Selbstgemacht: Sinusleistung eines Verstärkers per Oszilloskop berechnen

Hallo,

nun, ich bekomme auch total andere Ergebnisse raus, als Joe gemessen hat. Bei der ersten Messung habe ich 17,8% (Joe’s Wert 6,9%) und bei der zweiten Messung 50% (Joe’s Wert 15,7% und Alex Wert 33%). Meine Berechnung scheint also nur bei kleinen Klirrfaktoren einigermaßen vernünftige Ergebnisse zu liefern.

Nach einigem Grübeln weiß ich jetzt die Ursache.

Bei einem Klirrfaktormessgerät wird ja durch einen Filter der Sinus der Grundfrequenz aus dem Gesamtsignal entfernt.

Will man den Klirrfaktor berechnen will, muss man ähnlich verfahren und den Sinus rausrechnen. Ein Ergebnis ist die abgekappte Spitze bei einem geclippten Sinus. Nur wurde dabei der ursprüngliche Sinus herangezogen. Der hat aber einen Pegel, der unabhängig davon ist, wann die Begrenzung einsetzt. Tatsächlich muss aber der Sinus genommen werden, der in dem geclippten Signal vorhanden ist. Dessen Pegel wird natürlich auch kleiner, wenn das Signal eher begrenzt. Da ich nun den ursprünglichen Sinus mit konstanten Pegel angenommen habe, wird der Fehler immer größer je eher die Begrenzung einsetzt. Den Sinus der in dem geclippten Signal enthalten ist, kann man berechnen. Dies geschieht durch die Fouriertransformation. Aber das Verfahren ist doch etwas kompliziert und aufwendig.

Wenn man den Klirrfaktor mit der Messung des Differenzsignals mit dem Oszi bestimmt, gibt es den Fehler nicht. Grund ist, dass bei dieser Methode ja der Pegel des Sinussignals solange variiert werden soll (durch den Balanceregler), bis sich ein minimales Differenzsignal ergibt.

Der Fehler bei der Berechnung ist mir wohl auch deshalb unterlaufen, weil dass hier im Forum dargestellte Differenzsignal wie eine abgekappte Sinusspitze aussieht und ich dachte, diese kann man wohl auch berechnen.

DeLTaR schrieb:

Aber, Uwe, wenn sich deine Theorie in der Praxis bewahrheitet, dann bekommst du von mir deinen persönlichen Nobelpreis ;)

Den kann ich ja jetzt wohl abschreiben, ich bekomme wohl eher eins mit der Rute verpasst.

@Alex
Wir haben denn Effektivwert der Sinuskappe unterschiedlich berechnet. Eigentlich egal, denn für die Berechnung des Klirrfaktors brauchen wir dies nicht mehr, aber wenn Du es trotzdem geklärt haben möchtest, melde Dich.

Joe schrieb:

Nachtrag: ein Rechteck hat ca. 20 % Klirr. Kann das sein, ich hätte mehr erwartet?

@Joe
Ja, das ist auch zu wenig. Er müsste etwa 43% betragen. Ein Rechteck hat ja folgendes Spektrum:
Pegel Grundfrequenz = auf 1 normiert
Pegel 3 x Grundfrequenz = 1/ 3
Pegel 5 x Grundfrequenz = 1/ 5
Pegel 7 x Grundfrequenz = 1/ 7
usw.

Der Klirrfaktor des Rechteck berechnet sich:

K = Wurzel ((U1^2 + U3^2 + U5^2 + U7^2....) / (1+( U1^2 + U3^2 + U5^2 + U7^2....))) x 100%
K = Wurzel ((1/9 + 1/25 + 1/49 + ....) / (1 + (1/9 + 1/25 + 1/49 + ....))) x 100%

Wenn man dies nur bis zur 7 Harmonischen berechnet, erhält man schon einen Klirrfaktor von 38%.

Hast Du die 20% mit Deinem Klirrfaktormessgerät gemessen?

Jedenfalls stimmen die Werte, die Du bei dem geclippten Sinuskurven gemessen hast, etwa mit den Werten überein, die ich aus Deiner FFT-Analyse berechnet habe.

Falls Du Dein Klirrfaktormessgerät mit einem anderen vergleichen möchtest, kannst Du mir Klirrsignale, die Du gemessen hast, als MP3-Dateien zuschicken. Ich kann dann in der Firma den Klirrfaktor mit einem R&S-Teil messen. Wenn die MP3-Signale geclippte Sinussignale sind, wäre es gut, wenn Du auf den anderen Kanal einen reinen Sinus mit gleicher Phasenlage hättest. Dann könnte ich mal versuchen, ob man mit dem Oszi, wenn man das Differenzsignal misst, den Klirrfaktor bestimmen kann. Mit meinem Oszi könnte das ganz gut gehen, weil das Teil den echten Effektivwert von Signalen ermitteln kann. Wenn Du interessiert bist, schicke ich Dir meine E-Mailadresse per PM.


Viele Grüße

Uwe

Hi,
mein 3 dB-Sinus liegt als gezipte Wav-Datei hier

Ich kann da bei meinem Meßgerät relativ wenig einstellen, eine Grobeinstellung auf die Grundfrequenz, innerhalb von +-15% wird vom Gerät selbst nachgeregelt. Und ansonsten noch den Pegel, von 3 V bis 50 V, mit zwei 20 dB Abschwächern.
Und natürlich den Meßbereich in drei Stufen.

Zum Rechteck: die 20 % habe ich auch mit dem Hameg-Teil gemessen.

Ich werde die 3 dB-Messung nochmal bei vollem Pegel machen, mal schauen, ob das was anderes rauskommt.

Hallo,

zum Thema passend:

http://cnx.rice.edu/content/m0041/latest/#fourpointfour

Hallo,

Zum Rechteck: die 20 % habe ich auch mit dem Hameg-Teil gemessen.

Wie gross der der "Klirrfaktor" (oder besser der Oberwellenanteil) letztendlich genau ist, dürfte u.A. auch vom Rechtecksignal selbst (mit)abhängen. Flankensteilkeit? Trapezähnlichkeit?

20% ist aber 100%ig nicht "genug". Das stimmt irgendetwas nicht.

Ob man ihn "generell" festlegenb kann glaube ich nicht (weiss ich auch jetzt nicht ), und auch diverse Quellen im Internet gehen da weit auseinander. Es geht da bei 30% los und hört bei 50% auf.
Es ist sicherlich auch nicht uninteressant, wie viele der ungeraden! Oberwellen vom Messgerät noch erfasst werden, und wie viele (n) man in eine Berechnung mit hinein nimmt.

Darüber hab ich mir auch noch nie "gross" Gedanken gemacht.
Jetzt wurmte es mich ja fast ein wenig

Wenn man dies nur bis zur 7 Harmonischen berechnet, erhält man schon einen Klirrfaktor von 38%.

Das dürfte übrigens auch die Erklärung dafür sein, dass mein RE201 "nur" 39% anzeigt. Er nimmt zur Berechnung lediglich die Harmonischen 1-9 mit hinein.
Die Analoggeräte hingegen nehmen alles bis zu ihrer "Bandbreite" mit.

Daher die Unterschiede.

Hi,
jetzt habe ich nochmal bei höheren Pegeln gemessen.

Der Klirr eines Rechtecks beträgt jetzt 45,1 %.

Ich hatte mit einem zu kleinen Pegel gemessen, das Rechtecksignal habe ich jetzt aus einem LAG-120A Sinus/Rechteck-Generator (1 Hz bis 1MHz) genommen, die Flankensteilheit kann ich mit meinem primitiven Oszilloskop nicht messen, aber aus Sicht eines 1kHz-Signals ist es ein Rechteck, d.h. das, was da noch fehlt, wird sich auch im Meßergebnis kaum niederschlagen).

Den Klirrfaktor der beiden andern Signale habe ich auch nochmal gemessen:

1 dB: 4,8 %

3 dB: 13,9% bis 14,1%

Die vorherigen Messungen hatten noch Brumm drauf, wie man auf den Bildern auch leicht sehen kann (oder auch nicht), das habe ich jetzt verbessert, also brummfrei, die Werte damals waren deshalb höher: bei 1 dB 6,9%, bei 3 dB 15,7%.


(Man muß die Klirrfaktormeßbrücke im Zuge der Messung kalibrieren. Dabei springt die Anzeige immer um +-1 Wert umher, daraus resultiert dann auch die Schwankung im gemessenen Wert)

Hallo,

ich habe das Differenzsignal des 3dB-Signals mal mit dem Oszi gemessen und bin auf knapp 14% gekommen. Leider war das Ganze doch nicht so einfach, weil der Oszi das Differenzsignal nur im Analog-Betrieb anzeigen kann. In dieser Betriebsart funktioniert aber die Effektivwertmessung nicht. Daher musste ich einen anderen Weg wählen. Das Differenzsignal habe ich erhalten, indem ich den Oszi zwischen den heißen Anschlüssen der beiden Audioausgangsbuchsen geklemmt habe. Dies funktionierte deshalb, weil ich ein Notebook als Wiedergabequelle genommen habe, welches über Akku betrieben wurde. Daher hatte es keine Erdverbindung.

Mit dem Balanceregler habe ich dass Differenzsignal auf Minimum abgeglichen. Kontrolliert habe ich dies mit der Effektivwertanzeige. Das Minimum wurde erreicht, als das Signal symmetrisch zur Nulllinie war. Also die Spitzen unter der Nulllinie waren genauso hoch, wie die über der Nulllinie. Somit sah das Signal anderes aus, als das von Alex gemessene Signal.

Wenn es richtig abgeglichen ist, sieht man abwechselnd Sinus- und Dreieckspitzen mit der selben Höhe. Leider kann ich kein Bild von der Oszi-Darstellung hier reinstellen, weil ich keine Digitalkamera habe.

Wenn man keinen Oszi mit Effektivwertmessung hat, kann man auch den Spitzenwert messen und diesen durch Wurzel 2 teilen. Man erhält dann in dem von mir gemessenen Beispiel einen um etwa 8% zu hohen Wert. Wenn man anschließend die 8% abzieht, dann müsste der Wert etwa stimmen.

Der Klirrfaktor berechnet sich dann wie folgt:

Klirrfaktor = Wurzel (EffektivwertDifferenz^2 / (EffektivwertDifferenz^2 + EffektivwertSinus^2)) x 100%

Wenn ich morgen in der Firma etwas Zeit finde, werde ich den Klirrfaktor in der Firma mal mit dem R&S-Messgerät messen.

Viele Grüße

Uwe

P.S. Am Freitag habe ich auch mal den Klirrfaktor eines Rechtecksignals gemessen. Das R&S-Teil hat auch etwa 45% angezeigt.

Hallo,

der eigentliche Ursprung dieses Threads war ja:

Thema: Selbstgemacht: Sinusleistung eines Verstärkers per Oszilloskop berechnen

Hierzu ist mir heute noch ein Messverfahren eingefallen, dass sogar ohne Oszi auskommt. Als Messgerät wird nur ein Vielfachmessgerät benötigt, welches auch Wechselspannungen bei einer Frequenz von 1 kHz messen kann. Bei einer Frequenz von 3 kHz muss das Gerät noch eine Spannung anzeigen, der Wert muss aber nicht stimmen.



Als Sinusquelle kann ein Generator, ein Computer oder auch ein CD-Player mit einer Test-CD verwendet werden. Durch die Weiche wird das Sinussignal aufgesplittet und auf beide Eingangskanäle des Verstärkers gegeben. Als Last an den Lautsprecherausgängen werden Lastwiderstände mit der Nennimpedanz verwendet, die auch die hohe Leistung vertragen. Der 820 Ohm Widerstand muss mindestens 2 W und der 180 Ohm Widerstand 0,5 W vertragen. Das AC-Voltmeter ist so geschaltet, dass es die Differenz zwischen den Kanälen anzeigt, wobei durch den Spannungsteiler der linke Kanal etwas lauter sein muss. Durch dieses Verfahren werden schon kleinste Unterschiede zwischen den Kanälen sichtbar, z.B. wenn ein Kanal anfängt zu verzerren, weil er begrenzt.

Die Messung läuft wie folgt ab:
Die Lautstärke des Verstärkers wird etwas aufgedreht. Mit dem Balanceregler wird die Anzeige des AC-Voltmeters auf Minimum abgeglichen.

Jetzt wird die Lautstärke so lange erhöht (eventuell muss das Minimum mit dem Balanceregler nachgeregelt werden), bis die Anzeige des Voltmeters gerade deutlich anfängt zu steigen. Dies ist der Pegel, an dem der linke Kanal anfängt zu verzerren. Dieser verzerrt zuerst, weil durch den Spannungsteiler erreicht wird, dass der linke Kanal etwa 20% lauter ist. Auf den genauen Klirrfaktor kommt es ja nicht an, er hat nur geringen Einfluss auf die maximale Ausgangsleistung. Dies wurde ja am Anfang dieses Threads festgestellt.

Jetzt wird das AC-Voltmeter direkt an den beiden Klemmen des linken Lautsprecherausgangs angeschlossen und die Spannung gemessen (nicht vergessen einen höheren Spannungsbereich zu wählen). Mit folgendere Formel lässt sich die Ausgangsleistung des linken Kanals berechnen:

Leistung = Ausgangsspannung^2 / Lastwiderstand

Anschließend wird die Messung für den rechten Kanal wiederholt. Es sollte fast das gleiche Ergebnis herauskommen. Ist dies nicht der Fall, so begrenzen die Kanälen bei unterschiedlichen Ausgangsspannungen. In diesem Fall kann es sein, dass die Messungen beider Kanäle fehlerhaft sind.

Bei diesem Messverfahren werden beide Kanäle fast gleichstark belastet, aber das ist im praktischen Betrieb ja auch so. Möchte man die Leistung messen, wenn nur der zu messende Kanal belastet ist, so klemmt man einfach an dem anderen den Lastwiderstand ab.

Diese Messverfahren funktioniert, wenn die Minus-Lautsprecheranschlüsse mit der Gerätemasse verbunden sind. Ist dies nicht der Fall, z.B. weil des sich um einen Brückenschaltung handelt, bin ich mir nicht so sicher, ob man das Verfahren anwenden kann.

Viele Grüße

Uwe

Joe_Brösel schrieb:

Den Klirrfaktor der beiden andern Signale habe ich auch nochmal gemessen: 1 dB: 4,8 % 3 dB: 13,9% bis 14,1%

Hallo Joe,

bei dem 3 dB-Signal, das Du ins Internet gestellt hast, habe ich 14,5% mit dem R&S-Messgerät gemessen. Das Signal habe ich auf eine CD gebrannt und für die Messung über einen Disc-Man wiedergegeben.

Viele Grüße

Uwe

Hallo allerseits,

Hallo Uwe,

ich bin jetzt ein bisschen verwirrt, in meinem Kopf klirrts grad ein bisschen.
Leider bin ich noch nicht so weit, dass ich mitreden könnte, wie eine Fourniertransformation von statten geht, ich weiß nur soviel, dass sich nach Fournier jede Schwingung durch harmonische Teilschwingungen zusammensetzen und demnach auch wieder auflösen lässt.

Wenn ich dich richtig verstanden habe, darf man also nicht die Rechteckspannung vom Effektivwert des Sinus, wie er eigentlich sein sollte, wenn der Verstärker nicht clippen würde, abziehen.
Stattdessen muss man wohl, ich will das an einer Grafik verdeutlichen, die aus dem Link zur FFT von scope stammt,


die Effektivwerte sämtlicher Obenwellen in einer Halbperiode addieren und in Bezug setzen zu der Sinus-Grundwelle, die ihre Spitze bei der Spannung hat, bei der der Verstärker anfängt zu clippen?

Was mir nicht ganz klar geworden ist: Ist die Oszilloskop-subtrahier-Methode dann okay, oder stimmt die auch nicht?

Dass du eins mit der Rute verpasst kriegst ist natürlich Blödsinn , denn selbst wenn die Anfang einfach aussehende Methode sich jetzt endgültig als falsch herausstellt, so hat es trotzdem viel Spaß gemacht, in einer Gemeinschaft experimentierfreudiger und hilfsbereiter User an der neuen Methode zu arbeiten, wo jeder den seinerseits möglichen Teil beigetragen hat. Das lobe ich mir generell im HiFi-Wissen-Forum, dass man auf Fragen nicht von vornerein eine genervte Antwort bekommt: "Benutz die Suchfunktion" oder so ähnlich. Ich hoffe du denkst dann genauso, und ich bin nicht allzu sehr auf die Nerven gegangen

Das eigentlich Thread-Topic hat sich ja ohnehin geklärt.

Jetzt würde mich aber schon trotzdem noch interessieren, wie es nun weitergeht, mit welchen Korrekturen, und was konkret mit unseren Methoden falsch gemacht worden ist, damit man letztlich doch noch zu einem Ergebnis kommt. Ob das praxisfremd ist oder nicht, soll mir egal sein.
Ich weiß ja nicht ob du ein Freund von Messengern bist, aber wenn ja können wir das ja evtl. auch mal in Echtzeit vorantreiben und nur die Ergebnisse posten. ICQ# 12605027.

Einen Tipp unabhängig davon habe ich noch, wenn du Grafiken wie Versuchsaufbauten oder allgemein Grafiken, die keinen Fotocharakter haben sondern mit wenigen Farben auskommen, empfiehlt sich als Dateiformat GIF (oder auch PNG), da diese Formate mit einer auf das Bild abgestimmten Farbtabelle arbeiten. Schriften werden als GIF absolut scharf und präzise während JPEG verschwimmt. Dabei sind GIFs meistens sogar noch kleiner als JPEGs.

Schöne Grüße
Alex

Hi,
also ich würde meinen, die "Oszilloskop-subtrahier-Methode" muß das gleiche Ergebnis bringen. Das Problem ist ja nur, den Effektivwert dieses Signals zu messen.

Zum eigentlichen Thema: ab welchem Wert ist ein Klirrfaktor zu hören (ein Kollege von mir sagt immer ab 1 %). Jetzt müßte man mal feststellen, wieviel Clipping zu 1 % führt, und man wird vermutlich feststellen, das wird gleich nach der Vollaussteuerung passieren. Jetzt ist aber das Clipping vermutlich nicht so "hart" wie das mit meiner WAV-Datei ist, es wird vermutlich weicher einsetzen, und vorher wird der Sinus schon verzerrt, ohne daß es direkt sichtbar ist. Da ich bei mir im Musikzimmer keinen Endverstärker habe, und meine Anlage nicht zerlegen möchte, kann ich diese Messung im Moment nicht durchführen. Was ich machen könnte, wäre das Clipping eines Tonbandgeräts zu messen. Oder ich müßte mir erst eine tragbare Endstufe besorgen.

Hallo Joe,

diesen Wert habe ich auch stets in der Literatur gefunden: 1% ist für geschulte Ohren hörbar. Wie ein Sinus mit 1% Klirr aussieht, hat scope in einem Beitrag auf Seite 3 gepostet:

-scope- schrieb:

Hallo, Folgenden "hoch komplexen" Aufbau habe ich grade vorgenommen: Kleine Monoendstufe mit 8 Ohm (ohmscher) Last abgeschlossen, und mit 1 KHz (0,0002% THD) angesteuert bis sich dieses Oszillogramm (bei etwa 130 W) zeigte: Das Dach sollte jeder erkennen können...oder? Die Klirrfaktormessbrücke zeigt in diesem Moment:

Es passiert also tatsächlich gleich nach Vollaussteuerung. Deswegen war es die Idee, um die Sinusleistung per Oszi zu bestimmen, einfach so lange die Endstufe aufzudrehen, bis das Clipping einsetzt, und dann einfach per Ueff = Uo/Wurzel2 die maximal mögliche Effektivspannung auszurechnen, denn wenn man über diese Formel geht, und NICHT ein Spannungsmessgerät anlegt, das Effektivspannung anzeigen kann, ist man bei dem Klirr auf jeden Fall immer unter dem 1%, da ja 1% bei funktionierenden Verstärkern erst bei Beginn des Clippings wie im obigen Bild auftreten, was dann nach DIN gerecht ist, denn Sinusleistung nach DIN wird bei 1kHz bei 1% Klirr gemessen. P = Ueff²/R.

Joe_Brösel schrieb:

also ich würde meinen, die "Oszilloskop-subtrahier-Methode" muß das gleiche Ergebnis bringen. Das Problem ist ja nur, den Effektivwert dieses Signals zu messen.

Stimmt, sehe ich auch so.

Joe_Brösel schrieb:

Da ich bei mir im Musikzimmer keinen Endverstärker habe, und meine Anlage nicht zerlegen möchte, kann ich diese Messung im Moment nicht durchführen.

Stimmt, du hast ja nur aktive Boxen, da ist das schlecht.
Ich habe das mal ausprobiert als ich die Oszilloskope noch hier hatte. Ich habe die Lautstärke so eingestellt, dass das Clipping-Dach in etwa so groß war wie das auf -scope-'s Bild (also etwa 1% Klirr), und konnte noch keinen Unterschied hören. So richtig raushören (ohne große Anstrengungen und Konzentration aufs Signal) konnte ich ihn ab (geschätzt) 5%, geschätzt insofern, da ich jetzt weiß, dass deine -3dB Kurve 15% Klirr hatte.

Viele Grüße
Alex

Hallo Alex,

antworten tue ich erst jetzt, weil ich einige Tage verreist war.

Alex schrieb:

Was mir nicht ganz klar geworden ist: Ist die Oszilloskop-subtrahier-Methode dann okay, oder stimmt die auch nicht?

Wie schon Joe geschrieben hat, funktioniert die Oszi-subtrahier-Methode. Ich habe ja auch eine Messung mit dieser Methode durchgeführt ( siehe hier) und bin auch fast auf das gleiche Ergebnis gekommen, welches Joe mit seinem Klirrfaktormessgerät gemessen hat. Ich habe nur die Differenzbildung anders realisiert, als wie wir weiter vorne diskutiert hatten. Das Problem des Verfahrens ist nur, den Balanceregler so zu drehen, dass der Effektivwert des Differenzsignals minimal ist. Z.B. sieht das Differenzsignal so bei minimalem Differenzsignal aus:



Du siehst, aus den Diagrammen ist nur schwer zu erkennen, wann der Effektivwert denn minimal ist. Dies geht besser, wenn man mit einem Multimeter das Minimum ermittelt. Das ginge ähnlich, wie ich hier beschrieben habe. Anschließend kann man dann mit dem Oszi das korrekte Differenzsignal aufnehmen. Wenn das Multimeter bis 20 kHz linear arbeitet, kann man auch die komplette Klirrfaktorbestimmung mit dem Multimeter durchführen.

Alex schrieb:

Jetzt würde mich aber schon trotzdem noch interessieren, wie es nun weitergeht, mit welchen Korrekturen, und was konkret mit unseren Methoden falsch gemacht worden ist, damit man letztlich doch noch zu einem Ergebnis kommt. Ob das praxisfremd ist oder nicht, soll mir egal sein.

Bei der Berechnungsmethode wurde für die Subtraktion ein falscher Pegel des Sinussignals herangezogen. Also mit dem praktischen Verfahren verglichen, wurde der Balanceregler nicht so eingestellt, dass sich ein minimaler Effektivwert für das Differenzsignal ergibt.

Wie ich schon mal geschrieben habe, kann man jedes periodisches Signal aus verschiedenen Sinusschwingungen zusammensetzten. Die Frequenz der Sinusschwingungen ist immer ein Vielfaches der Grundfrequenz des periodischen Signals. Durch Variation des Pegels und der Phasenlage der einzelnen Sinusschwingungen ergibt sich dann das periodische Signal. Am Beispiel eines Recheck- oder eines Dreiecksignals kannst Du dies hier selbst testen:

http://www.gymmelk.ac.at/~nus/physik/applets/fourier.html

Wenn man jetzt den Klirrfaktor ermitteln möchte, muss man die Grundschwingung aus dem Signal entfernen. Klirrfaktormessbrücken tun dies durch einen Sperrfilter. Wir machen dies durch die Differenzmethode. Bei dieser Methode ist es aber wichtig, dass der Pegel des Sinussignals, das man zur Subtraktion verwendet, exakt den selben Pegel aufweist, wie die Grundschwingung, welche im dem Gesamtsignal vorhanden ist. Dies kannst Du ja auch auf der Internetseite testen. Wie gesagt, bei der Berechnungsmethode wurde eben diese Minimierung nicht gemacht. Es wurde immer der Pegel eines Sinussignals genommen, der dem geclippten Signal entspricht, wenn es nicht geclippt wäre. Hier zwei Bildchen am Beispiel von Joe’s 3 dB-Signal, die das verdeutlichen:


Differenzsignalbildung, wie bei der Berechnung verwendet:

Du erkennst, dass der Sinus die volle Größe aufweist und sich das Differenzsignal ergibt, dass wir für unsere Berechnung herangezogen habe. Für dieses Signal würde sich ein falscher Klirrfaktor von 20 bis 26% ergeben (abhängig, wie man den Effektivwert des Gesamtsignals berechnet).


Differenzsignal, wenn man den Sinus so auswählt, dass er genauso groß ist, wie die Grundschwingung des geclippten Signals und sich somit der minimale Effektivwert für das Differenzsignal ergibt:

Es ist deutlich zu erkennen, dass das Sinussignal einen geringeren Pegel hat. Bei diesem Pegel wird die Grundschwingung im geclippten Signal eliminiert, so dass nur noch das minimierte Differenzsignal übrig bleibt. Hier ergibt sich ein Klirrfaktor von 13,3%, was doch schon gut mit dem Messwert von Joe übereinstimmt.


Du möchtest ja noch wissen, wie es nun weitergeht mit der Berechnung. Wie Du oben siehst, mir ist eine Lösung eingefallen, um mit einer Berechnung realistische Werte zu erhalten, die dann auch noch die passenden Diagramme liefert. Eigentlich ist es keine saubere Berechnung. Ich habe einfach mit Hilfe von Excel in Schrittweite von 1µs jeden Punkt auf der geclippten und auf der Sinuskurve berechnet und die ermittelten Werte je Punkt der beiden Kurven voneinander subtrahiert. Anschließend habe ich den Effektivwert des Differenzsignals und den Klirrfaktor berechnet. Zur minimalen Ermittlung des Differenzsignals habe ich einfach verschieden Pegelwerte für den Sinus eingeben und mit Hilfe der Exceltabelle berechnen lassen.


Ich habe auch das 1dB-Signal von Joe berechnet und bin auf einen Klirrfaktor von 4,6%, was mit Joe’s Messwert von 4,8% überraschend gut übereinstimmt.



Berechnet habe ich auch ein Signal, bei dem der Sinus bereits bei sehr geringen Pegel begrenzt wird (Breite der Abflachung von 490µs). Dies entspricht fast einem Rechtecksignal und es müsste sich ein auch entsprechender Klirrfaktor ergeben. Auch dies ist der Fall, denn der ermittelte Klirrfaktor von 42,3% stimmt recht gut überein mit den Werten, die wir weiter oben für einen Rechteck diskutiert hatten.



Allerdings muss ich sagen, dass ich bei dem von –scope- gemessenen Signal mit 1,3% Klirrfaktor nur auf einen Klirrfaktor von ca. 0,4% gekommen bin. Wie dies zustande kommt, ist mir allerdings unklar. Aber vielleicht hat Joe ja die Begründung schon gegeben:

Joe schrieb:

Jetzt ist aber das Clipping vermutlich nicht so "hart" wie das mit meiner WAV-Datei ist, es wird vermutlich weicher einsetzen, und vorher wird der Sinus schon verzerrt, ohne daß es direkt sichtbar ist.

Die Excel-Dateien schicke ich Dir per Mail zu. Falls noch jemand die Dateien haben möchte, her mit der E-Mailadresse.

Alex schrieb:

Ich weiß ja nicht ob du ein Freund von Messengern bist, aber wenn ja können wir das ja evtl. auch mal in Echtzeit vorantreiben und nur die Ergebnisse posten. ICQ# 12605027.

Habe ich bisher noch nie gemacht. Ich glaube auch nicht, dass man dann viel schneller vorankommt, weil es doch oft notwendig ist, Grafiken und Bilder zu posten, die man aber immer erst zusammenstellen muss, damit das Ganze verständlich wird.

Danke für Deinen Tipp mit den GIF-Grafiken, aber ich habe ihn leider etwas spät gelesen und möchte jetzt nicht wieder alle Grafiken, die ich heute erstellt und gepostet habe, umstellen. Bei der letzten habe ich es aber probiert. Wie Du siehst, ist das Bild besser, obwohl es auf dem Server auch in jpg umgewandelt und so gespeichert wurde.


Hallo Joe,

mit dem Tonbandgerät könnte es Probleme geben, wenn Du eine Aufnahme vom Band nimmst, da wir ja für die Differenzmethode immer ein Referenzsinus benötigen, der in Phase (oder um 180° verschoben, je nach Methode) ist. Da aber nicht immer beide Kanäle exakt gleich sind, kann es Probleme geben. Wenn Du aber nur den Verstärker benutzt, also das Tonband im Monitorbetrieb betreibst, müsste es klappen. Wenn Du es machst, zeichne doch bitte die Signale mit der Soundkarte auf und stelle Sie ins Internet. Bitte lang genug, damit die Zeit auch zum messen ausreicht. Dann können wir schauen, ob wir auf das gleiche Ergebnis kommen.

Viele Grüße

Uwe

Hallo Uwe,
danke für den genialen Link, ich muß ihn einfach nochmal hier hervorheben:
Link vom "Öffentliches Stiftsgymnasium der Benediktiner in Melk"

Auch ansonsten eine 1 mit Stern für deinen Beitrag.
Da ich grade meinen PC umbaue läuft im Moment nicht viel.

Hallo Uwe,

ich lese mir deinen Beitrag jetzt zum fünften Mal durch, und hoffe, ihn jetzt endlich verstanden zu haben.

Also:
der Fehler bei der Methode bisher


war, dass Ueff(Clipp) ungleich Ueff(Sin) war?

Das heißt also, du ermittelst zuerst Ueff(Clipp) und erstellst dann eine Sinuskurve nach U0 = Ueff(Clipp) * SQRT(2), legst beide Kurven übereinander


und lässt dir per Excel in definierten Schrittweiten die Differenzkurve zeichnen, von der du dir dann den Effektivwert berechnen lässt, indem du durch die Gesamtschritte teilst. Das teilst du dann durch Ueff(Clipp), und hast den Klirr%?

Schickst du mir auch mal die Tabelle zu?
mailto:alexscherer@gmx.de

Viele Grüße
Alex

Hallo Joe,

freut mich, Dein Lob.

Joe schrieb:

Da ich grade meinen PC umbaue läuft im Moment nicht viel.

Halb so wild. Im Grunde klappt das Verfahren ja. Bei 3 Werten kommt ja der richtige Klirrfaktor raus. Nur bei dem einen Wert gab es ja Probleme.

DeLTaR schrieb:

Also: der Fehler bei der Methode bisher war, dass Ueff(Clipp) ungleich Ueff(Sin) war? Das heißt also, du ermittelst zuerst Ueff(Clipp) und erstellst dann eine Sinuskurve nach U0 = Ueff(Clipp) * SQRT(2), legst beide Kurven übereinander

Hallo Alex,

nee, ich habe den Wert für den Pegel der Sinuskurve solange variiert, bis sich der minimale Klirrfaktor ergeben hat. Also ich bin praktisch wie folgt vorgegangen:



Ich habe solange den Wert in Feld A geändert, bis sich in Feld B der kleinste Wert ergeben hat.

Also ich erkläre noch mal die Zusammenhänge.
Jedes Signal, dass sich periodisch wiederholt, lässt sich auch durch die Addition verschiedener Sinuskurven erzeugen. Eines schönes Beispiel siehst Du in dem Link, den ich in meinem letzten Posting angeben hat und den Joe nochmals gepostet hat:

Link vom "Öffentliches Stiftsgymnasium der Benediktiner in Melk"

Hier kannst Du sehr schön sehen, wie sich z.B. ein Rechteck aus verschiedenen Sinuskurven zusammensetzt. Du kannst die Pegel und die Phasenlagen der einzelnen Sinuskurven variieren.

Hier findest Du noch mehr zu dem Thema:



Die Definition des Klirrfaktors ist:



Wobei U1 die Spannung der Grundwelle (1. Harmonischen mit 1kHz), U2 die Spannung der ersten Oberwelle (2. Harmonischen mit 2kHz) usw. ist. Bei einem Rechteck treten übrigens nur die ungeraden Harmonischen auf. In der Klirrfaktorformel ist im Zähler die erste Harmonische nicht mehr vorhanden, daher ist es, um den Klirrfaktor zu ermitteln, notwendig, die erste Harmonische aus dem Signal zu entfernen. Bei einem Klirrfaktormessgerät wird dies mit einem Filter realisiert:



Leider haben wir keinen Filter, um die Grundwelle herauszufiltern. Wir machen es auf einen anderen Weg, indem wir von unserem geclippten Signal einen Sinus subtrahieren, bei dem der Pegel genauso groß ist, wie der Pegel der Grundwelle, die in dem geclippten Signal vorhanden ist. Jetzt müssen wir nur noch rausbekommen, wie groß wir den Pegel des Sinussignals wählen müssen. Dies geht über die Effektivwertberechnung des Gesamtsignals. Wenn man den Effektivwert über die Sinuskurven berechnet, aus dem sich das Signal zusammensetzt erhält man:



U1 steht für den Effektivwert der Grundwelle, die wir ja durch die Subtraktion mit unserem Sinus eliminieren möchten, U2 für den Effektivwert der 2. Harmonischen usw. Wenn U1=0 ist, erhält man für den gesamten Effektivwert Uges den minimalen Wert. Also umgekehrt, wenn Uges minimal ist, ist U1=0. Daher dieses Verfahren, dass solange in der Exceltabelle der Wert für den Pegel der Sinuskurve variiert wird, bis sich für das Differenzsignal der minimale Wert ergibt.

Alex schrieb:

und lässt dir per Excel in definierten Schrittweiten die Differenzkurve zeichnen, von der du dir dann den Effektivwert berechnen lässt, indem du durch die Gesamtschritte teilst. Das teilst du dann durch Ueff(Clipp), und hast den Klirr%?

Ich rechne für jeden Schritt die Werte für die geclippte Kurve und dem Sinus aus. Errechne für diesen Schritt durch Subtraktion den Wert für die Differenzkurve und quadriere anschließend diesen Wert. Anschließend bilde ich von allen quadrierten Werten den Mittelwert und ziehe dann die Wurzel aus dem Gesamtwert. Dies ist dann der Effektivwert des Differenzsignals. Am Besten Du schaust Dir dies in der Exceltabelle an.

Ich hoffe, ich habe es jetzt so erklärt, dass man es einigermaßen gut verstehen kann.

Alex schrieb:

Schickst du mir auch mal die Tabelle zu? mailto:alexscherer@gmx.de

Ich habe Dir die Tabelle schon geschickt an eine Mailadresse, die Du mal auf einem Berechnungsblatt angeben hast. War wohl die falsche Adresse, daher schicke ich sie Dir nochmals.

Viele Grüße

Uwe

Joe_Brösel schrieb:

Hallo Uwe, danke für den genialen Link, ich muß ihn einfach nochmal hier hervorheben: Link vom "Öffentliches Stiftsgymnasium der Benediktiner in Melk"

Hallo,

zu diesem Link ist mir noch etwas eingefallen. Unter diesen Internetseiten findet man auch Lissajous'sche Figuren. Dazu ist mir eingefallen, dass man mit der CD War of the World sehr interessante Lissajous'sche Figuren erzeugen kann. Man muss bloß den linken Audiokanal auf den Y-Eingang und den rechten Audiokanal auf den X-Eingang eines Oszis geben. Wenn man diesen jetzt auf X-Y-Darstellung stellt, kommen sehr interessante Lissajous'sche Figuren heraus.

Probiert es mal aus.


Viele Grüße

Uwe

Hi,
"Klaus Schulze" war vor 20 Jahren auch so ein Lissajous-Kandidat. Was habe ich da für Stunden vor dem Oszilloskop verbracht. Na ja, Stunden nicht gerade, aber schon einige Zeit.

Hallo,

ich habe gerade festgestellte, dass unser Thread inzwischen den Status Oldi erhalten hat.
Das muss geändert werden! :)

Aber jetzt ernsthaft, es gibt neue Messergebnisse. Alex hat mir vor einigen Tagen einen geclippten Sinus geschickt, der etwa einen Klirrfaktor von 1% aufweist (Begrenzung durch 0,3dB Übersteuerung). Den Klirrfaktor von diesem Signal habe ich nach allen hier diskutierten Verfahren bestimmt und stelle die Ergebnisse der Reihe nach vor.

Das Signal von Alex ist eine MP3-Datei, bei der der eine Kanal der geclippte Sinus und der andere eine reiner Sinus ist. Diese MP3 habe ich auf eine CD gespielt. Für die Messungen habe ich dann diese CD auch meinen tragbaren CD-Player abgespielt.


1. Messung des Klirrfaktors mit einem Klirrfaktormessgerätes

Klar, eigentlich die einfachste Methode. Aber zuerst habe ich eine fehlerhaftes Ergebnis erhalten. Dies habe ich festgestellt, als ich zur Kontrolle den Klirrfaktor des reinen Sinussignals gemessen habe und eine Wert von über 1% erhielt. Ursache war, dass ich vergessen hatte, den 22kHz Tiefpass am Klirrfaktormessgerät einzuschalten. Hier der Müll über 22kHz, der das Ergebnis verfälschte:



Nun, mit 22kHz TP-Filter bin ich auf folgende Werte gekommen:

Reiner Sinus:


Geclippter Sinus:




2. Messung mit RMAA über die Spektrumanalyse

Alex hat in dem Thread Frequenzgangmessungen selbstgemacht ein Freeware-Programm vorgestellt, mit dem man alle möglichen Messungen durchführen kann (hier der Link zum Thread). Leider geht dies nur, wenn man das Signal als Quelle benutzt, dass das Programm anbietet. Aber ich wollte ja das Signal von Alex vermessen. Das Programm bietet aber ein Fenster zum Einpegeln ein, bei dem gleichzeitig das Spektrum des Signals angezeigt wird. Dies habe ich nun zur Ermittlung des Klirrfaktors benutzt. Wie folgt sah das Spektrum aus:


Wenn man die X-Achse zoomt und den Cursor auf die entsprechende Frequenz stellt, kann man sehr gut den Pegel ablesen.


Weil es öfters mal vorkommen kann, dass man über ein Spektrum den Klirrfaktor ermitteln muss, habe ich mir hierzu eine Exceltabelle erstellt. Man braucht nur die Werte der einzelnen Klirrspektren eingeben und raus kommt der Klirrfaktor. Ergebnis:



3.Differenzmethode, Berechnung über eine Excel-Tabelle

Dies ist die Methode, bei der ein Differenzsignal gebildet wird, indem von dem geclippten Sinus ein reiner Sinus abgezogen wird. Anschließend wird das daraus erhaltene Differenzsignal ins Verhältnis zu dem Ursprungssignal gesetzt. Hier wurde das mit einer Exceltabelle durchgeführt. Um den geclippten Sinus mit Excel zu berechnen wird die Breite der Abflachung benötigt, die ich mit einem Oszi gemessen habe:


Mit den erhaltenen 79µs lässt sich mit der Exceltabelle der Klirrfaktor ermitteln:







3.Differenzmethode, Messung mit Hilfe eines Oszis

Im Unterschied zu der obigen Methode wurde das Differenzsignal mit dem Oszi gemessen und dessen Effektivwert bestimmt:

Effektivwert des Differenzsignals:


Effektivwert des gesamten Signals (muss wegen dem 10:1 Tastkopf mit 10 multipliziert werden):


Der Klirrfaktor ergibt sich dann K = 57,7mV / 4960mV x 100% = 1,16%


Zusammenfassung:

Hier noch mal die Zusammenstellung welche Ergebnisse ich nach den verschiedenen Methoden für den Klirrfaktor erhalten habe:


Klirrfaktormessgerät: 1,18%
Spektrumanalyse über RMAA: 1,25%
Differenzmethode theoretisch über Excel: 1,09%
Differenzmethode mit Oszi: 1,16%


Viele Grüße

Uwe

Hallo Leute,

ich habe mir bewundernd eure Messungen und Testverfahren durchgelesen. Leider stehen mir weder die benötigten Instrumente zur Verfügung, und ehrlichgesagt bin ich auch weder in Mathe noch Physik so´ne Leuchte, daß ich mir solche Messungen zutrauen würde.

Aber vielleicht könnt ihr mir ja helfen:
Ihr habt ja geschrieben, daß ein Klirr von 1% die DIN-Norm ist, und gleichzeitig auch die hörbare Grenze.
Kann man nun aus der Wattangabe bei einem kleinerem Klirrfaktor auf die Wattleistung bei 1% Klirr "hochrechnen" , oder habt ihr Erfahrungswerte?

Konkret habe ich folgende Daten: 85 Watt RMS pro Kanal, bei weniger als 0,025% Klirr, 8Ohm.
Ich hätte aber gerne die Leistung bei 1% Klirr, außerdem an 4Ohm!

(Mit der Methode über die Leistungsaufnahme komme ich bei 735Watt Aufnahme und einem niedrig angesetzten Wirkungsgrad von 0,5 auf : 735*0,5/2 = 183,75 Watt pro Kanal.)

Dankeschön schonmal,

Hallo,

Kann man nun aus der Wattangabe bei einem kleinerem Klirrfaktor auf die Wattleistung bei 1% Klirr "hochrechnen"

Nein

Ich hätte aber gerne die Leistung bei 1% Klirr, außerdem an 4Ohm!

Dazu muss man "neu" messen.

Mit der Methode über die Leistungsaufnahme komme ich bei 735Watt Aufnahme und einem niedrig angesetzten Wirkungsgrad von 0,5 auf : 735*0,5/2 = 183,75 Watt pro Kanal.)

Das haut so nicht hin. Wie erwähnt...wenn du es (warum auch imer) wissen möchtest, dann muss neu gemessen werden.

Hi,
ich möchte da auch noch was ergänzen: Beim Clipping steigt der Klirrfaktor schnell stark an, so daß es nur einen kleinen Leistungsbereich gibt, innerhalb dessen der Klirrfaktor von z.B. 0,025 auf 1 % anwächst. Deshalb wird werden die Leistungsangaben zu diesen beiden Klirrfaktoren nicht weit auseinander liegen.

Und auch, wie -scope-, für 4 Ohm muß man neu messen.

Ok, danke euch.

-scope- schrieb:

(warum auch imer)

Och, nur so aus Neugier. Reichen tut´s eh.

Hallo,

Die im 1. Beitrag genannte Messmethode ist auf jeden Fall bei einem Transistorverstärker mir "hartem" clipping geeignet, es kann auch die Spitzenspannung einer deutlich abgeflachten Sinuskurve zur Berechnung herangezogen werden. Da die Spitzenspannung auch bei unverzerrtem Signal erreicht werden wird.

Noch was zur Messgenauigkeit: ein normaler Röhrenoszi kommt nicht unter 3%, das ergibt bei der errechneten Leistung 9%, weil P=U*U/R. und das noch ohne Ablesefehler, Netzspannungsschwankungen, Widerstandstoleranz ..........


Grüße
Thomas