Karty audio USB jako przyrządy pomiarowe

To jest pierwszy z serii artykułów dotyczących możliwości wykorzystania komputerowych kart dźwiękowych w roli przyrządów pomiarowych o zadziwiająco szerokich możliwościach. Aby zainteresować tematem, w tym artykule tylko sygnalizuję możliwości i pokazuję kilka bardzo interesujących przykładów.

Komputerowe karty audio wykorzystujemy głównie do odtwarzania dźwięku. Ściślej biorąc, wykorzystujemy wtedy zawarty w nich przetwornik cyfrowo-analogowy DAC. Rzadziej kart takich używamy do nagrywania dźwięku – wtedy wykorzystujemy zawarty w nich przetwornik analogowo-cyfrowy ADC. Wszystkie komputery i laptopy, a także tablety i smartfony, mają w swoim wnętrzu przetworniki ADC oraz DAC, ale dla elektronika niewątpliwie najbardziej interesujące są zewnętrzne karty audio z interfejsem USB.

Takie zewnętrzne karty mogą z powodzeniem pełnić funkcję oscyloskopu i analizatora spektralnego. Mogą też być wykorzystane do zaskakująco precyzyjnych pomiarów impedancji, pojemności, indukcyjności oraz do pomiaru szumów i dynamiki.

Powyższa fotografia wstępna pokazuje kilka moich zewnętrznych komputerowych kart audio USB, z których większość nabyłem właśnie na potrzeby niniejszego cyklu artykułów. Najtańsza z tych kart kosztowała mnie około trzech złotych, najdroższa ma cenę prawie 1500 złotych.

Pasmo i dynamika – zaskakująco szerokie

Każdą zewnętrzną kartę dźwiękową USB można wykorzystać do pomiarów, ale oczywiście „realne możliwości pomiarowe” zależą od parametrów zawartych w niej układów scalonych. Stopniowo będę pokazywał przykłady takiego wykorzystania, a w tym artykule podam tylko informacje wstępne, zachęcające do zainteresowania się ich wykorzystaniem do celów pomiarowych.

Dziś nawet tanie oscyloskopy mają pasmo od 0 Hz (prąd stały) do 100 000 kHz (100 MHz). Dlatego wielu elektroników uważa, że karty audio zupełnie nie nadają się do roli oscyloskopu właśnie z uwagi na śmiesznie wąskie pasmo audio (20 Hz…20 kHz).

Niesłusznie! Większość kart nie ma wbudowanych sprzętowych filtrów ograniczających pasmo do 20 kHz, ma natomiast możliwość wyboru wyższej częstotliwości próbkowania. Dziś tanim standardem są karty z próbkowaniem 192kHz, które pozwalają mierzyć sygnały o częstotliwościach do około 90 kiloherców. A jeśli dla kogoś to mało, to może poszukać kart audio o maksymalnej częstotliwości próbkowania 384 kHz lub 768 kHz. Karta 768 kHz teoretycznie pozwala mierzyć sygnały o częstotliwościach do 384 kHz, a praktycznie trochę mniej.

Fotografia tytułowa pokazuje stanowisko pomiarowe podczas pomiaru starego litewskiego generatora GRN-5. Widać też COSMOS – przyrząd, który jest niejako jedną trzecią komputerowej karty audio, bowiem zawiera tylko obwody komunikacji z komputerem, bardzo skromne obwody wejściowe oraz przetwornik ADC. Na rysunku 1 pokazane są wyniki pomiaru sygnału 1kHz (995 Hz) o poziomie –6,02 dBFS (cokolwiek to w tym przypadku znaczy).

Rysunek 2 to zrzut z ekranu oscyloskopu. Okazuje się, że przy takich ustawieniach badany sygnał ma amplitudę 4 V (międzyszczytową 8 V) i potwierdza się, że częstotliwość wynosi 995 Hz.

Rysunek 1 świadczy o tym, że archaiczny „ruski” generator ma zaskakująco dobre parametry!

(…)

——– ciach! ——–

To jest tylko fragment artykułu, którego pełna wersja ukazała się w kwietniowym numerze czasopisma Zrozumieć Elektronikę (ZE 4/2025). Czasopismo aktualnie nie ma wersji drukowanej na papierze. Wydawane jest w postaci elektronicznej (plików PDF). Pełną wersję czasopisma znajdziesz na moim profilu Patronite i dostępna jest dla Patronów, którzy wspierają mnie kwotą co najmniej 10 zł miesięcznie. Natomiast niepełna, okrojona wersja, pozwalająca zapoznać się z zawartością numeru ZE 4/2025 znajduje się tutaj.

Piotr Górecki

 

Uwaga! Osoby, które nie są (jeszcze) moimi stałymi Patronami, mogą nabyć PDF-y z pełną wersję tego numeru oraz wszystkich innych numerów czasopisma wydanych od stycznia 2023, „stawiając mi kawę” (10 złotych za jeden numer czasopisma w postaci pliku PDF).
W tym celu należy kliknąć link (https://buycoffee.to/piotr-gorecki), lub poniższy obrazek

Następnie wybrać – Postaw kawę za:
– jeśli jeden numer ZE – 10 zł,
– jeśli kilka numerów ZE – Własna kwota. I tu wpisać kwotę zależną od liczby zamawianych numerów – wydań (N x 10 zł),
Wpisać imię nazwisko.
Podać adres e-mail.
Koniecznie zaznaczyć: „Chcę dodać dedykację/Wiadomość dla Twórcy” i tu wpisać, który numer lub numery ZE mam wysłać na podany adres e-mailowy. Jeśli ma to być numer z tym artykułem trzeba zaznaczyć, że chodzi o ZE 3/2025.
UWAGA!!! E-mail z linkiem do materiałów (Smash) wysyłamy zazwyczaj w ciągu 24 godzin. Czasem zdarza się jednak, że trafia do spamu. Jeśli więc nie pojawi się w ciągu 48 godzin prosimy sprawdzić w folderze spam, a ewentualny problem zgłosić na adres: kontakt@piotr-gorecki.pl.