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63619 Bandbreite von Analogschaltungen für Audio - Martin Förster 23. September 2018 15:50:12

Ich bin immer noch damit befasst, analoge Schaltungen zu simulieren und stosse auf folgendes Problem: Welche Bandbreiten kann ich in Audio-Schaltungen annehmen? Kurz gedacht wird immer wieder dargestellt, man müsse 16 - 20 kHz übertragen und deshalb würde die doppelte Abtastfrequenz gemäss Nyqusit reichen.

Nun sehe ich aber in allen Schaltungen, die ich so finde, Dimensionierungen von Transistor- und OP-Schaltungen, die viel höhere Bandbreiten zu lassen. Zumindest intern ist das so. Daher frage ich mich, wie ich das abbilde. Reicht es Außen, also am Eingang und am Ausgang eine Bandbreitenbegrenzung einzuführen und innen dann mit 48kHz zu rechen oder brauche ich da mehr? Oder brauche ich innen auch immer eine Bandbegrenzung damit das Digitale das Analoge richtig rechnet?

Ich beziehe mich da auch auf Synthesizerschaltungen, die intern mit Dioden und Transistoren arbeiten, die nicht linear sind und deshalb Harmonische in das Signal einbringen. Auch Induktivitäten tun das bekanntlich. Müsste man die nicht genauer auflösen und dann wieder runterrechnen?

Nehme ich z.B. einen Komparator, der aus einem Sinus von 1kHz ein Rechteck macht. Das hat eine viel höhere Bandbreite als die 20kHz. Wie geht man damit um?


63620 Re: Bandbreite von Analogschaltungen für Audio - el-haber 24. September 2018 12:28:0363619

HI,
wenn du auf den Rechteck abzielst, dann bist du durchaus bei Frequenzbereich um Faktor 10 höher.
Das macht dann auch den Klang aus, dass die scharfen Töne eines Rechtecks - zwar bei einer normalen Tonlage bis 5khz - durch den quasi unlimitierten analogen Verstärker (10MHz) nicht verfälscht werden.
Für die Simulation würde also eine Abtastfrequenz von 5kHz * 10 oder bei voller Bandbreite 16kHz * 10 brauchbare Ergebnisse liefern.

Es gibt einen Zusatz bei Nyquist, der aber nur für das Sample-Hold-Abtasten gilt: mit dem sqrt(2) also 1,42-fachen der Grundfrequenz wird ein Sinussignal hinreichend genau abgebildet.
Wenn du also im harmonischen Rechnen läßt dann kommst du bei 160.000-samples auf eine sinus-äquvalenz von ca. 100kHz. damit ist selbst bei 20kHz noch die 3. Harmonische eines Rechtecks abgebildet.

cu st


63621 Re: Bandbreite von Analogschaltungen für Audio - Martin Förster 29. September 2018 00:10:2063620

Hallo

Danke für den Hinweis mit dem 1,4 Nyqist. War mir so noch neu.
Das wäre für den Sinus allerdings schon erfüllt, wenn ich z.B. die 16000Hz nehme, die die meisten hören und mit 48kHz also dem Dreifachen gearbeitet wird.

Für das Rechteck fände ich aber die 3. Oberwelle zu wenig. Eher schon die 9./11. wäre anzustreben, laut einer anderen Quelle.
Dann hätten wir bis zu 200kHz und damit 300kHz als Abtastrate?
Ups!


63622 Re: Bandbreite ... Sampling mit sqrt(2)*f -- Wirklich? - Theodor Wadelow 30. September 2018 10:57:4463620

Hallo el-haber,

>Es gibt einen Zusatz bei Nyquist, der aber nur für das Sample-Hold-Abtasten gilt: mit dem sqrt(2) also 1,42-fachen der Grundfrequenz wird ein Sinussignal hinreichend genau abgebildet.
Das halte ich für groben Zinnober.
Schon mit dem 'nur' 2-fachen der Grundfrequenz wird ein reiner Sinus nicht richtig abgebildet, mit weniger Abtastungen sollte es garnicht gehen.

Zum Test male ich mir mal einige Perioden einer Sinuswelle auf.
Alle Periode-des-Sinussignals/sqrt(2) mache ich einen Punkt auf dem Signal, ich 'sample' es also an den Punkten.
Wenn ich dann die Punkte verbinde stelle ich fest: das gibt nicht mal ansatzweise eine Rekonstruktion des Sinussignals.
Könntest du für diese außerordenliche Behauptung bitte eine Quelle angeben oder Sie (mit einem Diagramm?) erläutern?

-Theo


63635 Re: Bandbreite ... Sampling mit sqrt(2)*f -- Wirklich? - el-haber 07. November 2018 14:18:5263622

Hallo el-haber,
>Es gibt einen Zusatz bei Nyquist, der aber nur für das Sample-Hold-Abtasten gilt: mit dem sqrt(2) also 1,42-fachen der Grundfrequenz wird ein Sinussignal hinreichend genau abgebildet.
Das halte ich für groben Zinnober.
Schon mit dem 'nur' 2-fachen der Grundfrequenz wird ein reiner Sinus nicht richtig abgebildet, mit weniger Abtastungen sollte es garnicht gehen.
Zum Test male ich mir mal einige Perioden einer Sinuswelle auf.

schau mal bei Cremer - Regelungstechnik nach - könnte eine besonderheit für bestimmte Regler sein.
cu
st


Alle Periode-des-Sinussignals/sqrt(2) mache ich einen Punkt auf dem Signal, ich 'sample' es also an den Punkten.
Wenn ich dann die Punkte verbinde stelle ich fest: das gibt nicht mal ansatzweise eine Rekonstruktion des Sinussignals.
Könntest du für diese außerordenliche Behauptung bitte eine Quelle angeben oder Sie (mit einem Diagramm?) erläutern?
-Theo


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