Der erste im Jahre 2001 erfolgreich eingesetzte Empfänger für den Frequenzbereich von 0 bis 20 Hz bestand aus mehreren hintereinander geschalteten RC-Tiefpässen, die durch Impedanzwandler und Verstärker voneinander getrennt waren. Die empfangenen Signale wurden zu einer externen 8-bit-A/D-Wandler-Karte geleitet, dort mittels eines in Turbo-C geschriebenen Programms auf 100 Hz herunter gesampelt und auf Festplatte gespeichert.
Durch das Schreiben eines entsprechenden VB-Programms gelang es mir im Jahre 2003, die externe A/D-Wandler-Karte durch die normale Soundkarte eines PCs zu ersetzen. Dies funktionierte allerdings nur mit PCs, bei denen die untere Grenzfrequenz der eingebauten Soundkarte möglichst tief war, also im Idealfall bis 1 Hz reichte. Damit gelang gleichzeitig der Sprung von 8 auf 16 Bit, der eine spürbar höhere Auflösung der Daten mit sich brachte.
Damals entstand auch schon die Idee zur Gestaltung des Empfänger-Gehäuses in Flachbauweise. Durch Öffnen des Deckels mittels vier Schrauben erreicht man nicht nur bequem die Akkus zum Austausch, sondern auch die Bauelemente der Schaltung zu Wartungs- und Reparaturzwecken.
Im Bild ein Entwurf, der mit einem Rendering-Programm auf dem PC erstellt wurde.
Der erste Prototyp des Flachgehäuses besaß noch ein recht provisorisch anmutendes Aussehen, aber er hat sich im mobilen Einsatz bereits bestens bewährt. Die Seitenteile bestanden aus Dachlatten. Als Deck- und Bodenplatte genügte eine Spanplatte. Buchsen, Kontrolllampe und Schalter waren auf einer kleinen Aluplatte, der Frontplatte eines 16-Zoll-Einschubs, montiert.
Um das Problem der Soundkarten-Grenzfrequenz zu umgehen, wurde versuchsweise eine Schaltung eingesetzt, in welcher ein Träger 200 Hz im Takt der empfangenen Signale amplitudenmoduliert wurde. Die Schaltung arbeitete zwar zuverlässig, zeichnete sich jedoch durch eine geringe Dynamik aus und erforderte eine spezielle, wiederum selbst geschriebene Software.
Das Filterproblem wurde durch den Einsatz eines Sallen-Key Tiefpassfilters gelöst, das mit einer Steilheit von 36 dB pro Oktave und einer Grenzfrequenz von 21 Hz die störenden 50-Hz-Sinussignale aus der Netzfrequenz fern hielt. Das Bild zeigt einen Aufbau mit Lochrasterplatine in Fädeltechnik.
Endgültige Version des aktuell (2015, 2016) verwendeten Empfängertyps mit Platinenlayout. Auch hier kommt wieder das bewährte Sallen-Key-Tiefpassfilter zum Einsatz.
Die Ausgangssignale werden direkt an eine externe Soundkarte weiter geleitet, deren Grenzfrequenz durch einen kleinen Eingriff mit dem Lötkolben abgesenkt wurde.
Mit der frei erhältlichen Software Spectrum-Lab ist es möglich, die von dieser Soundkarte empfangenen Signale mit jeder beliebigen Sample-Rate aufzuzeichnen und die entsprechende FFT in Echtzeit auf dem Bildschirm darzustellen.
Die positiven und negativen Versorgungsspannungen für die OpAmps werden aus einem DC-DC-Konverter gewonnen, der aus der mit vier Akkus von jeweils 1,2 V erzeugten Spannung (ca. 5 V) eine Spannung von plus und minus 12 V erzeugt
Der Turm links im Bild zeigt neben der oben beschriebenen, aktuellen Variante noch einige nicht weiter verfolgte "Evolutionsstufen", bei denen ein Mikrocontroller (IO-Warrior und Arduino) für die Ausgabe der Signale über USB sorgten. Damit umgeht man zwar die Soundkarte, handelt sich jedoch andere Probleme ein - wie zum Beispiel häufiger Absturz der USB-Verbindung ohne erkennbare Ursache oder sporadische, intern generierte Störsignale, ebenfalls ohne erkennbare Ursache. Somit hat sich, wie so oft, die einfachste Lösung durchgesetzt:
- Verstärkung und Filterung mittels einer in einem Empfänger-Gehäuse untergebrachten Elektronik.
- Weitergabe des Signale an eine (externe) PC-Soundkarte.
- Aufzeichnung der Daten mit einem gängigen und zuverlässigen Freeware-Programm.