Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Rauschgenerator - Bitte um (Schaltungs-)Kritik


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von Michael R. (fisa)


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Guten Morgen,

mein kleiner Audio-Rauschgenerator wäre soweit fertig. Vielleicht hat 
jemand von euch Muße mal über die Schaltung zu schauen, ob ich grob was 
verbockt habe?

Meine Gedanken dazu:

Die beiden XORs U1A und U1B bilden einen Gatter-Oszillator mit etwa 
68kHz (siehe Beitrag "Oszillator mit Logik-Gattern")

Danach kommt ein klassisches LFSR, von den 24 Gattern nutze ich nur 23, 
damit das Feedback einfacher wird. R10/C10 sollen den "all zeros" 
Zustand verläßlich verhindern.

Der Spannungsteiler R1/R3/R4 transformiert das "digitale" Signal (0..5V) 
in ein für die OPs verträgliches Signal 2.5V +/- 1V (also 2Vss), welches 
von U3A gepuffert wird (und zusätzlich ausgekoppelt)

U3B und das Netzwerk am Eingang bilden einen Sallen-Key-Hochpass 3ter 
Ordnung mit einer Grenzfrequenz von 20Hz. R8 und R9 sorgen wieder für 
einen Offset von 2.5V

U5A ist ein Sallen-Key-Tiefpass 3ter Ordnung bei 20kHz, am Ausgang 
sollte nun weißes Rauschen zur Verfügung stehen (und wird auf einen 
Line-Out rausgeführt)

Der aufwändige Filter um U5B erzeugt aus dem weißen ein rosa Rauschen, 
der Frequenzgang ist ziemlich linear mit 10dB/Dekade.

Zumindest in der Simulation macht das Teil was es soll... (die -8dB 
resultieren aus der Abschwächung von 5Vss auf 2Vss)

lg Michi

von roehrenvorheizer (Gast)


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Hallo.

sieht so weit gut aus. Ich würde wohl noch ein oder zwei Elkos 
spendieren. Machen sich auch optisch gut.

MfG

Beitrag #6544001 wurde von einem Moderator gelöscht.
von Michael R. (fisa)


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roehrenvorheizer schrieb:
> Ich würde wohl noch ein oder zwei Elkos spendieren

Wo?

Der LM340 braucht / mag meines Wissens nach am Ausgang keine, und 
versorgt soll aus einer 9V-Batterie werden.

von Elliot (Gast)


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Wenn der Rauschgenerator zum messen von 20Hz ... 20kHz vorgesehen ist, 
würde ich dafür sorgen, daß er dort nicht schon -3dB Pegel liefert, 
sondern vielleicht nur -1dB oder so. Also die Grenzfrequenzen von TP 
bzw. HP auf ~10Hz bzw. ~30kHz legen und ggfs. die Generatorfrequenz 
anpassen.

von HildeK (Gast)


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Michael R. schrieb:
> Der LM340 braucht / mag meines Wissens nach am Ausgang keine, und
> versorgt soll aus einer 9V-Batterie werden.

LM340 und 9V-Batterie? Der Regler hat schon einen Ruhestrom von bis zu 
max. 6mA, es ist also nicht ganz optimal. Ähnlich viel wird die 
restliche  Schaltung benötigen.
Aber vermutlich ist kein Dauerbetrieb angesagt, dann kann man das 
verkraften.

von Achim B. (bobdylan)


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Elliot schrieb:
> Wenn der Rauschgenerator zum messen von 20Hz ... 20kHz vorgesehen ist,
> würde ich dafür sorgen, daß er dort nicht schon -3dB Pegel liefert

Deshalb macht Wandel & Goltermann da 15Hz ... 22kHz. Aber sonst gefällt 
mir die Schaltung sehr gerne. Bis auf die angedrohte 
Batterie-Versorgung.

von Michael R. (fisa)


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Achim B. schrieb:
> Elliot schrieb:
>> Wenn der Rauschgenerator zum messen von 20Hz ... 20kHz vorgesehen ist,
>> würde ich dafür sorgen, daß er dort nicht schon -3dB Pegel liefert
>
> Deshalb macht Wandel & Goltermann da 15Hz ... 22kHz.

Danke, das ist ein guter Hinweis, ich werde die Filter entsprechend 
anpassen.

> Aber sonst gefällt mir die Schaltung sehr gerne. Bis auf die angedrohte
> Batterie-Versorgung.

Was spricht gegen die Batterie-Versorgung? Wie HildeK schon vermutet 
hat, wirds ja kein Dauerbetrieb. Außerdem kann ichs ja mit allem 
versorgen was mehr als 7V liefert (2x18650, Steckernetzteil, ...)

von Achim B. (bobdylan)


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Michael R. schrieb:
> Was spricht gegen die Batterie-Versorgung?

Meine Batterien-Antipathie. Ist ne Macke von mir.

von MaWin (Gast)


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Michael R. schrieb:
> Der LM340 braucht / mag meines Wissens nach am Ausgang keine, und
> versorgt soll aus einer 9V-Batterie werden

LM340 (=7805) aus 9V Batterie ? Die hat eine Entladeschlussspannung von 
5.4V, da nutzt ein LM340 nur die halbe Batteriekapazität  Nimm lieber 
LM2951-5.

von Michael R. (fisa)


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MaWin schrieb:
> LM340 (=7805) aus 9V Batterie ? Die hat eine Entladeschlussspannung von
> 5.4V, da nutzt ein LM340 nur die halbe Batteriekapazität  Nimm lieber
> LM2951-5.

Ok, ich sehe schon, der LM340 war wohl eher ein Griff ins Klo :-(

LM2950 (oder LP) sollte aber reichen? Die Zusatzfeatures vom 2951 brauch 
ich ja nicht, oder?

edit: nur den 2951 gibts als SOIC, wird also doch der werden...

Über den 9V-Block werde ich auch nochmal schlafen...

: Bearbeitet durch User
von Hannes J. (Firma: _⌨_) (pnuebergang)


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Michael R. schrieb:
> mein kleiner Audio-Rauschgenerator wäre soweit fertig.

> Zumindest in der Simulation macht das Teil was es soll...

Was jetzt? Fertig oder nur simuliert?

Als Alternative zu deinem DAC schau dir mal 
Beitrag ""analoge" FIR Filterung" an. Die wichtigsten Links 
aus dem Thread:

https://www.digikey.com/en/articles/use-readily-available-components-generate-binary-sequences-white-noise
https://core.ac.uk/download/pdf/10211576.pdf

von Michael R. (fisa)


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Filter sind umdimensioniert auf 15Hz / 24kHz. Danke nochmal für den 
Hinweis, das gefällt mir entschieden sehr viel besser!

von Michael R. (fisa)


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Hannes J. schrieb:
> Michael R. schrieb:
>> mein kleiner Audio-Rauschgenerator wäre soweit fertig.
>
>> Zumindest in der Simulation macht das Teil was es soll...
>
> Was jetzt? Fertig oder nur simuliert?

ok, erstmal nur fertig im Eagle ;-)

> Als Alternative zu deinem DAC schau dir mal
> Beitrag ""analoge" FIR Filterung" an. Die wichtigsten Links

Der Thread stammt eh von mir :-)

Obwohl ich die Idee nach wie vor genial finde, bin ich davon wieder 
abgekommen:

- ich brauche drei Filter (einen Bandpass und den Pink-Noise-Filter) das 
kriegt man als FIR mit 23 (oder 24) Taps nicht sinnvoll hin

- Das Verhalten, dass der FIR automatisch mit der Taktfrequenz "mitgeht" 
mag manchmal erwünscht sein, in meinem Fall möchte ich die 
Grenzfrequenzen lieber selber festlegen

von Mikrowilli (Gast)


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Moin Michael,

könntest Du für interessierte Nachahmer bitte der Einfachheit halber 
auch die Bauteilwerte der umdimensionierten Filter nennen?

von Michael R. (fisa)


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Mikrowilli schrieb:
> Moin Michael,
>
> könntest Du für interessierte Nachahmer bitte der Einfachheit halber
> auch die Bauteilwerte der umdimensionierten Filter nennen?

Natürlich :-) Sobald ich den Spannungsregler auf LP2951 umgebaut habe, 
kommt ein neuer Schaltplan

Beitrag #6545249 wurde von einem Moderator gelöscht.
von Achim B. (bobdylan)


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Michael R. schrieb:
> ein neuer Schaltplan

Vergiss nicht den Knopp zum Pegel stellen.

von Dergute W. (derguteweka)


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Moin,

Vielleicht noch 'ne Diode am Eingang, um gegen Verpolung der 
Betriebsspannung zu schuetzen. So als Schusseligkeitsversicherung.

Gruss
WK

von Elliot (Gast)


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Michael R. schrieb:
> kommt ein neuer Schaltplan

Warum eigentlich immer die HCT-ICs? Die Dinger bracht man doch nur, wenn 
man mit alter TTL-, LSTTL- ... Logik koppeln muss, was hier nicht der 
Fall ist. Die HC haben symmetrische Pegel, das gefällt mir viel besser.

von Michael R. (fisa)


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Achim B. schrieb:
> Vergiss nicht den Knopp zum Pegel stellen.

ach menno...

ich stehe (wieder mal) am Schlauch. Das Bild zeigt meine 
"Pegelanpassungsstufe", links kommt das "Rechteck" vom LFSR (also 0 oder 
5V = Vcc), mit dem Spannungsteiler reduziere ich das auf 1.5 bis 3.5V, 
also 2Vss und Offset von 2.5V.

Wie krieg ich da jetzt (einfach) ein Poti rein? Ich möchte den Offset 
von 2.5V behalten, nur die Amplitude zwischen 0 und 2V einstellen können 
(vielleicht sogar ein bissi mehr, +3dBu (oder dBm?) schaden vielleicht 
nicht...)

Und - ganz wichtig - ich möchte das vor dem OpAmp machen, da ich das 
Signal nach dem OpAmp auch rausführen will (und da brauch ich den OP als 
Buffer). Wenn ich hier den Pegel einstellen kann, hätten automatisch 
alle drei Ausgänge (also ungefiltert, weißes und rosa Rauschen) die 
gleiche Einstellmöglichkeit.

DC-Trennung mit Kondensator gefällt mir nicht, da es dann beim Drehen 
zum "Pumpen" kommt.

Ich könnte natürlich das Poti in Serie zum R1 schalten, komm damit aber 
nie auf "Null".

<frustriertbin> Bin ich blind oder seh ich's nicht? </frust>

edit: falsches Bild angehängt... kann ich das irgendwie löschen?

: Bearbeitet durch User
von Elliot (Gast)


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Michael R. schrieb:
> Wie krieg ich da jetzt (einfach) ein Poti rein? Ich möchte den Offset
> von 2.5V behalten, nur die Amplitude zwischen 0 und 2V einstellen können

Du machst die 2V5 schön niederohmig (z.B. mit TL431 + Abblockung) und 
über ein Poti verbindest du die 2V5 mit R1/Pin3.

von Elliot (Gast)


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Elliot schrieb:
> Du machst die 2V5 schön niederohmig (z.B. mit TL431 + Abblockung) und
> über ein Poti verbindest du die 2V5 mit R1/Pin3.

Siehe Anhang. Der Generator liefert +5V/0V, die Ausgangsspannung liegt 
auf 2,5V mit dem überlagerten Rechteck, der sich bis auf null 
runterdrehen lässt.

von Dergute W. (derguteweka)


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Moin,

OpAmp als invertierender Verstaerker, Poti im Rueckkopplungszweig 
zwischen inv. Eingang und Ausgang.

Gruss
WK

von Michael R. (fisa)


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Elliot schrieb:
> Du machst die 2V5 schön niederohmig (z.B. mit TL431 + Abblockung) und
> über ein Poti verbindest du die 2V5 mit R1/Pin3.

Hmmm... wenn ich schon eine "virtuelle Masse" einführe, kann ich sie 
gleich überall verwenden... und dann würde ich sie gleich mit einem OP 
puffern. oder?

Dergute W. schrieb:
> OpAmp als invertierender Verstaerker, Poti im Rueckkopplungszweig
> zwischen inv. Eingang und Ausgang.

das wird nicht funktionieren, denke ich, weil ich damit auch die 
Verstärkung meines Offsets ändere.

aber sicher bin ich mir nicht, ich kann heute nicht mehr denken, ich 
brauche einen Schnaps (aber aus anderen gründen)

von Michael R. (fisa)


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Ok, kurz vor dem Schnaps noch eine Idee: 
Beitrag "Spannungsregler mit virtueller Masse"

Schnaps geht politisch nicht durch, also Badewanne (es ist so saukalt 
hier in den gefährlichen Bergen der Steiermark)

von Dergute W. (derguteweka)


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Dergute W. schrieb:
> Moin,
>
> OpAmp als invertierender Verstaerker, Poti im Rueckkopplungszweig
> zwischen inv. Eingang und Ausgang.
>

So ungefaehr:
1
.    2R              R
2
---/\/\/\---------/\/\/\----------+
3
                     ^            |
4
                     |  | \       |
5
                     |  |   \     |
6
                     +--| -   \   |
7
      +5V               |      >--+-----
8
        o---/\/\/\---+--| +   /
9
              R      |  |   /
10
                     /  | /
11
                     \
12
                  R  /
13
                     \
14
                     /
15
                     \
16
                     |
17
                   -----

Gruss
WK

von Michael R. (fisa)


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Dergute W. schrieb:
> So ungefaehr:

Danke, das sieht recht gut aus!

jetzt muss ich mir noch durchdenken, inwieweit das linear ist, bzw ob 
ich das überhaupt linear haben will, oder ob ich ein logarithmisches 
Poti verwenden soll (und wenn ja, positiv oder negativ)

von Michael R. (fisa)


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Ich hätte nun alle Anregungen eingearbeitet:
- Poti als Pegelsteller
- wenn schon Poti dann Poti mit Schalter für Versorgungsspannung
- Angst-Diode
- HC statt HCT
- LP2951 statt LM340
- Filter umdimensioniert auf 15Hz / 24kHz

Fällt euch noch was auf bzw. dazu ein?

Danke!

von Michael R. (fisa)


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Kleine (aber wichtige) Korrektur: Im Schaltplan ist fälschlicherweise 
ein 74HC595 eingezeichnet, das muss natürlich ein 74HC164 sein...

von Achim B. (bobdylan)


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Michael R. schrieb:
> Fällt euch noch was auf bzw. dazu ein?

Nö. Wird funktionieren.

von Dergute W. (derguteweka)


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Michael R. schrieb:
> Fällt euch noch was auf bzw. dazu ein?

Nur die Klassiker:
* Wenn man's mit nem µC machen taet', koennte man Pins gegen Software 
tauschen.
* Und wenn man dann das 3dB/Oct Filter als FIR auslegt, muesste man 
nichtmal richtig multiplizieren, weil ja das Eingangsignal nur 1 bit 
breit ist...

:-D

Gruss
WK

von Michael R. (fisa)


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Danke euch!

eine Sache ist mir noch aufgefallen: Der Spannungsteiler R14/R15 vor dem 
letzten OP (Pink-Filter), sollte ich den noch mit einem C gegen Masse 
"absichern" um allfällige Störungen auf der Versorgung fernzuhalten?

Dergute W. schrieb:
> * Wenn man's mit nem µC machen taet', koennte man Pins gegen Software
> tauschen.

Ja, weiß ich, aber ich hatte Lust auf ein TTL-Grab ;-)

> * Und wenn man dann das 3dB/Oct Filter als FIR auslegt, muesste man
> nichtmal richtig multiplizieren, weil ja das Eingangsignal nur 1 bit
> breit ist...

Das müsstest mir erklären... FIR im µC? Und dann wie ausgeben?

: Bearbeitet durch User
von Schalt Planlesa (Gast)


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Michael R. schrieb:
> Fällt euch noch was auf bzw. dazu ein?

Ja .... einmal muss ich es loswerden.

Warum soviel heisse Luft zwischen den Bauelementen und
Funktionsblöcken? Egal wie man zoomt, man sieht auf dem
Schaltplan eigentlich nichts. Ein Ergebnis der grossen
Bildschirme die hemmungslos und ohne nachzudenken ausgenutzt
werden, so wie es Microsoft mit seinen Windows-Designs
vormacht.

Für bessere Lesbarkeit ist da noch Luft nach oben ...

von my2ct (Gast)


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Hannes J. schrieb:
> Was jetzt? Fertig oder nur simuliert?

Bei einer guten Simulation ist das kein nennenswerter Unterschied ;-)

von Dergute W. (derguteweka)


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Moin,

Michael R. schrieb:
> sollte ich den noch mit einem C gegen Masse
> "absichern" um allfällige Störungen auf der Versorgung fernzuhalten?

Koennt' nicht schaden.

Michael R. schrieb:
> Das müsstest mir erklären... FIR im µC? Und dann wie ausgeben?
Na, z.b. mit einem R2R Netzwerk als DAC.
Und allgemein muss man ja bei einem FIR die Samples immer mit den 
Filterkoeffizienten multiplizieren. Und das waere ja z.b. bei einem 
attiny bisschen doof, weil langsam.
Aber wenn das Sample immer nur 0 oder 1 sein kann, wird also der 
Koeffizient immer entweder mit 0 oder 1 multipliziert. Und sowas sollte 
auch auf einem tiny schnell gehen, z.b. mittels bedingtem Sprung, der 
eine Addition ueberspringt (wenn mit 0 multipliziert werden soll).
Aber: Domm gschwaetzt is schnell...

Gruss
WK

von Elliot (Gast)


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Michael R. schrieb:
> Dergute W. schrieb:
>> * Wenn man's mit nem µC machen taet', koennte man Pins gegen Software
>> tauschen.
>
> Ja, weiß ich, aber ich hatte Lust auf ein TTL-Grab ;-)

Warum eigentlich keine analoge Rauschquelle? Die erzeugt sogar echtes 
Rauschen und keine digitalen Störungen durch Schaltflanken im Generator.

von Michael R. (fisa)


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Dergute W. schrieb:
> Na, z.b. mit einem R2R Netzwerk als DAC.
> Und allgemein muss man ja bei einem FIR die Samples immer mit den
> Filterkoeffizienten multiplizieren. Und das waere ja z.b. bei einem
> attiny bisschen doof, weil langsam.
> Aber wenn das Sample immer nur 0 oder 1 sein kann, wird also der
> Koeffizient immer entweder mit 0 oder 1 multipliziert. Und sowas sollte
> auch auf einem tiny schnell gehen, z.b. mittels bedingtem Sprung, der
> eine Addition ueberspringt (wenn mit 0 multipliziert werden soll).

Ja, die Idee hat was. Aber nach dem Projekt ist vor dem Projekt :-)

theoretisch müsste man sowas sogar mit PWM hinkriegen, spart den DAC 
bzw. das R-Netzwerk.

> Aber: Domm gschwaetzt is schnell...

Nönö, das passt schon. Für Anregungen bin ich immer dankbar.

Elliot schrieb:
> Warum eigentlich keine analoge Rauschquelle? Die erzeugt sogar echtes
> Rauschen und keine digitalen Störungen durch Schaltflanken im Generator.

Sicher, ich hatte ja auch https://sound-au.com/project11.htm am Radar...

von Elliot (Gast)


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Michael R. schrieb:
> Fällt euch noch was auf bzw. dazu ein?

Mir fällt grad auf, daß du ja den aufwändigen Rosa-Rausch-Filter von ESP 
verwendest. Der hat aber den Anstieg von 10dB/dec auch unterhalb von 
20Hz, so daß dort ein Verstärkungsanstieg erfolgt, der deiner 
Tiefpassfilterei entgegenläuft. Besser und einfacher wäre es wohl, das 
Rosa-Rausch-Filter nach unten zu begrenzen und den Tiefpass um eine 
Ordnung zu reduzieren.

von Michael R. (fisa)


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Elliot schrieb:
> Mir fällt grad auf, daß du ja den aufwändigen Rosa-Rausch-Filter von ESP
> verwendest.
Richtig.

> Der hat aber den Anstieg von 10dB/dec auch unterhalb von
> 20Hz, so daß dort ein Verstärkungsanstieg erfolgt, der deiner
> Tiefpassfilterei entgegenläuft.
Das ist mir irgendwie auch schon aufgefallen... aber das Ergebnis der 
Simulation
https://www.mikrocontroller.net/attachment/488527/Simulation.png sah für 
mich trotzdem ok aus... ist es das nicht?

> Besser und einfacher wäre es wohl, das Rosa-Rausch-Filter nach unten
> zu begrenzen
Offen gesagt verstehe ich diesen Filter ohnehin nicht :-) Wie begrenze 
ich den?

> und den Tiefpass um eine Ordnung zu reduzieren.
Im ESP-Original hat der sogar eine Ordnung weniger... irgendwie sah es 
für mich aber mit 3ter Ordnung besser aus, weil ich damit "Infraschall" 
besser unterdrücke. Aber wie oben - ich stochere hier etwas im Nebel...

: Bearbeitet durch User
von Elliot (Gast)


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Michael R. schrieb:
> Offen gesagt verstehe ich diesen Filter ohnehin nicht :-) Wie begrenze
> ich den?

Durch weglassen überflüssiger Dinge ;-) Siehe Anhang. Dort ist mein 
Vorschlag und die aufwändige Version von ESP gezeigt.

Die einfache Version von ESP macht eine Anstiegsbegrenzung nach unten 
hin, aber am oberen Ende hört der Abfall auf. Mein Vorschlag ist genauso 
dicht an der Idealkurve wie das Original von ESP, begrenzt unten und 
macht am oberen Ende einen noch stärkeren Abfall als die aufwändige 
Version von ESP.

von Michael R. (fisa)


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Sieht cool aus, danke!!!

Nebenfrage: welche Software verwendest du da?

von Elliot (Gast)


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Michael R. schrieb:
> welche Software verwendest du da?

https://www.ti.com/tool/TINA-TI

von Elliot (Gast)


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Elliot schrieb:
> der deiner
> Tiefpassfilterei entgegenläuft. Besser und einfacher wäre es wohl, das
> Rosa-Rausch-Filter nach unten zu begrenzen und den Tiefpass um eine
> Ordnung zu reduzieren.

Ähh, bitte "Tiefpass" jeweils durch "Hochpass" ersetzen.

von Karl B. (gustav)


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Elliot schrieb:
> bitte "Tiefpass" jeweils durch "Hochpass" ersetzen.

Wie war das noch  mit 1 durch f Rauschen? (Rosa Rauschen).
https://de.wikipedia.org/wiki/1/f-Rauschen

Nach tieferen Frequenzen stärker. Will man ja gerade nicht hier.

ciao
gustav

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