle für meine Messungen.




    Ich frage mich nur, wie die Hersteller von derartigem Mess-Equipment das normalerweise machen. Die müssten doch eigentlich vor dem gleichen Problem stehen wie ich!?
    So viele Treppen und so wenig Zeit!

  5. #5
    Erfahrener Benutzer Roboter-Spezialist
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    Felix,

    Du brauchst auch gar kein "perfekt" weisses Rauschen: Pseudorauschen (MLS) genügt. Guck' mal hier

    http://www.udobarth.de/Profil/Doku/Uni/Diplom.pdf

    Ciao,

    mare_crisium

  6. #6
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    Hallo!

    @ Felix G

    Ich habe versucht zu analisieren, wie ich dein Vorhaben realisieren würde und folgendes festgestellt: wenn ich ein weißes Rauschen an einen linearen Audioverstärker lege, dann kann ich mit geeichtem Mikrofon den Frequenzgang von einem an Verstärker angeschlossenen Lautsprecher ermitteln.

    Bei Aktivboxen kriegt man den gesamten Frequenzgang des Verstärkers und Lautsprechers.

    Weißes Rauschen ist am einfachsten, weil er alle Frequenzen mit gleicher Amplitude gleichzeitig darstellt.

    Beim nicht "perfekten" weißen Rauschen braucht man unbedingt das Frequenzspektrum der Quelle, was die ganze Messeinrichtung ein "bißchen" kompliziert.

    MfG

  7. #7
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    So ein künstlich erzeugtes Pseudorauschen hat schon was für sich. Als digitales, deterministisches Signal kann man es berechnen, und die Abweichungen von einem echten weissen Rauschen sind auch nur minimal, und nichtmal alle negativ. Wichtig ist ja nur, das man alle Frequenzen mit gleicher Amplitude hat, oder wenigstens eine bekannte Amplitude. Für weisses Rauschen sollten sich bestimmt auch irgendwo Audiodaten im Netz finden lassen. Die muß man dann nur noch mit einer guten Hardware abspielen.

    Der Rauschgenerator per Zenerdioe oder Durchbruch am Transistor ist temperaturabhängig und es gibt teils Alterung.

    Wenn es etwas exotisch sein soll, könnte man ein definiertes Akustisches Signal über den Photoakustischen Effekt erzeugen, um ein Mikrofon (Druckempfönger) zu kalibrieren. Zumindestens bei niedreigen Frequenzen geht das realtiv gut, ist aber eher leise, also für eine Kalibrieung mit je einer Frequenz. Bei hohen Frequenzen sind die kleinen Elektret Mikrofone von sich aus oft schon sehr gut beim Frequenzgang.

    Es gibt auch noch ein Kalibrieung über 2 gleiche Schalwandler die man sowohl als Lautsprecher als auch als Mikrofon nutzt.

  8. #8
    Erfahrener Benutzer Lebende Robotik Legende Avatar von PICture
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    Hallo!

    Wenn man sehr stabile Spannung von weißen Rauschen braucht ist eine Stabilisierungsautomatik notwenig. Selbstverstandlich im Audiometer der ein Messinstrument ist, war es. Es könnte auch mit DMM vor jeder Messung geprüft und per Hand korriegiert werden, dann ist es einfach.

    Natürlich fast alle Schalwandler wandeln in beiden Richtungen. Man muß nur sicher sein, dass beide Frequenzgänge identisch sind.

    MfG

  9. #9
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    Re: "perfektes" weißes Rauschen

    Hi, Felix,

    "Wie kann ich ein (im hörbaren Frequenzbereich) möglichst "perfektes" weißes Rauschen erzeugen, das sich dafür eignet den Frequenzgang eines Mikrofons zu messen? (bzw. ganz allgemein ein Geräusch mit möglichst genau bekanntem Spektrum, muss ja nicht unbedingt weißes Rauschen sein)

    Ein Lautsprecher kommt aus offensichtlichen Gründen nicht in Frage (Henne-Ei-Problem), aber vielleicht gibt es ja andere Möglichkeiten?
    In der Antennentechnik löst man das mit dem "Zwillings-Ei" - zwei identische Antennen werden einander gegenüber gestellt, die eine sendet, die andere empfängt.
    Zum Vergleich schaltest Du den Senderausgang direkt auf den Empfänger.

    Im Empfänger hast Du nach der Antenne das Produkt aus Sendesignal, das Abstrahlhalten hast Du genau doppelt, und die Übertragungsstrecke.
    Durch Veränderung des Abstandes kannst Du die Übertragungsstrecke heraus rechnen.

    Zweitens - muss es absolut perfektes Rauschen sein? Genügt vielleicht auch ein akustischer Dirac-Impuls mit einem Funken-Überschlag?

    Die größte Schwierigkeit wird dieselbe sein wie bei der Antennenvermessung - wo kriegt man einen schalltoten Raum ohne Reflexionen her?

    Ciao
    Bayho144

  10. #10
    Erfahrener Benutzer Roboter Genie
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    in matlab simulik gibt es einen block der white noise macht.. kann dir das mal aufnehmen wenn du willst, als wav oder so..
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