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Klirrfaktor

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Beitrag
tricky
Neuling
#1 erstellt: 19. Feb 2003, 16:29
Hallo zusammen!

Kann mir jemand helfen, ich kann mit dem Ausdruck Klirrfaktor nicht so richtig viel anfangen. Was beschreibt der Klirrfaktor? Und was ist der Unterschied zwischen 0,03% und 0,02%? Gibt es irgendwo so Erklärungen dazu - vielleicht ein Dokument zum Download.

bis dann,

Tricky
jakob
Hat sich gelöscht
#2 erstellt: 19. Feb 2003, 17:08
Hi Tricky,

vielleicht ist dies etwas:

http://www.tftoto.de/technik/digital/seite12.htm

Gruß
ThomasT
Ist häufiger hier
#3 erstellt: 20. Feb 2003, 00:58
Klirrfaktor =

Oberwellen durch nichtharmonische Verzerrung
---------------------------------------------
Gesamtsignal

Klirrfaktor ist also ein Mass dafür wie stark ein Verstärker verzerrt.
Aber Klirrfaktor ist nicht gleich Klirrfaktor.
Gerade Röhren (Trioden) produzieren hauptsächlich geradzahlige
Oberwellen (also 2,4,6,8, musikalisch Oktaven, Quinten) die z.T.
recht angenehm klingen und auch nicht stören.
Ungerdzahlige Oberwellen produzieren z.B. clippende Verstärker (->Rechteckschwingung).
Diese klingen scharf und schrill (musikalisch Terzen oder unmusikalische Zwischentöne 1:7, 1:13 z.B.).)

Deseiteren ist bei hohen Frequenzen der Klirrfaktor gar nicht so wichtig.
Ein verzerrter 10kHz Ton hat die erste Oberwelle bei 20Khz. Das hört man nicht mehr.

Summen und Differenztöne sind eher das Problem, wenn nich tgerade nur eine Sinusschwinunge beteiligt ist.

weiterhin ist wichtig wie sich Klirrfaktoren von hintereinandergeschalteten System addieren.
Namlich:

Kgesamt = Wurzel ( K1^2 + K2^2 ).

D.h. grosse Klirrfaktoren fallen viel stärker ins Gewicht.
Das Ohr hat schon einen Klirrfaktor von rund 1%!
Lautsprecher ebenfalls.
Ob ein Verstärker 0.03% oder 0.02% hat ist unerheblich.

Klirrfaktor Ohr: 1% = 0.01
Verstärker1 0.03% = 0.0003
Verstärker2 0.02% = 0.0002

Kges1 = W (0.01^2 + 0.0003^2) = 0.010004 = 1.004%
Kges2 = W (0.01^2 + 0.0002^2) = 0.010002 = 1.002%

Also lächerlicher Unterschied. 0.1% ist schon sehr gut.
Alles darunter ist Quatsch. Das Geld ist besser in guten Lautsprechern ausgegeben.
ThomasT
Ist häufiger hier
#4 erstellt: 20. Feb 2003, 00:59
nichtlinear sollte es heissen. Harmonisch sind die Oberwellen auf jeden Fall.
Oliver67
Inventar
#5 erstellt: 20. Feb 2003, 09:02
Den Klirrfaktor vom Ohr darf man nicht mnit einbeziehen! Sonst kannst Du ja gleich mit dem extrem krummen Frequenzgang kommen

Alles was beim Ohr ankommt wird von diesem als Original behandelt, eine Live-Violine genauso wie eine Konserven-Violine. Und damit können 0,1 % Klirrfaktor sehr wohl auffallen. Denn die ASP- und DSP-Verarbeitung im Hirn ist bewundernswert.

Ansonsten stimme ich Dir zu.

Oliver
tricky
Neuling
#6 erstellt: 20. Feb 2003, 10:07
Danke für die Tips werd mir das Dokument (http://www.tftoto.de/technik/digital/seite12.htm) mal ausdrucken und studieren.

Nur eines noch - fabrizieren nur die Endstufen (oder eben der Vollverstärker) Verzerrungen in Form des Klirrfaktors oder auch die Vorverstärker? Weil dann müßte man ja Verzerrung von Vorverstärker mit der Verzerrung von der Endstufe addieren.

Gibt es Entzerrer oder eben Geräte, die die Verzerrung wieder aufheben?

bis dann,

Tricky
cr
Moderator
#7 erstellt: 20. Feb 2003, 10:22
Der Klirrfaktor eines Vorverstärkers ist minimal, weil hier keine Leistungen erzeugt werden, ein Problem ist eher manchmal ein leichtes Rauschen, besonders wenn Klangregelstufen im Einsatz sind (auch das Rauschen addiert sich). Haben zB. Vor und Endverstärker einen Rauschabstand von je 100 dB, so haben sie insgesamt nur mehr 94 dB.
Hat der eine 100 und der andere 90, so sind es insgesamt 87,6 (dh. es ist immer schlechter als der schlechtere der beiden Rauschabstände)
ThomasT
Ist häufiger hier
#8 erstellt: 20. Feb 2003, 10:23
Hallo Oliver67!

Der Klirrfaktor des Ohres ist schon wichtig. Denn dieser führt auch ohne jegliche Elektronik zu Verzerrungen.
Zwei Blockflöten die zusammenspielen sind da ein gutes Beispiel. Auch hier nicht wegen der Obertöne sondern wegen der Differenztöne die eben da genau unharmonisch sind.
Welchen Klirrfaktor man hört, gute Frage. Auf alle Fälle ist es Musik und Lautstärkeabhängig. Aber auch mit 0.1%Klirrfaktor kann man zusatzlichen Klirrfaktor von 0.03% vernachlässigen.

Hallo tricky!

Alle Geräte, alles was den Schall überträg hat arbeitet genaugenommen nichtlinear. D.h. das was reinkommt wird nie exakt 1:1 übertragen oder 1 verstärkt. Manches mehr manches weniger. Eine Schallplatte hat auch einen hohen Klirrfaktor. Gesättigte Tapes auch.

Mirkrofon, Micpreamps, Mischpult, diverse Wandler, Verstärker, Lautprecher. Alle produzieren mehr oder weniger Klirrfaktor. Genaugenommen sogar die Luft. Aber erst bei sehr sehr hohen Schalldrücken.

Rückgängig machen kann man es nicht.

Die Frage ist immer, ist der Klirrfaktor klein genug, so dass er nicht störend hörbar ist.
Am Entscheidensten ist das Gerät mit dem grössten Klirrfaktor. Das dürften bei HIFI-Anlagen die Lautsprecher sein.
Wie schon gesagt Klirrfaktor muss nicht schlecht sein. Es ist kein Mass für den _Klang_. Ein Gitarrenamp hat einen Klirrfaktor von 90% oder so....
cr
Moderator
#9 erstellt: 20. Feb 2003, 10:37
Es kommt auf die Art des Klirrfaktors an. Einen 1%igen k2 oder k3 des Lautsprechers hört man kaum bzw. emfindet ihn nicht als störend, einen völlig fremden Störton (unharmonischen) kann man hingegen als störend empfinden bzw. hören, auch wenn er deutlich darunter liegt.
Daher kann man nicht pauschal den Klirrfaktor von LS und Verstärker addieren (können tut man schon, aber sinnvoll ist es nicht)
westmende
Hat sich gelöscht
#10 erstellt: 20. Feb 2003, 21:09
In diesem Thread hat sich aber zwischen richtigen
Sachinformationen eine ganze Menge Mumpitz angesammelt...
Um es kurz zu machen:
Der Klirrfaktor (THD) ist definiert durch

K = sqrt (w_2^2+w_3^2_w_4^2+...)/sqrt(w_1^2+w_2^2+w_3^2+w_4^2+...)

wobei w_i^2 das Quadrat der Amplitude der i-ten Oberwelle ist (wobei 1.Oberwelle = Grundwelle gezählt wird).

Falls K<1% ist, kann man in guter Näherung den
Nenner weglassen, was den Rechenaufwand etwa halbiert.

Der Gesamtklirrfaktor bei Hintereinanderschaltung
verschiedener klirrender Geräte ist keineswegs
so trivial, wie es aussieht - egal, was in
irgendwelchen Büchern dazu steht (da wundert man
sich manchmal, mit welcher Bestimmtheit mancher Unsinn zum Thema "Klirrfaktor bei Serienschaltung" erzählt wird).
Die Vektoraddition der Spektren ist nur gültig,
wenn die Klirrspektren bestimmte Bedingungen erfüllen.
Sind die Einzel-Klirrspektren stark korrelliert
(z.B. identisch) oder schwach korrelliert, kann man
sehr verschiedene Gesamtklirrfaktoren erhalten -
ein Detail, das zwar simpel ist, aber dennoch offenbar
kompliziert genug, daß in einem anderen Forum nicht einmal
ein Profi die tatsächlichen Zusammenhänge erklären bzw.
erkennen konnte.

Noch etwas, das der durchschnittliche
Tabellenwert-Nachschlager nicht einmal ahnt:
Der Klirrfaktor des Innenohres beträgt 30% THD
bei 94 dB (bei höherem Schalldruckpegel natürlich
noch höherer Klirrfaktor).
Das menschliche Gehör besitzt ganz offenbar die
unglaubliche Eigenschaft, trotz einem
Klirrfaktor von 30% THD die Illusion zu erzeugen,
einen reinen, oberwellenfreien Sinus hören zu können,
da es die vom Ohr erzeugten Oberwellen auf eine
noch nicht genau bekannte Weise "herausrechnet",
wogegen es Gehör-fremde Klirrfaktoren von 0.3%
ohne Weiteres erkennen kann.

Daß Röhren hauptsächlich geradezahlige Oberwellen
produzieren, ist auch Mumpitz - es ist falsch,
auch wenn es in dutzenden Büchern behauptet wird.
Wer jemals das Klirrspektrum einer einzelnen
Röhre gemessen hat, weiß, daß dort k2 dominiert,
gefolgt von k3,k4,k5 mit (meist) absteigenden
Amplituden.
Ein einzelner MOSFET hat fast dasselbe Spektrum
wie eine einzelne Röhre, ein BC 550 sieht auch nicht
viel anders aus. ...usw..usf... siehe Fourier-Theorie,
symmetrische Schaltungen...usw..bla..bla...gähn...

...wenn in der Mikroprozessor-Technik so ein
Unsinn geglaubt würde, wie er im Hifi-Bereich bisweilen
verbreitet wird, würden wir heute noch mit dem
Abakus rechnen...
westmende
Hat sich gelöscht
#11 erstellt: 21. Feb 2003, 00:14
...noch 'was:
Klirrfaktoren kann man natürlich reduzieren, man
muß nur etwas trickreich vorgehen, und es funktioniert
nicht mit jedem beliebigen Signal, aber z.B. mit
Sinus sehr gut:
Man braucht nur eine zeitlich "gefensterte"
Fourier-Analyse des Signals durchzuführen, und dann
die Fourier-Koeffizienten, die als Oberwelle niedriger
Amplitude einer Grundwelle hoher Amplitude vorkommen,
abzurunden oder auf null zu setzen - mit DSP-Software
eine Standard-Aufgabe.
Es gibt "Entrauscher"-Algorithmen, die auf diese Weise
Störgeräusche entfernen, allerdings, indem sie
nicht-harmonische Fourier-Koeffizienten annullieren,
das Prinzip ist aber ähnlich.

Übrigens befinden sich die "Röhren produzieren geradezahlige Oberwellen und Transistoren ungeradezahlige"-
(Fehl-)gläubigen in guter Gesellschaft - dasselbe steht
nicht nur in wissenschaftlichen Fachartikeln, sondern auch in Büchern. Dumm nur, daß es falsch ist - wie sich jeder
davon überzeugen kann, der jemals mit einem
Spektral-Analyzer eine Röhre gemessen hat oder
Oberstufen- bzw. Erstsemester-Kenntnisse in Physik
besitzt.

Ob das Spektrum gerade- oder ungeradezahlig dominiert ist,
hängt in erster Linie von der SYMMETRIE der Schaltung ab -
in symmetrischen Schaltungen heben sich die Fourier-Koeff.
gerader Ordnung gegenseitig auf, es resultiert ein
ungerade-zahliges Klirr-Spektrum. Ob da eine Röhre oder
ein MOSFET oder ein BC 550 sitzt, ist erst von
zweitrangiger Bedeutung.

Daß Röhren immer wieder mit geradezahligen Klirrspektren
in Verbindung gebracht werden, hat wahrscheinlich
einen äußerst simplen Grund:
Ein durchschnittlicher Röhrenverstärker von 1920 bis
1960 saß in einem Röhrenradio, und das war fast immer
eine UNSYMMETRISCHE Schaltung, also ein
geradezahlig dominiertes Klirrspektrum. Daher die
Assoziation "Röhre --- geradezahlige Oberwellen".
Transistorendstufen dagegen sind fast immer
symmetrisch (auch Opamps etc.), also ungeradezahlig
dominiertes Spektrum.
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