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Goniometer lesen?

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Hannes_F
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Goniometer lesen?

Beitragvon Hannes_F » 25.03.2016, 03:41

Hallo an die Experten hier im Forum,

bei der Betrachtung eines Goniometersignals habe ich festgestellt, dass ich es eigentlich nicht richtig verstehe.
goniometer.jpg


Ich denke mal laut: Das Prinzip ist, so vermute ich: Ein Polardiagramm, d.h. eine winkelabhängige Darstellung der Lautsprechersignale. So weit, so gut.

Auch weiss ich schon, dass ein senkrechter Strich im Goniometer ein Monosignal bedeutet, und wenn dieses mit dem Panoramaregler im Stereobild nach rechts oder links verschoben wird, dreht sich der Strich im Goniometer ebenfalls nach rechts oder links.

Bei Aufnahme eines Stereosignals weitet sich das Goniometerbild auf. Im Prinzip könnte man wohl das Goniometerbild einer M/S-Dekodierung zuordnen: Die M-Komponente im Audiosignal entspricht der Y-Achse im Goniometer, die S-Komponente im Signal der X-Achse im Goniometer.

Was aber bedeutet es, wenn das Goniometerbild mehr nach oben oder mehr nach unten orientiert ist? Grobe Schätzung: Irgendwas mit Wellenfronten? Goniometerbild "nach oben" bedeutet: Lautsprechermembranen kommen "auf mich zu"?

Und: Wie ist die genaue Formel zur Umrechnung von Stereosignal <-> Goniometer?

Bin über Hilfe dankbar.

Schöne Grüße, Hannes
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alex
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Re: Goniometer lesen?

Beitragvon alex » 25.03.2016, 05:38

Hannes_F hat geschrieben:Im Prinzip könnte man wohl das Goniometerbild einer M/S-Dekodierung zuordnen: Die M-Komponente im Audiosignal entspricht der Y-Achse im Goniometer, die S-Komponente im Signal der X-Achse im Goniometer.

Genauso ist es. Die vertikale Auslenkung zeigt gleichphasige, die horizontale Auslenkung gegenphasige Anteile des Stereosignals an.

Hannes_F hat geschrieben:Goniometerbild "nach oben" bedeutet: Lautsprechermembranen kommen "auf mich zu"?

Yep.

Hannes_F hat geschrieben:Und: Wie ist die genaue Formel zur Umrechnung von Stereosignal <-> Goniometer?

Wie du schon vermutet hast: dieselbe wie für LR => MS.

Das von dir gezeigte Bild zeigt allerdings (vermutlich zur augenschonenden Darstellung) nur die ausgefüllte Hüllkurve einer Goniometeranzeige, wie sie beispielsweise auf einem Oszilloskop zu sehen ist. Eine "realistischere" Momentandarstellung der tatsächlichen Schreibstrahlbewegungen könnte etwa so aussehen:

Bild

Eine praktische Anwendungsmöglichkeit eines Goniometers bei der "Einstellung von Magnettonanlagen" (wie das rundfunkamtlich früher hieß, Gott ist das lange her ...) lässt sich mit zwei einfachen Lissajousfiguren in diesem Video studieren:
https://www.youtube.com/watch?v=taxn7CD2hjg

Dort habe ich ein Verfahren anwendet, das in einem BASF-Patent von 1966 beschrieben ist. Die Testsignale sind so gewählt, dass bei exakt 90° zur Bandlaufrichtung justiertem Wiedergabekopfspalt entweder ein senkrechter Strich (Phasengleichheit) oder eine mehr oder weniger konstante Kreisfigur (LR-Phase im 1,5-Sekunden-Rhythmus um ±90°umgeschaltet) zu sehen sein sollte.

Läge die Frequenz bei sagen wir 2 Hz (und nicht bei 10 kHz, wie im Video), so würde man erkennen, dass die Kreisfigur abwechselnd linksherum und rechtsherum läuft. Bei Gleichphasigkeit sähen wir nur eine senkrechte Auf- und Ab-Bewegung.

Ab 0'26 habe ich absichtlich den Bandlauf minimal verändert, um die Wirkung vorzuführen. Die tatsächliche Azimutabweichung des Wiedergabekopfspalts von der Soll-Lage beträgt hier zuerst 4, dann 2 Winkelminuten (was laut letztgültiger DIN/IEC Norm die Toleranzgrenze für Bezugsbänder war).

Dies nur als kleiner Ausflug in Goniometer-Prähistorie :opa: 8-)

Grüße, alex
Zuletzt geändert von alex am 25.03.2016, 05:54, insgesamt 1-mal geändert.
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Re: Goniometer lesen?

Beitragvon Hannes_F » 25.03.2016, 05:48

Ah, danke Alex!

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RainerG
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Re: Goniometer lesen?

Beitragvon RainerG » 27.03.2016, 11:55

alex hat geschrieben:Dort habe ich ein Verfahren anwendet, das in einem BASF-Patent von 1966 beschrieben ist. Die Testsignale sind so gewählt, dass bei exakt 90° zur Bandlaufrichtung justiertem Wiedergabekopfspalt entweder ein senkrechter Strich (Phasengleichheit) oder eine mehr oder weniger konstante Kreisfigur (LR-Phase im 1,5-Sekunden-Rhythmus um ±90°umgeschaltet) zu sehen sein sollte.



Hallo Kollegen,

Dieses Prinzip ist wesentlich genauer als der sonst auf den Meßbändern aufgespielte 10-kHz-Ton zur Spalteinstellung, wo man nur auf Amplitudenmaximum stellen muß.
Das "Rundfunkbetriebsbezugsband 38" enthält diese Phasensprungverfahren.
Auch wenn man kein Oszilloskop dabei benutzt, läßt sich die Spalteinstellung mit dem Millivoltmeter kontollieren: auf maximale Amplitude stellen UND - wenn die Spalteinstellung stimmt - dann dürfen auf dem Millivoltmeter keine periodischen Pegelsprünge mehr auftreten.

Grüße
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alex
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Re: Goniometer lesen?

Beitragvon alex » 27.03.2016, 13:11

RainerG hat geschrieben:Das "Rundfunkbetriebsbezugsband 38" enthält diese Phasensprungverfahren.
auf maximale Amplitude stellen UND - wenn die Spalteinstellung stimmt - dann dürfen auf dem Millivoltmeter keine periodischen Pegelsprünge mehr auftreten.

Genau. Noch ein Vorteil: Nachdem die Justage einmal durchgeführt wurde, braucht bei Kontrollmessungen der Magnetkopf nicht mehr verstellt werden um zu erkennen, ob er korrekt justiert ist oder nicht.

Die Signale in meinem Videoclip ermöglichen zugleich die notwendige Vorkontrolle der Frequenzgänge beider Kanäle: Bei Stereo-Wiedergabe sollen in beiden Kanälen die beiden ersten Aufzeichnungen (1 kHz 0°/ 10 kHz 0°) pegelgleich sein, die dritte (10 kHz ±90°) ist 3 dB höher; auf Mono summiert sollten alle drei Pegel gleich sein. Dieser Test ist mit jedem üblichen PPM durchführbar, die Genauigkeit liegt bei <0,5 Winkelminuten.

Vom Rundfunkbetriebsbezugsband - oder "ARD/ZDF Betriebsbezugsband nach IRT-Empfehlung" im Rundfunktechnokratendeutsch - habe ich ein halbes Dutzend hier liegen. Dessen Phasenaufzeichnung ist noch ein gutes Stück ausgefeilter, denn hier wurde ein modifiziertes Phasensprungsignal (10 kHz ±150°) auf vier Hilfsspuren aufgezeichnet. Damit lassen sich sogar Abweichungen der Spaltlage beider Kopfsysteme untereinander quantifizieren. Die Genauigkeit liegt auch hier bei <0,5 Winkelminuten.

Wer es genauer wissen möchte, hier die zugehörige Patentschrift.

Auf verschlungenen Pfaden hat sich bei mir unter anderem auch ein sog. "Spaltnormal" eingefunden, was man als Urwinkel der Magnetbandaufzeichnung ansehen könnte (ein weiteres Exemplar liegt bei der PTB in Braunschweig). Die dokumentierte Genauigkeit dieser 10 kHz Aufzeichnung beträgt 0,1 (!) Winkelminuten. Mit solchen Prüfsignalen beginnt man zu begreifen, was Präzision wirklich heißt :opa:

Grüße, alex
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Re: Goniometer lesen?

Beitragvon bwaack » 07.04.2016, 11:31

Bei Aufnahme eines Stereosignals weitet sich das Goniometerbild auf. Im Prinzip könnte man wohl das Goniometerbild einer M/S-Dekodierung zuordnen: Die M-Komponente im Audiosignal entspricht der Y-Achse im Goniometer, die S-Komponente im Signal der X-Achse im Goniomete

Das gilt für ein Goniometer, wie es Alex' Abbildung zeigt. Das Hofa-Plugin, dass Deine Abbildung zeigt, zeigt etwas ganz anderes an.
Beim Hofa Plugin werden korrelierte Signalanteile (Mitte) als positive Y-Werte und gegenphasig korrelierte (Seite) als negative Y-Werte dargestellt. Außerdem wird die optische Trennung zwischen den Stereokanälen von 90 Grad in Alex' klassischem Goniometer beim Hofa Plugin auf 180 Grad erhöht. Die verschiedenen Kurven des Hofa-Plugins integrieren den Signalverlauf auf verschiedene Weisen und außerdem werden noch Spitzenwerte der Elongation dargestellt und es ist auch eine logarithmische Darstellung einstellbar.
Ob das sinnvoll ist, und was man daraus lesen kann, muß jeder für sich selbst entscheiden.Wie die Formel für die Hofa-Darstellung lautet, mußt Du die Hofa-Leute selber fragen.

Beim klassischen Goniometer lautet die Formel X=R-L, Y=R+L und das möglichst ohne irgendeine Integration, das heißt, es wird nur der aktuelle Zustand angezeigt, man sieht also einen herumsausenden Punkt, der auf den alten Oszies eine Leuchtspur generiert, sodass man doch ein gewisses Maß an Vergangenheit des Signales erkennen kann.

Mit Wellenfronten hat weder das klassische Goniometer, noch das Hofa-Plugin irgendwas zu tun.

Beim klassischen Goniometer deutet eine Verschiebung nach oben auf einen positiven DC-Offset im Signal hin, der auf linkem und rechtem Kanal gleich groß ist. Nicht alle Goniometer erfassen DC-Offsets. Software-Goniometer in digtaler Ebene fast immer, reale Goniometer fast nie, weil die meisten analogen Audioausgänge aufgrund ihrer Bauweise keine DC-Offsets zulassen.

Das Hofa Plugin bildet einen gleichen DC-Offfset auf beiden Kanälen nur bei unterschiedlichen Signalverläufen von linkem und rechtem Kanal ab, dabei kann ein DC-Offset die Darstellung eines akustisch identischen Signals komplett verändern. Hier ein inverskorreliertes Signal mit und ohne 50% Offset :
Bild

Beim Hofa-Plugin kann eine Verschiebung der Kurve in Richtung positver y-Achse also alles mögliche bedeuten. Normalerweise einfach, dass positiv korrelierte Signalanteile überwiegen (was kein Fehler ist). Große DC-Offsets führen allerdings zu massiven Fehlinterpretationen.

Du hast schon recht, Dich mit Deinen Meter-Tools genauer auseinander zu setzten. Das Hofa-Plugin kann auch sinnvoll einsetzbar sein - aber man muß eben für sich selbst eine sinnvolle Leseart entwickeln, wie fürs klassische Goniometer auch oder jede Röntgenaufnahme...

Grüße
B.

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Re: Goniometer lesen?

Beitragvon alex » 07.04.2016, 12:02

Danke für die Klärung!

Dass bei HOFA L/R auf derselben Achse liegen, war mir auch aufgefallen.
"S = unten" und alles übrige dagegen nicht.

Gerade frage ich mich, wie das Plugin einen 30°/45°/90° Phasenversatz darstellen würde?
Lässt es sich überhaupt zur Phasenmessung nutzen?

Grüße, alex
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Re: Goniometer lesen?

Beitragvon Hannes_F » 08.04.2016, 00:58

bwaack hat geschrieben:Beim Hofa Plugin werden korrelierte Signalanteile (Mitte) als positive Y-Werte und gegenphasig korrelierte (Seite) als negative Y-Werte dargestellt. Außerdem wird die optische Trennung zwischen den Stereokanälen von 90 Grad in Alex' klassischem Goniometer beim Hofa Plugin auf 180 Grad erhöht. Die verschiedenen Kurven des Hofa-Plugins integrieren den Signalverlauf auf verschiedene Weisen und außerdem werden noch Spitzenwerte der Elongation dargestellt und es ist auch eine logarithmische Darstellung einstellbar.

Danke B./bwaack für diese Antwort. Sie hilft ein Stück weiter.

bwaack hat geschrieben:Wie die Formel für die Hofa-Darstellung lautet, mußt Du die Hofa-Leute selber fragen.

Ich glaube wohl auch. Immerhin weiss ich jetzt, dass es keine ganz triviale Frage ist.

bwaack hat geschrieben:Mit Wellenfronten hat weder das klassische Goniometer, noch das Hofa-Plugin irgendwas zu tun.

Meine Überlegung hierzu war, dass mir bei einem ausgeprägt gegenphasigen Signal (Seitensignal) die rechte Membran entgegenkommt, während die linke entflieht. Das bedeutet, dass die Luft zwischen den beiden Lautsprechern praktisch hin und her-gepumpt wird (ein Luftmolekül auf der Linie zwischen den Lautsprechern vibriert von rechts nach links und wieder zurück). Dieses Hin- und Herpumpen ist auch noch in einiger Entfernung (am Hörplatz) spürbar und erzeugt den bekannten Druck in den Ohren, der bei gegenphasigen Signalen (auf Englisch anscheinend wohl gerne "minus correlation" genannt) entsteht.

Wenn das so ist, würden die Wellenfronten bei gegenphasigen Signalen senkrecht zur gedachten Verbindungslinie zwischen den Lautsprechern laufen, bei gleichphasigen Signalen dagegen parallel zur Verbindungslinie. Oder liege ich da falsch?

Phasen_Wellenfronten.jpg


bwaack hat geschrieben:Das Hofa Plugin bildet einen gleichen DC-Offfset auf beiden Kanälen nur bei unterschiedlichen Signalverläufen von linkem und rechtem Kanal ab, dabei kann ein DC-Offset die Darstellung eines akustisch identischen Signals komplett verändern.

Dein Beispiel ist schon wild und lässt mich etwas an der uneingeschränkten Verwendbarkeit des Tools zweifeln.

Die Methode, das Plugin mit Testsignalen zu füttern, finde ich aber gut.
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Re: Goniometer lesen?

Beitragvon RainerG » 08.04.2016, 11:05

Hallo,

Vielleicht ist auch noch folgende Information interessant und zwar für diejenigen die evt. nochmal einen Lackfolienschnitt machen lassen müssen, weil der Kunde die "gute alte Vinylschallplatte" haben will:

Steuert man das Goniometer mit M/S-Signalen an und zwar so, daß das M-Signal auf der X-Achse liegt und das S-Signal auf der Y-Achse und die Polarität derart, daß bei positivem Momentanwert des M-Signals der Strahl nach links geht und bei positivem Momentanwert des S-Signals nach unten, dann entspricht das dargestellte Goniometerbild, bzw. der Strahlverlauf genau der Stichelbewegung des Schneidstichels der Plattenschneidmaschine. Das M-Signal stellt dann die Seitenschrift und das S-Signal die Tiefenschrift dar.

Grüße
RainerG
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