Klirrfaktor THD

„Klirrfaktor“ ist eine wichtige Eigenschaft von Audiokomponenten und wird oft in den Produktspezifikationen für Lautsprecher, Verstärker und andere Audio- und Akustikgeräte angegeben. Leider wird die Terminologie oft falsch verwendet oder wichtige Zusatzinformationen werden weggelassen. In diesem Artikel möchten wir Klarheit über die Konzepte und Messmethoden sowie deren korrekte Anwendung schaffen.

Erstens ist nicht jeder Klirrfaktor schlecht und unerwünscht. Klirrfaktor kann auch bewusst eingesetzt werden, z. B. der legendäre „weiche“ Klang von Röhrenverstärkern. Im Gegensatz zu Transistorverstärkern erzeugen Vakuumröhrenverstärker einen Klirrfaktor, der hauptsächlich aus geradzahligen Harmonischen besteht, die somit eng mit der Grundfrequenz verwandt sind. Dies erzeugt einen Klang, der für das menschliche Ohr sehr angenehm ist.

Wenn es jedoch darum geht, Sprache oder Musik aufzunehmen und so originalgetreu wie möglich wiederzugeben, ist Klirrfaktor immer unerwünscht. Die Klassifizierung und Messung dieser unerwünschten Verzerrungen wird im Folgenden erläutert.

Geräte, die THD messen, sind weit verbreitet und einfach zu bedienen. Es gibt einen großen Nachteil für Geräte mit geringer Bandbreite: Bei Testsignalen mit hohen Frequenzen liegen die harmonischen Verzerrungen außerhalb des Bereichs. Für genaue Messwerte benötigen Sie entweder ein Messsystem mit einem hohen Bandbreitenbereich oder Sie müssen die IMD messen. Für IMD-Messungen werden zwei oder mehr reine Töne mit unabhängiger Frequenz und Amplitude als Testsignale verwendet. Nichtlineare Verzerrungen erzeugen dann Summen und Differenzen von Vielfachen dieser Eingangsfrequenzen. Die Verzerrungen werden somit über die gesamte Analysebandbreite verteilt.

Verzerrungen werden fast immer als Verhältnisse von Signal zu Klirrfaktor dargestellt. Die Ergebnisse werden typischerweise als Prozentsatz (%) oder in Dezibel (dB) ausgedrückt. Die Testsignale können von Audio- (elektrisch) oder Akustikquellen (Luft) stammen.

Bei THD gibt es zwei gängige Berechnungsmethoden. THD IEEE, hauptsächlich in den USA verwendet, wird als das Verhältnis von Klirrfaktor zur Grundfrequenz berechnet. THD nach der IEC-Methode ist fast überall außerhalb der USA üblich und wird als das Verhältnis von Klirrfaktor zur Summe aus Originalsignal UND Klirrfaktor berechnet. In älteren Messsystemen wird dem Klirrfaktor oft Signalrauschen hinzugefügt, was zu einem THD + N-Wert führt (N für Rauschen). In jedem Fall muss der Analysebandbreitenbereich angegeben werden, da dieser einen erheblichen Einfluss auf das Ergebnis hat.

Bei IMD-Messungen werden hauptsächlich drei Methoden verwendet. Die MOD-Methode gemäß der Norm IEC60268/3 verwendet zwei Töne mit wählbaren Frequenzen und Amplituden. Intermodulationsprodukte der Harmonischen 2. bis 5. Ordnung werden gemessen. Die DFD- (Differenzfrequenzverzerrung) und CCIF-Methoden funktionieren ähnlich, wobei der Unterschied darin besteht, dass die beiden Frequenzen sehr nahe beieinander liegen und die gleiche Amplitude haben. Die DIM-Methode (Dynamic Intermodulation), die häufig bei Verstärkertests verwendet wird, verwendet ein Rechteckwellensignal und eine zusätzliche Modulationsfrequenz.

DFD-Spektrum (Differenzfrequenzverzerrung)

Bei einfacheren Messsystemen beschränkt sich die Klirrfaktormessung meist auf THD+N. Für Mehrkanal- und komplexe Analysen ist ein modernes System mit einem großen Bandbreitenbereich und schnellen Signalprozessoren wie der FX100 Audio Analyzer erforderlich. Durch die FX-Control PC-Software können alle relevanten Arten von Klirrfaktor normgerecht, schnell, zuverlässig und einfach gemessen werden.

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