Audio Signal digitalisieren und per Funk versenden

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19.10.2009, 12:55
YaNnIk

Audio Signal digitalisieren und per Funk versenden

Hi Leute..

Mein neues Projekt : Funk für Gitarre selber bauen!

Also erstmal ein paar Grundinfos..

Die Frequenz einer Gitarre liegt zwischen 82,41Hz und 1319Hz (1,3kHz).
Also sollten alle Frequenzen zwischen 70Hz und 1,35kHz übertragen werden..

Die Abtastrate sollte mindestens 40kHz betragen..

So, mein ganz grobes konzept sieht so aus : Gitarre --> Vorverstärker (OP?) (Sonst wäre das Signal viel zu schwach) --> A/D Wandler --> Sender --> Empfänger --> D/A Wandler --> Verstärker..

Und was ganz wichtig ist : Die Latenzzeit muss so gering wie möglich sein!!! Also man darf KEINE Verzögerung warnehmen...

Also mir gehen dabei so viele Fragen durch den Kopf, ich weiß garnicht, wo ich anfangen soll.. ](*,)

1. Wie viel Bit sollte der A/D Wandler haben, damit das ganze wie durch ein Kabel klingt?? (Ich weiß, für Kabelqualität müsste man theoretsich unendlich Bit haben)

Oder anders gefragt : Was ist die maximale Bit anzahl, die bei einer Abtastrate von 44,1kHz zu übertragen möglich ist??

2. Nach welchem Prinzip soll ich das Signal übertragen??? (Möglichts Latenzarm)

3. Welchen Sender könnte ich nehmen?? (Wieder möglichts Latenzarm)

Und noch einige Fragen, die sich dann im Laufe des Thread sicher einfacher klären lassen..

Also ich will jetz hier von niemandem ein komplettes System vorgschlagen bekommen.. Ich habe sowas in dem Bereich halt noch nie gemacht und mache halt die typischen Anfängerfragen..

Ich weiß, diesen Beitrag zu verstehen ist nicht ganz einfach, aber es würde mich riesig freuen, wenn sich hier ein paar Leute finden, die mit mit dem Projekt helfen könnten!!!

Danke schonmal an alle!! =D>

Mfg Yannik
19.10.2009, 13:59
Artur

Hi,
warum willst du das unnötig kompliziert Digital das alles übertragen ?

Gewöhnlich wird so was nur rein Analog gemacht, oder eben im HighEnd Bereich dann Digital, aber das kostet dann ein kleines Vermögen.

Nimm doch einfach ein "Drahtlosen-/Funk-Mikrofon" und gut is.

Oder spricht da was dagegen ?

Gruss
Artur
19.10.2009, 14:06
YaNnIk

Zitat:

Zitat von Artur

Hi,
warum willst du das unnötig kompliziert Digital das alles übertragen ?

Gewöhnlich wird so was nur rein Analog gemacht, oder eben im HighEnd Bereich dann Digital, aber das kostet dann ein kleines Vermögen.

Nimm doch einfach ein "Drahtlosen-/Funk-Mikrofon" und gut is.

Oder spricht da was dagegen ?

Gruss
Artur

Generell spricht nix gegen Analog..

Aber ein Qualitativ Hochwertig Funkmikro kostet so viel, dass ich mir dafür auch ein Profi Gitarrenfunkset kaufen könnte ;-)

Und ich habe noch nie Analoge Sender/empfänger Module gesehn.. Ich finde immer nur Digital-Kram..

Ich weiß halt nicht worauf es bei Analog ankommt um eine gute Audioqualität zu haben.. Bei Digital ist es die Abtastrate und die Bit Anzahl.. Aber ich weiß auch garnicht, wie analog funktioniert xDD
19.10.2009, 14:12
wkrug

Beim A/D Wandler entsprechen 16Bit Auflösung CD Qualität.
Das sollte eigentlich für eine Gitarre reichen.
Beim A/D Wandler wäre vermutlich ein serieller Typ am geeignetsten.
Dabei wäre natürlich gut, wenn der Wandler seine Signale so abgibt, das eine Synchronisation auch gleich generiert wird.
Ansonsten müssen an das Signal zusätzliche Bytes mit angehängt werden um Sender und Empfänger Synchron zu halten.
Als Beispiel - Würden vor jedem Wort das Hex Zeichen 0xA ( binär 1010 ) stehen, würde sich das Datenvolumen auf 20Bit / Abtastung aufblähen.
Damit kriegst du dann bei einer Abtastrate von 4kHz einen Datenstrom von 80kBit zusammen ( 16+4Bit * 4000 ).
Dieses Nibble muß aber an den Datenstrom angefügt werden, was wiederum eine kurze Latenzzeit erzeugt.

Als Sender dürfte damit ein 433MHz FM- System ausreichend sein.
Da sollten sich fertige Module für FSK Übertragung finden lassen.
Wenn Du wirklich mit 44,1KHz abtasten willst, kommst Du auf eine Datenrate von 44100*20 = 882000 kBit/s, das wird mit einem 433Mhz FSK nicht mehr gehen.
Die RFM Module von Pollin ( RFM01 / RFM02 ) gehen z.B. bis 250kBit /s.

Die Probleme bei dieser Aufgabe seh ich dabei in der Synchronisation zwischen Sender und Empfänger, das Wiederfinden der Synchronisation nach einem Übertragungsausfall und der Übertragungsfehlerbehandlung.
19.10.2009, 14:31
YaNnIk

"44100*20 = 882000 kBit/s" - sind das nicht nur Bit/s ??? Also 882 kb/s ???

Danke für die super Antwort..Du sagtest ja CD Qualität ist 16Bit.. Wie hoch ist die Abtastrate bei CD Qualität??

Ich komme halt darauf, weil einer im Musiker Board meinte einer Profi Gitarrenfunk systeme würden mit 88,2kHz Abtastrate und 32Bit arbeiten!!!

Das wären dann ja :

88 200 * 32 = 2 822 400

Also 2,8Mb/s.. Das erscheint mir aber doch recht heftig viel xD Außer per Wlan warscheinlich nicht zu schaffen..

Also mit den von dir genannten Pollin Modulen könne man (wir gehen mal von realistischen 200kb/s aus) also :

200000/16 = 12 500

Also könnte man mit etwa 12,5kHz abtastrate arbeiten..

Aber 12,5kHz ist grade mal 1,5 kHz über Radioqualität..

Also so 22kHz mit 16Bit also :

22 000 * 16 = 352 000 b/s = 352 kb/s

Sollen es doch schon sein oder??

Ich habe keine Ahnung wie hoch die Abtastrate sein sollte..

Aber das mit der Syncronisation musst du mir nochmal erklären.. Wozu soll das gut sein und was ist das??

Also die Latenzzeit darf halt nicht hörbar sein. .Das erscheint mir das größte Problem bei Digitalübertragung... ](*,)

EDIT : Also warscheinlich werde ich nur mit 12 Bit arbeiten.. Meine Rescherschen haben ergeben, dass 16Bit seeeehr störanfällig aus.. Und außerdem sind 16-Bit A/D Wandler nur schwer zu bekommen.. Und die schaffen meißtens nicht so eine hobe Samplingrate...

Und 12 Bit sind auch immerhin (2^12) 4 096 Schritte.. Gut, 16 Bit wären 65 536 Schritte :-k

Wenn man bedenkt, das Radio nur 8 Bit, also 256 Schritte hatt, wird 12 Bit reichen.. Und falls es nicht reicht, kann man das im Nachhinein immernoch ändern ;-)

Gut.. Ich komme vorran =D>

Wie stellt man eigentlich bei einem A/D Wandler die Samplingrate ein??? Also wenn amn das mit nem AVR macht, wüsste ich das, aber wie macht man das bei richtigen A/D Wandlern??? Oder ist das nicht veränderbar?!

Also mit den Pollin Sendern könnte man dann ja (200000/12) 16kHz Samplingrate verwenden..

Also meine Fragen jetzt noch :

Latenzzeit??!!??

Wie bekomme ich dann das Digitale Signal gesendet???

Mfg Yannik

EDIT : Woher nimmst du eigentlich 250kb/s bei den RFM Modulen?? Da steht doch überall nur 115,2kb/s !?!
19.10.2009, 19:51
wkrug

Zitat:

Also 882 kb/s ???

Richtig, das stimmt.

Zitat:

22 000 * 16 = 352 000 b/s = 352 kb/s
Sollen es doch schon sein oder??

Nach dem Abtasttheorem muß die Abtastfrequenz mindestens doppelt so hoch sein, wie die maximal im Frequenzband vorkommende Frequenz.

Bei 1,4khz wären das also 2,8khz.
Ich denke aber, das Du bei einer Gitarre auch die Oberwellen mit übertragen musst. Die dritte Harmonische wäre dann 4,2kHz.
Ich denke also mit einer Samplefrequenz von 10kHz dürftest Du gut hinkommen.
Letztlich kommt es also darauf an, welche maximale Frequenz, mit welcher Auflösung, die unter anderem den Signal / Rauschabstand bestimmt, Du haben willst.

Du könntest z.B. auch eine nichtlineare Abtastung verwenden, bei der die Quantisierungsstufen nicht gleich sind.
Bei niedrigen Signalpegeln wird höher aufgelöst, bei hohen Signalpegeln mit weniger Auflösung.
Bei der Telefonie wird das so gemacht, man kommt dabei bei leisen Tönen auf Quantisierungsstufen die 13Bit entsprechen, obwohl nur 8 Bit übertragen werden.

Zitat:

Aber das mit der Syncronisation musst du mir nochmal erklären.. Wozu soll das gut sein und was ist das??

Nehmen wir mal an, der Empfänger kriegt einen Bitstrom erst ab der Mitte des gesendeten Bitstroms mit.
Der D/A Wandler würde dann immer die lower 8 Bit des einen Samples mit den higher 8 Bit des nächsten Samples wandeln.
Ausser einem brutalen Rauschen wirst Du da nichts empfangen.
Ergo, der Empfänger muss irgendwie erkennen, wann ein Sample beginnt.
Das kann man über verschiedene Verfahren machen.
z.B. gezielte Codeverletzungen, Sync Wörter die regelmässig auftreten, usw.

Zitat:

Woher nimmst du eigentlich 250kb/s bei den RFM Modulen?? Da steht doch überall nur 115,2kb/s !?!

Das stimmt auch, wenn man die internen Filter benutzt.
Nimmt man einen externen Kondensator zur Tiefpaßfilterung, geht das auch bis 250kBit/s - Soweit hab ich das irgendwie im Hinterkopf, schau Dir mal die Original Datenblätter bei hope rf an.
Hab mal eben ins Datenblatt des RFM01 geschaut, da steht:
High data rate (up to 115.2 kbps with internal demodulator，with external RC filter highest data rate is 256kbps.
Das RFM 02 kann aber anscheinend wirklich nur 115,2kbps.

Zitat:

Wie bekomme ich dann das Digitale Signal gesendet???

Wenn Du einen normalen FM Transmitter benutzt, kannst Du das serielle Datensignel des A/D Wandlers direkt auf den Modulationseingang des Funkübertragungsbausteins legen.
Was Dir dazu jetzt aber noch fehlt ist eine Synchronisation mit dem Empfänger ( siehe oben ).
Da Du aber, verständlicherweise, keine Latenzzeiten haben willst, müsstest Du das A/D Signal bearbeiten und eine Synchronisation mit einfügen.
Ein Microcontroller braucht Zeit, das zu bewerkstelligen.
Also wird Dir vermutlich nur der Weg über eine reine Hardwarelösung, eine Lösung aus Hardware und Microcontroller, oder eine Lösung mit einem FPGA bleiben.
Man könnte zum Beispiel ein parallel ladbares Schieberegister verwenden.
Die 4 höherwertigen Bits werden mit einem festen Synchronwort geladen, die folgenden 16Bits wären dein A/D Wandlerergebnis.
Das was ich jetzt hier gesagt habe sind mal reine Gedankenspiele, bzw. Denkanstöße. Einen konkreten passenden Masterplan hab ich für Dein Problem natürlich auch nicht.

Die Datenrate könnte noch etwas erhöht werden, wenn man als Modulationssignal PSK, oder sogar ein Mehrfaches PSK wie QPSK einsetzen würde.
Ob es dafür allerdings fertige Funkmodule gibt, weiß ich nicht.
Das Problem ist ja, das man an HF Komponenten als Nicht- Amateurfunker nicht rumbasteln darf.
Das dürfte auch ein Grund dafür sein, das Dein Projekt nicht so ganz einfach zu realisieren ist.