Verstärker (IMD, THD, Klirr ...) richtig vermessen und verstehen

  • Guten Abend Technikfreunde. Die letzten Tage habe ich damit verbracht, mein Messquipment mal wieder zu optimieren. Ursprünglich wollte ich einfach nur mehr Pegel zur Messung der Impedanzverläufe generieren und bin dann recht schnell an den Punkt gelangt, auch Verstärker vermessen zu wollen, um z.B. auch die Optimierung einer STA-2000D messtechnisch begleiten, aber auch schlicht deren Qualität messtechnisch beurteilen zu können. Dafür habe ich meine Messbox einfach mit einem belastbareren Referenzwiderstand bestückt und zudem ein Paar Messwiderstände gekauft.




    Im ersten Schritt habe ich natürlich das USB-Interface vermessen und kalibriert. Der Noisefloor liegt da in Messeinstellung unverstärkt mit dem 0dB-Signal des M-Audio Ausganges bei 0,023% / 72,9dB, (K2 und K3 sind nicht relevant, da sie darunter liegen?).



    Dann habe ich begonnen, die ersten Verstärker mit REW erst einmal ganz simpel zu vermessen. Hier z.B. ein t.Amp PM40C, welchen ich dann aufgrund des Frequenzverlaufes direkt einmal nach einer Internetanleitung für mehr Linearität modifiziert habe.



    Der nächste Kandidat im Testfeld war dann ein IMG AKB-60, welcher einen ähnlichen Frequenzgang aufweist, was mich aber erst einmal nicht weiter interessiert. Mich interessiert nun Stück für Stück zu lernen, welche Messungen ich wie sinnvollerweise durchführe(n muss), um eine realistische qualitative Beurteilung durchführen zu können.

    Als nächstes habe ich mir dazu die mit dem Sweep gemessenen Verzerrungen bei Unterschiedlichen Lasten und Leistungen angeschaut beim AKB. Bei diesen Messungen kam ein 8Ohm 50W-Drahtwiderstand zum Einsatz.


    1W@8Ohm:



    10W@8Ohm:



    20W@8Ohm:



    30W@8Ohm:



    40W@8Ohm:



    Dabei habe ich folgende Erkenntnisse und Fragestellungen aus diesen Messungen erlangt.


    • bis 20W sieht das meiner Meinung nach recht vorbildlich aus
    • bei 30W wird 1% THD erreicht
    • 40W liegt außerhalb des sinnvollen Nutzbereiches


    • Beurteilung von K2 und K3 sind nicht sinnvoll, wenn der Noisefloor darüber liegt?
    • Ist der Noisefloor das Grundrauschen / der Rauschabstand des Amps sofern dieser höher ist, als der des USB-Interfaces?
    • Sollte ich immer mit einem gleich starken Signal in den Amp gehen und die unterschiedlichen Leistungsmessungen durch Gainveränderungen des Amps vornehmen? Aktuell reguliere ich den Pegel über Variation des REW-Ausgangssignales, da es viel präziser und reprdouzierbarer ist, evtl. verringere ich damit aber den Rauschabstand?
    • Warum verhält sich der Noisefloor im Verlauf wie ein Kantenfilter? Ist das bei jeder Endstufe so?
    • ist diese Art der Messung überhaupt sinnvoll für etwaige Betrachtungen einer Endstufe?
  • In der nächsten Überlegung habe ich mir dann Tests diverser Quellen angeschaut und in Folge dessen andere Testverfahren durchgeführt. Begonnen habe ich mit dem Versuch angelehnt an die DIN IMD zu messen.


    Bis 20W@8Ohm war das auch alles unauffällig:



    ab 25W wurden dann die ersten Klirrkomponenten deutlich sichtbar:



    welche bei 30W schon unverkennbar sind:



    Leider habe ich dafür keine Möglichkeit gefunden einen ergonomischen Ablauf mit REW durchzuführen. Die einzige Möglichkeit war im Generator einen Dual-Tone mit -3dB zu erzeugen (da mir bei 0dB immer Clipping in REW angezeigt wurde), dann die Spannung über den Gainregler des Amps einzustellen und danach mit dem RTA-Window ein paar Averages aufzuzeichnen und zu kopieren. Das Ganze eben für unterschiedliche Klemmenspannungen. Da das auch etwas zeitaufwendiger ist, wird der Lastwiderstand ohne externe Kühlung dabei selbst bei den Leistungen schon ziemlich heiß.


    • nach diesen Messungen würde ich den high-fidelen Einsatzbereich von 30W der ersten Messungen auf 20W reduzieren?!
    • wieso taucht das IMD im Sweep nicht so prägnant auf?
  • In dritter Instanz habe ich dann THD bei 1kHz Sinus gemessen.


    Zunächst 1W:


    Bis 25W auch alles nahezu identisch. Ab 30W ist dann ein leichter Anstieg zu vernehmen:



    Bei 35W kommen dann deutliche Klirrkomponenten hinzu:



    Auch hier war nur eine Messung über den Generator mit der RTA-Funktion möglich.


    • ist es sinnvoll zur Beurteilung und zum Vergleich all diese Messung durchzuführen oder sind diese zum Teil obsolet?
    • welche mit einfachen Mitteln bessere Möglichkeiten gibt es eine qualitative Beurteilung von Endstufen anhand von Messungen durchzuführen?
    • sind die angewandten Methoden überhaupt realistisch und praxisgerecht?
    • wie kann ich den Rauschabstand ermitteln?


    Vielleicht könnt ihr ja etwas Licht ins Dunkel bringen und mir noch den ein oder anderen Hinweis auf dem Weg zu einem sinnvollen und reproduzierbaren Workflow geben. Da ich davon ausgehe, dass bis auf den Sub, der Großteil der Ereignisse im Bereich 0,x-50W oder sogar in einem noch kleineren Spektrum liegt, möchte ich von Leistungsmessungen aufgrund der benötigten Lastwiderstände und deren Kühlung absehen. Mir geht es wirklich darum, messtechnisch Amps optimieren und selektieren zu können für den Bereich 0- maximal 50W.

  • Hallo Moe, da bist du mir ein paar Wochen zuvor gekommen :rofl:, ich wollte nämlich auch einen Thread aufmachen genau zu dem gleichen Thema, aber bin aus Zeitgründen noch nicht dazu gekommen :angry:.

    Bei der Ausarbeitung der Vorgehensweise für meine Verstärkermessungen und meinen inzwischen vielen durchgeführten Messungen konnte ich viele Erkenntnisse zu ähnlichen Fragen gewinnen und kann daher denke ich Dir hier recht gut helfen bei Deinen vielen Fragen.



    Im ersten Schritt hätte ich Dir zum Thema IMD was geantwortet:

    Dieses habe ich bei meinem Testverfahren auch integriert (allerdings die SMPTE da diese eher üblicher ist als die DIN) und hier kommen sehr unterschiedliche & interessante Ergebnisse heraus, je nach Verstärker. Bezüglich deren Intepretation bin ich mir bis jetzt auch noch nicht 100% schlüssig aber eine IMD-Messung ist auf jeden Fall interessant und die solltest du auch immer mitmessen.


    Leider habe ich dafür keine Möglichkeit gefunden einen ergonomischen Ablauf mit REW durchzuführen. Die einzige Möglichkeit war im Generator einen Dual-Tone mit -3dB zu erzeugen (da mir bei 0dB immer Clipping in REW angezeigt wurde), dann die Spannung über den Gainregler des Amps einzustellen und danach mit dem RTA-Window ein paar Averages aufzuzeichnen und zu kopieren.

    Grundsätzlich würde ich Dir im REW empfehlen, bei den Preferences unter View das Häckchen "Full scale sine rms is 0dB" zu deaktivieren! Damit erhälst du einen technisch korrekten Pegelbezug und erkennst Übersteuerungen schneller bzw. kannst den Headroom besser berechnen (anhand dem Crest-Faktor).

    Wenn Dir das REW eine Übersteuerung anzeigt, dann musst eigentlich ja nur den RMS-Wert reduzieren, was bei einer Dualtone mit 4:1 bei ca. -6dBfsrms zu keinen Übersteuerungen kommt (wegen dem größeren Crestfaktor). Bei Dir hast du hier ja die -3dbfsrms eingetragen, was dem gleichen Wert mit -6dBfsrms mit meiner Einstellung entspricht.


    Bzgl. Vorgehensweise habe ich momentan (leider) auch noch nichts automatisiert programmiert, womit ich auch einmal den gewünschten Spannungswert einstelle und dann mitn RTA messe.

    Hier würde ich dir bei der y-Skalierung eher dBfs empfehlen, statt SPL, denn dann kannst das System etwas besser korrekt einpegeln und erkennst mögliche Übersteuerungen schneller.


    nach diesen Messungen würde ich den high-fidelen Einsatzbereich von 30W der ersten Messungen auf 20W reduzieren?!

    Ich messe einmal den kleineren normalen Leistungsbereich (2,8Vrms bis 18Vrms) um zu schauen, wo das übliche Niveau hier ist (ähnlich wie Dein Vorschlag mit dem Bereich <20W). Ich verwende drei Messpunkte (siehe nachfolgenden screenshot), die bei mir gute Ergebnisse gebracht haben. Entweder sind alle Werte hier unter 0,0x (dann i.d.R. sehr gut) und manchmal haben hier die Verstärker bei einem oder mehreren Spannungswerten Ausreißer.

    Zusätzlich ermittel ich am Ende noch den 1% IMD Wert und messe hierzu die Peak-Spannung (RMS funktioniert hier korrekterweise nicht). Dieser 1% Wert ist relativ uninteressant, da dieser (ähnlich wie beim Klirr) eher die Spannungsversorgung beurteilt und nicht das IMD-Verhalten des Verstärkers an sich!


    wieso taucht das IMD im Sweep nicht so prägnant auf?

    Ich bin über Deine Ergebnisse etwas verwundert, dass die IMD-Werte bei Dir sich über die Leistungen so stark unterscheiden bzw. der IMD schon bei 20W so extrem hoch ist mit 7%.

    Sind das Messungen von der STA-2000D, denn hier sollte der 1% Punkt erst bei erheblich größeren Spannungen/Leistungen auftreten.

    Mess das vielleicht nochmal mit SMPTE, damit ich es mit meinen Messungen (von anderen Verstärkern) vergleichen kann.

    Nachfolgend sind z.B. meine IMD SMPTE Ergebnisse der Rotel RMB-1075.




    Ja, die Leistungswiderstände werden recht heiß, weswegen ich eine aktive Kühlung eingebaut habe und viele 100W Leistungswiderstände.



    Zu den anderen Punkten kann ich Dir morgen noch was antworten.


    Aber vielleicht vorab noch eine Frage bzgl. deiner Messaktion. Was möchtest an der STA2000D umbauen und somit auch dokumentieren? Eher ein Leistungsumbau oder ein Signalpfadumbau?

    Meine Verstärkermessungen (und Erfahrung) beziehen sich speziell auf die Leistungsfähigkeit und auf das grundsätzliche Verhalten des Verstärkers, womit viele Erkenntnisse über die Spannungsversorgung, Schaltungslayout der Leistungsstufe, Dimensionierung der Eingangsstufe, Klirrwerte, etc. gewonnen wird.


    Je nachdem was man exakt betrachten möchte, kann es sinnvoll sein eher den einen oder den anderen Teil genauer anzuschauen.



    P.S. Versuch den Verstärker über Spannungen zu betrachten und nicht über Leistungen, da ist erheblich einfacher vom Handling her.

  • ich wollte nämlich auch einen Thread aufmachen genau zu dem gleichen Thema, aber bin aus Zeitgründen noch nicht dazu gekommen

    Na das ist doch schon einmal klasse, wenn auch andere die gleichen Themen umtreibt :)

    Dieses habe ich bei meinem Testverfahren auch integriert (allerdings die SMPTE da diese eher üblicher ist als die DIN) und hier kommen sehr unterschiedliche & interessante Ergebnisse heraus, je nach Verstärker. Bezüglich deren Intepretation bin ich mir bis jetzt auch noch nicht 100% schlüssig aber eine IMD-Messung ist auf jeden Fall interessant und die solltest du auch immer mitmessen.

    Danke, das schaue ich mir an. Auf die DIN bin ich im Grunde nur durch das "Tools4Music" Magazin gekommen, da ich dachte, dann auch gut mit deren Messungen vergleichen zu können.

    Grundsätzlich würde ich Dir im REW empfehlen, bei den Preferences unter View das Häckchen "Full scale sine rms is 0dB" zu deaktivieren! Damit erhälst du einen technisch korrekten Pegelbezug und erkennst Übersteuerungen schneller bzw. kannst den Headroom besser berechnen (anhand dem Crest-Faktor).

    Wenn Dir das REW eine Übersteuerung anzeigt, dann musst eigentlich ja nur den RMS-Wert reduzieren, was bei einer Dualtone mit 4:1 bei ca. -6dBfsrms zu keinen Übersteuerungen kommt (wegen dem größeren Crestfaktor). Bei Dir hast du hier ja die -3dbfsrms eingetragen, was dem gleichen Wert mit -6dBfsrms mit meiner Einstellung entspricht.

    Check, das habe ich jetzt gemacht, auch wenn ich es noch nicht genau verstanden habe, warum. Schaue ich mir ebenso heute abend mal mit an.

    Hier würde ich dir bei der y-Skalierung eher dBfs empfehlen, statt SPL, denn dann kannst das System etwas besser korrekt einpegeln und erkennst mögliche Übersteuerungen schneller.

    Auch da muss ich mir das mal "live" anschauen, um zu verstehen, wo der Unterschied in der praktischen Anwendung liegt.

    Zusätzlich ermittel ich am Ende noch den 1% IMD Wert und messe hierzu die Peak-Spannung (RMS funktioniert hier korrekterweise nicht). Dieser 1% Wert ist relativ uninteressant, da dieser (ähnlich wie beim Klirr) eher die Spannungsversorgung beurteilt und nicht das IMD-Verhalten des Verstärkers an sich!

    Die Peak-Spannung ermittelst du mit dem Oszi, oder reicht da weiterhin das Multimeter?

    Sind das Messungen von der STA-2000D, denn hier sollte der 1% Punkt erst bei erheblich größeren Spannungen/Leistungen auftreten.

    Schau mal, ich hatte es beschrieben, dass es sich um den IMG AKB-60 handelt:


    https://www.monacor.de/produkt…oxenbau/selbstbau/akb-60/

    Ja, die Leistungswiderstände werden recht heiß, weswegen ich eine aktive Kühlung eingebaut habe und viele 100W Leistungswiderstände.

    Hast du dazu noch ein paar Details?

    Aber vielleicht vorab noch eine Frage bzgl. deiner Messaktion. Was möchtest an der STA2000D umbauen und somit auch dokumentieren? Eher ein Leistungsumbau oder ein Signalpfadumbau?

    Meine Verstärkermessungen (und Erfahrung) beziehen sich speziell auf die Leistungsfähigkeit und auf das grundsätzliche Verhalten des Verstärkers, womit viele Erkenntnisse über die Spannungsversorgung, Schaltungslayout der Leistungsstufe, Dimensionierung der Eingangsstufe, Klirrwerte, etc. gewonnen wird.

    An der Leistungsfähigkeit der Amps möchte ich eigentlich nichts optimieren. Bei der 2000D ist einfach die Verkabelung und der Aufbau scheinbar mittelmäßig, was zu Störeinstreeungen bevorzugt auf zwei Kanälen führt. Kurzum mir geht es um Beseitigung von Störgeräuschen usw. Mal eine Peakmessung ist sicher spannend aber modifizieren will ich in dem Bereich nichts. Ich habe schon genügend zeitraubende Themen an der Backe, da kaufe ich dann im Zweifel einfach eher einen anderen Amp :big_smile:

    P.S. Versuch den Verstärker über Spannungen zu betrachten und nicht über Leistungen, da ist erheblich einfacher vom Handling her.

    Das hatte ich auch schon überlegt, da es unabhängiger von der Last ist. Der Otto-Normal-User kann damit aber anfänglich einfach weniger anfangen :)


    Zu deiner Tabelle, da hast du stehen -15dBfs und CrestFaktor 4,7. Wie kommst du zu den Werten?

  • Was mir bei deinen THD und IMD-Messungen stark verwundert, ist die große "Verschmierung" des Hauptsignals. Dadurch misst du die Verschmierung und nicht das eigentliche Signal, womit man schlechtere Werte erhält, als man wirklich hat.

    Das deutet eigentlich auf eine ungünstige Einstellung beim RTA eigentlich hin, aber ich wüsste jetzt auf Anhieb nicht welche Einstellung. Da müsste ich heute Abend mich nochmal spielen.

    Am Aufbau sollte die Verschmierung eigentlich nicht liegen.


    Nachfolgend ein Beispiel einer THD-Messung mit 0,0081% THD, bei dem die einzelnen Signale sich deutich vom "Hintergrundrauschen" absetzen.


    Mit welchem Spannungsteiler bzw. Dämpfungswert gehst du vom Messobjekt (Ausgang Verstärker) in den Soundkarteneingang? Ich verwende z.B. 27dB Dämpfung, damit ich auch hohe Leistungen messen kann. So ca. 20dB Dämpfung sollten es auch in Deinem Leistungsbereich sein.


    Und noch ne Vorab-Frage bzw. Aufgabe:

    Wie sieht Dein Spektrum aus, wenn du den Eingangs (der Soundkarte) offen lässt? Umso besser bzw. niedriger das ist, desto präziser kannst (im unteren Bereich) man messen. Niedriger als -100dBfs sollte es mindestens sein (24 Bit Modus ist wichtig), um niedrige THD-Werte messen zu können, sonst reicht die Dynamik nicht aus.

    Ideal sollte es z.B. wie nachfolgend aussehen.

  • Danke für deine Unterstützung. Die entsprechenden Ergebnisse reiche ich heute Abend nach.


    Da das ursprüngliche Ziel war, einfach nur mit mehr Pegel Impedanzverläufe und TSP messen zu können, habe ich den Referenzwiderstand in der Box von ehemals 100Ohm / 0,25W (für den Schutz der Soundkartenausgänge) auf nun 3,1Ohm / 100W reduziert. Dadurch kommt am Speaker deutlich mehr Pegel an. Da mir als Messverstärker der t.Amp PM40C oder AKB-60 zur Verfügung stehen, war mir ein 27Ohm Widerstand noch zu leise.


    Die Soundkarte steht auf minimaler Empfindlichkeit und PAD habe ich ebenso für weitere 20dB Dämpfung aktiviert. Das ergibt so die maximal mögliche Eingangsspannung an der Soundkarte. Zusätzlich habe ich noch XLR Kabel gefertigt 1x mit 470 Ohm in Reihe und Parallel, welche mit dem t.amp ~7dB Dämpfung ergeben und ein Clipping nicht ermöglichen. Mit dem AKB nutze ich XLR mit 470 und 1500 Ohm, welche 12dB Dämpfung ergeben. Ich hatte das Ziel die Soundkarte mit möglichst maximaler Spannung mit den beiden Verstärkern anzusteuern. Ob das sinnvoll ist, weiß ich ehrlich gesagt nicht.

  • Danke für deine Unterstützung. Die entsprechenden Ergebnisse reiche ich heute Abend nach.


    Da das ursprüngliche Ziel war, einfach nur mit mehr Pegel Impedanzverläufe und TSP messen zu können, habe ich den Referenzwiderstand in der Box von ehemals 100Ohm / 0,25W (für den Schutz der Soundkartenausgänge) auf nun 3,1Ohm / 100W reduziert. Dadurch kommt am Speaker deutlich mehr Pegel an. Da mir als Messverstärker der t.Amp PM40C oder AKB-60 zur Verfügung stehen, war mir ein 27Ohm Widerstand noch zu leise.


    Die Soundkarte steht auf minimaler Empfindlichkeit und PAD habe ich ebenso für weitere 20dB Dämpfung aktiviert. Das ergibt so die maximal mögliche Eingangsspannung an der Soundkarte. Zusätzlich habe ich noch XLR Kabel gefertigt 1x mit 470 Ohm in Reihe und Parallel, welche mit dem t.amp ~7dB Dämpfung ergeben und ein Clipping nicht ermöglichen. Mit dem AKB nutze ich XLR mit 470 und 1500 Ohm, welche 12dB Dämpfung ergeben. Ich hatte das Ziel die Soundkarte mit möglichst maximaler Spannung mit den beiden Verstärkern anzusteuern. Ob das sinnvoll ist, weiß ich ehrlich gesagt nicht.

    Tut mir Leid Moe, aber ich verstehe noch nicht ganz was du für einen Messaufbau hast.

    In der Regel sieht für eine Verstärker-Lastmessung der Messaufbau wie folgt aus: An den Ausgang des Verstärkers wird Parallel ein Lastwiderstand (i.d.R. 8 Ohm) angeschlossen um den Lautsprecher nachzubilden. Parallel zu diesem kann man entweder mit einem Oszi dann messen oder eine Serienschaltung aus z.B. 20k und 1k anschließen um dann am 1k mit einer Soundkarte das reduzierte Signal (Spannungsteiler hier entspricht -27dB) abgreifen zu können.

    Bei der Vermessung von geringeren Ausgangsspannungen kann mit dem Regler an der Soundkarte dann entsprechend gegengeregelt werden.


    So wie du Deinen Aufbau beschreibst (und am Bild ein bisschen erkennbar), hört sich das ja danach an, dass du für die Klirrmessung den gleichen Aufbau wie für eine Impedanzmessung verwendest, nur mit einem modifizierten Referenzwiderstand und einem angeschlossenen realen Lautsprecher? Stimmt das?

    Falls das so ist, dann misst du den "Strom" des realen Lautsprechers und damit nur indirekt die Ausgangsspannung. Damit kann grundsätzlich auch das Klirrverhalten ermittelt werden, ist aber nicht der klassische übliche genormte Weg.

  • Ich meine das die Software Audio Tester auch einiges zu bieten hätte. Habe ich selber aber nur einige Male genutzt, sie aber positiv in Erinnerung.

    Den Audio Tester habe ich persönlich noch nicht getestet. Dafür habe ich früher etwas mit ARTA noch gearbeitet, welches auch sehr mächtig ist, aber bei der Bedienung man sich schon gut mit der Materie auskennen muss.


    Ich bin bis jetzt immer noch von REW begeistert und vor allem mit den neuen Beta-Releases sind vor allem beim Generator noch sehr viele neue tolle Funktionen hinzugekommen.

  • Noch kurz zum Thema Generatorpegeleinstellung und Crest-Faktor:

    Der Crest-Faktor gibt das Verhältnis von RMS zum Peakwert in z.B. dB an. Ein einzelner Sinus hat z.B. einen Crest-Faktor von 3dB, was heißt, dass die Peakspannung des Sinus 3dB höher liegt als der zugehörige RMS-Wert.

    Wenn z.B. im Generator der Wert -5dBfsrms eingetragen wird, dann zeigt REW den zugehörigen dBfspk-Wert an, was -2dBfspk entspricht (wegen dem 3dB Crest).


    In der Regel sollte der Generator-RMS-Pegel so eingestellt werden, dass ca. 2dB Headroom noch vorhanden ist.

    Mit der Vorgabe und dem Wissen des Crest-Faktors, kann der benötigte RMS-Pegel sofort abgeschätzt und eingetragen werden.

    Ein Dual Sinus Tone mit SMPTE-Verhältnis hat z.B. einen Crest-Faktor von 4,7dB --> 2dB Headroom + 4,7dB Crest = -6,7dBfsrms Pegel Einstellung bzw. -7dB in der Praxis.

    Wenn man dies einmal verstanden hat ist es extrem einfach den Pegel abzuschätzen, aber dies funktioniert nur wenn das Häckchen bei den Settings deaktiviert ist. (Bei der default-Einstellung wird einfach 3dB hinzugefügt, damit die Leute nicht nachdenken müssen, allerdings passt dann technisch das Verhältnis von RMS zu Peak-Pegel nicht).


    Zu deiner Tabelle, da hast du stehen -15dBfs und CrestFaktor 4,7. Wie kommst du zu den Werten?

    Bei meinen IMD-Messungen habe ich den Generator auf -15dBfsrms eingestellt, da ich hier die SMPTE und eine Multiton-Messung nacheinander messe und den Generatorpegel nicht umstellen möchte. Der Dual Tone hat einen Crest-Faktor von 4,7 dB (kann aus den Generatorsettings berechnet werden) und der verwendete Multisinus ca. 12dB. Mit 3dB Headroom komm ich somit auf -15dBfsrms.


    Das war zwar ein bisschen Off-Topic, aber für manche Nerds vielleicht fürs Verständnis relativ interessant :)

  • Hallo Stefan, ich habe mich heute mit meinen Hausaufgaben beschäftigt. Zunächst das gewünschte Spektrum meiner M-Audio. Einmal mit max. Sensitivity und einmal mit geringstmöglicher und der 20dB Pad Dämpfung.




    Das bestätigt mich darin, die Soundkarte maximal herunterzudrehen und lieber mit höherer Spannung am Eingang zu messen für maximale Dynamikbandbreite. Danach habe ich lange nach dem Fehler gesucht, warum das Signal bei den Messungen so weichspült, bis ich auf diesen Reiter aufmerksam wurde:



    Danach ergaben sich folgende Messbilder beim THD. 2V@3,3Ohm:



    9V:



    14V:



    14,7V



    15V



    Spannend zu sehen, wie der THD über 14V anfängt schlagartig zu kippen.


    Bei der messung zum SMPTE konnte ich leider eine derartige "Lock" Funktion nicht finden. Da es sich direkt aus der Soundkarte in die Soundkarte identisch verhält muss es also mit Generator und RTA zusammenhängen, dass diese nicht synchron laufen oder ähnlichem.



    Wie sieht diese Messung bei dir aus? Bezüglich Messaufbau hast du das richtig erkannt. Im Grunde nutze ich die Box aktuell so:



    Nur statt des Speakers ein Lastwiderstand und nachträglich noch den Spannungsteiler im XLR-Kabel.

  • Hallo Stefan, ich habe mich heute mit meinen Hausaufgaben beschäftigt. Zunächst das gewünschte Spektrum meiner M-Audio. Einmal mit max. Sensitivity und einmal mit geringstmöglicher und der 20dB Pad Dämpfung.

    Sorry, wenn das so rüberkam. Das sollen keine Hausaufgaben sein :sbier:

    Das Leerlauf-Spektrum sieht schon gut aus. Hast eigentlich immer unter -120dBfs, was optimal ist. Das der Noisefloor mit max. Eingangsverstärkung an der Soundkarte hoch geht ist normal und auch nicht besonders schlimm in Deinem Fall mit -120dbfs. Hier gibt es in den Soundkarteninputs qualitativ uUterschiede, aber deins ist vollkomen okay.

    Aber dennoch sollte man versuchen im unteren bzw. mittleren Eingangsverstärkungsbereich zu bleiben, wie du schon geschrieben hast. Meistens erhöht sich das Rauschen erst am Ende relativ stark.


    Die Plots der THD-Messung sieht doch schon super aus :thumbup:

    Das Häckchen bei Lock FFT sollte immer aktiviert sein, damit man das Maximum des Signals immer perfekt trifft (es handelt sich hier um digitale diskrete Punkte). Allerdings dürfte dies nicht die eigentliche Hauptursache gewesen sein (das Frequenzdelta ist kleiner 1Hz). Komisch :think: aber schön, dass es bei der THD nun funktioniert.

    (Kleiner Tipp: Versuch das System für optimale Dynamik/SNR so einzupegeln, dass das Hauptsignal zwischen -10 und -20dbfs liegt)



    Die IMD Messung sieht eigentlich gar nicht so schlecht aus. Es ist noch eine leichte Signalverbreiterung festzustellen, welche evtl. vom FFT-Fenster kommen könnte. Das FFT Fenster legt vereinfacht gesagt fest, wie breit das Signal und wie Amplitudenpräzise dieses umgerechnet wird. Speziell bei der IMD-Messung wäre z.B. das Hann-Fenster empfehlenswert (welches ich verwende). Falls du von dem Thema noch nichts gehört hast, wäre eine kurze Internetrecherche empfehlenswert (nicht falsch verstehen :sbier:).


    SMPTE habe ich vorwiegend daher verwendet, da dieser Wert häufiger in den Datenblättern vorzutreffen ist als DIN. Aber an sich nehmen sich die beiden Methoden nicht viel, da die Pegelverhältnisse und Grundfrequenzen ähnlich sind. Die DIN hat dafür den Vorteil, dass die Intermodulationsprodukte einen größeren Abstand zum Hauptsignal haben und damit leichter bzw. mit kleinerer FFT Size darstellbar ist.

    Ja, die Tools4Music machen technisch sehr gute Messberichte, da habe ich teilweise mich auch schon mal orientiert!



    Hier ein Beispiel mit einer 64k FFT, Hann-Fenster, avg2 und IMD-Wert von 0,053%

  • Nein das verstehe ich überhaupt nicht negativ. Du scheinst da einen Wissensvorsprung zu haben an dem ich gern partizipiere und bringst mich aktuell in kurzer Zeit gut voran mit den richtigen Hinweisen und Impulsen. Auch das werde ich wieder austesten. Heute wirds mir aber zu spät. :sbier:

  • Auch hier war nur eine Messung über den Generator mit der RTA-Funktion möglich.




    ist es sinnvoll zur Beurteilung und zum Vergleich all diese Messung durchzuführen oder sind diese zum Teil obsolet?
    welche mit einfachen Mitteln bessere Möglichkeiten gibt es eine qualitative Beurteilung von Endstufen anhand von Messungen durchzuführen?
    sind die angewandten Methoden überhaupt realistisch und praxisgerecht?

    Da du oben oben ja schon mal geschrieben hast, dass du einen Verstärker qualitativ beurteilen möchtest und was sinnvoll zur Beurteilung ist, hier meine Sicht der Dinge:

    Ich habe viele Messungen durchgeführt und auch versucht durchzuführen, manche Messungen wieder verworfen und so weiter. Derzeit habe ich folgende Punkte für mich als relevant oder bzw. zumindestens Wert gemessen zu werden festgelegt.

    Mit diesen Punkten ist es so ähnlich wie bei Lautsprechern, nur EINE gute Eigenschaft macht einen guten Verstärker allein nicht aus.

    In der Summe muss es passen oder wie ich es eher sehe, welcher Verstärker macht am wenigsten Falsch!!

    • Kirrverhalten (THD) über die Leistung
      --> Details siehe spätere Grafiken
    • Klirrverhalten (THD) über die Frequenz
      --> Ein nicht zu unterschätzender Aspekt, welcher vor allem bei Digitalendstufen betrachtet werden muss
    • Klirrverhalten (THD) über die Impedanz
      --> Das ist die Königsdisziplin, wenn die anderen Punkte gut gemeistert werden
    • Intermodulationsprodukte (SMPTE und/oder Multisinus)
      --> Ein wie ich persönlich für die Praxis relevanter Punkt, da dies dem späteren "realen" Fall am nächsten kommt.
    • (Maximalleistung)
      --> Dimensionierung des Netzteils und allgemeine Firmenphilosophie
    • Impedanzstabilität (über die Leistung und Frequenz)
      --> Ein für mich persönlich sehr wichtiger Punkt, der im Detail leider sehr wenig betrachtet wird (Es wird i.d.R. nur die max. Spannung ermittelt, aber nicht wie sich eine vorgegebene Spg. bei Impedanzänderung verändert!!)
    • Störabstand
      --> Auch ein sehr wichtiger Punkt, der teilweise gar nicht so einfach zu vermessen ist.
    • (viele kleinere Aspekte wie Schutzschaltungen, Anschlüsse, Lüfter, Mechanik, etc.)
      --> Hier spielt die Preisklasse, Firmenphilosophie, Anwendungsfall eine große Rolle.

    Nachfolgend noch die Ergänzung zum Punkt "Klirrverhalten über die Leistung":




    Das sind so die drei Hauptabstimmungsvarianten (Schaltungstechnisch), welche ich rausgefunden habe, wie ein Verstärker abgestimmt ist.

    Der erste Klirrverlauf ist so die klassische HiFi-Abstimmung wie ich Sie nenne. Hier ist das Ziel, dass die Klirranteile k2, k3, etc. idealerweise gleichmäßig ansteigen und idealerweise sogar mit den harmonischen dominanten.

    Der zwei Klirrverlauf ist die klassische PA-Abstimmung, welche meistens bei günstigen PA-Verstärkern (Klasse AB) anzutreffen ist. Hier gibt es ein Minimum ungefähr in der Mitte, und nach unten und nach oben nimmt der Klirrwert zu.

    Der dritte Klirrverlauf ist eine wie ich sie jetzt einfach mal genannt habe "Low Distortion" Abstimmung. Bei dieser ist das Ziel den Klirrverlauf über den gesamten Leistungsbereich möglichst weit unten zu behalten (meistens kleiner -80dB). Dies wird wird vermutlich über starke Rückkopplungen in der Schaltung realisiert bzw. diese wird auch bei besseren Digitalverstärkern versucht zu schaffen.

    (Dies ist meine objektive Betrachtung ohne eine akustische Bewertung hierfür vorzunehmen.)



    Für mich persönlich ist ein idealer Verstärker ein Gerät welches die Eingangsspannung mit möglichst keiner Änderung/Beeinflussung und keinem zusätzlichen Hinzufügen von Signalen unter allen Bedingungen verstärkt. Wenn doch etwas geändert oder hinzugefügt wird, dann sollte diese Änderung möglichst gleichmäßig über alle Bedingungen sein.

    Mit dieser Betrachtungsweise beurteile ich Verstärker.




    Um nun zu Deinen oben schon genannten Fragen zurück zu kommen.

    Was ist ein qualitativ hochwertiger Verstärker? Einer, der am wenigsten "Fehler" macht. Aber um das herauszufinden, muss man leider alle Parameter vermessen.

    Sich z.B. nur einen gewissen kleinen Leistungsbereich anzuschauen mit manchen Messungen wird man nur einen Teil der Eigenschaften des Verstärkern ermitteln können.


    Um allerdings z.B. nur einen gewissen Teilaspekt beurteilen zu wollen wie in Deinem Fall die Kabelverlegung zu verändern, reicht auch sich nur manche Teilaspekte im Detail anschauen und relativ zueinander zu vergleichen.

    Dies ist bestimmt möglich.

  • Heute habe ich mit Hilfe deiner Hinweise einmal die nächste Runde gemessen. Zunächst wieder THD mit 1kHz Sinus -5dB Rectangular FFT64 avg 2.


    2,83V:



    9V:



    und 1% (gemessen habe ich noch viel mehr, aber es geht ja nur um das korrekte Prinzip und den Ablauf).



    IMD dann in Folge mit -6,7dB SMPTE und FFT64 avg 2 Hann (gerade die Umschaltung auf Hann statt Rectangular war scheinbar entscheidend)


    2,83V:



    9V:



    1%:



    Das Ganze habe ich dann mal in folgenden Tabellen erfasst:



    Bei der THD-Messung ist THD oder THD+N entscheidend? Auffällig finde ich da, dass gerade bei geringen Leistungen (<1-5W) THD+N zum Teil sogar etwas erhöht ist, als wenn es eine gewisse Mindestspannung benötigt, bis der Verstärker richtig sauber funktioniert?!

    Da ich immer wieder Leistungsangaben bei THD <0,05% und 1% sehe, habe ich diese Werte einfach mit in die Messung aufgenommen und daraus resultierend mal die Rated Power ermittelt. Ich habe z.B. mit 0,05% nun 48W ermittelt beim AKB-60. Angegeben ist dieser mit 45W. Weiterhin finde sind die THD+N-Werte bei der SMPTE-Messung nahezu deckungsgleich mit den Ergebnissen der Messung mit 1kHz. Da stellt sich mir die Frage, welchen Sinn diese Messung für mich wirklich bietet? Welche Informationen gibt mir die reine THD-Messung, die ich in der SMPTE-Messung nicht erhalte?


    Bei 2,83V habe ich mit dem Sinus z.B. 0,025% THD+N gemessen, beim SMPTE 0,026%, bei 9V 0,023% und 0,021% usw. Da ich die Spannungen nie perfekt identisch hinbekomme, verbuche ich das also eher unter Messtoleranz.


    Kannst du mir noch Infos zu dem Aufbau deiner Lastwiderstände geben? Ich werde in den nächsten Abend mal ohne meine Messbox mit der "klassischen" Schaltung messen und vergleichen.


    Weiterhin, kannst du mir sagen, wie ich den SNR ermittle? :sbier:

  • Auch das war wieder ein wahnsinnig spannender Beitrag. Ich möchte nicht zwangsläufig an dem Punkt des Kabelverlegens aufhören, ich finde das super interessant. Nur habe ich einfach sehr viele Baustellen und weiß aktuell nicht, wieviel Zeit und Mühe ich für den Umfang aufbringen kann. Dennoch fände ich es toll, am Ende selbst beurteilen zu können, welcher Verstärker wirklich was taugt und mich nicht auf Meinungen oder unzureichende Angaben verlassen zu müssen :)

  • Bei der THD-Messung ist THD oder THD+N entscheidend? Auffällig finde ich da, dass gerade bei geringen Leistungen (<1-5W) THD+N zum Teil sogar etwas erhöht ist, als wenn es eine gewisse Mindestspannung benötigt, bis der Verstärker richtig sauber funktioniert?!

    Ich verwende die THD, da hier nicht Fremdsignale den Klirr an sich verfälschen. Ansonste misst man eher immer nur den Störabstand in bestimmten Fällen.

    Das was du beschrieben hast mit richtig funktioniert ist glaub ich eher der oben genannte Grund mit Fremdsignalen, welche erst ab einem bestimmten Leistungslevel dann kleiner als die Klirranteile werden (im Verhältnis). Daher eben bei mir THD.

    Das Thema Fremdspannung, etc. wird bei mir in einem separaten Thema ermittelt.


    Da ich immer wieder Leistungsangaben bei THD <0,05% und 1% sehe, habe ich diese Werte einfach mit in die Messung aufgenommen und daraus resultierend mal die Rated Power ermittelt. Ich habe z.B. mit 0,05% nun 48W ermittelt beim AKB-60

    Das macht jeder ein bisschen anders. Ich persönlich nehme für die "Maximalspannungsmessung" 1% THD=40dB Klirrdämpfung. Höher würde ich auf jeden Fall nicht gehen.

    Manche verwenden auch 0,1%=60dB, was allerdings bei manchen Verstärkern schon relativ früh eintreten kann (siehe noch meine Klirrgrafiken von weiter oben mit den drei unterschiedlichen Arten).

    Ich glaube Audioholics oder jemand anderes verwendet z.B. auch den Umkehrpunkt im Kirrverhalten als Anhaltspunkt für die Maximalspannung. Das ist Philosophiesache.


    Weiterhin finde sind die THD+N-Werte bei der SMPTE-Messung nahezu deckungsgleich mit den Ergebnissen der Messung mit 1kHz. Da stellt sich mir die Frage, welchen Sinn diese Messung für mich wirklich bietet? Welche Informationen gibt mir die reine THD-Messung, die ich in der SMPTE-Messung nicht erhalte?

    Ja, grundsätzlich sollten Sie sich auch ähnlich verhalten, da für beide die maximale Peakspannung relevant ist und hier der starke Abrisspunkt kommt.

    Allerdings hätte ich gedacht, dass ich beim Vergleich der Messungen gesehen habe, dass die IMD Werte sich über die Verstärker unterscheiden. Hier fehlt meinerseits noch ein detailierter Vergleich zwischen IMD und THD. Da ich diesen noch nicht habe, messe ich dies weiterhin (vorsichtshalber) mit.



    Kannst du mir noch Infos zu dem Aufbau deiner Lastwiderstände geben? Ich werde in den nächsten Abend mal ohne meine Messbox mit der "klassischen" Schaltung messen und vergleichen.

    Meinst du schaltungsmäßig oder ausführungsmäßig? Nachfolgend mein Schaltplan für die Hauptlast mit Ch1 bis Ch4.



    Weiterhin, kannst du mir sagen, wie ich den SNR ermittle?

    Das ist momentan noch meine größte Baustelle. Hierfür habe ich schon mehrere Versuche ausprobiert, aber bin mit dem Ergebnis noch nicht zufrieden.

    Derzeit (bzw. früher) habe ich den Amp auf 1% THD ausgesteurt (an 8 Ohm) und die Soundkarte optimal hierfür eingestellt (spitze bei ca. -10dBfs). Dann den Eingang vom Amp abgeschlossen und die Amp-Ausgangsspannung (mit beibehaltener Soundkarteneinstellung) vermessen (hier ist höhere Avg notwendig).

    Der Vorteil hierbei ist, dass evtl. Brummschleifen oder andere Effekte vermieden werden und wirklich nur das reine Rauschen vermessen wird. Das funktioniert auch soweit.

    Allerdings hat dies den Nachteil, dass evtl. 50Hz Einsteuungen nicht berücksichtigt werden, da kein Strom fließt.

    Daher hätte ich zukünftig eine neue Messung hinzugefügt. Nämlich bei 2,8Vrms Ausgangsspannung das Ausgangsspektrum ermitteln und anhand dessen den Störspannungsabstand ermitteln. Wichtig hier ist immer der gleiche Spannungsbezug am Ausgang, da sonst die Fremdstörungen auch anders wären.


    Das Thema mit Dir trifft sich somit gut, da ich bei dem Punkt auch noch nicht fertig bin.

    Da mein altes USB-Oszi nicht mehr richtig funktioniert hat, habe ich mir als Ersatz ein neues PicoScope Oszi besorgt, welches (vor allem in der Software) viel mächtiger ist.

    Bei dem habe ich nun auch die Möglichkeit Fremdspannungsstörungen bzw. SINAD nun offiziell angegeben zu werden. Das muss ich aber erst noch ausprobieren, wie zuverlässig das funktioniert, da diese nur eine native 8Bit Auflösung besitzt, was vielleicht gerade noch bei 2,8Vrms ausreichen könnte.


    Wenn du zum Thema SNR-Messung Tests, Messungen oder für uns relevante Literatur findest, dann immer her damit (auch per PN möglich).



    Die Peak-Spannung ermittelst du mit dem Oszi, oder reicht da weiterhin das Multimeter?

    Die Peak-Spannung ermittel ich mit einem speziellen Multimeter welches eine True Peak-Funktion besitzt und ein USB Oszi.

    Hinweis: Die Max Funktion der regulären Multimeter ist nicht Peak, sondern nur der Maxwert des RMS-Wertes.


    Noch ein Hinweis zum Thema RMS-Messwert:

    Hier ist grundsätzlich möglichst ein TrueRMS Multimeter zu verwenden. Außerdem sollte im Datenblatt dieses Multimeter kontrolliert werden, bis zu welcher Frequenz dieses "Sinussignale" verarbeiten und genau messen kann (die meisten können nur von 50Hz bis ein paar hundert Hz und nicht bis 1kHz).

    Hier ist auch ein USB-Oszi von Vorteil, da dieses im gesamten Bereich Audio-Frequenzbereich exakt RMS und Peak messen kann!

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