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Messung der Leistung

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Django8
Inventar
#1 erstellt: 23. Dez 2003, 16:19
Wie wird die Leistung (Watt) einer Endstufe gemessen? Welches ist die sinnvollste Leistungsangabe? Ist die Sinus-Leitung dasselbe wie RMS?. Hat sich bei den Messverfahren im Laufe der Zeit etwas verändert oder was ist sonst der Grund, dass viele Verstärker, Receiver etc. aus den 70ern im Vgl. zu den heutigen Geräten "underrated" sind (d.h. sie klingen subjektiv nach viel mehr Leistung als vom Hersteller angegeben wurde)?

Django8
richi44
Hat sich gelöscht
#2 erstellt: 24. Dez 2003, 11:23
Prinzipiell wird die Ausgangsspannung des Verstärkers gemessen, wenn er mit einem reellen Widerstand belastet ist. Reel heisst: Es sind keine Spulen und Kondensatoren beteiligt.
Das Signal wird soweit erhöht, bis der Verstärker klirrt. Dieser Klirr entsteht normalerweise durch clipping. Die Ausgangsspannung kann ja nur soweit erhöht werden, bis sie im positiven und/oder negativen Spitzenwert, die Betriebsspannung (abzüglich Restspannungen der Transistoren) erreicht. Dreht man weiter auf, werden die Signalspitzen "gekappt", es entsteht clipping.
Bei Röhrenverstärkern kommt es auch zu Klirr, der stammt einmal von der Nichtlinearität der Röhre, zum anderen aber vom Ausgangstrafo. Hier wird das Signal nicht abgeschnitten, sondern relativ sanft abgeflacht. Dieser Klirr (K2 bei Eintakt, K3 bei Gegentakt) ist weit weniger "giftig" als das Clipping. Er entspricht musikalisch der Oktave, bezw der Oberquinte. Wenn man also einen Verstärker mit starkem K2 hat, so ist dies kaum störend, während ein gleich starkes Clipping nicht mehr zum anhören ist. In der HiFi-Norm DIN 45500 wurde der Klirr auf 1% für Vollverstärker festgelegt. Diese Norm stammt noch aus dem Ende der Röhrenzeit, soadss dieser Klirr als tragbar erschien. Für heutige Geräte müsste man ihn auf 0,1% festlegen.
Je nachdem, wie hoch ich den zulässigen Klirr ansetze, habe ich eine grössere oder kleinere Ausgangsspannung und damit Ausgangsleistung zur Verfügung. Gemessen wird meist mit Sinus. RMS und Sinus ist im Ergebnis beim Verstärker identisch.
In DIN 45500 gab es noch ie Musikleistung. Erstens ging man davon aus, dass kurze Musikimpulse die Ladung der Netzteilkondensatoren nicht "ausschlürfen" können , also die Leerlaufsapnnung zur Verfügung steht. Daher wurde für diese Messung das Gerät mit einem separaten, stabilisierten Netzteil betrieben. Zweitens ging man davon aus, dass diese Leistung nur kurz entnommen werden konnte und somit im Wärmehaushalt des Verstärkers keine Rolle spielte. Die Musikleistung war etwa 20% höher als die Dauerleistung und entsprach etwa dem, was man im Heimbetrieb maximal entnehmen konnte.
Bei Musikerverstärkern (eine Stunde Gitarre auf der Bühne) musste man natürlich mit der Sinusleistung rechnen, weil das thermische Problem sehr deutlich wurde.
Bei Beschallungsverstärkern rechnete man mit einem Klirr von 10%, weil erstens zwangsläufig Trafos zum Einsatz kommen, zweitens diese K3 erzeugen (also nicht sehr störend) und drittens auch bei diesem Klirr die Sprachverständlichkeit noch gegeben war.
Mit den Autoradios der letzten Jahre tauchten plötzlich Leistungsangaben auf, die nicht unkommentiert bleiben können. Wenn man bei einer voll geladenen Autobatterie von maximal 14 Volt ausgeht, einen Lautsprecher von 4 Ohm hat und annimmt, die Elektronik brauche keine Restspannung, so ist eine maximale Leistung bis zum clippen von 6.125 Watt oder in Brückenschaltung 24,5 Watt möglich. In der Praxis sind es maximal 5, bezw 20 Watt. Angaben von 30 oder 40 Watt sind reine Phantasie, denn es ist ja kein Klirr als Bezug angegeben. Erst grosse Endstufen mit separaten Spannungswandlern erlauben höhere Leistungen als die erwähnten 20 Watt.
Wenn man also Leistungen vergleicht, so sind alte Geräte im Klirr oft gutmütiger als neue. Sie klirern zwar deutlich mehr, aber musikalisch. Und der Klirr (der ja im Ohr auch entsteht), gaukelt eine Lautstärke vor.
Klirrfreie Musik einer guten Disco kann mit sehr viel Leistung abgestrahlt werden, ohne dass sie laut wirkt. Ist es aber eine schlechte, verzerrende Anlage, so hat man schnell das Gefühl, es sei sehr laut.
Noch zu den Peak- und Spitzenleistungen. Erstens kann man eine Endstufe für sehr kurze Zeit mit einem niedrigen Lastwiderstand betreiben. Dann sind kurzzeitig recht grosse Ströme möglich, die entsprechend hohe Impulsleistungen vortäuschen. Diese Leistungen stehen aber nicht wirklich zur Verfügung, weil sie im Betrieb nicht realisierbar sind. Nur schon allein, weil sich ja die Lautspercherimpedanz nicht lautstärkeabhängig ändert.
Aber rechnerisch sind höhere Leistungen möglich. Bei der Leistungsmessung mit einem Sinus wird das Signal rechnerisch so behandelt, wie wenn es eine Gleichspannung wäre. Bei einer Netzspannung von 230 V entspricht die Leistung derjenigen, die eine 230V Gleichspannung erzielen würde. Der höchste Punkt der Sinuskurve ist aber 1,414 mal höher, also 325 V. Damit ist auch der Strom an diesem Punkt das 1,414fache. Und damit die Leistung das Doppelte. Und wenn man nun nicht den Spitzenwert nimmt (325V), sondern den Spitzen-Spitzenwert (SS), so kommt man (650V) auf 2x1,414 fache Sopannung und 2x1,414fachen Strom, also 1,414x1,414 (=2)x2x2 = achtfache Leistung. Rechnerisch ist das korrekt, in der Praxis aber reiner Humbug. Aber wenn irgendwo die SS-Leistung angegeben wird, weiss man, was man von dem Teil und dem Hersteller zu halten hat.
Ein letztes Wort noch: Lautsprecher haben einen Wirkungsgrad von 1 bis maximal 2 % (normale HiFi-Boxen, keine Hörner), vor 40 Jahren aber baute Philips Lautsprecher mit 14% Wirkungsgrad. Diese wurden für Beschallungen eingesetzt und sind logischerweise einiges lauter mit schwachen Verstärkern und eine Saalbeschallung für 500 Zuhörer wurde mit 25 Watt realisiert und es reichte...
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