Messdaten-Auswertung
Beispiele bzw. Auswertungen zu den nachfolgend genannten Punkten werden später in separaten Posts bei den Endstufen hinterlegt. Ich verzichte in diesem Post darauf.
Im Rahmen einer vollständigen Vermessung wurden viele Werte manuell aufgeschrieben, viele Messwerte und Kurvenplots mit REW abgespeichert. Im ersten Schritt werden anhand diesen Informationen eine eigene Registerkarte in Excel mit Werten befüllt, welche teilweise auch aus Plots abgelesen werden. Auf Basis dieser eingegebenen Werte, werden bestimmte relevante neue Werte damit berechnet.
Im zweiten Schritt werden auch Plots mit speziellen Parametern und Vorgaben mit REW erstellt.
In einer eigenen Registerkarte "Summary" werden die für mich relevanten Werte dann automatisch zusammengefasst und manuell noch mit wenigen Diagrammen ergänzt, welche ich im Folgenden noch genauer Beschreiben werde:
Die Punkte ganz oben Messobjekt, Messdatum und Messkanal sollten selbsterklärend sein. Zum Punkt Kalibrierung gibt es folgendes zu sagen. Zwischen dem Ausgang der Soundkarte und dem Eingang der Soundkarte sind verschiedene Cinchkabel, Lautsprecherkabel, sowie die Beschaltung im Inneren der Audiolast geschalten. Diese haben einen Einfluss auf die Frequenzgangmessung, wodurch ich grundsätzlich am Anfang einer Messung mit einem Durchgangs-Adapterstück diesen Effekt mit einer REW-Kalibrierung behebe. Da Anfangs bei manchen Messungen diese Kalibrierung fehlerhaft war, habe ich somit nicht für alle Endstufen durchgehend diese Info, womit ich bei der Grafik des Frequenzgangs in der Summary später (vorerst) immer ohne Kalibrierung dies darstelle.
Verstärkernetzteil:
Bei der Leerlaufspannung (ohne Last) wird die positive Betriebsspannung des Netzteils (bei H-Topologie sollte dies die höchste Spannung sein) angegeben (die negative Spannung ist typischerweise gleich).
Zusätzlich wird noch die Betriebsspannung für zwei definierte Lastzustände ermittelt, sowie der Spannungsabfall in % angegeben.
Maximale Short-Term Leistung:
Die Ergebnisse werden als Tabelle und rechts davon als Grafik ausgegeben.
Die Tabelle ist in drei Zeilenbereiche aufgeteilt, welche der gleichzeitig (+gleiche Phase) belasteten Kanäle entspricht mit zusätzlich unterteilten Zeilen für die verschiedenen Impedanzen. Außerdem ist sie in zwei grundsätzliche Spaltenbereiche aufgeteilt für die Messung bei 1kHz und 60Hz.
In den zwei Pmax [W] Spalten wird wie der Name schon sagt die Leistung in W bei der jeweiligen Impedanz angegeben. Bei 1kHz ist rechts daneben noch zusätzlich die Leistung in ein logarithmisches Maß von dBW umgerechnet. Dies dient dazu, relativ schnell abschätzen zu können, wieviel dB mehr Schalldruck mit einer höheren Leistung erreicht werden kann (nur ganz grob erklärt). Somit kann auch schnell erkannt werden, dass z.B. eine Leistungssteigerung von z.B. 120W auf 150W für den max. Schalldruck kaum was ausmacht. Hierfür sind entweder andere Parameter wichtiger oder erheblich mehr Leistung notwendig.
In der Spalte "Faktor Ohm halb." wird der Faktor berechnet, um wieviel die Leistung bei halbierung der Impedanz gesteigert wurde. Im Idealfall sollte der Wert 2,0 sein, was einer Verdopplung der Leistung entspricht. Dieser Wert wird in der Praxis kaum erreicht, da hierfür das Netzteil exakt die gleiche Spannung abgeben müsste. Dies kann nur erreicht werden, durch entweder sehr überdimensionierte Ringkern-Netzteile oder sehr gut gesteuerte Schaltnetzteile mit Reserve. In der Praxis liegt der Wert bei guten Endstufen bei 1,5. Ein Wert von ca. 1,3 bei einer 1-Kanalmessung ist schlecht. Ein Wert von über 1,5 ist sehr gut.
In der Spalte "Faktor Kanäle 1->x" wird der Faktor berechnet und angegeben, um wieviel die Leistung bei einer doppelten Kanalanzahl (in dem Fall hier 2) abnimmt. Im Idealfall sollte dieser Wert bei 1,0 liegen. Umso niedriger der Wert, desto geringer wird die Leistung im 2-Kanalbetrieb. Der Wert gibt somit wieder die Leistungsfähigkeit des Netzteil an.
In der Grafik rechts daneben wird die maximale Ausgangsleistung bei verschiedenen Impedanzen geplottet. Die verschiedenen Linien stellen die verschiedenen Kanalbelastungen dar. Direkt darunter findet sich noch die Grafik mit der maximalen Ausgangsleistung in dBW.
Netzteil- und Endstufeninformationen:
- Unterhalb der Maximalleistungstabelle sind einige Infos über das verwendete Netzteil und Endstufensektion angegeben.
- Das Netzteiltyp gibt an, ob es sich um ein klassisches Gleichrichternetzteil mit Transformator oder um Schaltnetzteile handelt.
- Darunter ist die Summenkapazität der Glättungs-Kondensatoren des Netzteils für jede Polarität als Vergleich angegeben (für die Kapazität der gesamten Endstufe muss dieser Wert mit dem Faktor 2 multipliziert werden).
- Bei Endstufen-Typ ist die Betriebsart der Endstufe gemeint (z.B. A, A/B, H oder D). Die Infos hierfür ermittle ich aus diversen Quellen.
- Zu guter letzt ist noch die Anzahl der Leistungstransistoren-Paare für einen Kanal angegeben. Unter ein Paar verstehe ich einen npn-Transistor und den zugehören pnp-Transistor der anderen Polarität.
Maximale Ausgangsspannungen:
Bei dieser Überschrift ist eine Grafik, welche die gemessenen Ausgangsspannungen bei verschiedenen Impedanzen und Kanalbelastungen darstellt. Diese spiegelt die maximale Ausgangsleistung wider, nur eben als Spannungsangabe.
Bei dieser Grafik sieht man allerdings die exakten Punkte des Spannungsabfalls besser ohne die Verzerrung durch die Impedanzabhängigkeit und kann für die Dimensionierung besser den entsprechenden Spannungswert ablesen. Je nachdem wie der Spannungsabfall zu niedrigeren Impedanzen ausfällt, kann man verschiedene Rückschlüsse auf die Stromlieferfähigkeit des Netzteils oder Begrenzerschaltungen schließen.
Ich persönlich mag diese Darstellung recht gerne!
Impedanzabhängigkeit der Ausgangsspannung:
Diese Grafik finde ich sehr interessant und gibt einen sehr guten Einblick in die Stabilität der Endstufe unter Praxisbedingungen.
Die verschiedenen Kurven stellen die Abweichung der Ausgangsspannung über die Impedanz und verschiedene Ausgangsspannungen dar. Die letzten zwei Spannungswerte entsprechen immer der 70% und 90% Umax-Spannung.
Im Idealfall sollten alle Kurven oberhalb der spezifizierten Minimalimpedanz (z.B. 4Ohm oder 2 Ohm) gerade und übereinander liegen. In so einem Fall gibt die Endstufe ein Ausgangssignal aus, welches bei einem konstanten Eingangssignal über alle Praxisbedingungen gleich bleibt.
Die Abweichung vom Sollwert bei 8 Ohm wird logarithmisch in dB angegeben um einen besseren Bezug zum Schalldruck herstellen zu können, anstelle von Prozentwerten.
Impedanzabhängigkeit des Frequenzgangs:
Bei diesen beiden Grafiken wird die Ausgangsspannung über die Frequenz für verschiedene Impedanzen angezeigt. Als Bezug dient der 8 Ohm Fall, wodurch auch ein eventuelles frequenzunabhängige Absinken der Ausgangsspannung berücksichtigt ist.
Ansonsten sieht man hier, ob es Frequenzbereiche gibt, welche empfindlich auf eine Impedanzänderung reagieren. Im Idealfall sollten alle Kurven parallel verlaufen und sogar übereinander liegen. Das am besten auch für beide Ausgangsspannungsfälle links (10W@8Ohm) und rechts (50% Pmax).
Wie schon in der Messdatenaufnahme geschrieben, sind diese Grafiken hier ohne eine Messaufbau-Kalibrierung ausgewertet. Mit einer Messaufbau-Kalibrierung besitzt der Verlauf zu höheren Frequenzen einen geringeren Abfall.
Verstärkungsfaktoren/Empfindlichkeit:
Unter diesem Punkt sind in einer Tabelle die Verstärkungsfaktoren der gesamten Endstufe für verschiedene Reglerzustände in dB angegeben.
Output Noise:
In der linken Tabelle sind die Noisespannungen unter idealen Bedingungen als frequenzunabhängiger Zahlenwert angegeben. Zweimal als RMS-Wert gemessen mit zwei verschiedenen Messgeräten sowie die Spitze-Spitze Spannung, falls kurzzeitige starke Störungen auftreten die sich im Mittelwert kaum bemerkbar machen.
In diese Zahlenwerte gehen alle Störungen über das gesamte Frequenzspektrum ein.
In der rechten Tabelle sind die gemittelten spektralen Spannungswerte bei drei verschiedenen Frequenzen in der absoluten dBu Angabe aufgeführt.
Falls eine Frequenzabhängigkeit des Rauschteppichs festellbar ist, würden die Werte sich bei den Frequenzen unterscheiden.
Kleine Anmerkung zum Vergleich:
Um einen fairen Vergleich zu schaffen, müsste das Noise bei dem gleichen Verstärkungsfaktor gemessen werden, was hier nicht der Fall ist. Ich vermesse diese bei seinem jeweiligen Anwendungsfall, wodurch sie zwar nicht theoretisch vergleichbar sind, diese Werte allerdings dem Praxiseinsatz entsprechen und somit für mich schon relevant und vergleichbar sind!
IMD SMPTE:
In diesem Fall werden die Störkomponenten in % angegeben, welche bei einer gleichzeitigen Anregung mit einem niederfrequenten 60Hz und einem hochfrequenten 7kHz Signal entstehen. Sogenannte Intermodulationsprodukte für zwei Impedanzfälle.
Diese Werte sollten möglichst gering und möglichst konstant sein.
Zusätzlich wird noch die hierbei auftretende Peakspannung ermittelt, was für die Angabe der Intermodulationen keinen Nutzen hat. Dies dient nur meiner Dokumentation.
IMD CCIF:
Hier werden die Intermodulationsprodukte für zwei hochfrequente Signale angegeben.
Diese Werte sollten möglichst gering und möglichst konstant sein.
Vor allem Digitalverstärker können aufgrund ihrer Schaltung hier Schwierigkeiten haben.
Separates Dokument "Klirr über P":
In den beiden oberen Grafiken sind die harmonischen Verzerrungen k2 bis k5 über die Leistung in W für die zwei Impedanzfälle 8Ohm und 4 Ohm dargestellt.
Die y-Achse ist logarithmisch mit Einheit Klirrdämpfung in dB anstelle von %, was es für mich persönlich übersichtlicher und vergleichbarer macht. An sich ist die Skalierung gleich wie die logarithmische % Angabe, diese muss nur laut entsprechenden Rechnern oder Formel umgerechnet werden (Hinweispunkte: -40dBr=1% und -60dBr=0,1%).
Diese Plots sind sehr interessant (und sehr verbreitet) und es ist möglich hiervon viel abzuleiten, wie sich z.B. die harmonischen über die Leistung unterschiedlich verhalten. Für das Verhalten gibt es unterschiedliche Philosophien sowie Schaltungslayouts.
Darunter sind außen noch zwei Plots mit THD und den Harmonischen k2 bis k6 zur Vervollständigung.
In der Mitte ist noch der THD über die Leistung für zwei Impedanzfälle abgebildet.
Separates Dokument "Klirr über P je freq":
Bei diesen Grafiken ist der THD über die Leistung für 4 verschiedene Frequenzen dargestellt.
Diese Darstellung hat den Vorteil, Phänomene über die Frequenz schnell erkennen zu können. Im Idealfall sollten die Kurven übereinander liegen oder auf niedrigem Niveau parallel verlaufen.
Ich finde diese Darstellung sehr hilfreich und übersichtlich, da es vermeidet sich zeitraubend durch viele verschiedene Verzerrungsplots für verschiedene Leistungen durch zu arbeiten.
Separates Dokument "Klirr über freq":
Grundsätzlich sieht man hier drei Sachen: Einmal den Klirrverlauf über die Frequenz an sich.
Im jeweiligen Spannungsbereich oben oder unten dann den Klirrverlauf über die Impedanz (32Ohm und 4 Ohm, sowie manchmal als Zusatz noch bei 2 oder 2,7Ohm).
Im Idealfall sollte sich das Verhalten des Klirrverlaufs über die Impedanz nicht grundlegend verändern.
Zu guter letzt kann noch der Klirrverlauf über die Leistung von oben und unten (für verschiedene Impedanzen) verglichen werden.
Im Idealfall sollte sich das Verhalten des Klirrverlaufs über die Leistung nicht grundlegend verändern.
Separates Dokument "Output Noise":
Hier ist zusätzlich zu den in der Summary angegebenen drei dBu-Werten das Spektrum der Ausgangsspannung über die Frequenz dargestellt. Dieses beinhaltet meistens den Rauschfloor an sich, welcher meistens von Störungen überlagert ist.
Mit dieser Grafik erhält man einen schnellen optischen Eindruck vom Ausgangsspektrum.
Separates Dokument "Fotos":
In diesem Dokument sind noch einige Fotos vom Innenleben der Endstufe und relevanten Teilen eingefügt mit eventuellen Hinweisen.
Hiermit erhält man einen Eindruck vom umgesetzten Konzept, wie z.B. wie sind die einzelnen Teile der Endstufe in PCBs aufgeteilt, das thermische Konzept, Kabelverlegung, etc.
Im Anhang ist ein Beispiel der Eingabeparameter der Excel-Auswertung hinterlegt.
