Trenntrafo / Trennübertrager für Leistungsmessung an Brückenverstärkern

Mit REW, ARTA und Audiotester ist es alles andere als einfach, mal auf die Schnelle ein FFT-Diagramm incl. Messung THD + N zu erzeugen. Geht zwar irgendwie, aber vor allem die Kalibrierungsprozeduren sind alles andere als einfach, am besten noch bei REW.

Beim Suchen im Internet bin ich auf WaveSpectra und WaveGene gestossen, zwei japanische kostenlose Programme, ins Englische übersetzt. Wurden 2015 zuletzt aktualisiert, funktionieren aber unter Windows 10 und wohl auch 11.

Mit WaveGene (Generator) ein Sinus-Signal einer bestimmten Frequenz erzeugen und auf den richtigen Ausgang des Interfaces legen, mit dem DUT (Device Under Test = Amp) verbinden, Ausgang des DUT über einen entsprechenden Abschwächer mit dem Interface verbinden, WaveSpectra (das FFT-Programm) starten und die Messung beginnen - fertig.

Durch das Hochdrehen des Master des Amps kann man direkt die Zunahme der Harmonischen sehen und den zugehörigen THD + N (getrennt) ablesen, das Programm errechnet alles aus dem Gain der Hauptfrequenz, das man ändern kann und trotzdem stimmen die Werte.

So einfach wollte ich es haben, den Frequenzgang mache ich mit REW, das ist dort wiederum sehr einfach.

WaveSpectra und WaveGene sind mächtige Werkzeuge, wenn man programmieren kann, die können noch viel mehr, wobei mir viele Funktionen unverständlich sind. Egal, für die einfache Anwendung reicht es mir mehr als aus, werde mal anfangen zu messen, wenn meine Muskelzerrung im Gesäß ("Sport"-Unfall) wieder besser ist, im Augenblick kan ich mich kaum bewegen.
 
Hier mal drei auf die Schnelle erstellte Messungen von meinem billigen M-Track Solo (16Bit, alles bei voll aufgedrehtem Master):

-19dB ganz gute Werte

M-Audio 1kHz -20dB.JPG


Der Peak rechts bei ca. 19kHz dürfte eine Einstreuung sein.

Bei -10dB immer noch nicht schlecht:

M-Audio 1kHz -10dB.JPG


Bei -6dB geht es los

M-Audio 1kHz -6dB.JPG


-3dB unbrauchbar

M-Audio 1kHz -3dB.JPG


Das korreliert mit der Clip-LED des Interfaces, ab -6dB wird sie rot. Allerdings werde ich die Eingangs- und Ausgangsspannungen noch einmal kontrollieren, nicht dass es da große Abweichungen vom angezeigten Pegel gibt. Geeicht ist ja nichts.

Zusammengefasst kann man sagen:
- Für so ein billiges Interface ganz gute Werte
- Es ist für -10dB-Pegel gemacht (vorbehaltlich der Kontrolle der Pegelwerte)
- Geringer Headroom

Das reicht mir ja schon als Aussage.

Bei der Amp-Messung würde ich das Signal über einen symmetrischen Abschwächer direkt vom Lastwiderstand abnehmen und in das Interface gehen (habe mir dazu einen symmetrischen Messadapter 1:50/1:500 und ein einfaches Interface UAD Volt 2 bestellt). Damit kann ich dann auch Brücken-Verstärker messen, da das abgenommene Signal potentialfrei ist.

Die Leistung würde ich parallel (galvanisch getrennt) wie bisher über die anliegende gemessene RMS-Spannung errechnen und mit dem Scope die Kurve kontrollieren.

Bin gespannt, ob das wirklich so einfach ist!
 
Woran hapert es?

Kurzer Crashkurs:

Programm öffnen und in die Einstellungen gehen:
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Audiogerät einstellen (unter Windows müssten hier die ASIO Geräte gelistet sein, der Javatreiber macht manchmal Probleme, daher lieber ASIO). Buffer 16k reicht für alles. Input/Output auf die entsprechenden Hardwarekanäle setzen.
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EInstellungen schließen und den Generator öffnen.

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Schritt 1: Generator starten und Signal ausgeben, Schritt 2: output kalibrieren. Auf Calinbrate Level klicken.

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Den mit Multimeter gemessenen Effektivwert hier eingeben, in meinem Fall beispielhaft 400mVrms und auf calibrate klicken.
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Generator wieder stoppen (! wichtig !) und über Hauptmenü die FFT (hier RTA [RealTimeAnalayzer] genannt) öffnen:
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Die Aufnahme starten:

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Jetzt erst den Generator wieder starten, so wie oben. Startet man den Generator bevor der RTA aufnimmt, kann es zu Fehlern kommen (bekannter Bug im aktuellen Release). Der RTA nimmt auf und zeigt die FFT an. Über das Zahnradmenü können EInstellungen für Verzerrung etc. vorgenommen werden. Die Schaltfläche "show distortion" blendet das Infofenster ganz aus.
Um den Input zu kalibrieren wird so vorgegangen, wie beim Generator auch. WÄhrend das Signal läuft, auf calibrate level klicken und den soeben gemessenen Pegel hier eingeben. Jetzt sind Input- und Outputpegel fertig kalibriert.
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Ausführliche THD+N oder auch IMD plots, also z.B. THD+N über input Pegel wird dann über den stepped Sine Dialog im RTA ausgeführt. Da gibt man dann Start- und Endpunkt des Messbereichs sowie Schrittweite ein. Die Settings hier sind für die allermeisten Messungen passend.

Bildschirmfoto 2024-08-24 um 14.27.39.png


Frequenzgangmessungen mittels Chirp/Sweep macht man über den "Measure" Dialog im Hauptmenü. Bei Timing gibt es idR zwei sinnvolle Settings: acoustic reference und loopback reference. Bei acoustic gibt REW vor und nach Messung einen Impuls zum Abgleich des TIming aus und zwar auf dem selben Kanal auf dem die Messung stattfindet. Die Impulsantwort etc. werden dann daraus errechnet. Bei Loopback wird ein zweiter Hardwarekanal (der in den prefrences festgelegt wird) für das timing signal genutzt, das bietet sich z.B. an, wenn der DUT den timing impuls komplett verschluckt. idR passt acoustic am besten. Man kann die Referenz auch komplett deaktivieren, dann kommt nur der Sweep auf dem output, aber man hat eben keine Informationen zum Timing. Hat man den output wie oben kalibriert, kann man den Pegel hier auch direkt in spannung eingeben anstatt in dBFS.
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Danke, da sind einige Schritte drin, die ich so nicht kannte.

Heute habe ich den Lastwiderstand fertig gebaut.

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Wie immer etwas schief, funktioniert aber.

8,00 Ohm (500W), 4,07 Ohm (1000W), 2,17 Ohm (1000W) mit meinem Low Ohm-Meter gemessen.

Anschlüsse: 6x 4mm Bananenbuchse, 1x BNC, 1x Speakon

Ein Bananenbuchsenausgang lässt sich umschalten, direkt volle Ausgangsspannung und in der anderen Schalterstellung über ein 20-Gang Cermet-Poti 50k z. B. die Hälfte, um den Eingang des nachfolgenden Messgerätes nicht zu überfahren. Bei 800W an 4 Ohm stehen ja fast 60V RMS und damit ca. 160V Spitze Spitze an.

Als nächster Schritt kommt das Anpassen des UAD Volt 2 USB Interfaces über den aktiven symmetrischen Messadapter an den Lastwiderstand.

Und dann kommt der Test mit dem HB 800B!
 
Zuletzt bearbeitet:
Na ja, wenn ei Interface bei einem Eingangspegel von -3dB solch schlechte THD-Werte hat (<-60dB), ist es für mich nicht brauchbar, da möchte ich auch mehr Headroom haben. Das UAD Volt 2 hat im Line lt. Specs +18dB, das macht für mich mehr Sinn.

Allerdings hatte ich bei der Messung des M-Track nicht genau kalibriert, aber es hat sowieso nur 16Bit und scheidet schon deshalb aus, das UAD betreibe ich mit 192kHz, 24Bit und habe damit deutlich bessere Werte, es war auch nicht sonderlich teuer.
 
Na ja, wenn ei Interface bei einem Eingangspegel von -3dB solch schlechte THD-Werte hat (<-60dB), ist es für mich nicht brauchbar, da möchte ich auch mehr Headroom haben. Das UAD Volt 2 hat im Line lt. Specs +18dB, das macht für mich mehr Sinn.

Allerdings hatte ich bei der Messung des M-Track nicht genau kalibriert, aber es hat sowieso nur 16Bit und scheidet schon deshalb aus, das UAD betreibe ich mit 192kHz, 24Bit und habe damit deutlich bessere Werte, es war auch nicht sonderlich teuer.
Schau mal bei Julian Krause vorbei, der hat das Volt durchgemessen. Auf Herstellerangaben kannst du meiner Erfahrung nach nix geben außer sie kommen von RME oder Motu.
 
Danke, da sind einige Schritte drin, die ich so nicht kannte.

Heute habe ich den Lastwiderstand fertig gebaut.

Anhang anzeigen 830626

Wie immer etwas schief, funktioniert aber.

8,00 Ohm (500W), 4,07 Ohm (1000W), 2,17 Ohm (1000W) mit meinem Low Ohm-Meter gemessen.

Anschlüsse: 6x 4mm Bananenbuchse, 1x BNC, 1x Speakon

Ein Bananenbuchsenausgang lässt sich umschalten, direkt volle Ausgangsspannung und in der anderen Schalterstellung über ein 20-Gang Cermet-Poti 50k z. B. die Hälfte, um den Eingang des nachfolgenden Messgerätes nicht zu überfahren. Bei 800W an 4 Ohm stehen ja fast 60V RMS und damit ca. 160V Spitze Spitze an.

Als nächster Schritt kommt das Anpassen des UAD Volt 2 USB Interfaces über den aktiven symmetrischen Messadapter an den Lastwiderstand.

Und dann kommt der Test mit dem HB 800B!
Wenn Du mal nicht mehr bist, werden Deine Werkstatt aufräumen und sich wundern was der alte Mensch da für wunderliche Dinge hatte. Daher empfehle gut sichtbare Beschriftung :D
 

Da mein symmetrischer Tastkopf in der Stellung 1:50 max. 130V pp abkann, habe ich für den Lastwiderstand einen symmetrischen Abschwächer konstruiert, den ich per 20-Gang Cermet Trimm-Poti auf eine Abschwächung 1:2 bis 1:3 einstellen kann.

Symm Abschwächer Lastwiderstand Messung.JPG

Damit sollte ich auch eine gute Gleichtaktunterdrückung des Differenzsignals hinbekommen. Damit sollten bei einer Abschwächung 1:2 dann Spannungen bis 260V pp = gut 90V RMS messbar sein, bei 1:3 sogar bis ca. 138V RMS. Die Belastung der Widerstände liegt dann bei ca. 0,5 W, die der Trimmpotis bei ca. 0,2W.

Ziel ist eine möglichst genaue Messung THD+N, die potentialfrei gegenüber dem gemessenen Verstärker ist, um auch Brückenverstärker messen zu können.
 
Ziel ist eine möglichst genaue Messung THD+N, ...
Widerstandsrauschen?
Wie viel "Noisefloor" deines Pegel Dämpfungsglieds würdest du denn als noch akzeptabel bewerten um möglichst "genaue" Messungen THD+N durchführen zu können?
So grob über'n Daumen gepeilt dürfte der resultierende Dynamikumfang so grob ~100dB Dämpfung betragen.
 
Zuletzt bearbeitet:
Für meine Röhrenamps reichen -85 bis -90 dB sicher aus.

Das Problem liegt in der grossen Differenz von gemessener Spannung zu maximaler Eingangsspannung des Interfaces = ca. 50:1
 
@Ratterbass

Ich habe das UAD Volt 2 jetzt mit den ASIO Treibern installiert, läuft soweit alles mit 96kHz.

Aber:

Ich möchte am Eingang des Interfaces ca. 1 V RMS stehen haben. Dann hat es genug Headroom und immer noch ca. 100dB THD+N.

Allerdings habe ich zur Symmetrierung und Anpassung einen elektronischen symmetrischen Tastkopf zwischengeschaltet, der 1:50 bzw. 1:500 abschwächt.

Die -12dB Ausgang am REW-Oszillator direkt loopback an den symmetrischen Eingang des Tastkopfes angeschlossen resultiert in einem THD+N von ca. -62dB relativ zum Signalpegel, was fast einem halben Prozent Distortion entspricht.

Da stimmt die Skala nicht, denn das am Eingang des UAD gemessene Signal ist ja das Eingangssignal am Tastkopf um 1:50 oder -33,979dB abgeschwächt.
Das auf die -62dB adiiert kommt auf ca. -96dB, ein plausibler Wert, der Tastkopf addiert wohl grob überschlagen ca. 4dB Noise.

Es fehlt also eine Anpassung der Skala in REW um den Abschwächungsfaktor, und das finde ich nirgends.

Nun könnte ich einen 2:1 Abschwächer wie geplant vor den Tastkopf setzen, dann wären dass -40dB und lässt sich einfacher rechnen.

Trotzdem doof, oder gibt es da eine Möglichkeit zur Anpassung? Es geht ja nicht nur um die Skala links im REW-Fenster, sondern auch um die errechneten THD+N-Werte, die so garnicht stimmen.

Edit: Oder muss ich im cal-Dialog die mV am Eingang des UAD eingeben? Das würde ja die Abschwächung mit einrechnen, oder liege ich da falsch?

Edit 2: Wenn dem so ist, brauche ich ein hochohmiges AC Wechselspannungsmeter, da es sich um kleine Wechselspannungen handelt, mein Fluke hat nur 1MOhm, glaube ich.

Edit 3: Das Fluke 187 hat 10M Eingangswiderstand und einen AC 50mV-Messbereich mit 0,4% Messungenauigkeit im Bereich 20-1000Hz. Sollte reichen...
 
Zuletzt bearbeitet:
Erst einmal: dBwas? dB ist relativ. -12dB Loopback heißt bei dir was? -12dBFS? dBu? dBV?

THD ist immer relativ zum Grundsignal. N hingegen nicht. Wenn du dein ohnehin schwaches Signal (-12dBU z.B.) um 34dB abschwächst, gilt das auch für den THD+N des Generatorsignals, nicht jedoch für das Grundrauschen deines Preamps. Wenn du deinen Preamp nicht voll aussteuerst, dominiert dessen Rauschen irgendwann die Messung. Wenn dein Preamp beispielsweise bei -80dBu rauscht und du gibst da ein Signal mit -40dBu rein, wird dein THD+N nie besser sein als 40dB, der THD für sich hingegen kann natürlich deutlich besser sein. Mach mal eine THD Messung mit stepped Sine, dann siehst du auch den Rauschanteil separat.

Ich verstehe nicht ganz, welche Skalierung dir fehlt. Wenn du z.B. 50Vrms vom Verstärker erwartest, gibst du im Fenster für die Inputkalibrierung deinen gemessenen Wert ein. Pegelst du das Interface auf 1Vrms = 0dBfs ein, hast du nun in der Anzeige 50Vrms bei Vollaussteuerung stehen. Wenn du die Abschwächung veränderst, musst du natürlich neu kalibrieren.

Auf den THD hat das absolut keinen Einfluss, der steht schließlich nur im Verhältnis zum Nutzsignal.
 
Hmm, habe gerade den 50:1 Tastkopf angeschlossen, den Generator auf -6dBFS eingestellt und das am Eingang des Volt 2 ankommende 1kHz-Signal mit dem Fluke 187 gemessen, 10,95 = 11mV.

Den Wert 11mV habe ich sowohl beim Generator als auch beim RTA eingegeben.

Die Messungen sehen alle schön aus, der Noise liegt aber bei ca. -60dB, bei oben im Fenster angezeigten Gain von 39.88dB.

Was mache ich falsch? Der Tastkopf addiert ja keine 40dB Noise.
 
Die Messungen sehen alle schön aus, der Noise liegt aber bei ca. -60dB, bei oben im Fenster angezeigten Gain von 39.88dB.
bei -60dBfs, dBu, dbr ? Und meinst du tatsächlich Noise oder THD+N?

Warum trägst du den wert beim Generator ein? Da kommt der Wert rein, der auch aus dem Interface rauskommt. Im RTA kommen dann die 11mV rein. REW sieht dann:

1V kommen aus dem Generator raus, 11mV kommen am EIngang an -> Gain = -40dB
 

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