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Onboard sound disadvantages, problems, workarounds, external and internal solutions, headphone guide and basics

External voltage distance and the graphics card

The increasing power consumption of graphics cards and ever more brutal load changes with extremely high peaks are another point why I consider the onboard sound to be rather problematic. This is explicitly about the interaction of these strong and rather high frequency magnetic fields (voltage converters of the graphic cards) as well as the electrical influences via the power supply with the analog audio branch. Transmitting station and power peaks in a confined space. After all, the audio signals must somehow be processed and amplified in analog form after the DAC. Here the industry likes to advertise with high-quality capacitors and other stuff, but often enough forgets about elaborate shielding and consideration for the practical circuit board layout. You don’t believe that?

To account for the technical “progress”, an MSI GeForce RTX 3090 Ti SUPRIM is now used, whose over 500 watts mutate the coils of the voltage converters into real electromagnets. In addition, there are the three feed lines to the adapter to the new 16-pin connector as a transmitting antenna for the RF spikes and a completely new power class as a preview of what we can perhaps expect as early as fall 2022. I have now plugged a 32-ohm headphone into the motherboard’s front audio port to stay as realistic as possible, because MSI uses the maximum of what is currently possible onboard on the MEG X570 Godlike with the ESS ES9218 Sabre and even 2x ALC1220. That is already real high-end for motherboards.

And yet, what we now see as measurement curves is the so-called extraneous or interference voltage, which is more than just present! After all, transients can be really cruel! The volume control is in the position where the distortion-free maximum level was previously determined. For a better comparison, let’s first start in absolute idle mode, where nothing moves on the screen and even the mouse has a break.

With about 0.001 Vrms at 32 ohms, the ratio is about 1:448 to the maximum possible level of 1,448 Vrms. This is really the maximum feasible for an onboard solution, but unfortunately the board also costs almost 800 Euros, if you can get it at all. However, the graphics card also had a break. But what happens when we run the graphics card at full load with maximum FPS? I determine the values by switching the in-game sound to the HDMI output and leaving the measured analog headphone output free.

Unfortunately, the jumble of curves on the oscilloscope harmonizes perfectly with the “coil whine” and the power consumption peaks, which clearly points to the graphics card’s voltage converter as the cause. With 0.0074 Vrms at 32 ohms, the board is far ahead of a cheaper X570 board like the Tomahawk and its up to 0.012 Vrms, but the value at 32 ohms is now already over 74 times as high as at idle even with this high-end board! Here, you quickly reach the perceptible range and it chirps in the headphones even without birds, because the almost 2 mW per channel cannot be ignored.

The FPS rates are around 92 to 100 FPS in the selected Ultra HD resolution, but there is still room for improvement. Let’s move to the menu, then it is already a multiple of what you unfortunately also see and hear! With 3 mW and around 0.01 Vrms, the chirping is already very audible and probably annoying in the long run. And always remember, this is an expensive motherboard with 3 sound chips and a specially shielded audio section!

If you have been paying close attention, you will also notice that the above values coincide with my finding that the setting of the volume control for the speaker/headphone output actually almost doesn’t matter when the useful signal is not present. One hears these unwanted mixed products namely unfortunately always! And what do we conclude from this?

If you connect an analog amplifier, you should always select the distortion-free maximum level on the PC and better turn down the volume on the loudspeaker. This significantly increases the distance between the useful signal and the interference voltage. This is only simple cosmetics, but at least extremely helpful. 

 

Intermodulation: Mixed products of a different kind

Don’t be afraid of the bulky term, I’ll explain it to you. Intermodulation (IM) is the creation of new (mixed) frequencies when at least two (or more) different frequencies enter a system with a nonlinear transfer function and are then processed (amplified). On the one hand, we have the audible frequency band of what music or games provide us, and on the other hand, there are, for example, the voltage converters that clock at 300 to about 400 KHz. But not only these.

However, the resulting mixed products are then quickly also in the audible range and you “hear what you see”. The so-called cross modulation is a special form of intermodulation and arises e.g. at nonlinearities of the amplifiers. The higher the quality and shielding of the analog signal path, the lower the levels of these mixed products (“wave salad”). However, this is exactly what you almost always miss with motherboards or, as with our expensive board, it is simply not completely possible in the end.

I don’t want to make it too complicated, but I have a nice example of how such a mixed product can negatively affect and even distort our original signal. I first apply a 50 Hz signal at idle and control the amplifier so that the curve is not yet distorted. So this is the “ideal” 50 Hz curve:

 

The waveform is really just perfect and you hear exactly what you expect. But what happens when I start the game like I just did? Instead of the gaming sound (which goes to the HDMI), I just let the 50 Hz signal continue and also record this curve on the analog output. If you look really closely, you can already see very unsightly fringes, especially at the tips of the curves. Unfortunately, they are not the only ones there.

 

Since it’s hard to see, I’ll zoom out one more wave here, too. Only what I see now has nothing to do with a clean 50 Hz curve! Due to the intermodulation this frequency is also influenced and as a product a jittery curve is created! This is annoying, but can no longer be fixed by artifices and tricks. Because you can hear it. In the game, for example, cannon impacts or a deep roar sound slightly distorted, although the amplifier is not yet overdriven! The Vrms value is higher, but this is due to the fact that only one wave of many is calculated here (statistically rather worthless snapshot). In total, over a longer period of time, you end up back at the initial value.

If the trick with the volume control still helped with the signal-to-noise ratio, the distortion of the original signal can no longer be corrected! Even the most expensive DAC on the motherboard doesn’t help and the most golden capacitors become bored extras when the graphics card hits so brutally. And to Nvidia’s credit, we also have to mention that AMD’s Radeon RX 6950XT is no less hard hitting. If the motherboard is not really one of the extra class, the wheat is separated from the chaff when using a potent graphics card at the latest.

You even get the annoying chirping on the desktop when scrolling and the workaround with the adjusted levels only helps against the interference voltages as such, but not against intermodulation products, which unfortunately can also audibly distort the original signals. Of course, everyone will react differently to it and only the practiced or trained ear will normally hear it out. Only beautiful unfortunately goes differently, one way or another.

Remedy: extra sound card

Of course, the question is what to treat yourself to now. But rather an internal solution or better an external DAC or complete sound solution? And we must not forget the microphone, because headsets need both an output AND a good input. But before we get to that point, we will take a look at the most popular onboard chips on the next three pages. Then I’ll take measurements on selected test candidates, after we’ve learned more about the headsets and headphones and their needs. So please hang in there!

 

173 Antworten

Kommentar

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DrWandel

Mitglied

83 Kommentare 68 Likes

Danke für die ausführlichen Informationen!

Ich muss jedoch sagen, dass für meine Zwecke (vor allem Spielen und Hintergrundmusik) der Realtek ALC892 auf meinem X370-Board (MSI) völlig ausreicht. Brummen, Zirpen und ähnliche Effekte habe ich kaum wahrnehmbar. Sicher, das ist bestimmt keine HiFi, aber für mich gut genug. Vielleicht habe ich auch einfach nur Glück, aber auch über Kopfhörer ist der Sound recht ordentlich, obwohl ich meistens lieber meine uralten (ca. 30 Jahre) Sony-Aktivboxen verwende.

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Igor Wallossek

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Kaum ist nicht nicht ;)

Je potenter die Grafikkarte, umso mehr Grillen muss man zertreten :D

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ipat66

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1,368 Kommentare 1,366 Likes

Es lässt sich erahnen,warum wir länger auf diesen Artikel warten mussten.
Sehr informativ.
Da hat man noch für später was zu lesen !

Freue mich schon auf Teil 2...:)
Danke Igor

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ssj3rd

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219 Kommentare 155 Likes

Hatte auch extreme Störgeräusche mit meiner On-Board Karte aber auch mit meiner intern verbauten Soundblaster AE9. Lustigerweise aber immer erst dann, sobald ich ein Spiel gestartet habe.
Nach vielen vielen testen und Herumprobieren mit (teils sehr teuren) abgeschirmten Cinch+Strom Kabeln hat schlussendlich ein kleines 10€ Wunder-Kästchen Ruhe im Karton verschafft: (der ja auch im Artikel erwähnt wird)
https://www.amazon.de/dp/B076JGVJGP...t_i_MBY9S0CEJQR0XDFXMYNC?_encoding=UTF8&psc=1
Da ich halt 5.1 habe musste ich natürlich 3 Stück davon abbringen, aber seitdem ist absolut Ruhe im Karton.
Da ich auch öfters beim Autoradio mal ein knistern hatte habe ich es auch dort angebracht, auch dort kein knistern mehr, nix.

Ist für mich echt ein kleines Zauber Kästchen 🙏

PS:
Übrigens hat bei mir eine externe Soundkarte über USB die exakt gleichen Störgeräusche auf den Boxen verursacht wie die interne. In die gleiche Steckdose stecken hat auch nicht geholfen, was genau ist den eine symmetrische Verkabelung von der hier im Artikel gesprochen wird?

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Igor Wallossek

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Dafür gibts ja den Goldfisch aus dem Oehlbach, der schnappt dann beim USB nach Luft :p

BTW: den Feintech habe ich ja im Artikel :D

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ssj3rd

Veteran

219 Kommentare 155 Likes

Damit ist was genau gemeint?

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Igor Wallossek

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Ertappt! Du hast den Artikel nicht gelesen :p

Seite 3:

Dein Feintech steht übrigens auf Seite 2 ;)

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Ghoster52

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1,430 Kommentare 1,095 Likes

Vielen Dank Igor! (y)
Zur AE-5 sei noch gesagt, den Stromanschluss benötigt man nur für den ARGB (scheiß) Streifen.
So ist es jedenfalls bei der NonPlus.

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Igor Wallossek

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Ich habe hier die AE-9 auch gerade ohne PCIe am Laufen ;)
Allerdings braucht der externe Kasten leider den 6-Pin

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S
SpiritWolf448

Veteran

122 Kommentare 35 Likes

Schöner Artikel, Igor, der wie üblich Lust auf mehr macht. :)

Ich hier habe eine externe SoundBlasterX G6 in Gebrauch, gekoppelt an einen SwissSonic HAD-1 Kopfhörer-DAC von Thomann (via TOSLink). Damit befeuere ich meine Beyerdynamic DT990 (250 Ohm Variante). Ich bin kein Audiophiler, von daher kann ich sagen, das ich mit der Kombo sehr zufrieden bin. (Unter Windows. Linux benutze ich nicht, daher kann ich dazu nichts sagen.)

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Igor Wallossek

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Die G6 ist drin so ähnlich wie die X4 ;)

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cunhell

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556 Kommentare 523 Likes

Ich habe noch zwei SB X-Fi Titanium PCIe. eine davon an einer analogen 5.1 Anlage. Klingt einfach gut. Zumindest beim Zocken und für meine Ohren ;)
Ich bin auf den Test der AE-9 sehr gespannt. Meine beste Freundin wollte die unbedingt im Rechner haben und hat sie sich besorgt.
Ihr Rechner ist seh schön aufgeräumt was das Kabelmanagement angeht, aber dadurch die Hölle, wenn man ein weiteres PCIe Kabel anstecken will/muss. Viele Flüche später hat es dann geklappt. Soviel zu dem Thema, kannst du mal schnell meine Soundkarte einbauen. :)

Cunhell

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Igor Wallossek

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Tipp:
Es gibt so windige PCIe zu Molex-Adapter, die man bei Grafikkarten ja nicht nehmen sollte. Aber hierfür geht das bestens! :D

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Ghoster52

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1,430 Kommentare 1,095 Likes

Das letzte was noch unter Linux anstandslos lief, war die Audigy2 & X-Fi.
Die Audigy4 & Z wurden zwar noch erkannt (aber kein Sound), weiß nicht ob es jetzt besser ist, Creative verweigert sich den Linux-Support. (n)

Ich hatte zuletzt (bis 2021) eine ESI@Juli SoKa im Linux-PC, schon sehr sehr alt aber dennoch sehr gut, nur leider kein KH-Ausgang.

PS: der "Realtek ALC1220" (Asrock Taichi RE / B550 & X570) läuft aktuell auf alle 3 Betriebssysteme ohne Fehler (Fehlfunktionen)
Win 10/11, Mint 19.3 und MX-Linux 21.
Der RME Adi 2 Pro AE hatte unter Mint leichte Stumm- und Umschalt-Knackser, wenn über USB angesteuert.
Schon fast unscheinbar, der kleine xDuoo X3 II DAP (32 Ohm@220mW), läuft auch auf allen Systemen ohne Treiber als USB-DAC (KHV).
Schade, die xDuoo DAPs sind seit der Chip-Krise nicht mehr lieferbar....

PPS: die AE-9 war für (alle meine) KH mit das Beste, was ich je im PC verbaut hatte,
nur lief die letztes Jahr noch nicht absturzsicher (lag es am X570 oder AMDs AGESA Version ???)

Nachtrag: Obwohl dem Sabber-DAC bei Asrock noch ein paar NE-5532 spendiert wurden, verhungern auch meine "guten" Kopfhörer
am "OnBoard-Soundchip" (D5000 25Ohm @106db, Oppo PM2+3 unter 50 Ohm @ 102db und auch ein günstiger OneOdio Pro50
32Ohm @ 110db, nur als Beispiele). Für genussvollen Sound ist KHV Pflicht, über DAC-Klang möchte ich mich nicht auslassen... :LOL:

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c
cunhell

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556 Kommentare 523 Likes

Ich wusste ja nicht mal, dass die Karte den PCIe-Anschluss hat und unter der Netzteilabdeckung war so wenig Platz, dass ich mir fast die Finger gebrochen habe. Und es wären eh nur SATA-Stromanschlüsse vorhanden gewesen. Molex hätte ich genauso reinfummeln müssen :)
Aber sie ist nun glücklich und das ist doch das wichtigste. Und ich hab was gut ;)

Cunhell

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D
Deridex

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2,218 Kommentare 851 Likes

Schöner Artikel.

Kleine Ergänzung:
- Meist sind es Schaltflanken (ist für die meisten wohl besser verständlich als Transienten) die rein streuen. Aus meiner Sicht sind da starke Schaltnetzteile mit stark variable Last ein ziemliches Problem.
- die EMV decken meines Wissens nach tatsächlich nicht den hörbaren Bereich ab
- Bei meinem Laptop habe ich ähnliches am Kopfhörerausgang festgestellt. Ich gehe davon aus, dass viele Laptops ebenfalls von der Problematik betroffen sind.

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RedF

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4,724 Kommentare 2,598 Likes

Habe eine GC-7 mit einem MMX 300 ist die mit der X4 vergleichbar?

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F
Furda

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663 Kommentare 371 Likes

Dieser PureClock kostet bei Oehlbach 69€, nicht 20€. Bin ich da beim falschen Produkt gelandet? 🤔

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Igor Wallossek

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10,293 Kommentare 19,077 Likes

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Ich habs von Amazon. War billiger. 21 netto.

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About the author

Igor Wallossek

Editor-in-chief and name-giver of igor'sLAB as the content successor of Tom's Hardware Germany, whose license was returned in June 2019 in order to better meet the qualitative demands of web content and challenges of new media such as YouTube with its own channel.

Computer nerd since 1983, audio freak since 1979 and pretty much open to anything with a plug or battery for over 50 years.

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