Verstärkerleistung messen

[LowTech]

Nur so am Rande bemerkt: "True RMS" und RMS sind das gleiche.
Das "True" ist eher ein Werbegag. In der Formel für RootMeanSquare ist schon alles enthalten, auch nicht sinusförmige Signale.
Manche Multimeter-Hersteller schreiben auf ihre Multimeter "True RMS AC+DC". Diese Geräte können dann auch den Gleichspannungsanteil einer Wechselspannung messen. Das ist aber für Audio weniger interessant. Nur wenn RMS garnicht erwähnt wird, muss man hellhörig werden. Diese Geräte können dann nur sinusförmige Signale richtig messen.

[ALler]

LowTech schrieb:

(...) Das "True" ist eher ein Werbegag.

Jedenfalls muss man aufpassen über welchen Frequenzumfang das Gerät True Rms überhaupt messen kann.

Meist steht es nicht dabei.

Und das kann bedeuten: nur bis 2.000Hz, oder so.

Grüße von
ALler

[Fosti]

Prinzipiell ist das richtig... Kommt aber darauf an, welche Leistung du berechnen möchtest.

Durch simples "P=U*I" (mit skalaren, reellen Größen) errechnest du die Scheinleistung.

Das ist aber mehr als die tatsächliche Wirkleistung, da ein Lautsprecher eine komplexe Last ist. Das äußert sich dadurch, dass Strom und Spannung nicht in Phase sind (siehe elektr. Phasenplot eines Lautsprechers) und ein Teil der Scheinleistung einfach nur zwischen Verstärker und Lautsprecher hin und her pendelt (->Blindleistung).

Die Ermittlung der Wirkleistung an einer komplexen Last anhand von Durchschnittsgrößen für U und I (was ein Messwert ja immer ist) ist nicht möglich, da keine eindeutige Aussage über die Phasenbeziehung zwischen Strom und Spannung getroffen werden kann.

Nun die einzig real existierende Leistung ist die Augenblicks- oder Momentanleistung p(t)=u(t)*i(t)
Die Wirkleistung ist definiert als der Mittelwert davon, da die bei Musik nicht konstant ist hilft nur ein gleitender Mittelwert, dessen Länge zu definieren wäre. Die komplexe Rechnung ist dabei nur eine Hilfsgröße genauso wie komplexe Widerstände reine mathematische Hilfsgrößen sind...komfortable aber

[LowTech]

ALIer, ja, bis 20 kHz sollte es schon messen können
Wer einen Funktionsgenerator hat, kann einfach prüfen, ob ein Multimeter RMS messen kann. Man stellt z.B. 10 Vss Rechteck (50 Hz) ein, dann sollte das Multimeter 5 V anzeigen (die Hälfte). Dann kann es RMS. Wenn es total daneben liegt, kann es kein RMS

[EricXh]

Hi,

wenn man nur ein Sample alle 100ms mißt, dann hat man alle Information zwischen den Samples verloren.
Falls dann genau zu dem Zeitpunkt gerade zB 0V ist, dann glaubt man nix zu messen aber in Wirklichkeit war doch die letzten 100ms Audio da...

Um mit 100ms Samples zu arbeiten, müßte man über die letzten 100ms einen Mittelwert analog mit der Schaltung bilden, dann messen, Mittelwert löschen (zB mittels GPIO Pin gegen Masse schalten) und dann wieder Mittelwert der nächsten 100ms usw...

Fehler wird da auch noch genug drinnen sein, aber schon mal besser als einzelne Samples , das geht so leider sicher nicht.
Da müßte man eine Abtastung machen die viel schneller ist (44,1kHz zB ;-) nicht 10Hz.

Phasenbeziehung zw. Strom/Spannung ist ja bei einer komplexen Last auch ein Thema, ist ja alles keine Gleichspannung.

Gruß,
EricXh

[ALler]

Hallo LowTech,

sach mal, rein interessehalber:

würde der Versuch mit dem 10V Rechteck und 50Hz dann auch was darüber aussagen bis zu welcher Frequenz True RMS gemessen werden könnte ?

Oder würde es nur bedeuten, dass der Wert bei 50Hz stimmen würde ?

Grüße,

von ALler

[LowTech]

Eigentlich ist ja nur wichtig, daß der Verstärker die Spitzen unverzerrt ausgeben kann, wenn nicht, wird es eh krächzen...
Hat man nur ein Multimeter zur Verfügung (vielleicht mit "PEAK-HOLD"-Funktion), kann man das nehmen und den angezeigten Maximalwert wieder auf "Sinusleistung" hoch rechnen: Peak-Wert x 2 x Wurzel (2). Dann ist man auf der sicheren Seite.

@ALIer
nein, der Versuch sagt nur aus, ob das Multimeter überhaut RMS messen kann. Wenn das Gerät den RMS-Test bestanden hat, könnte man die obere Grenzfrequenz des Multimeters feststellen, indem man einen Sinus am Generator einstellt und die Frequenz langsam hochdreht. Wenn die Spannungsanzeige des Multimeters anfängt abzufallen, hast du die Grenzfrequenz gefunden. (Für die Wissenschaftler: Es ist etwas vereinfacht dargestellt -eine Praxis-Lösung-)

[MFB]

ALIer, ja, bis 20 kHz sollte es schon messen können
Wer einen Funktionsgenerator hat, kann einfach prüfen, ob ein Multimeter RMS messen kann. Man stellt z.B. 10 Vss Rechteck (50 Hz) ein, dann sollte das Multimeter 5 V anzeigen (die Hälfte). Dann kann es RMS. Wenn es total daneben liegt, kann es kein RMS

naja das wäre etwas grob....was wäre denn total daneben? Im Allgemeinen reichen Audiosignale nur bis 20kHz, daher wäre es vernünftiger das Multimeter mit einem Sinus bis eben 20kHz durchzuwobbeln.
Soweit ich weiß, sind ördinäre DVM nur bis ein paar hundert Hz gut.
Aber das wäre im Einzelfall zu testen!

[LowTech]

was wäre denn total daneben?

Bei Radiomuseum sind Beispiele zu finden: http://www.radiomuseum.org/forum/die...strue_rms.html

[PeterFW]

Hallo und nochmals vielen Dank für die Antworten!

wenn man nur ein Sample alle 100ms mißt, dann hat man alle Information zwischen den Samples verloren.
Falls dann genau zu dem Zeitpunkt gerade zB 0V ist, dann glaubt man nix zu messen aber in Wirklichkeit war doch die letzten 100ms Audio da...

Ok, da haste recht. Von der niedrigen Abtastrate war ich jetzt erstmal ausgegangen da es etwas einfacher war.
Eben habe ich ein paar Datenblätter durchgelesen und hab einen netten kleinen simultan 2 Kanal AD-Wandler mit 16 Bit Auflösung und parallelem Ausgang gefunden von Analog Devices.
Damit müssten mindestens 40kSPS drinn sein, er könnte sogar 500kSPS maximal.
Die genaue Auflösung würde sich dann noch nach µC Taktrate, USB Interface Bandbreite, den anderen Schnittstellen und so weiter richten. Da müsste ich dann noch rausfinden was der Bottleneck ist.

Da ich ja den kompletten Signalverlauf aufzeichnen würde währe würde es ja erstmal auch nicht von interesse sein als was ich das Ergebnis ausgeben lasse wenn es mir nur auf einen Plot ankommt.
Nach was gewichtet wird, welcher Mittelwert gebildet wird und wie ich die Daten umsetze in eine Zahl soll dabei jetzt erstmal auf später verschoben werden.

Wichtig ist ersteinmal das über den Messbereich von 100ms eine Hochauflösende Aufzeichnung des Strom/Spannungsverlaufes vorliegen würde denn man dann "Optisch Interpretiert".

Phasenbeziehung zw. Strom/Spannung ist ja bei einer komplexen Last auch ein Thema, ist ja alles keine Gleichspannung.

Durch simples "P=U*I" (mit skalaren, reellen Größen) errechnest du die Scheinleistung.
(...)
Die Ermittlung der Wirkleistung an einer komplexen Last anhand von Durchschnittsgrößen für U und I (was ein Messwert ja immer ist) ist nicht möglich, da keine eindeutige Aussage über die Phasenbeziehung zwischen Strom und Spannung getroffen werden kann.

Stimmt, da habt ihr beide recht...

Da muss ich zugeben das ich das ganz ausser acht gelassen hatte, bzw. vergessen hab. Mit dem Thema hab ich mich nur kurz einmal vor langer Zeit beschäftigt und aufgegeben es verstehen zu wollen

Nehmen wir mal an ich möchte nur die Moment-Scheinleistung erfassen, wie groß währe da der Fehlerwert? Zwischen +-5% und +-10 oder noch größer, wenn man das überhaupt mit einer einfachen Größe bezeichnen kann.

Man könnte ja auch (ab jetzt nur Theorie und Overkill) die Effizient des Lausprechers ermitteln und mit hilfe eines kalibrierten Messvorrichtung zusätzlich zu Strom/Spannung auch noch die Lautstärke erfassen und daraus die Verlustleistung ableiten. Aber da macht einem ja auch wieder die Impendanzkurve und anderes einen Strich durch die Rechnung.

Grüße,
Peter

[walwal]

Naja, die Effizienz eines LS liegt bei 1%. Und Laustärke kann man einfacher messen, aber wenn es Spass macht - schöne Spielerei.

[Fosti]

Peter, nein so wird das nichts. Du wirfst mit Begrifflichkeiten um Dich, die es gar nicht gibt

Nehmen wir mal an ich möchte nur die Moment-Scheinleistung erfassen

Wie ich oben schon erwähnte, ist die Augenblicksleistung p(t)=u(t)*i(t) die einzig pyhikalisch relevante Größe. Alle anderen (Schein-, Wirk-, Blindleistung etc.) sind Rechengrößen, die z.T. nur unter ganz bestimmen Bedingungen Aussagekraft haben.

[Violoncello]

Fairerweise ist der Unterschied üblicherweise nicht besonders groß. Hier mal die Impedanzmessung eines 3-Zöllers (man verzeihe mir, kein Visaton):



Wie man sieht beträgt der betragsmäßig größte Stromflusswinkel (im Folgenden Phi genannt) ca. 30°.

U_Wirk = U_Schein * cos(Phi)

cos(30°) ~ 0,87

Das wäre in diesem speziellen Fall also z.B. bei einem 200hz-Sinus ein Fehler von ca. 13%.

Im Mittel läge man in diesem speziellen Fall vielleicht bei ca. 10% Fehler. Aber es kann, abhängig von Lautsprecher und Musikmaterial, fallweise zu erheblich höheren Fehlern kommen.

Das kannst du so akzeptieren und die Ergebnisse mit Vorsicht genießen.

Für einen wirklich präzisen Wert bräuchtest genug zeitliche Stützstellen, sodass du das Signal in Zeitintervallen << [Periodendauer der höchsten Signalfrequenz] auswerten kannst. Bei genügend kleinen Abtastintervallen kannst du das Integral über u(t)*i(t) genügend genau approximieren. Dazu reicht eine A/D-Wandlung mit 44,1 kHz aus, die Auswertungssoftware müsste dann aber vor der weiteren Verarbeitung ein Oversampling durchführen.

[PeterFW]

Peter, nein so wird das nichts. Du wirfst mit

Also, dann hab ich es doch nicht verstanden oder falsch ausgedrückt worauf es mir ankommt... mit den ganzen Begriffen tu ich mich immer schwer das zu erklären was ich meine weil ich zu praktisch denke und kein Theoretiker bin.
Jetzt nochmal ganz langsam...

Ich habe eine Wechselspannung (Positives, Negatives Potential) auf einem Leiter. Das Signal das aus dem Verstärker kommt.
Als Last liegt hier der Lautsprecher an, die Wechselspannung fließt über den Lautsprecher zum Bezugspunkt der Wechselspannung.

Nun möchte ich wissen welche Leistung auf dieser Strecke verbraucht wird.
Also messe ich Strom und Spannung und Multipliziere diese.

Also habe ich eine Leistung gemessen die in diesem Moment über den Leiter fließt.
Das ganze ist, wenn ich es richtig verstanden habe, die Scheinleistung in dem Moment in dem gemessen wurde und diese stellt nicht den tatsächlichen Verbrauch der Last dar.

Jetzt ignoriere ich diesen Umstand einfach einmal um es simpler zu machen und gehe davon aus das man das nicht einfach darf aber ich tue es trotzdem.
Also habe ich einen Wert in Watt der irgendwo in der Größe dem entspricht was man landläufig als "Leistung eines Lautsprechers und Verstärkers" bezeichnet.
Oder liege ich hier schon falsch?
Es geht nur um die Leistung in eben jenem moment als gemessen wurde.

Nun Messe ich alle n-Mikrosekunden diesen Wert und schreibe ihn in ein Logfile.
Aus diesem Logfile erstelle ich mir ein Diagramm das auf der einen Achse die Zeit und auf der anderen Achse die Leistung ausgiebt.

Ist das was ich dann auf dem Monitor sehe nicht eine Pi mal Daumen ungefähre Angabe wie der Verlauf der Leistung aussieht?

Grüße,
Peter

[Fosti]

Ja so ist es, das ist die Augenblicks- oder Momentanleistung p(t). Die Wirkleistung ist der arithmethische Mittelwert davon. Hier ist dann das Problem über welche zeitliche Länge man mitteln möchte: 1s, 10s, das ganze Musikstück etc.
Bei einem zeitlich konstanten Sinussignal kann man die Wirkleistung auch über das Produkt der Effektivwerte von Strom und Spannung mal dem Cosinus des Phasenverschiebungswinkels zwischen Strom und Spannung berechnen, wie es Violeoncello gerade erwähnt hat.