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Nachteile des Onboard-Sounds – Einfluss von Grafikkarte, Kopfhörerempfindlichkeit und Motherboardlayout | Stand 2022

Zu diesem Artikel gibt es eine neuere Version! Bitte hier weiterlesen:

Nachteile des Onboard-Sounds, Probleme, Workarounds, externe und interne Lösungen, Kopfhörer-Ratgeber und Grundlagen | 2022

Älterer Artikel:

Zu meinem Leidwesen hat sich seitens der Motherboardhersteller seit dem ersten Erscheinen 2018  nur wenig getan, um die gravierenden Nachteile einer oft sehr nah an den Grafikkarten verbauten Soundlösung zu beseitigen under wenigstens zu lindern. Im Gegenteil, die aktuellen Layouts halten selten Schritt mit den immer stärkeren Lastspitzen aktueller Grafikkarten und deren „Einstreuung“ aufs Gesamtsystem. Egal, ob es nun die Einstrahlung hochfrequenter Wellen oder der Einfluss über die Spannungsversorgung ist, es zirpt unter Last immer noch zum Gotterbarmen. Zum Thema Onboard-Sound habe ich zwischenzeitlich noch Einiges an Grundlagen veröffentlicht, bis hin zu Datenblättern und genaueren Erklärungen. Das alles werde ich nun heute für Euch noch einmal zusammenfassen, einbinden und etwas übersichtlicher gestalten.

Warum dieser Artikel?

Warum ich allerdings nun den den Onboard-Sound auf vielen Motherboards für schlecht oder zumindest nicht optimal halte, will ich in dieser Analyse gern im Detail erklären. Die üblichen Tests (und das Marketing) fokussieren sich meist nur auf den DAC und die Codecs, eiern aber am eigentlichen Problem geschmeidig vorbei. Was haben gute Kopfhörer, eine potente Grafikkarte, ein mittelpreisiges Motherboard, ein Oszillograph, ein sehr gutes Multimeter und ein Satz geschulter Ohren miteinander zu tun? Finden wir’s raus!

Und noch etwas, bevor ich anfange. Das hier genutzte Mainboard MSI Z370 Gaming Pro Carbon ist noch nicht einmal schlecht, eher im Gegenteil. Es ist eines von den besseren und steckt im VGA-Testsystem für 2018/2019. Es gibt nämlich noch deutlich extremere Mainboards, bis hin zu den extra-fiesen Audio-Komplettverweigerern, meist aus dem 100-Euro-Regal (und darunter). Aber wenn selbst schon so ein Mainboard, wie das für diesen Test verwendete, nicht wirklich überzeugen kann, wie grausam muss dann wohl die Realität der Billigheimer sein?

Sicher, es gibt auch Motherboards z.B. mit einem ESS SABRE 9218, der 2 Vrms am Kophörer-Ausgang liefern soll (z.B. auf einem Aorus X299 Master), aber das sind leider echte Ausnahmen. Doch wie bereits angeteasert – auch die Pegel sind leider allein nicht alles. Und auch ESS schreibt leider nicht, bei welcher Impedanz die 2 Vrms anliegen werden. Das werde ich im nächsten Test aber bestimmt herausfinden, denn ein „bis zu“ ist schwammiger als Sponge Bob nach 2 Stunden Spülmaschine.

Was dieser Artikel bietet und welche Fragen er beantwortet, ist schnell zuammengefasst:

  • Analyse des maximal möglichen Ausgangspegels („Lautstärke“)
  • Warum nicht jeder Kopfhörer so klingt oder so laut ist, wie man es gern hätte
  • Wo die lästigen Störgeräusche (auch am Desktop) z.B. beim Scrollen herkommen
  • Warum potente Grafikkarten unter Last beim Gaming das Klangbild  zusätzlich stark verfälschen können
  • Wie man diesen Knoten durchbrechen kann
  • Übersicht über einige der verwendeten Soundlösungen samt Datenblättern

Was dieser Artikel nicht bieten kann und will:

  • Voodoo über teure DACs und japanische Edelkondensatoren
  • Werbung für überteuerte Sound-Lösungen und Goldkabel
  • Professorales Technik-Geschwurbel aus dem Elfenbeinturm der audiophilen Ersatzreligion

Ja, es gibt eine Menge guter Reviews über den Onboard-Sound und sogar Blindtests, die beweisen (wollen), dass es nicht immer die überteuerte Soundlösung sein muss, die zum täglichen Glücklichsein notwendig scheint oder als solche zumindest mantraartig propagiert wird. Was jedoch fast alle Tests generell falsch machen: man spielt Musik ein, ohne Prozessor- und Grafikkartenauslastung und beurteilt einen Zustand, der z.B. beim Gaming so nie eintreten wird.

Auch wird wohl bei geschmeidiger Klassikbeschallung in so einem Test niemand am Bildschirm hin-, her, hoch und runterscrollen. Das ist reichlich praxisfern und beweist eigentlich nur, dass die DACs (digital-to-analog converter) aktueller Motherboards mittlerweile besser sind, als ihr Ruf. Das Problem ist allerdings, dass der Digitalteil schon lange keine Schwachstelle mehr darstellt, sondern dass der analoge Zweig einschließlich aller Signalwege auf dem Motherboard der eigentliche Flaschenhals ist.

Mal abgesehen davon, dass die Effektivspannung (Vrms, erkläre ich gleich noch) zum sauberen An- und Aussteuern der Kopfhörer bei fast allen Motherboards viel zu niedrig ist, sind die „Einstreuungen“ (Interferenzen, Transienten) durch eine potente Grafikhardware eine echte Schwachstelle, denn die EMV-Tests und die erteilten CE-Zertifikate betreffen den GHz-Bereich, nicht aber das, was als zusammengemixter Frequenzmüll am Ende in unseren Ohren landet. Oft genug kann man ja auch noch hören, was man sieht, leider.

Ohne jetzt zu technisch zu werden: an den Nichtlinearitäten so mancher Verstärkereinheit entstehen Mischprodukte aus diversen Signalen, direkten und indirekten, denn jede nicht abgeschirmte, metallische Fläche wirkt zeitgleich wie eine kleine Antenne. Da wird gleichgerichtet und intermoduliert bis der Arzt kommt. Glaubt Ihr nicht? Das lässt sich messen  und nachweisen. Sogar dort, wo ungeübte Ohren erst einmal noch gar nichts wahrnehmen können oder wollen.

Außerdem betreibt man (oft ohne es zu wissen) seine Kopfhörer am Audio-Ausgang seines Motherboards weit unter Wert! Ich habe deshalb ein Extra-Kapitel eingefügt, das sich speziell damit befasst. Denn Vollaussteuerung, Übersteuerung, Verzerrungen („Klirr“) oder der noch (subjektiv) sauber zu erreichende Maximalpegel als akustischer Mehrwert sind ein wirklich düsteres Onboard-Kapitel für sich. Und oft genug werden entweder Kopfhörer als Gurken abgestempelt, obwohl eigentlich nur das Motherboard nicht mitspielt, oder ihr „schlechter und unsauberer“ Klang kritisiert, nur weil viel zu zeitig einsetzende Verzerrungen das Klangbild negativ beeinflussen. Herr und Frau Gamer mögen es gern laut, aber genau daran scheitern fast alle Onboard-Lösungen grandios. Das Schöne daran: auch dies lässt sich einfach messen und nachweisen.

 

Messaufbau und Tests

Da wir uns auf zwei inhaltlich komplett voneinander unabhängige Themen konzentrieren müssen, teile ich diesen Artikel auch in einzelne Themenbereiche auf, die dann wiederum auf verschiedenen Einzelmessungen und Analysen basieren. Im Detail wird dies dann so ablaufen:

  • Messung der maximal erreichbaren Ausgangsspannungen an 32 und 500 Ohm (Vrms) zur Lautstärke- und Kopfhörerbeurteilung
  • Messung der Störspannungen bei verschiedenen Grafiklasten und Ausgangsimpedanzen
  • Detailanalyse der Störspannungen mit verschiedenen Grafikkarten
  • Vergleich von analogen und digitalen Ausgängen bei separaten Soundlösungen

Ich messe die Ausgangsspannungen generell mit dem hochauflösenden Oszillografen, mache aber auch mit dem Speichermultimeter vor jedem Durchlauf die nötigen Plausibilitäts-Checks. Das Schöne an diesem Multimeter ist z.B. die sehr hohe Empfindlichkeit und die Möglichkeit, auch Frequenzen der gemessenen Wechselspannungen zu bestimmen und exakt zu kontrollieren. Am Ausgang nutze ich im vereinfachten Messaufbau nur ohmsche Lasten, schließe den Ausgang der Sound-Lösungen also mit einem 32- oder 500-Ohm-Widerstand ab. Offen laufende Ausgänge wären ja reichlich praxisfern und damit auch sinnlos.

Die niederohmigen Messungen sind interessant, wenn es um Mainstream-Kopfhörer mit Impedanzen zwischen 16 und 50 Ohm geht, die anderen Messungen mit dem Abschlusswiderstand von 500 Ohm sind wichtig für den Anschluss von externen Lautsprechersystemen (analoger Eingang) oder hochohmigen Kopfhörern mit Impedanzen zwischen 250 und 600 Ohm. Denn auch die gibt es (nicht nur, aber vor allem) im professionellen Umfeld (dann recht häufig).

Bevor ich nun zu den Messungen und thoretischen Grundlagen komme, habe ich für Euch auch noch einmal die wichtigsten Onboard-Chips als detaillierte Übersicht und Gegenüberstellung parat. Bitte Umblättern!

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Case39

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2,026 Kommentare 618 Likes

Erstmal frohes Fest allen im Forum. Wie verhält es sich mit Stereolautsprechern und Onboard Sound (und wo wir grad dabei sind, welche kannst du empfehlen?)

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Igor Wallossek

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Aus der Sicht der Transienten und Intermodulation würde ich gar nichts analog Angeschlossenes empfehlen.

Wer es clever anstellen will: einfach einen Satz Aktivlautsprecher mit eigenen Wandlern bestellen (USB oder SPDIF). Klingt hörbar besser und ist frei vom üblichen DSP-Gedöns der Treiber. Für den Desktop (Geld vorausgesetzt) ein Paar Nubert nuPro A100 oder A200 und ggf. einen Sub dazu. Ansonsten Wavemaster, Edifier oder gleich einen Satz Aktivmonitore aus der Studiotechnik. Die gibt es schon recht günstig:

https://www.thomann.de/de/aktive_nahfeldmonitore.html?ref=search_prv_0

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Deridex

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1,859 Kommentare 616 Likes

Schöne Analyse Igor.

Aus Entwicklungs- und Layouttechnischer Sicht, wäre es meiner Meinung sogar möglich, die Störungen und das Überkoppeln zu reduzieren.
1. Jeden PCIe-Slot mit mehrstufigen Block-Kondensatoren ausstatten. Ist leider mit einem einzigen Kondensator nicht getan, da man ja einen größeren Frequenzbereich abdecken will
2. Konsequente Trennung von Analog und Digitalteil auf dem Layout. Hier muss durchaus etwas Abstand zwischen den Leiterbahnen gehalten werden, da die digitalen Flanken sonst kapazitiv überkoppeln
3. Saubere Trennung der Massen.

So oder so ist das mit Aufwand und Kosten verbunden. Zusätzlich verschlimmert eine dimmbare RGB-Beleuchtungen die Thematik noch weiter.

Edit: Wünsche euch allen schöne, ruhige und entspannten Feiertage! Und Tippfehler korrigiert.

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Dezor

Veteran

445 Kommentare 186 Likes

Zunächst mal danke für diesen (wiedermal) umfangreichen Test.

Als ich mir vor ~2 meinen Beyerdynamic Kopfhörer gegönnt habe, musste ich mir auch ein neues externes Soundinterface zulegen, der Unterschied war mehr als deutlich zu hören, selbst bei meinen "Holzohren". Inzwischen hängt das Mischpult am MacBook und der PC Sound wird beim Zocken von der internen Soundkarte durchgeschleift. Ja, man hört die Störgeräusche leider mehr als deutlich. Aber da ich über das MacBook Videos gucke, Musik höre und Teamspeak benutze, ist mir das so wichtiger. Die meiste Zeit ist der Sound vom PC sowieso aus.

Zum Test: Ein kleiner Fehler ist mir auf Seite 2 aufgefallen. Die Sinusleistung liegt bei 14 mW, nicht bei 1,4 mW (oder ich finde meinen Denkfehler nicht). Zudem könntest du wenn du Langeweile hast mal gucken, ob du die Störgeräusche durch Fouriertransformation oder Abziehen eines Sinus von den gemessenen Werten noch deutlicher machen kannst.

Ansonsten: schöne Feiertage.

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Bas3s3to

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30 Kommentare 5 Likes

Vielen Dank Igor für diesen Test. Wäre es möglich für die Zukunft auch den Mikrofoneingang zu messen? Ein Freund von mir hat mit seiner internen Soundkarte massive Probleme mit dem Mikrofoneingang, wenn seine Grafikkarte auf volle Leistung in Spielen getrieben wird. Im Teamspeak klingt seine Audioübertragung dann so, als ob er in einem Hubschrauber sitzt. Man kann sehr gut das Taktverhalten der Grafikkarte hören, die dann in den Mikrofonkanal Störgeräusche einstrahlt. Das ist ihm zuerst aufgefallen, als er sich ein ModMic für seine Beyerdynamic Kopfhörer geholt hat. Zuerst hat er sich mit dem Onboard Mikrofoneingang beholfen, nutzt nun aber ein USB-Audiointerface (Yamaha AG03). Das ModMic wurde mittlerweile von einem Kondensatormikrofon (Rode NT-1A) abgelöst.

Kann es sein, dass bei der Rechnung (0,678 V)² / 32 Ohm = 1,4 mW Sinus ein kleiner Fehler drin ist? Wenn ich das ausrechne, komme ich auf 14,37 mW. Dann wäre bei einem reinen Sinus Signal die Leistung doppelt so hoch wie beim Vrms Wert. Das würde dann auch den abfallenden Lautstärke Effekt erklären, den viele Personen bei komplexeren Signalen empfinden. Bei einfachen Signalen ist die Lautstärke ausreichend und bricht dann bei komplexeren Signalen ein.

Ich wünsche allen fröhliche Weihnachten

Edit: War grade am schreiben, als Dezor den gleichen Gedanken wie ich mit der Rechnung auf Seite 2 geposted hat.

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Igor Wallossek

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7,020 Kommentare 11,492 Likes

Klar. Kommastelle und so. Danke fürs Finden :)

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Bas3s3to

Mitglied

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Passiert mir auch immer wieder ;) Gerade bei kleinen Werten passiert das ganz schnell. War nur etwas stutzig geworden, da das Ergebnis der Rechnung mit dem größeren Wert ein kleineres Ergebnis ergab. Deswegen hatte ich das nochmal nachgerechnet.

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Igor Wallossek

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7,020 Kommentare 11,492 Likes

Ich hatte unlängst eine längere Diskussion mit einem Audiotechniker und -Entwickler, was die RMS-Angaben betrifft. Früher gab es Sinusleistung und Musikleistung, mache schrieben von Impulsleistung und dem, was ein "weiches" Netzteil mit möglichst großen Kondensatoren ausmacht. Auch diese Dinge waren nicht zwingend pauschal zu verstehen und zu verallgemeinern. :D

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g
ge0815

Neuling

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Erstmal: Frohe Weihnachten auch an Dich und Dein Team!
Wunderbarer Artikel mal wieder. Um ehrlich zu sein, haben mich Lautsprecher- und Kopfhörertests nie so brennend interessiert, aber das hier ist wirklich erste Sahne und weckt das Interesse für die anderen Artikel.
Ich sehe es schon kommen, dass in nicht mal einem Jahr einige Motherboard-Herstelle auch angesprochene Werte angeben und wieder mehr Wert darauf legen.
Igor setzt eben Maßstäbe :)

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Bas3s3to

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Ich kann mich auch noch an diese abstrusen PMPO Angaben erinnern, wo einfache Boxen auf einmal 1000 W haben sollten. Das es sich dabei nur um kurzzeitige Impuls Werte gehandelt hat, haben die Marketingabteilungen von so manchem Discounter nicht interessiert.

Bei Instrumentenverstärkern ist das auch ähnlich. Als ich damals mit dem E-Bass angefangen habe, wurde immer empfohlen, einen Verstärker mit der drei- bis fünffachen Leistung des Verstärkers des Gitarristen zu nehmen. Ich habe mir aber bewusst einen kleineren Übungsverstärker mit 150 W besorgt, den ich über die Anschlüsse auch ins Mischpult und die PA-Anlage speisen kann. Auch waren die Tipps zum Soundmischen aus dem Bereich Homerecording sehr hilfreich. Durch die Tipps haben wir die Instrumente von den Frequenzen her etwas entzerrt, um Interferenzen zu verhindern. Das hat aus einem muffig klingenden Sound einen recht knackigen Sound gemacht. Man muss halt immer über den Tellerrand schauen und sich nicht mit den allgemeinen Tipps zufrieden geben :D

Und um wieder zurück zum Thema zu kommen ;):

Wie könnte man auf einem Mainboard den Audioteil gut vor Störsignalen der Grafikkarte abschirmen? Da auf dem Mainboard alles so eng zusammenliegt, könnte ich mir das durchaus als schwierige, wenn nicht sogar als unmögliche Aufgabe vorstellen. Wobei ich vermute, dass vor allem die Eingangsseite (Mikrofon) am schwierigsten abzuschirmen ist.

Das die Empfehlung zu einer vollkommenen elektrischen Trennung von Computer und Audioverstärker mittels optischer Signalübertragung der beste Weg ist, steht außer Frage. Nicht umsonst haben viele professionelle Audiogeräte optische Ein- und Ausgänge.

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Deridex

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Bei kleinen Mainboards dürfte das wirklich schwierig werden. Allerdings erscheint es mir durchaus machbar bei einem AM4 oder LGA1151 Board im ATX-Format, das Layout so anzupassen, das der Audioteil weniger gestört wird.

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K
KalleWirsch

Mitglied

97 Kommentare 44 Likes

Sehr gut und verständlich geschrieben. Daher ein dickes Lob.

Allerdings wird hier immer vom Szenario Kopfhörer an Soundkarte ausgegangen. Wie kann man die Erkenntnisse denn auf die Situation übertragen, wenn man mit dem analogen Audio Signal erst mal in einen Verstärker geht und dort den Kopfhörer anschließt?

Im Grunde braucht man doch eh immer einen externen Verstärker, den für mich ist ein Kopfhörer irgendwie immer erst mal ein Komfort-Problem, welches das Hör-Erlebnis erheblich beeinträchtigt.

Ich vermute das Problem mit den Störsignalen ist da genauso hoch? Oder größer oder niedriger?
Das Problem mit der zu niedrigen Ausgangspannung für Kopfhörer dürfte ja je nach Verstärker eher ausgeschlossen sein.

Wenn schon Kopfhörer am PC, dann doch am liebsten einen Mittelklasse HIFI-Verträrker in der Tastatur oder am Monitor, so das man das Problemlos ein und austecken kann.

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D
Dezor

Veteran

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Grundsätzlich schon. Dann müsste die GPU wahrscheinlich möglichst weit unten sitzen und der Audio-Chip dort, wo normalerweise der erste Slot für Erweiterungskarten ist. Ansonsten müsste man auf dem Weg zu den Klinkenbuchsen wieder an der GPU vorbei.

Das Problem ist, dass du das gestörte Signal verstärkst und damit auch die Störungen. Allerdings könnte es tatsächlich etwas besser sein, wenn du in Windows den maximalen Pegel wählst und dann beim Verstärker die Lautstärke dann regelst. Aber das hängt davon ab, wo die Störungen eingekoppelt werden.

Da kommt es dann drauf an, wo der DA-Wandler sitzt. Weit entfernt von der GPU ist schonmal gut, aber ich vermute mal stark, dass in Tastaturen und Monitoren keine wirklich hochwertige Hardware zum Einsatz kommt. Die Soundqualität dürfte damit deutlich schlechter sein als bei hochwertigen externen Soundkarten. Aber die Störgeräusche, um die es in diesem Artikel primär geht, sollten dadurch weitgehend verhindert werden.

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Igor Wallossek

Format©

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Steht alles im Artikel. Seite 3.

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Corro Dedd

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1,658 Kommentare 549 Likes

Digitale Aus- bzw. Eingänge haben aber anscheinend auch ihre Tücken. Habe meinem Kumpel die Edifier Studio R2000DB empfohlen, diese sollte er über Toslink anklemmen, hat soweit auch funktioniert, nur hat er zwei Probleme:

Zum einen ist seine Steckerleiste und der PC auf der linken Seite vom Tisch, zudem auch die optische Leitung nicht lang genug, also sind die Seiten vertauscht. Ohne Drittanbietersoftware war es (auch im Treibermenü) nicht möglich unter Windows 10 die Kanäle zu tauschen. Also doch analog angeschlossen mit dem beigelegten Klinke-Cinch Kabel war es dann auch ganz einfach physikalisch möglich die Kanäle zu tauschen.

Gut, man könnte jetzt halt ein Verlängerungskabel kaufen, ein längeres Toslink und das Problem wäre gegessen, aber dann bleibt noch ein weiteres Problem mit dem Digitaleingang: Er hatte ein Knacksen in den Lautsprechern, auch wenn keine Audioquelle ein Signal ausgab. Viele Meinungen besagen, das sind Störungen, eingestreut durch Kühlschrank, Backofen, whatever, oder eine fehlerhafte Auto-Mute Funktion der Lautsprecher, wenn kein Signal anliegt, mein Tablet macht so ähnliche Geräusche beim Abspielen von YouTube Videos im Browser zum Beispiel.

Man kann bei den Edifiern wohl die Firmware updaten, das Auto-Mute Problem ist schon länger bekannt. Aber ich weiß nicht, ob der das schon gemacht hat. Dafür hat er weiter recherchiert und nun scheint es eine Kombination aus NVidia Grafikkarte, Z370 Chipsatz, ALC 1220 Chip und Digital-out zu sein, wobei die Ursache wohl im Nvidia Treiber liegen soll. Andererseits hat er ein Board mit Z390.

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About the author

Igor Wallossek

Chefredakteur und Namensgeber von igor'sLAB als inhaltlichem Nachfolger von Tom's Hardware Deutschland, deren Lizenz im Juni 2019 zurückgegeben wurde, um den qualitativen Ansprüchen der Webinhalte und Herausforderungen der neuen Medien wie z.B. YouTube mit einem eigenen Kanal besser gerecht werden zu können.

Computer-Nerd seit 1983, Audio-Freak seit 1979 und seit über 50 Jahren so ziemlich offen für alles, was einen Stecker oder einen Akku hat.

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