Version	Datum	Bemerkung
1.0	25.01.2009	Grundversion
1.1	30.01.2009	Erweiterung auf den Spektrumanalysator
2.0	31.05.2009	Erweiterungen zum Signalanalyser
2.1	16.01.2010	Erweiterung SoundGen, AKF und KKF

1.3 Urheberrechtsbestimmung

Der Inhalt dieses Werkes mit allen Texten und Abbildungen ist,soweit nicht anders gekennzeichnet, das geistige Eigentum von Hardy und Karola Scheidig.
Es unterliegt den deutschen und internationalen Urheberrechtsbestimmung.
Alle Rechte vorbehalten.

Messprinzip:
Die folgende Darstellung illustriert das Messprinzip.Die zugehörige Beschreibung gibt einen Überblick über die Funktionalität.

Abbildung 1 - Messprinzip

Computer:

Soundkarte:

Das folgende Bild illustriert die Architektur der Signalverarbeitung

Device:

Das Programm "SpekOszi" enthält die Grafisches User Interface und Messalgorithmen

Abbildung2- GUI SpekOszi

Eigenschaften (Features):

Dieser Dialog dient der Auswahl der Soundkarte:

Abbildung 4 – Einstellung der Soundkarte

Zur Optimierung der Genauigkeit ist es wichtig, dass die Soundkarteneingänge gut ausgesteuert sind.
Die "Level-Anzeige" dient der Einstellung einer optimalen Aussteuerung. Am Soundkarteneingang sollte man den Line-Eingang (also nicht den Mikrofoneingang) benutzen und nur eine möglichst geringe Verstärkung einstellen.
Die Balance muss mittig stehen.

Abbildung 5 – Einstellung Soundkarteneingang

Öffnet den Standard Dialog zur Farbauswahl des ausgewählten Traces bzw. Snapshots

Abbildung 6 – Einstellung der Tracedarstellungsfarbe

Die Settings und Action Buttons sind im rechten Bereich der Anzeige untergebracht.

In den weißen Feldern werden die aktuellen Grenzen der X und Y Achse angezeigt. Sie sind manuell veränderbar und wirken dann sofort auf die aktuelle Einstellung.

Abbildung 9 – Settings Achsenscalierung

Die Buttons Y: und X: haben jeweils ein "rechte Maus Button" Menü.

Der Button Y bzw. X führt ebenfalls die Aktion "Fit Limits" aus. Während der Aktion wird die Farbe des Buttons auf gelb umgestellt.

Es können 2 Cursors oder der Zoom aktiviert werden. Die gelbe Farbe gibt an, welcher Cursor bzw. ob der Zoom gerade für die Mausbedienung aktiviert ist.

Abbildung 10 – Settings und Action Buttons Cursor & Zoom

Die Action Buttons „Start“ , „Stop“ und „Single“ steuern die eigentliche Messwertaufnahme.

Abbildung 11 - Action Buttons Start / Stop / Single

Abbildung 12 - Settings und Anzeige der Triggereinstellung

Anzeige / Eingabe		Beschreibung
Trg-Type:		Einstellung des Triggertypes Free Run Kein Trigger aktiv, die Messwertaufzeichnung erfolgt so schnell wie möglich und ohne zusätzliches Event. Die Einstellungen Trg-Source, Trg-Offset und Trg-Level sind deaktiviert. Pos. Edge Es wird auf die positive Flanke des Signals getriggert. Überschreitet diese den eingestellten Trg-Level, werden die Messdaten gespeichert und mit den eingestellten Trg-Offset angezeigt. Neg. Edge Es wird auf die negative Flanke des Signals getriggert. Unterschreitet diese den eingestellten Trg-Level, werden die Messdaten gespeichert und mit den eingestellten Trg-Offset angezeigt.
Trg-Source:		Einstellung der Triggersource Ch.A Die Daten von Channel 1 der Soundkarte sind Eingangsdaten der Triggerlogik. Ch.B Die Daten von Channel 2 der Soundkarte sind Eingangsdaten der Triggerlogik. Abs(Ch.A) Der Betrag der Daten von Channel 1 der Soundkarte sind Eingangsdaten der Triggerlogik. Abs (Ch. B) Der Betrag der Daten von Channel 2 der Soundkarte sind Eingangsdaten der Triggerlogik.
Trg-Offset (Smp):		Einstellung des Triggeroffsets. Die Eingabe erfolgt in Samples. Der in Zeit (ms) umgerechnete Wert wird in der Anzeige Trg-Offset (ms) dargestellt. Der Triggeroffset gibt den Abstand vom Triggerzeitpunkt an, mit welchen das Signal dargestellt werden soll. Der Maximal/Minimalwert des Triggeroffsets ist auf die MeasTime begrenzt.
Trg-Offset (ms):		Die Einstellung des Trg-Offset erfolgt in Samples. In dieser Anzeige wird der eingestellte Wert in eine Zeit (ms) umgerechnet und dargestellt.
Trg-Level:		Mit dem Triggellevel wird der Level angegeben, bei welchen über bzw. Unterschreiten der Triggerzeitpunkt erkannt werden soll.

Die Messeinstellungen bestimmen die Aufzeichnungslänge und zeitliche Auflösung der Messdaten.

Abbildung 13 - Settings und Anzeige der Messeinstellung

Über das Capture Tool können die erfassten Messdaten neben der grafischen Anzeige auch in Files aufgezeichnet werden.Beim Aktivieren wird über den Dialog

Das Verzeichnis eingestellt, in welchen die gespeicherten Ausgabefiles abgelegt werden. Die gespeicherten Daten werden in Files mit der Namenskonvention „Wo__TT_MM_JJJJ__st_m_se_ms.bin“ abgelegt, wobei:

Die Daten werden binär gespeichert und können gemäß dem nachfolgenden Matlab – Code ausgelesen werden:

Aktuell enthält der Header nur ein UINT32 mit der Version des Headers.

3.2.4.2 Capture Data Tool --> noch nicht verfügbar !

Das Tool Capture Data zeichnet eine beliebe Anzahl von Samples ohne Pause in eine Datei. Die
Daten werden nicht parallel mit dargestellt.

Die Daten werden binär gespeichert und können gemäß dem nachfolgenden Matlab – Code
ausgelesen werden:

Aktuell enthält der Header nur ein UINT32 mit der Version des Headers.

Neben den altbekannten, üblichen Oszilloskopmessungen (wie z.B. Signal vs. Time), können auch erweiterte Signalverarbeitungsroutinen angewendet werden.
Diese sind:

Die Autokorrelation ist die Korrelation eines Signals mit sich selbst.
Die Autokorrelation ermöglicht es Zusammenhänge bzw. Ähnlichkeiten zwischen Teilabschnitten des erfassten Signals aufzuspüren.
Das Maximum der Autokorrelation ist an der Stelle t=0, da das Signal im unverschobenen Zustand am besten zu sich selbst passt. Das es bei der Autokorrelation darum geht, gewissermaßen ein Maß für die Ähnlichkeit zu geben, ist es sinnvoll, die punktweisen Ergebnisse auf das Maximum der Autokorrelationsfunktion zu normieren (normierte Autokorrelation). Die maximale Ähnlichkeit ist somit durch den Wert 1 gegeben.

Eine Ähnlichkeit von Signalabschnitte ist natürlich bei Vorhandensein eines Gleichanteils unmittelbar gegeben. Schon allein der oftmals nicht kompensierte Gleichanteil von AD-Wandlern, wie auch bei der Soundkarte, würde bereits eine große Ähnlichkeit induzieren, welche gegebenenfalls interessantere Ergebnisse überdeckt. Aus diesem Grund ist es möglich, mittels Y1a/Y1b => DC Remove den Gleichanteil zu eliminieren. Das so entstehende Ergebnis entspricht dann der Autokovarianz.

Die in Spekoszi implementierte Art der Autokorrelation entspricht der so genannten zyklischen Autokorrelation. Die Ergebnisse der zyklischen Autokorrelation sind spiegelsymmetrisch zu t_mess/2.
Zudem wird der Betrag der Korrelationsergebnisse dargestellt.

Die Kreuzkorrelation ist die Korrelation zweier Signale.
Die Kreuzkorrelation ermöglicht es Zusammenhänge bzw. Ähnlichkeiten zwischen zwei verschiedenen Signalen zu entdecken.
Das es bei der Kreuzkorrelation darum geht, gewissermaßen ein Maß für die Ähnlichkeit der beiden Signale zu geben, ist es sinnvoll, die punktweisen Ergebnisse zu normieren (normierte Kreuzkorrelation). Die Normierung erfolgt auf das Produkt der Wurzeln der mittleren Leistung des jeweiligen Signal.

Eine Ähnlichkeit von Signalabschnitte ist natürlich bei Vorhandensein eines Gleichanteils unmittelbar gegeben. Schon allein der oftmals nicht kompensierte Gleichanteil von AD-Wandlern, wie auch bei der Soundkarte, würde bereits eine große Ähnlichkeit induzieren, welche gegebenenfalls interessantere Ergebnisse verdeckt. Aus diesem Grund ist es möglich, mittels Y1a/Y1b => DC Remove den Gleichanteil zu eliminieren. Das so entstehende Ergebnis entspricht dann der Kreuzkovarianz.

Die in Spekoszi implementierte Art der Kreuzkorrelation entspricht der so genannten zyklischen Kreuzkorrelation. Die zyklische Kreuzkorrelation liefert Ergebnisse für den Bereich der relativen Signalverschiebung -t_mess/2...0... + t_mess/2.
Zudem wird der Betrag der Korrelationsergebnisse dargestellt.

1. Channel1 und Channel2 versus Time:

2. Channel1 vesrus Channel2 (Lissajous Figure):

Bei Messungen im Frequenzbereich steht nicht der zeitliche Verlauf des Signals, sondern dessen spektrale Manifestation im Fokus des Interesses. Die Darstellung im Frequenzbereich ermöglicht es< spezielle Eigenschaften des Signals besser visualisieren und beurteilen zu können, als dies durch eine Darstellung im Zeitbereich möglich wäre.
Für ein einzelnes Messsignal bedeutet dies beispielsweise für den einfachsten Messfall, wie viel der Leistung des beobachteten Signalausschnittes welcher Frequenz zuzuordnen ist. Dies könnte beispielsweise dann von Interesse sein, wenn das Messsignal ein Gemisch aus verschiedenen Sinussignalen (im Prinzip ist dies, wenn man so will, eigentlich immer der Fall) besteht.
Praktische Beispiele hierfür sind:

Prinzipielle Funktion:
Die Überführung des Signals vom Zeitbereich in den Frequenzbereich erfolgt mittels FFT nach Fensterung.

Fensterung ist die Multiplikation der Zeitbereichsdaten mit einer so genannten Fensterfunktion w(t) Dies entspricht im Frequenzbereich einer Faltung des fourier-transformierten Messsignals mit der fouriertransformierten Fensterfunktion.
Das Trivialfenster ist das Recheckfenster, welches ohne weiteres Zutun bereits durch die zeitliche Begrenzung des zu transformierenden Zeitsignals ergibt. Es entspricht der Multiplikation aller Samples mit eins. Die zeitliche Begrenzung des Messsignals (also das Trivialfenster) führt allerdings zu unerwünschten Effekten im Frequenzbereich, welche die Beurteilung des Signals erschweren bzw. verschiedene Signalparameter ggf. verfälschen.
Unerwünschte Effekte des Trivialfensters:

relative Rauschbandbreite bedeutet hier die Vergrößerung der Rauschbandbreite relative zum Rechteckfenster.

Darstellung der Auswirkungen eines durch Nichtlinearitäten verzerrten Sinussignals (5.2 KHz)
Man kann deutlich die entstandenen Oberwellen sehen.

Frequenzgang eines schlechten Hochpass-Filters.
Gemessen im Spektrumanalysator Mode mit "Max-Hold" und händischen wobblen eines Sinusgenerators

Die Generatorfunktion ermöglicht es, Testsignale zu erzeugen.
Diese Signale sind:

Messung des Frequenzgangs der Soundkarte mittels PRBS12 als Signalquelle und Spektumanalysator .
Beachte:

Frequenzgang der Soundkarte in voller Bandbreite

Frequenzgang der Soundkarte im Durchlassbereich

Frequenzgang der Soundkarte im Durchlassbereich mit etwa 5dB Equalizer Boost bei 6 kHz.

Bei Verwendung der internen Grafikkarte sehen wir bei uns eine minimale Störung in den Messergebnissen. Wir vermuten, dass dies eine Störung im Rechner ist, die aus der Änderung des Stromverbrauches und damit der Betriebsspannung resultiert.

Sporadisch behält der Snapshot – Trace seine Farbe, obwohl die Trace Farbe umgestellt wurde.

Falls es sich um einen Spezialsoundkartentreiber handelt kann es sein, dass der Befehl "sndvol32.exe -r" nicht den Dialog zur Einstellung der Lautstärke einstellen kann.

In einer der folgenden Versionen werden folgende Änderungen einfließen: