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

Warum ich 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 Mainboard, ein Oszillograph, ein sehr gutes Multimeter und ein Satz geschulter Ohren miteinander zu tun? Finden wir's raus!

Fremdspannungsabstand und die Grafikkarte

Der zweite Punkt, warum ich Onboard-Sound für problematisch halte, sind die aktuellen Grafikkarten und deren Wechselwirkung mit dem analogen Audio-Zweig. Denn irgendwie müssen die Signale ja nach dem DAC auch noch auf analogem Wege aufbereitet und verstärkt werden. Hier wirbt die Industrie gern mit hochwertigen Kondensatoren und anderem Gedöns, vergisst aber oft genug eine aufwändige Abschirmung und die Rücksichtnahme beim zweckmäßigen Platinenlayout. Das glaubt Ihr nicht?

Beginnen wir zum besseren Vergleich zunächst im absoluten Leerlauf, wo sich nichts auf dem Bildschirm bewegt und sogar die Maus einmal Sendepause hat. Das, was wir nun als Messkurven sehen, ist die sogenannte Fremd- bzw. Störspannung. Transienten können gar grausam sein! Auch hierbei maße ich mir mit dem eher einfachen Testaufbau keine Laborgenauigkeit an, aber es ist allemal genau genug, um damit eine belastbare Aussage treffen zu können. Der Laustärkeregler befindet sich in der Position, wo zuvor der verzerrungsfreie Maximalpegel ermittelt wurde.

Mit ca. 0,0025 Vrms an 500 Ohm liegt man bei einem Verhältnis von ca. 1:500 zum maximal möglichen Pegel von 1.259 Vrms. Bei 32 Ohm ist es mit 0,0019 Vrms zu 0.4961 Vrms noch ein Verhältnis von fast 1:250. Interessant ist vor allem, dass die Werte für Vrms gar nicht so weit auseinanderliegen.

Doch was passiert, wenn wir die Grafikkarte auf Volllast mit maximaler FPS-Zahl laufen lassen? Die Werte ermittle ich mit Witcher 3 im Menü und begrenze die FPS-Zahl auf 1000 FPS. Lässt man das Spiel normal mit unter 100 FPS laufen, liegen die Spitzenwerte für Vrms auf gleichem Niveau, dafür ist allerdings die Häufigkeit dieser Spitzen dann niedriger. Logisch. Dazu habe ich im Spiel die Audio-Ausgabe auf Null gestellt, so dass ich am Ausgang erneut nur die Fremdgeräusche messe.

Das am Oszi zu betrachtende Kurvengewirr harmoniert zudem perfekt mit dem “Spulenfiepen” und den Leistungsaufnahme-Spitzen, was die Spannungswandler der Grafikkarte eindeutig als Verursacher ausweist. Mit 0.0151 Vrms liegt der Wert bei 500 Ohm jetzt über 6 mal so hoch wie im Idle, was ein Verhältnis von etwas über 1:83 ergibt. Bei 32 Ohm ist es mit 0.0095 Vrms dann noch ca. das 5-Fache dessen, was im Idle gemessen wurde, was ein Verhältnis von 1:49 ergibt. Hier gelangt man dann schnell auch in den wahrnehmbaren Bereich.

Wer genau aufgepasst hat, der wird auch feststellen, dass sich die obigen Werte mit meiner Erkenntnis decken, dass die Einstellung des Lautstärkereglers für den Lautsprecher-/Kopfhörerausgang bei nicht vorhandenem Nutzsignal eigentlich egal ist. Man hört diese ungewollten Mischprodukte leider immer!

Wer einen analogen Verstärker anschließt, sollte also am PC stets den verzerrungsfreien Maximalpegel wählen und besser am Lautsprecher leise regeln. Damit erhöht man den Abstand zwischen Signal und Störspannung signifikant. Das ist zwar nur Kosmetik, aber zumindest hilfreich.

 

Intermodulation: Mischprodukte der anderen Art

Keine Angst vor dem sperrigen Begriff, ich erkläre es Euch. Unter Intermodulation (IM) versteht man die Entstehung von neuen (Misch-) Frequenzen, wenn mindestens zwei (oder mehr) unterschiedliche Frequenzen in ein System mit nichtlinearer Übertragungsfunktion gelangen und dann verarbeitet (verstärkt) werden. Zum einen haben wir da das hörbare Frequenzband dessen, was uns Musik oder Spiele liefern, zum anderen sind da z.B. die Spannungswandler, die mit ca. 400 KHz takten. Aber nicht nur diese.

Die entstehenden Mischprodukte liegen dann aber schnell auch im hörbaren Bereich und man “hört, was man sieht”. Die sogenannte Kreuzmodulation ist eine spezielle Form der Intermodulation und entsteht z.B. an Nichtlinearitäten der Verstärker. Je höher die Qualität und Abschirmung des analogen Signalweges, umso niedriger fallen die Pegel dieser Mischprodukte (“Wellensalat”) aus. Das genau aber vermisst man bei Motherboards fast immer.

Ich will es nicht zu kompliziert machen, habe aber ein schönes Beispiel dafür, wie so ein Mischprodukt unser originales Signal negativ beeinflussen und sogar verfälschen kann. Ich lege zunächst einmal im Idle ein 50 Hz Signal an und steuere den Verstärker so aus, dass die Kurve noch nicht verzerrt wird:

Die Wellenform ist geradezu perfekt und man hört genau das, was man auch erwartet. Wie eine schön herausgezoomte und saubere Halbwelle aussieht, das hatten wir ja gerade auf der vorigen Seite.

Doch was passiert, wenn ich wie eben das Spiel starte? Anstelle des Gaming-Sounds lasse ich das 50-Hz-Signal einfach weiterlaufen und zeichne auch diese Kurve auf. Man erkennt, wenn man genau hinsieht, vor allen in den Spitzen der Kurven unschöne Fransen. Nur gibt es die leider nicht nur dort.

Da man es schwer erkennen kann, zoome ich auch hier noch einmal eine Halbwelle heraus. Nur hat das, was ich jetzt sehe, nichts mehr mit einer sauberen 50-Hz-Kurve zu tun! Durch die Intermodulation wird diese Frequenz ebenfalls beeinflusst und als Produkt entsteht so eine hibbelige Kurve! Das ist ärgerlich, aber nicht mehr durch Kunstgriffe und Tricks zu beheben.

Half beim Störabstand noch der Trick mit dem Lautstärkeregler, kann die Verfälschung des originalen Signales nicht behoben werden! Da hilft auch der teuerste DAC nichts und die goldigsten Kondensatoren werden zu gelangweilten Statisten, wenn die Grafikkarte dermaßen zuschlägt. Und zu Nvidias Ehrenrettung muss man auch noch fairerweise anmerken, dass AMD’s Vega nicht minder schwer zu- und einschlägt.

 

Abhilfe: extra Soundkarte

Kommen wir zunächst zur internen Lösung und verbauen die Creative Sound Blaster X AE5. Schauen wir uns nun die 50-Hz-Kurve an. Das sieht schon viel, viel besser aus, aber…

… so ganz perfekt ist es auch nicht. Aber es reicht durchaus, denn wer das noch hört, darf sich seine Ohren auf Staatskosten vergolden lassen.

Störend dürfte hier vor allem sein, dass die Rückseite der Soundkarte keine ab schirmende Backplate besitzt, sondern die Platine voll im “Radar” der Grafikkarte liegt. Die tolle Abschirmung zeigt leider in Richtung Netzteil, wie praktisch! Bitte mitdenken und nachbessern! Wir sehen zudem auch sehr schön, dass wir hier satte 1,2 Vrms an 32 Ohm anliegen haben können, wenn man es braucht. Läuft!

  

Eine echte Entkopplung schafft man also nur am Digitalausgang und zwar mit einer externen Soundkarte (USB, SPDIF), die dann sicher gern auch etwas mehr kosten darf. Diese Kurven spare ich mir jetzt, denn sie sind so glatt wie ein Baby-Popo und damit so, wie man es eigentlich auch erwartet. Visueller Eindruck siehe vorige Seite.

Zwischenfazit

Wenn das Motherboard nicht wirklich eines der Extraklasse ist, scheidet sich spätestens beim Einsatz einer potenten Grafikkarte die Spreu vom Weizen. Das lästige Zwitschern hat man sogar am Desktop beim Scrollen und der Workaround mit den angepassten Pegeln hilft nur gegen die Störspannungen als solche, nicht jedoch gegen Intermodulationsprodukte, die leider auch die Originalsignale hörbar verfälschen können. Jeder wird natürlich anders darauf reagieren und nur das geübte oder geschulte Ohr wird es im Normalfall auch heraushören. Nur schön geht leider anders, so oder so.

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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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