{"id":3746,"date":"2023-09-16T21:17:23","date_gmt":"2023-09-16T19:17:23","guid":{"rendered":"https:\/\/cbrell.de\/blog\/?p=3746"},"modified":"2024-01-31T21:44:21","modified_gmt":"2024-01-31T20:44:21","slug":"usb-audio-adapter-test-fuer-sound-aus-dem-bienenstock","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/cbrell.de\/blog\/usb-audio-adapter-test-fuer-sound-aus-dem-bienenstock\/","title":{"rendered":"USB Audio Adapter Test f\u00fcr Sound aus dem Bienenstock"},"content":{"rendered":"

Tonaufnahmen aus dem Bienenstock k\u00f6nnen wertvolle Hinweise \u00fcber den Zustand eines Volkes liefern, z.B. Schwarmvorbereitungen oder Weisellosigkeit. In den Projekten Biene40<\/a> und AI4Bee<\/a> wollen wir die Technik dazu entwickeln. Eine Alternative, an Sounddaten zu kommen, ist die Aufnahme mit Linux Kleinrechnern (Raspberry Pi) und analogen Messmikrofonen, die \u00fcber eine USB-Soundkarte angeschlossen sind. Dieser Beitrag\u00a0 – der USB Audio Adapter Test – besch\u00e4ftigt sich mit der Analyse und der Auswahl geeigneter USB Soundkarten.<\/em><\/p>\n

Zitierung: Brell, Claus (2023) USB Audio Adapter Test f\u00fcr Sound aus dem Bienenstock. Online Ressource, abrufbar unter https:\/\/cbrell.de\/blog\/usb-audio-adapter-test-fuer-sound-aus-dem-bienenstock\/<\/span><\/strong><\/p>\n

Stand: 20.09.2023<\/p>\n

Untersuchungsgegenstand des USB Audio Adapter Test<\/h2>\n

Untersuchungsgegenstand sind g\u00e4ngige und preiswerte (unter 10 Euro) USB Soundkarten, die mit dem Raspberry Pi funktionieren.\u00a0 Daran werden im Rahmen der Bienenprojekte entwickelte Soundsensoren (Luftschallsensoren und K\u00f6rperschallsensoren) angeschlossen. Die Soundsignale aus dem Bienenstock werden im\u00a0 Zeitraum und im Frequenzraum ausgewertet. Wesentlich ist, dass die verwendeten Adapter den Sound wenig verf\u00e4lschen, wenig rauschen und robust gegen Brummst\u00f6rungen sind. Da die Schallsensoren \u00fcber die von den Adaptern bereitgestellte Spannung versorgt werden, wird auch diese untersucht.<\/p>\n

Untersuchungsdesign<\/h2>\n

Untersucht werden drei unterschiedliche USB Adapter:<\/p>\n

    \n
  1. USB Audioadabter Sabrent<\/li>\n
  2. USB Audioadapter Goobay 3d Sound<\/li>\n
  3. USB Audioadapter Logilink UA0053<\/li>\n<\/ol>\n

    Es werden die bereitgestellte Spannung und der Kurzschlussstrom gemessen, daraus wird der Innenwiderstand ermittelt.<\/p>\n

    Zur Kontrolle „nach Geh\u00f6r“ werden mit jedem Adapter kurze Sprachnotizen angefertigt. Die Aufnahme wird jeweils mit Audacity auf -3,0db normalisiert. F\u00fcr einen stillen Teil der Aufnahme\u00a0 wird jeweils ein Spektrogramm angefertigt, um einen Eindrck \u00fcber das Rauschverhalten zu bekommen.<\/p>\n

    Als Mikrofon dient eine Elektret-Kapsel MCE101.<\/p>\n

    Die Testaufnahmen werden mit einem Macbook und einem USB 2.0 Adapter ausgef\u00fchrt.<\/p>\n

    Die Spannungsmessungen erfolgen mit einem Messger\u00e4t Voltcraft VC404.<\/p>\n

    Als Referenz f\u00fcr die Tonaufnahmen werden eigesetzt: Ein Macbook nur mit internen Mikrofon, Macbook analoger Eingang mit einem Y-Kabel, um zu den USB Adaptern anschlusskompatibel\u00a0 zu sein.<\/p>\n

    Als Referenz f\u00fcr die Spannubgen werden ein Macbook und ein Iphone13 herangezogen.<\/p>\n

    Messergebnisse<\/h2>\n

    Spannungen und Str\u00f6me, Innenwiderstand<\/h3>\n
    Ger\u00e4t                            Leerlauf (Volt) Strom (mA) Innenwiderstand (kOhm)\r\nUSB Audioadabter Sabrent.                2,93.      0,6           4,88\r\nUSB Audioadapter Goobay 3d Sound         2,89.      0,6           4,81\r\nUSB Audioadapter Logilink UA0053.        4,69.      0,9           5,20\r\nMacbook analoger Eingang                 2,60.      l\u00e4sst Messung nicht zu\r\nIphone mit Apple USB Adapter.            2,70.      l\u00e4sst Messung nicht zu<\/pre>\n
    Rauschen und Fremdger\u00e4usche<\/h4>\n
    Abb. 1 zeigt die Spektren von stillen Passagen in den Testaufnahmen.<\/p>\n
    \"Bild<\/a><\/p>\n
    Abb. 1: Spektren<\/p>\n
    Testaufnahmen \/ H\u00f6rproben<\/h3>\n
      \n
    1. USB Audioadabter Sabrent
      \n      https:\/\/cbrell.de\/blog\/wp-content\/uploads\/2023\/09\/Aufnahmetest-Sabrent.mp3<\/a><\/audio><\/li>\n
    2. USB Audioadapter Goobay 3d Sound
      \n      https:\/\/cbrell.de\/blog\/wp-content\/uploads\/2023\/09\/Aufnahmetest-Goobay.mp3<\/a><\/audio><\/li>\n
    3. USB Audioadapter Logilink UA0053
      \n      https:\/\/cbrell.de\/blog\/wp-content\/uploads\/2023\/09\/Aufnahmetest-Logilink.mp3<\/a><\/audio><\/li>\n
    4. Macbook „pur“ (internes Mikrofon)
      \n      https:\/\/cbrell.de\/blog\/wp-content\/uploads\/2023\/09\/Aufnahmetest-Macbook-internes-Mikro.mp3<\/a><\/audio><\/li>\n
    5. Macbook mit Y-Kabel und externem Elektret Mikrofon.
      \n      https:\/\/cbrell.de\/blog\/wp-content\/uploads\/2023\/09\/Aufnahmetest-Mikro-Analog-Y-Kabel-Mac.mp3<\/a><\/audio><\/li>\n<\/ol>\n
      Praxistest<\/h2>\n
      Einsatz in Bienenst\u00f6cken<\/h3>\n
      Alle drei Adapter sind seit 2021 im Au\u00dfen-Einsatz (im nach unten offenen Geh\u00e4use) und verrichten ihren Dienst. Der Logilink-Adapter wird wegen der St\u00f6rger\u00e4usche seit Ende 2022 nicht mehr eingesetzt.<\/p>\n
      Einrichten des Adapters am Raspberry Pi<\/h3>\n
      Goobay Adapter<\/h4>\n
      Erster Schritt: Erkennen des Adapters mit LSUSB<\/p>\n
      pi@SoundONLY:\/boot\/AA\/SH $ lsusb\r\nBus 001 Device 004: ID 7392:7811 Edimax Technology Co., Ltd EW-7811Un 802.11n Wireless Adapter [Realtek RTL8188CUS]\r\nBus 001 Device 003: ID 0d8c:0014 C-Media Electronics, Inc. Audio Adapter (Unitek Y-247A)\r\nBus 001 Device 002: ID 05e3:0608 Genesys Logic, Inc. Hub\r\nBus 001 Device 001: ID 1d6b:0002 Linux Foundation 2.0 root hub<\/pre>\n
      Zweiter Schritt: Herausfinden, welche IDs dem Soundadaper zugewiesen sind, zun\u00e4chst f\u00fcr die Wiedergabe<\/p>\n
      sudo aplay -l\r\n**** List of PLAYBACK Hardware Devices ****\r\ncard 0: vc4hdmi [vc4-hdmi], device 0: MAI PCM i2s-hifi-0 [MAI PCM i2s-hifi-0]\r\nSubdevices: 1\/1\r\nSubdevice #0: subdevice #0\r\ncard 1: Device [USB Audio Device], device 0: USB Audio [USB Audio]\r\nSubdevices: 1\/1\r\nSubdevice #0: subdevice #0<\/pre>\n
      Dritter Schritt: Herausfinden, welche IDs dem Soundadaper zugewiesen sind, f\u00fcr die Aufnahme<\/p>\n
      pi@SoundONLY:\/boot\/AA\/SH $ arecord -l\r\n**** List of CAPTURE Hardware Devices ****\r\ncard 1: Device [USB Audio Device], device 0: USB Audio [USB Audio]\r\nSubdevices: 1\/1\r\nSubdevice #0: subdevice #0<\/pre>\n
      Vierter Schritt: Aufnahme: Wichtig sind die Angaben hinter card (hier 1) und hinter device (hier 0). F\u00fcr eine Aufnahme starten Sie arecord mit diesen Angaben<\/p>\n
      \n
      # arecord -d \"Dauer in s\" -f cd -t wav -D plughw:\"card\",\"device\" \"Dateiname\"\r\n# zum Beispiel f\u00fcr diesen Adapter\r\narecord -d 10 -f cd -t wav -D plughw:1,0 test.wav<\/pre>\n
      <\/div>\n
      \n
      Sabrent Adapter<\/h4>\n
      Erster Schritt: Erkennen des Adapters mit LSUSB<\/p>\n
      pi@SoundONLY:\/boot\/AA\/SH $ lsusb\r\nBus 001 Device 004: ID 7392:7811 Edimax Technology Co., Ltd EW-7811Un 802.11n Wireless Adapter [Realtek RTL8188CUS]\r\nBus 001 Device 003: ID 0d8c:0014 C-Media Electronics, Inc. Audio Adapter (Unitek Y-247A)\r\nBus 001 Device 002: ID 05e3:0608 Genesys Logic, Inc. Hub\r\nBus 001 Device 001: ID 1d6b:0002 Linux Foundation 2.0 root hub<\/pre>\n
      Zweiter Schritt: Herausfinden, welche IDs dem Soundadaper zugewiesen sind, zun\u00e4chst f\u00fcr die Wiedergabe<\/p>\n
      sudo aplay -l\r\n**** List of PLAYBACK Hardware Devices ****\r\ncard 0: vc4hdmi [vc4-hdmi], device 0: MAI PCM i2s-hifi-0 [MAI PCM i2s-hifi-0]\r\nSubdevices: 1\/1\r\nSubdevice #0: subdevice #0\r\ncard 1: Device [USB Audio Device], device 0: USB Audio [USB Audio]\r\nSubdevices: 1\/1\r\nSubdevice #0: subdevice #0<\/pre>\n
      Dritter Schritt: Herausfinden, welche IDs dem Soundadaper zugewiesen sind, f\u00fcr die Aufnahme<\/p>\n
      pi@SoundONLY:\/boot\/AA\/SH $ arecord -l\r\n**** List of CAPTURE Hardware Devices ****\r\ncard 1: Device [USB Audio Device], device 0: USB Audio [USB Audio]\r\nSubdevices: 1\/1\r\nSubdevice #0: subdevice #0<\/pre>\n
      Vierter Schritt: Aufnahme: Wichtig sind die Angaben hinter card (hier 1) und hinter device (hier 0). F\u00fcr eine Aufnahme starten Sie arecord mit diesen Angaben<\/p>\n
      \n
      # arecord -d \"Dauer in s\" -f cd -t wav -D plughw:\"card\",\"device\" \"Dateiname\"\r\n# zum Beispiel f\u00fcr diesen Adapter\r\narecord -d 10 -f cd -t wav -D plughw:1,0 test.wav<\/pre>\n
      Die Angaben unterscheiden sich nicht zwischen Goobay und Sabrent, anscheinend ist der gleiche Chip verbaut.<\/div>\n<\/div>\n
      <\/h4>\n
      Vergleich<\/h4>\n
      F\u00fcr den Vergleich wurden mittels eines Raspberry Pi und eines als Mikrofon eingesetzten Vibrationssensors 10-Sekunden-Aufnahmen angefertigt. As Klangquelle diente ein Metronom, der Sensur wurde w\u00e4hrend der Aufnahmen zus\u00e4tzlich angesprochen. Die Stimme wirkt bei Goobay unmerklich rauher, der Unterschied ist kaum wahrnembar.<\/p>\n
      Die Spektrogramme zeigen bei Goobay im niederfrequenten Bereich ein leicht st\u00e4rkeres Rauschen (Abb. 2)<\/p>\n
      Die Adapter Goobay und Sabrent sind von Ihren elektrischen und akustischen Eigenschaften relativ \u00e4hnlich, beide sind f\u00fcr Aufnahmen in Bienenst\u00f6cken geeignet.<\/p>\n
      \"Bild<\/a><\/p>\n
      Abb. 2: Amplitudengang und Spekrogramm in der Analyse (mit Audacity) von 10-Sekunden-Soundschnipseln.<\/em><\/p>\n
      <\/div>\n
      \n
      <\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n
      <\/div>\n<\/div>\n
      Fazit<\/h2>\n
      Anmutung der Soundaufnahmen und das Rauschverhalten lassen den Sabrent-Adapter und den Goobay Adapter geeignet erscheinen. der Sabrent hat keine Leuchtdioden, bei Tests im Feld ist das nachteilig, da anderweitig die Betreibsbereitschaft getestet werden muss. Daf\u00fc baut der Sabrent kleiner und passt zusammen mit dem eingestezten Raspberry Zero W in ein kleineres Geh\u00e4use,<\/p>\n
      Anhang<\/h2>\n
      Quellen<\/h3>\n
      Sabrent Sound Adapter bei Amazon: https:\/\/www.amazon.de\/Sabrent-Soundkarte-External-erforderlich-AU-MMSA\/dp\/B00IRVQ0F8<\/a><\/p>\n
      Logilink Sound Adapter bei Reichelt: https:\/\/www.reichelt.de\/soundkarte-extern-5-1-usb-2-0-logilink-ua0053-p132569.html<\/a><\/p>\n
      Goobay Sound Adapter bei Reichelt: https:\/\/www.reichelt.de\/usb-2-0-soundkarte-goobay-95451-p249937.html<\/p>\n
      Ein Youtube-Video, in dem der Sabrent USB Adapter mit verschiedenen Mikrofonen und Kophh\u00f6rern getestet wird: https:\/\/www.youtube.com\/watch?v=1HKTWF3l6iQ<\/a><\/p>\n
      Glossar<\/h3>\n
      Spektrogramm<\/h3>\n
      Ein Spektrogramm ist eine Visualisierung von Informationen \u00fcber die Frequenzverteilung eines Signals \u00fcber die Zeit hinweg. Es wird\u00a0 in der Signalverarbeitung und der Analyse von Kl\u00e4ngen sprich Audiosignalen verwendet, um Einblicke in die zeitliche Entwicklung der Frequenzkomponenten eines Signals zu gewinnen.<\/p>\n
      Ein Spektrogramm besteht aus einer zweidimensionalen Darstellung, wobei die horizontale Achse die Zeit darstellt und die vertikale Achse die Frequenz. Die Intensit\u00e4t oder Amplitude des Signals wird durch Farbe oder durch Helligkeit dargestellt. Dunkle Bereiche im Spektrogramm entsprechen geringer Intensit\u00e4t, w\u00e4hrend helle Bereiche hohe Intensit\u00e4t repr\u00e4sentieren.<\/p>\n
      Spektrogramme sind n\u00fctzlich z.B. der Analyse von Musik, der Spracherkennung, der \u00dcberwachung von Funkfrequenzen, der Untersuchung von seismischen Signalen oder dem Klanggeschehen in Bienenst\u00f6cken. Sie erm\u00f6glichen es, komplexe Signalstrukturen zu visualisieren und zu analysieren, die sonst schwer zu interpretieren w\u00e4ren.<\/p>\n
      Autor und Lizenz<\/h3>\n
      Autor:<\/strong>\u00a0Prof. Dr. rer. nat. Claus Brell, aktuelle Projekte:\u00a0Biene40<\/a>,\u00a0AI4Bee<\/a>
      \nLizenz:<\/strong>\u00a0CC BY\u00a0
      \nInhalte des Beitrages k\u00f6nnen Sie entsprechen der Lizenz verwenden. Unter dieser Lizenz ver\u00f6ffentlichte Werke darf jedermann f\u00fcr private, gewerbliche und sonstige Zwecke nutzen ver\u00e4ndern und auch neu ohne CC-Lizenz vermarkten. Als Urheber mache ich keine Rechte geltend.<\/p>\n
      <\/p>\n
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