So wird die NF Leistung richtig gemessen
Ein Audio-Wattmeter ist normalerweise nicht sehr gefragt, da die meisten Menschen die Leistung gerne anhand der angelegten Spannung und der Nennimpedanz des Lautsprechers schätzen. Meistens ist das wirklich alles, was Sie brauchen, aber manchmal möchten Sie vielleicht die tatsächliche Leistung wissen, da die Impedanz eines Lautsprechers kaum flach ist und stark mit der Frequenz variiert.
Für einen einzelnen Treiber können Sie einfach den DC-Widerstand der Schwingspule messen und dann den RMS-Strom messen, der an den Lautsprecher geliefert wird. Die Leistung wird durch die Standardformel P = I² × R bestimmt, wobei R der Gleichstromwiderstand der Schwingspule ist. Dies funktioniert, weil der überwiegende Teil der an einen Lautsprecher abgegebenen Leistung einfach in Wärme umgewandelt wird und der Großteil dieser Wärme in der Schwingspule abgeführt wird. Es gibt einige zusätzliche nicht reaktive Verluste, aber sie sind vergleichsweise gering. Sie können im Allgemeinen davon ausgehen, dass Sie mit dieser Technik innerhalb von 5 % der tatsächlichen Leistung liegen.
Wenn es sich jedoch um ein Lautsprechersystem handelt, funktioniert dieser einfache Trick nicht so gut. Es mag knapp sein, aber es gibt zu viele andere Dinge, die Fehler verursachen. Dazu gehört vor allem das Crossover-Netzwerk, das es zwischen schwierig und unmöglich macht, die Widerstandsverluste zu bestimmen. Während die oben beschriebene Methode (wahrscheinlich) nicht allzu weit daneben liegt, sind Verluste in den Aufhängungen der Lautsprecher und der Frequenzweiche nicht leicht zu verkraften. Es ist jedoch bei weitem der einfachste Weg, um eine repräsentative Messung zu erhalten, ohne zu viel herumzufummeln. Das Endergebnis wird normalerweise näher an der tatsächlichen Leistung liegen, als Sie unter Verwendung der RMS-Spannung und der Nennimpedanz erhalten.
Sie werden im Netz auch unzählige „Wattmeter“ sehen, aber die überwiegende Mehrheit sind nur Voltmeter. Sie zeigen nur die an den Lautsprecher gelieferte Spannung, aber obwohl sie die Kalibrierung in Watt anzeigen können, ist dies einfach eine Schätzung, die auf der Spannung und der nominalen Lautsprecherimpedanz basiert.
Bei jeder Beurteilung ist die Messung der korrekten Leistung eines Audioverstärkers ein sehr wichtiger Bestandteil. Natürlich kann auch ein Verstärker nur an rein ohmscher Last gemessen werden, aber das ist wirklich nur eine relative oberflächliche Messung. Deshalb haben wir für die korrekte Messung der Ausgangsleistung die Burosch Interface Load Box entwickelt, welche jetzt auch die reale Lautsprecherbox mit Spulen, Kondensatoren und Widerständen an verschiedenen Frequenzen nachbildet.
Leistungsmessung
Es gibt nur sehr wenige echte Leistungsmesser, die für Audio Messungen entwickelt wurden. Dies liegt in erster Linie an der minimalen Nachfrage - die Menschen interessieren sich meist nicht für die tatsächliche Leistung, sondern nur für den Wert, der durch die angelegte Spannung und die Nennimpedanz bestimmt wird. Sie können nicht einfach den Effektivwert von Spannung und Strom messen und miteinander multiplizieren, denn das ergibt eine Zahl von VA (Volt × Ampere), die in der Elektrotechnik als „Scheinleistung“ bekannt ist. Das muss der Verstärker liefern, aber Lautsprecher sind reaktive Lasten und kombinieren Widerstand, Kapazität und Induktivität, um die Impedanz zu erzeugen. Wie die meisten Leute gesehen haben, variiert die Impedanz stark über den Betriebsfrequenzbereich. Blindlasten bewirken, dass die Phase des Stroms in Bezug auf die Spannung verschoben wird (typischerweise um bis zu ±45°, manchmal mehr).
Eine rein reaktive Last (ohne Widerstand) zieht Strom aus der Quelle, gibt aber keine Leistung ab. Dies gilt für Kondensatoren, aber Induktivitäten haben immer einen gewissen Serienwiderstand und verbrauchen immer etwas Leistung. Im Gegensatz zu einem elektrischen Schaltkreis, der mit einer einzigen Frequenz arbeitet, ist ein Lautsprecher einer kontinuierlich variierenden Frequenz (oder Frequenzen = Musik) ausgesetzt, da dies die Natur von Audio ist. Folglich ist es schwierig, einen Lautsprecher als rein ohmsche Last zu betreiben. Die zusätzlichen Schaltungen (Induktivitäten, Kondensatoren und Widerstände) verbrauchen am Ende beträchtlichen Strom, ändern jedoch nicht die Leistung der Treiber selbst.
Die Impedanzkorrektur ist in der Nähe der Übergangsfrequenz unerlässlich, um sicherzustellen, dass die Übergangsfrequenz (oder -frequenzen) nicht durch die variierende Impedanz der Treiber bei der Übergangsfrequenz beeinträchtigt wird. Diese Netze nehmen immer etwas Strom auf, aber es ist nicht immer einfach zu berechnen. Dies ist größtenteils auf die sich ständig ändernde Frequenz und Amplitude jedes Audiosignals zurückzuführen. Die Kombination dieser Faktoren macht eine echte Leistungsmessung auch im Burosch NF Labor sehr schwierig.
Simuliertes Lautsprechersystem
Die obige Schaltung zeigt ein Lautsprechersystem, das aus einem Tieftöner, einem Hochtöner und einer einfachen 12-dB/Oktave-Frequenzweiche besteht. Es wurde kein Versuch unternommen, etwas anderes als die Woofer-Impedanzkorrektur (6,8 Ω und 22 µF) zu optimieren, das Hochtöner-Impedanz -Korrekturnetzwerk fehlt, und es ist nur ein Beispiel. Das Impedanzdiagramm wird als nächstes gezeigt, und wir können mit grundlegenden Berechnungen experimentieren. Der Lautsprecher hat eine Nennimpedanz von 8 Ohm, was nur bedeutet, dass dies die durchschnittliche Impedanz ist, die über den Frequenzbereich genommen wird. Die tatsächliche Impedanz variiert von einem Minimum von 5,56 Ohm (bei 270 Hz) bis zu einem Maximum von 44 Ohm bei der Resonanz des Woofers. Die Impedanz ist bei (hauptsächlich) zwei Frequenzen resistiv - 47 Hz (Woofer-Resonanz) und 270 Hz, obwohl sie passabel resistiv ist zwischen 1kHz und 3,6kHz. Ganz offensichtlich wird dem Woofer bei Resonanz nur eine geringe Leistung zugeführt (11 W bei 22 V Eingang bei 47 Hz).
Simulierte Lautsprecherimpedanz - die sogenannte Badewannenkurve
Wenn die Eingangsspannung als Rauschsignal mit einem nominalen Ausgang von 22 Volt RMS eingestellt ist, können wir die drei Methoden der Leistungsberechnung überprüfen. Wenn wir 20,7 V als Referenz verwenden (die tatsächliche Rauschspannung des Simulators), beträgt die Leistung 53,6 Watt. Der vom System gezogene RMS-Strom betrug 2,54 A, was eine Leistung von 51,6 Watt ergibt. Der Simulator sagt mir, dass die tatsächliche Leistung liegt knapp über 49 Watt, die anderen beiden Methoden haben also die wahre Leistung eher überschätzt. Wenn wir die RMS-Spannung und den RMS-Strom multiplizieren, ergibt das 52,6 Watt (eigentlich VA, Volt-Ampere), was ebenfalls ein Fehler ist. Der Gesamtfehler beträgt etwa 7 %, nicht gerade eine Präzisionsmessung. Sie können sehen, dass die Messung des RMS-Stroms der tatsächlichen Leistung am nächsten kommt, und in vielen Fällen ist dies „gut genug“. Beachten Sie, dass kontinuierliche Leistungsmessungen mit Spannung oder Strom nur bei geringer Leistung zuverlässig funktionieren. Bei hoher Leistung wird die Schwingspule heiß, ihr Widerstand steigt und die Leistung wird reduziert.
Das eigentliche Problem hier ist "Interessiert es jemanden?". Meistens nicht, aber wenn Sie ein korrektes Ergebnis erzielen möchten, müssen Sie weiterlesen. Denken Sie daran, dass dieses Beispiel leicht viel besser oder viel schlechter sein kann als ein echtes System. Wenn Sie also nicht über die Mittel verfügen, um die wahre Leistung zu berechnen, werden Sie nie wissen, ob Ihre grundlegende Messung weit daneben liegt oder nicht.
Da Lautsprecher mit etwas unvorhersehbaren Pegeln und Material verwendet werden, sind genaue Messungen normalerweise nicht unbedingt erforderlich. Es gibt jedoch viele Menschen, die wirklich die richtige Antwort wissen wollen, und die Möglichkeit, die wahre Leistung zu messen, wird sicherlich dazu beitragen, die tatsächliche Empfindlichkeit eines Lautsprechers oder Systems zu quantifizieren. Es ermöglicht Ihnen auch, den Grad der Leistungskompression zu beurteilen, ohne dass genaue SPL-Messungen (Schalldruckpegel) erforderlich sind. Der getestete Lautsprecher wird jedoch immer noch viel Lärm machen, daher könnte eine schalldichte Kammer eine gute Idee sein.
Verwendung des Wattmeters
Im Betrieb wird der Verstärker mit den Eingangsanschlüssen und der Lautsprecher mit den Ausgangsanschlüssen verbunden. Erhöhen Sie die Lautstärke, bis Sie den gewünschten Leistungspegel zum Lautsprecher (oder zur Last) haben. Die durchschnittliche Leistung wird von einem digitalen Multimeter im DC-Volt-Bereich überwacht. Bei den meisten Materialien ist der Messwert nicht stabil, sodass Sie die Einstellung „Langsam“ verwenden können, um einen Gesamtdurchschnittswert zu erhalten. Die langsame Einstellung braucht eine Weile, um sich zu stabilisieren, da der Integrationskondensator ziemlich groß ist, und es dauert mindestens fünf Sekunden, bis die endgültige Spannung erreicht ist. Es wird sich immer noch bewegen, weil das Musik- (oder Rausch-) Signal nicht stabil ist.
Falls bevorzugt, können Sie für die Anzeige einen Drehspulzähler verwenden. Im Allgemeinen ist es für recht einfach, einen Durchschnittswert zu bestimmen, selbst wenn sich ein Zeiger bewegt, aber das ist bei einer digitalen Anzeige viel schwieriger. Wenn das Messgerät für langfristige Leistungsanzeigen verwendet wird, kann C2 von 220 µF auf etwas Größeres erhöht werden (bis zu 1.000 µF ist nicht unangemessen), aber es dauert etwa eine Minute, bis Sie eine realistische Messung haben. Wenn ein Hochleistungslautsprecher getestet wird, ist dies lang genug, um eine erhebliche Leistungskompression zu ermöglichen, sodass der Messwert möglicherweise niedriger als erwartet ausfällt.
Beginnen Sie mit geöffneten Schaltern, es sei denn, Sie sind sich der Ausgangsleistung des Verstärkers zu 100 % sicher. Dies liefert den Bereich von 1 mV/W, und Sie können ziemlich schnell herausfinden, welcher Schalter geschlossen werden kann, um die Empfindlichkeit zu verbessern. Wenn beide Bereichsschalter geschlossen sind, ist die Empfindlichkeit auf ihrem Maximum (niedriger Bereich) und erlaubt bis zu 10 V und/oder 10 A Spitze. Der wahrscheinlich gebräuchlichste Bereich wird 100 V und 10 A sein. Damit können die meisten durchschnittlichen Leistungsverstärker und Lautsprecher getestet werden. Beachten Sie, dass bei einer Spitzenspannung von 50 V der Spitzenstrom bei einem 8-Ω-Lautsprecher etwa 6,25 A betragen kann, bei einem 4-Ω-Lautsprecher jedoch bis zu 12,5 A betragen kann. Wenn eine der Überlastungs-LEDs aufleuchtet, müssen Sie einen höheren Spannungs- oder Strombereich auswählen.
Versuchen Sie bei Verwendung mit einem BTL-Verstärker niemals, ein Oszilloskop zur Messung der Spitzenleistung zu verwenden, da Oszilloskope aus Sicherheitsgründen immer geerdet sind. Der Anschluss eines geerdeten Oszilloskops kann zu Verstärkerausfällen führen.
Bitte beachten Sie immer die massefreie und Kanal getrennte Messung !
Momentane Ausgabe des Leistungsmessers (Oszilloskop-Kurve)