Audio Verstärker Messverfahren
Werbung
Theorie zr acoustics Audio Amplifier Measurement Techniques last edit : 04.01.2008 V1.00 1 Generelles Bei den Messresultaten müssen immer die verwendeten Signale, sowie die Last angegeben werden. Zusätzlich evtl. Normen angeben, nach denen gemessen wurde. Als Lastwiderstand sollte immer eine frequenzganglineare Last verwendet werden. Die folgenden Erläuterungen beziehen sich auf keine Normen. Eventuelle Gleichungen oder Ähnlichkeiten sind rein zufällig. Die verwendeten Lasten und Signale sind als Vorschlag von zr acoustics zu betrachten. Bei Stereo-Verstärkern werden meistens beide Kanäle gleichzeitig betrieben, das bedeutet die Messungen werden gleichzeitig für den rechten und linken Kanal durchgeführt. 2 Vor Messbeginn Der Verstärker muss sauber kalibriert werden (Ruhestromeinstellung, Verstärkung, etc.). Weiter müssen die Umgebungsbedingungen festgehalten werden (Temperatur, Feuchte, etc.). 3 Power Output Measurement [Pmax] Pmax wird meistens an ohmschen Lasten von 2Ohm, 4Ohm oder 8Ohm gemessen. Als Eingangssignal wird ein 1kHz Sinus Ton am Eingang angelegt (Für Analyse-Zwecke können auch andere Frequenzen gewählt werden. In Datenblättern findet man aber meistens 1kHz). Den Inputpegel hochdrehen bis am Ausgang 1% THD2,9 über dem Lastwiderstand anliegt. Spannung breitbandig am Ausgang messen und Leistung gemäss ohmschem Gesetz berechnen: P= U2 R Bei den Messresultaten immer angeben bei wieviel THD und an welcher Last gemessen wurde. Typisch sind 1% THD oder 10% THD an 2/4/8 Ohm 4 Signal to Noise Ratio [SNR] Das SNR wird meistens auf Pmax bezogen. Es kann somit die Spannung am Ausgang bei Pmax (wie in Kapitel 3 beschrieben) verwendet werden. Zuerst die Spannung in dBV umrechnen: Spannung dBV = 20 ∗ log 1V Nun den Eingang mit einem Widerstand von 4.7kOhm kurzschliessen. Am Ausgang nun den Noise Floor breitbandig bei 1kHz in dBV messen (über dem Lastwiderstand). Das SNR lässt sich nun wie folgt berechnen: SNR = P max[dBV ] − NoiseFloor[dBV ] Da das SNR abhängig von Pmax ist, muss die jeweilige Last und Leistung angegeben werden. 5 Output Noise Messung Das Output Noise kann schmalbandig oder breitbandig gemessen werden: Schmalbandig: Den Eingang mit einem 4.7kOhm Widerstand kurzschliessen. Am Ausgang (über dem Lastwiderstand) nun den Noise Floor schmalbandig bei 1kHz in messen. Das Noise kann nun wahlweise in Volt, Microvolt oder dBV angegeben werden. A_001_Audio_Amplifier_Measurement_Techniques.doc 1 von 3 by Urs Züger Theorie zr acoustics Audio Amplifier Measurement Techniques last edit : 04.01.2008 V1.00 Breitbandig: Den Eingang mit einem 4.7kOhm Widerstand kurzschliessen. Am Ausgang (über dem Lastwiderstand) nun den Noise Floor breitbandig bei 1kHz messen. Das Noise kann nun wahlweise in Volt, Microvolt oder dBV angegeben werden. Zusätzlich kann die Messung noch gewichtet werden (A weighted oder C weighted). Die Gewichtung muss jedoch zwingend angegeben werden beim MessResultat. 6 Bandbreite Die Bandbreite lässt sich mit einem Sinus Sweep Signal bestimmen. Am Eingang wird das Signal mit 10mVrms Amplitude angelegt. Am Ausgang wird nun der Frequenzgang in dBV über dem Messwiderstand gemessen. Je nach Festlegung der Grenzfrequenz kann anschliessend die Bandbreite aus dem Frequenzgang bestimmt werden. Die Grenzfrequenzen werden üblicherweise 0.3dB, -0.6dB, -3dB oder -6dB unter dem Wert bei 1kHz bezogen. 7 Total Harmonic Distortion [THD] THD wir mit einem 1kHz Sinus Signal am Eingang bestimmt. Der Pegel dieses Eingangssignals wird so festgelegt, dass am Ausgang eine Leistung von meistens 1Watt oder 10Watt über dem Lastwiderstand anliegt. Nun kann der THD Wert bestimmt werden mit einer geeigneten THD Analyse Funktion. Wichtig ist, dass nicht nur die 2. und 3. Oberwelle gemessen werden. Unsere Erfahrungen haben gezeigt, dass die Messung der 2. bis 9. Oberwelle zuverlässige Resultate liefert. Aus diesen Überlegungen folgt, dass bei der THD-Angabe auch die Ausgangsleistung, sowie der Lastwiderstand mit angegeben werden muss. 8 Intermodulation Distortion [IMD] Anstelle der einfachen Sinusschwingung wird ein Signal aus zwei Frequenzen f1 und f2 verwendet, womit sich ausser den oben beschriebenen Harmonischen mf1 und nf2 Kombinationsschwingungen mit den Frequenzen (mf1 +/- nf2) ergeben. Das Auftreten dieser Signale wird als Intermodulation bezeichnet. Die beiden sinusförmigen Eingangssignale sollen so gelegt werden, dass f1 zwischen 0.5 und 1.5 Oktaven oberhalb der unteren Grenze und f2 zwischen 0.5 und 1.5 Oktaven unterhalb der oberen Grenze des Übertragungsbereichs liegen. Das Pegelverhältnis ist 4:1. Die Berechnung des Modulationsfaktors erfolgt, indem die vier Mischprodukte aus den Intermodulationsfaktoren 2.Ordnung (f2+f1, sowie f2-f1) und 3.Ordnung (f2+2f1, sowie f2-2f1) quadratisch addiert werden und auf den Pegel des höherfrequenten Signals f2 bezogen werden. Das Ergebnis wird in % oder in dB angegeben. Bei den cinema amp Messungen wurden die Frequenzen 60Hz und 7kHz verwendet, mit einer Pegeldifferenz von 4:1. Die Messungen wurden bei jeweils 1Watt und 10Watt Leistung an 4Ohm und 8 Ohm Last durchgeführt. Dies schreibt automatisch auch den Eingangspegel vor. 9 Sensitivity Die Sensitivity beschreibt die Eingangsempfindlichkeit für einen bestimmten Ausgangspegel. Meistens wird diese auf Pmax bezogen. Es kann somit die Spannung von Kapitel 3 übernommen werden. Auch hier gilt wieder die Angabe der Ausgangsleistung und des Lastwiderstandes. 10 Voltage Gain Das Voltage Gain wird aus der Differenz der Eingangsspannung und der Ausgangsspannung berechnet. Am Eingang wird ein Sinus Signal mit 20mVrms bei 1kHz angelegt. Am Ausgang die Spannung breitbandig über dem Lastwiderstand gemessen. Das Voltage Gain lässt sich nun wie folgt berechnen: Gain = OutputVoltage InputVoltage Das Voltage Gain kann als Zahl oder in dB angegeben werden. Wichtig ist, dass während der Messung, der Verstärker nicht in die Begrenzung laufen darf. A_001_Audio_Amplifier_Measurement_Techniques.doc 2 von 3 by Urs Züger Theorie zr acoustics Audio Amplifier Measurement Techniques last edit : 04.01.2008 V1.00 11 Dämpfungsfaktor Der Dämpfungsfaktor wird anhand der folgenden Methode bestimmt: Verstärker Rout Verstärker Vopen Rout Rload Vload Der Dämpfungsfaktor kann wahlweise bei einer bestimmten Frequenz ermittelt werden, oder über einen Frequenzbereich. Man wählt bei den folgenden Erläuterungen einfach ein Sinus Signal oder ein Sinus Sweep Signal. Beispiel für eine Dämpfungsfaktorbestimmung bei 1kHz: Am Eingang wir das Sinus Signal von 1kHz angelegt. Der Pegel wird erhöht, bis am Ausgang eine Spannung (Vopen) für 1Watt gemessen werden kann (Rload ist nicht angeschlossen; ACHTUNG: Spannung ist Lastabhängig. Siehe obere, linke Darstellung). Halten Sie diesen Wert in einer Tabelle fest. Nun schliessen Sie den Lastwiderstand an und messen nochmals die Ausgangsspannung (Vload) (Eingangspegel nicht verändern). Halten Sie diesen Wert wiederum in der Tabelle fest. Mit den folgenden Gleichungen kann nun der Dämpfungsfaktor berechnet werden: Rload Vload = Vopen ∗ Rload + Rout DampingFactor = => Rload ∗ Vopen Rout = − Rload Vload Rload Rout Folgende Faktoren beeinträchtigen die Genauigkeit dieser Messung: - Kabelimpedanzen und Impedanz des Lastwiderstandes - Schwankungen des Eingangssignals A_001_Audio_Amplifier_Measurement_Techniques.doc 3 von 3 by Urs Züger
