Замер мощности усилителя. Измерение мощности усилителя звука: методы и приборы — Производство и поставка электростанций, Бензиновые и дизельные генераторы от 1 до 100 кВт. Мини ТЭЦ на базе двигателя Стирлинга.

Как измерить выходную мощность усилителя. Какие приборы нужны для точного измерения мощности звука. Какие существуют методы определения мощности аудиоаппаратуры. Что такое аудиоваттметр и как он работает. Как самостоятельно собрать измеритель мощности звука.

Содержание

Основные методы измерения мощности усилителя

Существует несколько способов измерить выходную мощность усилителя звука:

С помощью осциллографа и генератора сигналов
Измерение напряжения и тока на нагрузке с последующим расчетом
Использование специализированных аудиоваттметров
Применение токовых датчиков и аналоговых перемножителей

Наиболее точным считается метод с применением осциллографа и низкочастотного генератора. Он позволяет визуально контролировать форму сигнала и определять момент возникновения искажений.

Приборы и компоненты для измерения мощности звука

Для корректного измерения выходной мощности усилителя потребуются следующие приборы и компоненты:

Осциллограф (желательно двухканальный)

Низкочастотный генератор сигналов
Резистор в качестве эквивалента нагрузки (4-8 Ом, мощностью не менее 100 Вт)
Мультиметр для измерения переменного напряжения
Токовый датчик (шунт или бесконтактный)
Аналоговый перемножитель сигналов

При отсутствии осциллографа можно использовать компьютер со звуковой картой и специализированным ПО для анализа сигналов. Это позволит визуализировать форму сигнала и определить момент возникновения искажений.

Порядок измерения выходной мощности усилителя

Процедура измерения выходной мощности усилителя включает следующие этапы:

Подключение генератора к входу усилителя
Подключение эквивалента нагрузки к выходу усилителя
Установка частоты генератора 1 кГц
Плавное увеличение амплитуды сигнала до появления искажений
Измерение напряжения на нагрузке
Расчет мощности по формуле P = U^2 / R

Для повышения точности измерений рекомендуется использовать осциллограф для визуального контроля формы сигнала. Это позволит точно определить момент появления искажений.

Аудиоваттметр: специализированный прибор для измерения мощности звука

Аудиоваттметр представляет собой специализированный прибор для измерения выходной мощности усилителей и акустических систем. Основными преимуществами аудиоваттметров являются:

Высокая точность измерений в широком диапазоне частот
Возможность измерения пиковой и средней мощности
Наличие встроенной защиты от перегрузки
Простота использования

Современные аудиоваттметры позволяют измерять мощность в диапазоне от долей ватта до нескольких киловатт. Некоторые модели оснащаются функцией автоматического отключения при превышении допустимой мощности, что защищает акустические системы от повреждения.

Схемотехника измерителей мощности звука

Основными компонентами схемы аудиоваттметра являются:

Входной делитель напряжения
Токовый датчик (шунт или трансформатор тока)
Аналоговый перемножитель сигналов
Детектор среднеквадратичного значения
Пиковый детектор
Микроконтроллер для обработки и индикации результатов

В качестве аналогового перемножителя часто используются специализированные микросхемы, например AD633 или MPY634. Для измерения среднеквадратичного значения применяются ИМС AD536 или AD736.

Современные схемы аудиоваттметров строятся на базе микроконтроллеров, что позволяет реализовать цифровую обработку сигналов и вывод результатов на ЖК-дисплей.

Особенности измерения мощности различных типов усилителей

При измерении мощности усилителей разных типов следует учитывать их особенности:

Для ламповых усилителей важно правильно выбрать сопротивление нагрузки
Транзисторные усилители класса AB требуют учета нелинейных искажений
Усилители класса D нуждаются в специальных фильтрах на выходе
Многоканальные усилители измеряются поканально

При измерении мощности высококачественных усилителей Hi-Fi класса следует использовать прецизионные приборы с низким уровнем собственных шумов и искажений. Это позволит корректно определить момент возникновения искажений и измерить максимальную неискаженную мощность.

Самостоятельное изготовление измерителя мощности звука

Для самостоятельного изготовления простого измерителя мощности звука потребуются следующие компоненты:

Микроконтроллер (например, ATmega328)
АЦП высокого разрешения (AD7705 или ADS1256)
Операционные усилители с малым шумом
Прецизионные резисторы для входных делителей
ЖК-дисплей для индикации результатов

Программное обеспечение для микроконтроллера должно реализовывать алгоритмы цифровой обработки сигналов, включая быстрое преобразование Фурье для спектрального анализа. Это позволит не только измерять мощность, но и оценивать уровень гармонических искажений усилителя.

При разработке конструкции следует уделить внимание экранированию чувствительных цепей и качественной развязке по питанию. Это обеспечит высокую помехозащищенность прибора и точность измерений.

Замер выходной мощности усилителя НЧ

В этой статье я попытаюсь рассказать, как объективно произвести замер выходной мощности усилителя НЧ. Для измерения нам понадобится осциллограф и низкочастотный генератор сигналов. К моему сожалению, без этих приборов невозможно объективно произвести измерение. Звуковой генератор может быть заменен компьютером или ноутбуком, с установленным на него программным обеспечением.

В разделе «Генераторы» представлено несколько бесплатных программ, которые позволят сделать из вашего ноутбука или ПК генератор сигналов.

Итак, нам понадобиться осциллограф, генератор синусоидального сигнала, резистор (эквивалент) сопротивлением 4Ома, сам усилитель и по возможности (необязательно) мультиметр.

В качестве «ослика» я использую свой любимый, одноканальный прибор С1-94. Генератором у меня служит китайский функциональный генератор, способный генерировать различные формы сигналов с регулировкой частоты, амплитуды и смещения.

Нагрузкой будет служить резистор сопротивлением 4Ома и мощностью 100Вт. Для надежности я установил его на радиатор с применением теплопроводной пасты.

Теперь про мультиметр. Сгодится не каждый. Он должен правильно измерять переменное напряжение на частоте 1000Гц-2000Гц. Если его нет, то можно обойтись и без него. Я использую UNI-T UT39C.

Я буду производить замер мощности на усилителе радиолы Элегия-102-стерео.

Перед измерением выходной мощности необходимо произвести прогон усилителя на умеренной мощности в течении минут 10-20.

На вход подключения магнитофона я подал сигнал с генератора. У вас может быть это вход «Универсальный», «Тюнер» или другой линейный вход. Сигнал должен быть синусоидальной формы, иметь частоту 1000Гц. Амплитуду на генераторе необходимо сделать нулевой.

Далее нужно ручки регулировки громкости вывернуть на максимум, а регуляторы тембра и баланса на середину.

К выходу усилителя, в гнездо подключения акустической системы, подключаем нагрузку в виде резистора, сопротивлением 4Ома. Резистор необходимо опустить в воду или установить на радиатор.

Параллельно резистору нужно установить щупы осциллографа и мультиметра. На осциллографе выбираем необходимую развертку. В моем случае это 0.2мс на клетку и 5В на клетку.

Включаем питание усилителя. Включаем генератор и осциллограф.

Плавно увеличиваем амплитуду сигнала на генераторе и смотрим его форму на экране осциллографа.

Форма должна быть чистой, синусоидальной. По мере увеличения амплитуды (на генераторе) необходимо ловить момент, когда верхушка синусоиды начнет обрезаться. Такое явление называют клиппингом.

После появления клиппинга, необходимо чуть уменьшить амплитуду, до появления чистой синусоиды.

Сейчас усилитель НЧ работает на максимальной (чистой) мощности.

Теперь необходимо измерить напряжение на нагрузочном резисторе и как говориться: «Дело в шляпе!».

Измерять напряжение можно мультиметром, который не «врет» при измерении на частоте 1кГц, либо с помощью осциллографа. Я буду измерять и тем, и этим.

На дисплее мультиметра у меня напряжение переменного тока составило 7. 5В.

По экрану осциллографа я вижу размах синусоиды (или двойную амплитуду) 4.2 клетки. Одна клетка 5В. Итого, двойная амплитуда равна 21В. Как нам известно, размах больше действующего значения напряжения в 2?2 раз. Поэтому, 21В делим на 2?2.

21В/2.83=7.4В. Сходится? Сходится!

Расчет выходной мощности

Мощность считается по формуле P=U*I, где P – мощность, U – напряжение на резисторе, I — ток, протекающий через резистор.

Измерять ток не обязательно так, как из закона Ома известно, что I=U/R,

тогда P=U²/R.

Измеренное нами напряжение на нагрузочном резисторе возводим в квадрат и делим на 4Ома.

P=7.5*7.5/4= 56.25/4 = 14Вт.

Согласно инструкции по эксплуатации на Элегию-102-стерео, выходная номинальная мощность на каждый канал составляет 6Вт, а максимальная мощность 16Вт (на каждый канал).

Спасибо за внимание!

Как измерить максимальную и проверить номинальную мощность усилителя

Современные усилители очень часто пестрят красочными надписями в 1000 Ватт или даже в 3000 Ватт. При этом имеют достаточно умеренные цены. Давайте же вместе проверим соответствуют ли заявленные характеристики реальным.

Для примера мы взяли двухканальный усилитель мощности Power Acoustik LT1920/2.

Пиковая мощность данного усилителя была указана просто фантстическая — 1920 watts.
При этом усилитель может работать как на нагрузку в 4 Ома так и 2 Ома.

Технические характеристики усилителя Power Acoustik LT1920/2

RMS мощность (RMS Power) @ 4 ohms   370 watts x 2 канала
RMS мощность (RMS Power) @ 2 ohms   440 watts x 2 канала
Мощность при мостовом подключении (Bridged RMS Power)   880 watts x 1 channel
Пиковая мощность (Peak Power Output)   1920 watts

Для начала всегда рекомендуем обратить внимание на внешнее исполнение усилителя, это уже многое даст понять о его потенциале.

Факторы указывающие на потенциальную мощность усилителя

— предохранители питания на входе усилителя. Каждый наверно знает что на сегодняшний день еще не изобрели устройства которое на выходе давало бы больше мощности чем на входе. Такое устройство могло бы питать само себя, еще и осуществлять полезную работу — вечный двигатель.
Зачастую мощность на входе надо будет еще умножить на коефициент потерь и получить более низкую мощность на выходе.

Клеммы и четыре предохранителя на 20 Ампер по питанию на входе усилитель Power Acoustik LT1920/2

В нашем случае на входе усилителя стоят 4 предохранителя по 20 (по паре предохранителей на канал).
Что по мощности составляет (20 Ампер * 4 шт) * 14 Вольт = 1120 Ватт. В принципе этого вполне достаточно для получения на выходе обещаных номинальных 880 Ватт но никогда не хватит для пиковых 1920 Ватт.

— Клеммы для проводов питания. Не забывайте что для прохождения больших токов необходимы большие сечения проводов. В нашем случае клемники установлены под более чем толстые провода, которые с легкостью обеспечат ток до 80 Ампер.

— Размер радиаторов охлаждения. Не забывайте что в процессе работы усилитель рассеивает часть тепла на силовых транзисторах. Для этого усилителю необходимы большие радиаторы (большой площади, с большими ламелями, ребрами изготовленные желательно из алюминия, а еще лучше из меди).

— вес усилителя. По весу мы можете не только определить массивность корпуса усилителя и возможность рассеивания тепла. Так же вы можете примерно оценить колличество транзисторов, мощность феромагнитных сердечников установленных в трансформаторах блоков питания усилителя, размеры электролитических конденсаторов и многое другое.
Наш усилитель имеет очень приличный вес, оно и не удивительно, задача перед ним стоит просто непосильная.

Если ваш усилитель не новый, у вас есть все шансы измерить мощность усилителя не прибегая к особым сложностям.

Все что вам необходимо, снять с него крышку и внутри обычным мультиметром измерить напряжение на выходных электролитических конденсаторах, после трансформаторов блока питания и выпрямительных диодов. 2 / 2 Ома = 1104 Ватта

Предположим что вы не можете заглянуть внутрь усилителя или просто хотите проверить рассчитанные данные.

В первую очередь самое распространенное заблуждение, что мощность можно измерить прямо на физической нагрузке в виде динамика.

К сожалению динамик имеет индуктивную составляющую и имеет разные сопротивления на разных частотах. Поэтому нагрузка обязательно должна быть не индуктивной. К примеру это может быть пассивны элемент — резистор.

В нашем случае мы решили использовать нихромовую нить толщиной 1 мм, рассчитанную на мощность несколько киловатт. Нихромовая нить позволяет отрегулировать необходимое сопротивление и при этом имея большую толщину может без проблем рассеять в виде тепла прилагаемую мощность.

Для тестирования вам необходимо записать на диск трек с сигналом синусоидальной формы частотой 50 Гц.

Почему именно 50 Гц? потому что переменный ток в сети электропитания имеет частоту 50 Гц а измерения мы будем проводить промышленным мультиметром, который скорее всего лучше измеряет именно эту частоту.

Этапы измерения максимально мощности усилителя

Видео — Как измерить максимальную и проверить номинальную мощность усилителя

— Для начала измерьте напряжение на выходе усилителя на холостом ходу. Для этого отсоедините от одного выхода усилителя нагрузку в виде динамика и подсоедените мультиметр в режиме измерения напряжения.

Напряжение на выходе усилителя на холостом ходу (без нагрузки) при полной громкости с синусоидальным сигналом на входу

Искажения при которых усилитель достиг максимальной мощности вы можете услышать в динамике второго подключенного канала. Для предотвращения повреждения динамика вы можете подключить его через сопротивление 100 Ом мощностью 5 Ватт или больше.

Для более достоверного определения максимальной мощности вы можете использовать осцилограф. Поворачивая ручку громкости на выходе усилителя по сглаживанию синусоидальной формы вы сможете заметить срезание (искажение сигнала).

Если вам не нужна сверх высокая точность, вы можете определить искажения и на слух.

На нашем усилителе, на выходе при полной громкости и холостом ходу мы получили 47 Вольт. Что соответствует напряжению питания на входе усилителя от блока питания.

— Измерьте напряжение на выходе усилителя с подключенной нагрузкой. В нашем случае это нихромовая нить сопротивлением 3,2 Ома.

Напряжение до перегрузки — чуть меньше 30 Вольт

Необходимо учитывать что под нагрузкой на выходе усилителя падает напряжение. Собственно это и говорит о его потенциале. Обратите так же внимание на напряжение на входе усилителя, если оно проседает как в нашем случае от 13,7 Вольта до 12 Вольт — это означает что вам не хватает мощности на входе. Причиной тому могут быть тонкие провода, не достаточно мощный генератор, маленький накопительный конденсатор.

Напряжение бортовой сети автомобиля 13,4 Вольта на конденсаторе питания усилителя

— Измерьте силу тока протекающую в цепи нагрузки на выходе усилителя.

Сила тока до перегрузки — чуть меньше 10 ампер

Итого на выходе 30В * 10А = 300 Вт

Не много но и не мало 300Вт * 2 канала = 600 Ватт (в нашем случае производитель заявлял 1 кВт)

Вот так просто за несколько минут мы провели все необходимые измерения и убедились в мощном потенциале нашего усилителя.

А какие показатели получились у вас? Пишите нам в комментариях.

Аудио ваттметр: прибор для измерения мощности

По какой-либо причине вам может понадобиться узнать, какую мощность выдает звуковая система. Некоторые люди предпочитают определять это значение на основе импеданса динамика и приложенного напряжения. Тем не менее, аудио ваттметр обеспечивает идеальное решение для ваших нужд! Обычно он состоит из уникальных компонентов, интегрированных в электронную схему для выполнения точных измерений. Не только это, но и другие возможности для обеспечения оптимальной производительности при измерении выходной мощности.

Эта статья знакомит вас с аудиоваттметром и его возможностями. Итак, давайте посмотрим!

Что такое измеритель мощности звука?

Крупный план измерителя мощности звука.

Измеритель мощности звука — это уникальное устройство, измеряющее выходную мощность усилителя в ваттах. Они также могут обеспечить измерения для другого оборудования, включая динамики, гитары и т. д. Вы получите наиболее точные показания мощности, особенно для одной частоты. Кроме того, измеритель мощности звука работает в различных диапазонах тока, позволяя вам оценить компрессию мощности.

Некоторые измерители мощности звука могут иметь PIC, вход умножителя, резистивную нагрузку, реактивную нагрузку и АЦП (аналогово-цифровой преобразователь). Однако компонент АЦП должен быть 14-разрядным, иначе он будет давать неточные показания. Вы также обнаружите различные диапазоны мощности для этого устройства. Например, он бывает 13 Вт, 53 Вт, 150 Вт и 300 Вт.

Схема аудиоваттметра с LM3915

Схема аудиоваттметра с LM3915.

Схема звукового ваттметра имеет светодиоды, расположенные в ряд, которые помогают определить максимальную выходную мощность усилителя. Для работы курса требуется источник питания постоянного тока 12–20 В/50 мА.

Вы должны выбрать значение R1 на основе импеданса динамика. Например, для нагрузки 4 Ом требуется резистор 10 кОм. Затем для нагрузки 8 Ом требуется резистор 18 кОм. Наконец, для динамика на 17 Ом требуется резистор на 30 кОм.

Однако следует учитывать, что LM3915 будет показывать только положительное колебание сигнала. В этом случае синусоидальный сигнал служит тестовым сигналом для тестирования усилителей. Кроме того, вы можете подключить фиктивный нагрузочный резистор на 4 или 8 Ом, чтобы проверить схему без динамика.

Зачем использовать измеритель мощности?

Аудиоваттметр измеряет общую выходную мощность динамика.

Надежное устройство: измеритель мощности обеспечит превосходное качество звука независимо от того, какую мощность вы подаете на динамики. Мало того, он также обеспечивает наилучшую производительность без повреждения усилителей или динамиков.

Тон остается прежним: некоторые измерители мощности сохраняют неизменными тоны сигнала или амплитуды, позволяя им проходить без сопротивления. Кроме того, они могут иметь металлический корпус, предотвращающий влияние шума на сигналы.

Постоянство: Измеритель мощности обеспечивает стабильные и точные показания усилителя мощности. В результате вы можете использовать его для настройки определенных уровней и выполнения калибровки.

Регулировка выходной мощности усилителя: Вы можете значительно отрегулировать громкость усилителя, подключив его к измерителю мощности, если напряжение в линии падает. Это компенсирует любые изменения в линии электропередач для достижения оптимальной выходной мощности.

Автоматическое отключение питания: Наконец, измеритель мощности может предлагать функции автоматического отключения питания, если он обнаруживает чрезмерную мощность на входе усилителя. В целом, этот процесс защищает ваши динамики и усилители.

Функциональность измерителя мощности

Усилитель подключается к ваттметру, обеспечивая точные измерения.

Измеритель мощности определяет мощность, которую ваш динамик получает от усилителя. Мало того, он также показывает, сколько ватт (макс. 300 ватт) выдает динамик для каждой настройки громкости. Даже в этом случае измеритель мощности звука имеет встроенные средства защиты, предотвращающие повреждение динамика.

Кроме того, некоторые измерители мощности не отключают или не переключают сигнал динамика. Вместо этого уровень входного сигнала упадет, защищая динамик. Вы также можете проверить гитарный и басовый усилитель с помощью измерителя мощности. Чтобы использовать измеритель мощности, вы должны подключить усилитель к входным клеммам, а динамик подключить к выходным клеммам.

Резюме

В целом аудиоваттметр обеспечивает точное измерение мощности вашего динамика, усилителя и т. д. Вы можете добиться этого, чтобы улучшить звук на вашем динамике, который определит, нужны ли какие-либо корректировки для конкретных настройки. Кроме того, некоторые измерители мощности обеспечивают защиту, поэтому вам не нужно беспокоиться о том, что они могут повредить вашу систему. Имея это в виду, ваттметр уменьшает уровень входного напряжения усилителя, если обнаруживает перегрузку.

У вас есть вопросы по аудиоваттметру? Не стесняйтесь связаться с нами!

Ваттметр | diyAudio

2002-12-16 19:20

16. 12.2002 19:20

У компании Analog есть ряд чипов для измерения истинного среднеквадратичного значения, включая вышеупомянутые. Если вы измеряете мощность, это полезно, так как большинство цифровых мультиметров не измеряют среднеквадратичное значение с точностью выше нескольких кГц.

Существуют хорошие способы реализации ваттметра усилителя мощности для измерения мощности, подаваемой на динамик, но единственный способ измерить реальную мощность — это измерение выходным напряжением и током нагрузки, перемножение двух значений и отображение на дисплее. полученный продукт осмысленным образом.

Многие так называемые измерители мощности на самом деле измеряют только напряжение, а это означает, что отображаемая мощность верна только для реальной нагрузки 8 Ом. По крайней мере, в начале 80-х. громкоговорители имели очень сложные кривые импеданса и составляли 8 Ом, возможно, только на одной или двух частотах. Таким образом, хотя измерители напряжения были полезны, они вряд ли были точными для измерения мощности.

Всем привет:
Для тех из вас, кто хочет сделать своими руками такой ваттметр TrueRMS (среднее или пиковое значение; от 20 Гц до 20 кГц; от 100 мкВт до 1 кВт) — Elektor 11/19У 93 была очень хорошая статья/проект именно об этом. Он работает с самодельным индуктивным токоизмерительным датчиком, изготовленным из пустой катушки из оловянного припоя, который практически не оказывает отрицательного влияния на сигнал
(без шунтирующего резистора). Действительно высококачественный измеритель, но не совсем дешевый из-за двух чипов преобразователя логарифмического среднеквадратичного значения (SSM2110) и одного сверхмалошумящего операционного усилителя. (LT1028).

Я думал о токоизмерительном датчике, а не о последовательном измерительном резисторе, но чувствовал (возможно, ошибочно), что это вызовет еще большие проблемы. Я имею в виду, токоизмерительный щуп (который представляет собой проволоку, намотанную на выходной провод) образует трансформатор, и я не был уверен, как этот трансформатор будет реагировать на усилитель и громкоговоритель. Другими словами, я не мог убедить себя, что неиндуктивный резистор сопротивлением 0,1 Ом будет слышно хуже, чем индуктивный токоизмерительный датчик. Кроме того, если есть какой-либо постоянный ток, токовый ваттметр будет нечувствителен к нему. Это может быть хорошо или плохо, в зависимости от вашей точки зрения. Для меня мощность есть мощность, и если я вижу 1 Вт мощности, когда из динамиков ничего не выходит, я знаю, что у меня есть серьезная проблема со смещением постоянного тока, которую мне нужно исследовать. С ваттметром, связанным по переменному току, я никогда не увижу это смещение.

Я думаю, что подход с логарифмическим усилителем довольно сложно реализовать. Я использовал несколько 4-квадрантных умножителей Analog Devices, которые были просты в использовании. Насколько я помню, они были довольно дорогими, но я смог получить образцы в своей работе, где я также использовал их в нескольких проектах. Я припоминаю, что видел некоторые проекты логарифмических усилителей для создания функции умножения, но они выглядели как пустые, чтобы работать должным образом.

Джефф:
Если Вас не смущает, что статья на немецком языке, я отсканирую ее для Вас
(но, по крайней мере, схемы и разводка печатной платы могут быть уже полезны)
Просто напишите мне на случай, если она Вам понравится ( это может занять некоторое время… но оно приходит).

Да, датчик тока образует трансформатор. В статье указано влияние трансформатора тока на акустический кабель (= первичная обмотка трансформатора тока) с эквивалентным последовательным сопротивлением всего 7 мОм (0,007 Ом!). По сравнению с вашим чувствительным резистором серии 0,1 Ом, это намного лучше, и я думаю, что индуктивное влияние незначительно.
Ну, постоянный ток не может быть обнаружен с помощью этого подхода к ваттметру, но это еще одно приложение IMO.
Я думаю, что для исследования проблем со смещением постоянного тока в усилителе нет необходимости измерять ток. Простое измерение напряжения постоянного тока может быть дополнено компаратором, и для этого должен использоваться какой-либо простой дисплей (светодиод).

У AD536 есть логарифмическая опция, но вам нужно компенсировать температуру на выходе (да, это верно для всех аналоговых усилителей, но хуже, когда вы берете логарифм или возводите в степень.) Я так и не смог найти поставщика для термисторы они специфицируют и думал сделать на LM34 (это стоградусный цензор?, забыл), и инвертирующий операционник… есть целое семейство микросхем RMS от Analog.

Некоторое время назад я подобрал несколько датчиков, это линейный датчик тока на эффекте Холла. В основном они создают выходное напряжение пропорционально току, протекающему через центр торроида, так же, как трансформатор тока, за исключением того, что они работают на постоянном токе. По сути, это датчик Холла, вставленный в прорезь в разрезанном тороиде.