Es gibt Tests, nach denen man zufrieden den Deckel auf die Messkiste macht, und es gibt Tests, die einem später noch einmal auf die Füße fallen. Nicht unbedingt deshalb, weil damals schlampig gearbeitet wurde, sondern weil sich irgendwann zeigt, dass die vorhandene Messtechnik an einer Grenze angekommen war, die man zwar kannte, deren praktische Konsequenzen aber erst mit einem besseren Referenzsystem wirklich sichtbar werden. Genau so ist es mir mit meinem früheren Audio-Setup ergangen. Im vorangegangenen Artikel, bei dem das Zoom UAC-232 als Messinterface diente, kamen aus der Leserschaft einige berechtigte Fragen dazu, wie weit man mit einem solchen Interface tatsächlich gehen kann, wenn nicht mehr grobe Unterschiede zwischen durchschnittlichen Audiolösungen interessieren, sondern Abstände von wenigen Dezibel, sehr niedrige Verzerrungen, Kanaltrennung, Intermodulation, Jitter-Indikatoren und das Verhalten einer Ausgangsstufe unter definierter Last.

Das UAC-232 ist damit nicht plötzlich ein schlechtes Audiointerface. Ich habe es schlicht für eine Aufgabe eingesetzt, für die es ursprünglich nicht als Präzisionsanalysator gebaut wurde. Ein ordentliches Audiointerface ist eben noch lange kein Audio Precision im Taschenformat, auch wenn man sich das manchmal gern einredet, weil die Alternative das Bankkonto weniger freundlich anschaut. Das Leserfeedback habe ich mir deshalb zu Herzen genommen. Ich habe etwas gespart, das Sparschwein anschließend deutlich leichter gemacht und mit dem RME Fireface UCX II eine erheblich geeignetere Grundlage angeschafft. Gleichzeitig wollte ich aber nicht wieder mehrere Einzelprogramme, halbe Skripte, Tabellenkalkulationen und irgendwelche Spezialtools miteinander verheiraten. Davon hatte ich über die Jahre ohnehin genug angesammelt. 

Also habe ich etwas getan, das mir irgendwie bekannt vorkam. Wie bei SSD Next habe ich meine alten Code-Fragmente der vergangenen rund zehn Jahre zusammengesucht, manches davon war erstaunlich brauchbar, anderes durfte aus Gründen der Pietät kommentarlos verschwinden, und daraus schließlich den Audio Analyzer Next gebaut. Das Ziel war nicht, möglichst viele bunte Diagramme auszugeben, sondern eine durchgängig kalibrierte Messkette zu schaffen, in der Frequenzgang, Rauschboden, THD, THD+N, SINAD, Intermodulation, Multitone, Linearität, Übersprechen, Belastbarkeit und eine relative J-Test-Auswertung aus demselben methodischen Rahmen stammen. Das ist für diesen Artikel wichtig, denn mit der neuen Technik kann ich einige Aussagen aus der damaligen Untersuchung nicht einfach nur präzisieren. Einen Teil davon muss ich fairerweise korrigieren. Und genau damit beginnen wir. Hier zur Erinnerung auch noch einmal der damalige Text, falls jemand noch einmal nachlesen möchte: 

Nachdem für mich feststand, dass das Zoom UAC-232 für die nächste Ausbaustufe meiner Audiomessungen nicht mehr die passende Grundlage sein würde, wollte ich den Fehler vermeiden, einfach nur das nächstgrößere Interface zu kaufen und ein Jahr später wieder am gleichen Punkt zu stehen. Ich brauchte kein Gerät für Podcasts, Gitarrenaufnahmen oder acht Mikrofone gleichzeitig, sondern in erster Linie einen möglichst sauberen, reproduzierbaren und langfristig brauchbaren Analyzer-Pfad. Genau das habe ich bei meiner Anfrage auch so formuliert.

An dieser Stelle muss ich Thomann ausdrücklich positiv erwähnen. Die Beratung beschränkte sich erfreulicherweise nicht darauf, mir irgendein möglichst teures Gerät aus dem Regal zu empfehlen. Es wurde recht schnell klar, worum es bei meinem Anwendungsfall eigentlich geht, nämlich nicht um möglichst viele Eingänge, sondern um einen sehr guten analogen Eingangspfad, stabile Treiber, eine saubere Clock-Architektur, verlässliches ASIO, ausreichend hohe Eingangspegel und vor allem genügend Abstand zwischen dem Eigenrauschen des Messinterfaces und den Geräten, die ich später damit charakterisieren möchte. Das Fireface UCX II war am Ende zwar nicht gerade die Variante für die Portokasse, aber aus meiner Sicht die sinnvollere Investition als zwei weitere Zwischenlösungen.

Das Paket kam ganz unspektakulär im typischen Thomann-Karton an. Das mag für einen Artikel zunächst nicht nach einer weltbewegenden Erkenntnis klingen, aber bei einem Gerät dieser Preisklasse bin ich durchaus froh, wenn der Herstellerkarton nicht selbst als Versandkarton durch halb Deutschland gereicht wurde. Im äußeren Karton steckt die eigentliche RME-Verpackung, die deutlich mehr nach professionellem Arbeitsgerät als nach RGB-befeuertem Consumer-Spielzeug aussieht.

Die Verpackung verrät bereits ziemlich gut, wohin die Reise geht. Das UCX II ist trotz seiner kompakten Abmessungen kein abgespecktes Zweikanal-Interface. RME bezeichnet es als 40-Kanal-USB-Audiointerface, wobei sich diese Zahl aus den analogen und digitalen Ein- und Ausgängen zusammensetzt. Intern steht mit TotalMix FX zudem eine 40 × 20 Routing-Matrix zur Verfügung. Unterstützt werden bis zu 24 Bit und 192 kHz, dazu kommen ADAT, AES/EBU, SPDIF, Wordclock, MIDI, Direct USB Recording und ein vollständiger Stand-Alone-Betrieb. Für meine Anwendung sind viele dieser Dinge zunächst Luxus, aber gerade Wordclock, die verschiedenen Clock-Modi und das frei konfigurierbare Routing werden später noch interessant, wenn der Analyzer über reine Analogmessungen hinauswächst.

Nach dem Öffnen liegt zunächst das Fireface selbst vor einem, darunter beziehungsweise daneben steckt das Zubehör. Zum offiziellen Lieferumfang gehören ein 1,8 Meter langes USB-2.0-Kabel, ein zwei Meter langes optisches TOSLINK-Kabel, das B0968-Breakoutkabel von D-Sub auf XLR und RCA, das externe 12-Volt-Netzteil und das dazugehörige Netzkabel. Eine Treiber-CD sucht man inzwischen konsequenterweise nicht mehr, die Treiber werden aktuell heruntergeladen. Das beigelegte Informationsblatt weist auch genau darauf hin.

Das Zubehör wirkt nicht wie eine Sammlung von Alibikabeln, die man nach dem Auspacken direkt wieder in die Schachtel legt. Gerade das Breakoutkabel ist wichtig, weil darüber AES/EBU und koaxiales SPDIF zugänglich werden. USB und TOSLINK sind ebenfalls direkt dabei. Das externe Netzteil liefert 12 Volt, die Verbindung zum Interface wird verriegelt, was ich bei einem stationären Messaufbau deutlich lieber sehe als einen einfachen Hohlstecker, der irgendwann genau während eines mehrstündigen Durchlaufs beschließt, sein eigenes Leben zu führen. Das UCX II selbst ist erstaunlich kompakt. Ohne Rackohren misst das Gehäuse 215 × 44 × 130 Millimeter und wiegt 910 Gramm. Mit Rackohren wächst die Breite auf 258 Millimeter und die Gesamttiefe auf 155 Millimeter. Der typische Leistungsbedarf wird von RME mit 13 Watt angegeben. Damit bleibt das Gerät klein genug, um dauerhaft auf dem Messtisch zu stehen, statt bei jeder Messung erst aus irgendeinem Rack ausgegraben werden zu müssen.

Mechanisch macht das Fireface genau den Eindruck, den ich von einem Werkzeug in dieser Preisklasse erwarte. Das schwarze Metallgehäuse ist nüchtern, stabil und verzichtet auf dekorative Verrenkungen. Vorne sitzen zwei kombinierte Mic/Line-Eingänge, zwei weitere Line beziehungsweise Instrumenteneingänge, der Kopfhörerausgang, das Farbdisplay, vier Funktionstasten und der große Encoder. Der kann nicht nur gedreht, sondern auch gedrückt werden, sodass sich wesentliche Funktionen direkt am Gerät bedienen lassen. Das Display ist dabei kein schmückendes Briefmarkenkino. Es zeigt unter anderem die Pegel sämtlicher I/Os, Samplefrequenz, Clock-Zustand, Lock beziehungsweise Sync der digitalen Eingänge und den aktuellen Ausgangspegel. Das Gerät kann zudem sechs komplette Konfigurationen intern speichern und anschließend vollständig ohne PC arbeiten. Für meinen Analyzer-Betrieb spielt der Stand-Alone-Modus derzeit nur eine Nebenrolle, zeigt aber recht gut, dass hinter der Front deutlich mehr steckt als eine simple USB-Soundkarte.

Hinten wird es für die Messtechnik spannend. Dort sitzen vier symmetrische Line-Eingänge und sechs symmetrische Line-Ausgänge auf 6,3-mm-TRS-Buchsen. Dazu kommen Wordclock über BNC, ADAT In und Out, USB zum Host, ein zusätzlicher USB-Port für DURec beziehungsweise die Fernbedienung, MIDI sowie der D-Sub-Anschluss für AES/EBU und SPDIF. Für meine aktuellen Messungen benutze ich die rückwärtigen Line-Eingänge 5 und 6 als Analyzer-Kanäle. Das ist bewusst so gewählt. Ich benötige dafür keine Mikrofonvorverstärkung, keinen Instrumentenmodus und keine zusätzliche Frontverkabelung, sondern einen möglichst geradlinigen symmetrischen Line-Eingang. RME spezifiziert diese rückwärtigen AD-Eingänge mit 24 Bit, 112 dB unbewertetem beziehungsweise 115 dBA Rauschabstand, THD kleiner als -110 dB beziehungsweise 0,00032 Prozent und THD+N kleiner als -104 dB beziehungsweise 0,00063 Prozent. Die Übersprechdämpfung wird mit mehr als 110 dB angegeben. Bei 96 kHz reicht der angegebene Frequenzgang bis 45,8 kHz bei -0,5 dB. Die Eingänge lassen sich auf +19 oder +13 dBu referenzieren, zusätzlich steht ein Gain-Bereich von 0 bis +12 dB zur Verfügung. Die Eingangsimpedanz beträgt laut RME 12 kΩ bei symmetrischer und 8 kΩ bei unsymmetrischer Ansteuerung.

Damit liegt die Eingangsstufe weit genug unter den Consumer-Audiogeräten, die ich hier untersuchen möchte, um wesentlich mehr von deren tatsächlichem Verhalten zu sehen als mit meinem bisherigen Aufbau. Das bedeutet nicht, dass jeder Messwert automatisch uneingeschränkt vom Prüfling stammt. Genau deshalb misst Audio Analyzer Next zusätzlich den eigenen Analyzer-Floor und kennzeichnet Ergebnisse, die zu dicht daran liegen. Aber ich habe jetzt wenigstens genügend messtechnische Reserve, um diese Grenze überhaupt sinnvoll bestimmen zu können. Auch die DA-Seite des Fireface ist interessant, selbst wenn sie für die hier gezeigten DUT-Messungen nicht den Generator darstellt. Die sechs hinteren Line-Ausgänge sind mit 112 dB beziehungsweise 115 dBA Dynamikumfang, weniger als 0,0004 Prozent THD und weniger als 0,00063 Prozent THD+N spezifiziert. Der maximale Ausgangspegel beträgt +19 dBu, alternativ können +13 oder +4 dBu gewählt werden. Die Frontausgänge 7 und 8 sind mit einem Ausgangswiderstand von einem Ohm auch als Kopfhörerausgang ausgelegt und werden bei 32 Ω mit bis zu 210 mW pro Kanal bei 0,1 Prozent THD spezifiziert.

Gerade für meine späteren Takt-, J-Test- und Digitalmessungen war noch ein anderer Punkt wichtig. Das Fireface kann intern, über ADAT, AES, SPDIF oder Wordclock getaktet werden. Seine SteadyClock-FS-Architektur soll externe Clock-Signale von Jitter bereinigen und arbeitet zusammen mit SyncCheck, das nicht nur erkennt, ob ein digitales Signal vorhanden ist, sondern auch, ob es zur tatsächlich verwendeten Clock synchron läuft. Das wird in einem normalen Desktop-Audiotest gern als technische Nebensache abgehakt. Für einen Analyzer ist es das nicht. Sobald mehrere digitale Geräte beteiligt sind, muss sauber getrennt werden, ob ich gerade den Prüfling, die Differenz zweier unabhängiger Quarze oder schlicht einen Synchronisationsfehler messe. Das Fireface kann seinen Wordclock-Anschluss wahlweise als Ein- oder Ausgang verwenden und den Eingang intern mit 75 Ω terminieren. Die Spezifikation nennt für die externe Clock eine Jitterunterdrückung von mehr als 50 dB oberhalb 1 Hz. Für die hier vorgestellten analogen Vergleichsmessungen laufen Prüfling und Analyzer absichtlich in getrennten Taktdomänen. Das ist auch der Grund, warum mein J-Test später ausdrücklich als relative Diagnose und nicht als absolute Jittermessung ausgewiesen wird. Das RME schafft also keine physikalischen Gesetze ab, es gibt mir aber endlich genug Kontrolle darüber, welche Taktquelle eigentlich wo arbeitet.

Das Foto des kompletten Aufbaus dürfte jeden Menschen beruhigen, dessen Labortisch ebenfalls nach spätestens zwei Stunden nicht mehr wie ein Werbefoto aussieht. Links sitzt der offene Test-PC mit Mainboard, Grafikkarte und Netzteil, davor das Fireface UCX II. Daneben steht mein eigener Widerstandsumschalter, rechts davon arbeiten die Oszilloskope als unabhängige Kontrollinstanz. Der offene Aufbau ist beabsichtigt. Ich möchte eine Soundkarte nicht in einem künstlich ruhigen System vermessen, sondern unter den elektrischen Bedingungen, unter denen sie später tatsächlich eingesetzt wird. Deshalb bleibt auch die RTX 5090 im System. PCIe, Spannungswandler, GPU und der restliche Rechner dürfen elektromagnetisch genau das veranstalten, was sie im Alltag ebenfalls veranstalten. Ein Audioausgang, der nur dann gute Werte liefert, wenn man den restlichen PC vorher abschaltet, wäre für meine Anwendung eher akademisch interessant.

Der eigentliche Signalweg ist trotzdem übersichtlich. Audio Analyzer Next erzeugt den jeweiligen digitalen Teststimulus über den zu untersuchenden Ausgang. Von dort gelangt das analoge Stereosignal zu meiner Last- und Umschaltbox. Parallel wird es zu den Line-Eingängen 5 und 6 des Fireface geführt, die über Native ASIO als Analyzer arbeiten. Damit sieht die Software exakt das Signal, das auch an der definierten Last anliegt. Die schwarze Box in der Mitte des Aufbaus ist für die späteren Leistungs- und Lastmessungen fast genauso wichtig wie das Fireface selbst. Sie erlaubt mir, definierte ohmsche Lasten auf die beiden Audiokanäle zu schalten und zwischen Stereo- und Monobetrieb zu wechseln. Ein Display zeigt den gewählten Zustand beziehungsweise Widerstand an, der Aufbau ist auf maximal 11 Watt pro Kanal ausgelegt. Für die Messungen in diesem Artikel wurde eine Last von 32 Ω verwendet. Das entspricht einer typischen niederohmigen Kopfhörerlast und zwingt den Ausgang dazu, tatsächlich Strom zu liefern. Das ist etwas völlig anderes als eine reine Line-Messung an einem hochohmigen Analyzer-Eingang.

Ohne diese definierte Last könnte ein Ausgang bei 1 kHz und wenigen hundert Millivolt fantastisch aussehen und bei einem echten 32-Ω-Verbraucher trotzdem früh einbrechen. Mit dem Umschalter kann ich dagegen denselben Ausgang zunächst unter einer genau bekannten Last vermessen und später beispielsweise auch eine Leerlaufreferenz aufnehmen. Aus der Spannungsdifferenz zwischen belastetem und unbelastetem Zustand lässt sich dann die Ausgangsimpedanz bestimmen. Für Leistungsmessungen ist die Rechnung anschließend trivial, wenn die Spannung stimmt:

P=URMS2RP=\frac{U_\mathrm{RMS}^{2}}{R}

Bei einer bekannten Last von 32 Ω muss ich deshalb nicht irgendeinen vermeintlichen Softwarepegel in Milliwatt umetikettieren. Audio Analyzer Next kennt die reale Last aus dem Kalibrierprofil und berechnet aus der tatsächlich gemessenen Spannung zunächst den Strom und daraus die abgegebene Leistung. Warum jetzt zusätzlich noch ein Oszilloskop danebensteht? Das Fireface misst hervorragend, aber ein Messgerät sollte seine eigene Kalibrierung nicht ausschließlich dadurch beweisen, dass es sich selbst glaubt. Deshalb hängt während der Spannungskalibrierung zusätzlich ein Oszilloskop am analogen Signalweg. Auf dem Foto ist auf dem unteren HMO3004 der Sinuston zu sehen, mit dem ich die reale Ausgangsspannung kontrolliere. Dieser Schritt verbindet die digitale Welt des Audio Analyzer Next mit einer physikalischen Spannung. Der Ablauf beginnt mit einem definierten 1-kHz-Sinus. Der Prüfling gibt diesen über seinen zu vermessenden Ausgang aus, der Widerstandsumschalter stellt die gewünschte Last bereit und das Oszilloskop kontrolliert das tatsächlich anliegende Signal. Dabei interessiert mich nicht nur irgendein Zahlenwert. Schon auf dem Bildschirm kann ich sehen, ob der Sinus sauber ist, ob Clipping auftritt, ob beide Halbwellen symmetrisch bleiben und ob möglicherweise bereits eine grobe Störung vorliegt, die in einer automatisierten Messreihe später nur als merkwürdiger Zahlenwert auftauchen würde.

Der gemessene Effektivwert wird anschließend der gleichzeitig vom Fireface erfassten digitalen Amplitude zugeordnet. Daraus entsteht das Spannungskalibrierprofil des Audio Analyzer Next. Nach diesem Schritt kennt die Software den Zusammenhang zwischen dBFS am Analyzer-Eingang und der realen Spannung am Prüfling. Genau deshalb kann sie später nicht nur sagen, dass der Grundton beispielsweise bei -15,6 dBFS liegt, sondern dass tatsächlich ungefähr 0,48 Vrms am Ausgang anliegen. Mit der gleichzeitig gespeicherten 32-Ω-Last folgen daraus wiederum Strom und Leistung. Das Oszilloskop ist dabei keine zweite komplette Audioanalyse. Es dient als unabhängige elektrische Referenz, zur visuellen Plausibilitätsprüfung und vor allem dazu, die Amplitudenskalierung nicht auf eine bloße Annahme zu stützen. Das Fireface übernimmt danach die hochauflösende spektrale Analyse, denn für Rauschboden, THD, THD+N, IMD oder Kanaltrennung ist eine lange FFT mit sauberer digitaler Auswertung natürlich wesentlich geeigneter als das Ablesen eines Oszilloskopbildes.

Damit besteht die Messkette letztlich aus mehreren Ebenen, die sich gegenseitig kontrollieren. Der Prüfling erzeugt das Signal, der Widerstandsumschalter definiert die reale Belastung, das Oszilloskop verankert die Spannungskalibrierung in einer physikalischen Messgröße, das Fireface digitalisiert beide Kanäle und Audio Analyzer Next übernimmt Stimulussteuerung, Auswertung, Plausibilitätsprüfungen und Dokumentation. Das klingt aufwendiger als einfach ein Audiokabel in einen Line-In zu stecken und RMAA zu starten. Ist es auch. Aber genau deshalb musste ich das alte Setup überhaupt ersetzen.