Impedanz-Messungen

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REW kann Impedanz-Messungen durch Nutzung beider Eingänge der Soundkarte durchführen. Impedanz-Messungen von Lautsprecher-Chassis können zur Berechnung der Thiele-Small-Parameter calculate the Thiele-Small parameters verwendet werden. Übliche Schaltanordnung für Impedanzmessungen s.u.
Messaufbau für Impedanz-Messungen.
Der Abtastwiderstand wird dazu benutzt, den Strom, der in den Last fließt, zu messen. Das entspricht (Vlinks - Vrechts)/Tastwiderstand. Die Ausgangsspannung über dem Abtastwiderstand ist Vrechts, das bedeutet, dass die Impedanz gleich Spannung/Stromstärke = Tastwiderstand*Vrechts/(Vlinks- Vrechts) ist. Beachte: Die Genauigkeit des Ergebnisses ist nur so gut wie die Genauigkeit des Wertes, der für den Tastwiderstand eingegeben wird.

Gute Ergebnisse können mit einem Kopfhörerausgang, der die Last ansteuert, und einem 100 Ohm Abtastwiderstand erzielt werden. Wenn ein Line Out verwendet wird, muss der Abtastwiderstand viel höher sein, da die Line Out hochohmig sind und nur geringe Ansteuerleistung besitzen. Man kann einen 1 KOhm verwenden, muss aber beachten, dass das Messergebnis hier einen viel höheren Rauschlevel besitzen wird.

Eine Alternative ist, die Last mit einem Leistungsverstärker anzusteuern. Dieser kann geringste Rauschlevel bei genauesten Ergebnissen liefern, aber es muss grosse Vorsicht angewendet werden, da die Level eines Leistungsverstärkers einen Schaden an den Soundkarten Inputs verursachen können. Wenn ein Leistungsverstärker verwendet wird, kann der Abtastwiderstand viel geringer ausfallen z.B. 33 Ohm oder weniger. Aber die Soundkarten Inputs sollten mit einem Spannungsteiler angeschlossen werden, der 20 dB Dämpfung bringt, und im Idealfall sollten die Eingänge auch mit Back-to-Back Zehnerdioden, die auf 5V begrenzen geschützt werden.

Der Soundkarten Input, der mit der Last verbunden ist, muss derselbe sein, der als Input in den REW Soundkarten Einstellungen gesetzt ist. Im oberen Diagramm ist das der rechte Input, aber wenn der linke verwendet wird, muss links und rechts im Diagramm einfach vertauscht werden. Es macht keinen Unterschied, welcher Kopfhörerausgang benutzt wird, da REW das Signal an beiden Ausgängen ausgibt.

Durchführen der Impedanzmessung

  • Betätigen des Button Messung 003-01-measurebutton.jpg (oder Betätigen der Tastenkombination Ctrl+M) öffnet das Fenster mit der Messoberfläche. Hier den Impedance Knopf drücken.
REW-Dialogfeld zum Durchführen einer Impedanzmessung.
  • Bitte genauen Wert des Abtastwiderstandes eingeben. Dieser muss mit einem guten kalibrierten Multimeter oder einer Impedanz-Brücke gemessen werden. Oder es wird ein Präzisionswiderstand (0.1%) verwendet. Jeder Fehler in der Wertangabe verfälscht direkt das Messergebnis.
  • Ausklappen der Messeinstellungen REW-Schaltfläche zum Ausklappen der Messeinstellungen., um die Einstellungsdetails anzuzeigen.
REW-Anzeigebereich für die Messeinstellungen.
  • Setze die Start Freq auf die niedrigste Frequenz und End Freq auf die höchste Frequenz, der Messung. Wenn die Thiele-Small Parameter eines Schallwandlers gemessen werden sollen, muss hier bis 20 kHz gemessen werden. Der Messton beginnt bei der halben eingestellten Startfrequenz und endet bei der doppelten Endfrequenz, um einwandfreie Messungen über den gewünschten Messbereich zu generieren. (mit einem Gesamtlimit der halben Soundcarten Sample Rate)
  • Level bestimmt den RMS Signal Level, mit dem das Messignal (sweep) erzeugt wird, relativ zu to FS "digital full scale". Der Maximum Wert ist -3dB FS, und dieser hat seine Peaks bei 0db FS also "digital full scale". Einige Soundkarten können verzerren, wenn -3 dB FS benutzt wird. Für Impedanzmessungen ist es am besten, einen hohen Sweep Level zu benutzen, z.B. -6 dB FS, aber wenn ein Leistungsverstärker gemessen wird, hüten Sie sich vor einer Levelüberschreitung.
  • Length bestimmt die Dauer des Messsignals (sweep signal), indem es die Anzahl der Mess-Samples im Sweep bestimmt. Der Standard ist 256k. Die Anzahl der Samples geteilt durch die Soundkarten Sample Rate ergibt die Sweep Dauer in Sekunden. Die Gesamtdauer schließt Stille vor und nach dem Sweep ein.
  • Wenn Sweeps grösser 1 ist, dann verwendet REW synchronous pre-averaging (Ausmitteln) beim Berechnen der ausgewählten Anzahl der Sweeps pro Messung und mittelt die Ergebnisse, um das Rauschen und Interferenzstörungen zu vermindern. Das pre-averaging verbessert das S/N um rund 3dB für jede Verdopplung der Sweep Anzahl. Das Ausmitteln ist besonders gut bei Messungen mit Interferenztonstörungen, die elektrisch oder akustisch sein können, da sie sich typischerweise in der Messung nicht kohärent addieren und somit unterdrückt werden.
  • Total Time zeigt die Zeitdauer der Folge der Sweeps.
  • Der Check Levels Button erzeugt ein paar Sekunden pink noise Signal (Rosa Rauschen), das den selektierten Frequenzbereich umfasst und prüft dass der Input Level nicht zu niedrig oder zu hoch ist. Cancel bricht das Pink Noise Signal ab, es stoppt aber automatisch nach 3 Sekunden. Der RMS Level, der gemessen wird, ist auf der Messanzeige ersichtlich, mit einer Warnung, falls das Level zu niedrig oder zu hoch ist.
REW-Anzeige für das Erreichen eines ausreichenden Messpegels.
  • Betätige die Schaltfläche "Start measuring" um die Messung zu starten, der Verlauf wird auf dem Messanzeigefeld angezeigt, ebenso die Aussteuerungsreserve.

Das Messergebnis wird im Diagrammbereich angezeigt, Informationen zur Messung erscheinen im Messanzeigefeld Measurements Panel. Die Messungen erhalten einen vorgegebenen Namen aus Datum und Zeitpunkt, wann sie durchgeführt werden. Ein passenderer Name kann dann in das Feld oben im Messanzeigefeld eingegeben werden.

Wenn der Maus Cursor im Graph Fenster Impendanz & Phase ist, werden die zugehörigen Serien des Widerstandes und Induktion bzw. Widerstand Kapazität der Impedanz bei Cursorposition links unten im Graph angezeigt. Dies ist praktisch um die Werte zu prüfen. Für Kapazitätsmessungen sind die Werte am genauesten an der Frequenz bei der die Total Impedanz auf ein paar hundert Ohm fällt.
REW-Impedanz-Messkurve.
Details der verschiedenen Ansichten der gemessenen Daten inkl. des Mitteln von Mehrfachmessungen sind im der Hilfe zu finden. Graph Panel.

Kalibrieren des Impedanz-Messaufbaus

Kleine Verstärkungsunterschiede zwischen den Soundkarten Inputkanälen verursachen eine ungenaue Berechnung des Last-Stroms und der Impedanz. Diese können durch eine Messung mit nicht angeschlossener Last und überbrücktem Abtastwiderstand kalibriert werden gut merken: Beide Soundkarten Inputs müssen an dasselbe Ausgangssignal angeschlossen sein.
Aufbau zum Kalibrieren der Impedanzmessung.

  • Betätigen der Schaltfläche Messung 003-01-measurebutton.jpg (oder Betätigen der Tastenkombination Ctrl+M) öffnet das Fenster mit der Messoberfläche. Hier den Impedance Knopf drücken und den Tastwiderstandwert auf "0" stellen.
Aufbau zum Kalibrieren der Impedanzmessung.
  • Betätigen der Schaltfläche "Start Messung", um die Messung durchzuführen. Die fertige Messung zeigt das Level der Messung des Kanals (normalerweise rechts) verglichen mit dem Referenzkanal, wobei ein Wert von 100 Ohm 100% entspricht, 99 Ohm sind 99% usw. Wenn die Differenz zwischen zwei Kanälen zu groß ist (mehr als ein paar Prozent), ist die Kalibrierung falsch wie z.B. bei einem Verbindungsproblem. Hier die Verbindungen prüfen und nochmals messen.

Der verwendete Kalibrierungsfaktor für Impedanzmessungen wird im Infofenster neben der Messungskleinanzeige zusammen mit dem Tastwiderstandswert gezeigt.
REW-Infobereich für durchgeführte und aktive Impedanz-Messung.

Widerstand von Messleitungen

Beim Messen von geringen Impedanzen wird der Widerstand der Messleitungen signifikant. Um diesen zu messen, muss zuerst das System kalibriert werden und anschließend eine Messung mit kurzgeschlossenen Messleitungen, die zur Last führen, durchgeführt werden. Die Messungen sollten ziemlich einheitlich sein, da Unterschiede bei sehr niedrigen Frequenzen von den Niederfrequenzbeschränkungen des Kopfhörerverstärkers abhängen. Wenn das Ergebnis mehr als ein bis zwei Zehntel eines Ohms betragen, dann müssen die Verbindungen geprüft werden und dass die Leitungen nicht zu schwach sind. Der Widerstand der unbelasteten Messung wird in die "RLEADS box" des Messfensters eingegeben.

Qualität der Impedanz Messung

Die Hauptquelle für Messrauschen ist akustisches Rauschen und Vibration während der Messung. Lautsprecher agieren als Mikrofone, die kleine Spannungen auf Antwort von Schallwellen und Vibrationen erzeugen, welche als Teil der Lastspannung entstehen. Um diesen Effekt zu minimieren, müssen hohe Ansteuerungslevels und niedrige Abtastwiderstandswerte verwendet werden. Es müssen geräuschvolle Umgebungen vermieden und die Lautsprecher von Vibrationen isoliert werden. Ein Leistungsverstärker, der die Speaker ansteuert, ermöglicht hohe Level und erlaubt die Verwendung einer niedrigen Widerstandsserie. Eine andere Fehlerquelle ist die Inputimpedanz der Soundkarte, die parallel zur Last liegt. Dies beschränkt die Genauigkeit der Messung von hochohmigen Impedanzen. Die Methode ist anwendbar für Impedanzen unter ein paar hundert Ohm.

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