Bij metingen aan audio versterkers gebruikt men doorgaans een afgestemde kring gebaseerd op de Wienbrug (dezelfde Wienbrug wordt ook in de generator gebruikt). De Wienbrug heeft als voordeel dat die geen spoelen gebruikt, die zouden veel te groot worden bij audiofrekwenties.

Een comparator vergelijkt het signaal dat door de filter gepasseers is met het bruto signaal: het verschil is de vervorming. De schakeling rechts heeft nog een gelijkrichter met op amp nodig om het signaal naar een aanduider te sturen.

De schakeling gebruikt een positieve tegenkoppeling om een smalle band te verkrijgen. Zonder tegenkoppeling zou de filter ook de tweede (en zelfs derde) harmonische doorlaten, waardoor de meter een veel te rooskleurige meting zou geven.

De schakeling die hier getoond wordt is een voorbeeld: er bestaan andere schakelingen, die allemaal hun voor- en nadelen hebben. Een nadeel van de Wien filter is de verzwakking van het signaal. Het foutsignaal kan een zeer lage waarde hebben en men moet een gevoelige en ruisarme op amp gebruiken die zeer lineair werkt op alle frekwenties en amplitudes.

Men heeft het vaak over harmonischen en harmonische vervorming, want men heeft bewezen dat een herhalend signaal ontbonden kon worden in een reeks harmonische frekwenties van de grondtoon. Alle harmonische frekwenties zijn sinusvormig. Bij de analyse van de vervorming wordt de grondfrekwentie onderdrukt, en alles wat overblijft is vervorming.

De vervorming is laag ten opzichte van de grondfrekwentie. Zelfs al is het signaal sterk vervormd (bijvoorbeeld een blokgolf), toch bedraagt de vervorming slechts ongeveer 45%. Het is hier duidelijk dat bepaalde vervormingen meer hoorbaar zijn dan andere. De tweede harmonische kan gemaskerd worden door de grondtoon en is minder hoorbaar dan bijvoorbeeld een vijfde harmonische. Omdat bepaalde vervormingen meer hoorbaar zijn heeft men een gewogen meting ingevoerd, gewoon om de zaak nog ingewikkelder te maken. Hier wordt de vervorming door een filter gestuurd, die dezelfde doorlaatcurve heeft als het menselijk gehoor.

Oude lampenversterkers hadden een vermogenaanduiding bij een vervorming van 10%. Maar hoe ziet een dergelijk signaal uit? Rechts zie je een sinussignaal met een tweede harmonische op 10%. Een dergelijke vervorming is nauwelijks hoorbaar, maar de vervorming veroorzaakt een intermodulatievervorming die gebruikt werd om de bassen te doen ontstaan in schakelingen waar dat in principe niet mogelijk is. De outputtransformator kan de lage tonen gewoon niet overbrengen, maar door de intermodulatievervorming kunnen de bassen wel hoorbaar worden.

Mijn sinusgenerator heeft een eigen vervorming van 0.006%, dit wilt zeggen dat ik geen versterker met een lagere vervorming kan meten. Hier wordt het sinussignaal direct van de generator naar de meter gestuurd, dus zonder eerst via een versterker te passeren. In de praktijk is een dergelijke minimale waarde geen bezwaar, want vervormingen van minder dan 0.1% zijn niet hoorbaar en het heeft dus geen zin de versterker te optimaliseren voor nog lagere vervormingscijfers.

Manuele werkwijze

Dan moet het signaal dat naar de comparator gestuurd wordt ingesteld worden (cyan gedeelte). Het signaal dat uit de filter komt moet overeenkomen met het ruw signaal. Hier ook stelt men de meter in zodat de aanduider de laagste waarde aangeeft.

De bekomen meting is de totale vervorming: het verschil tussen een perfecte sinus en het ruwe signaal dat aan de meter aangeboden wordt. Het verschil wordt in percenten aangegeven.

De meting van de vervorming is enkel mogelijk met een sinussignaal omdat dit signaal, als die niet vervormd is, enkel uit één frekwentie bestaat, de grondfrekwentie. Bepaalde vervormingsmeters zijn uitgerust met een ingebouwde sinusgenerator.

Automatische meting

De automatische afstemming van de filter gebeurt doorgaans door het faseverschil te meten tussen het ruwe signaal en het signaal aan de uitgang van de filter.

Bepaalde analysers kunnen de harmonischen klasseren: het toestel heeft een tweede kring die afgstemd wordt op de tweede harmonische. Men meet hier ook het signaal aan de uitgang van de filter. Hier moet de filter bijgesteld worden om et maximaal signaal te halen: dit is dan de hoeveelheid tweede harmonischen in het ruwe signaal. Men kan zo verder gaan voor de derde harmonische, enz.

Meting van de vervorming door middel van een computer

Betere kaarten hebben een samplingfrekwentie van 96kHz (en zelfs 192kHz) zodat men een grondtoon van 10 of 20kHz kan gebruiken. Deze kaarten hebben een nauwkeurigheid van 24 bits, zodat men een nauwkeurigheid van 0.002% haalt, wat ruim voldoende is om audioversterkers te testen. Vergeet niet dat in een audioversterker de luidspreker de zwakste schakel is: het heeft weinig zin om een audioversterker te bouwen die een vervorming heeft van minder dan 0.1%.

Het is de software die de mogelijkheiden van de geluidskaart bepaalt. Gewoonlijk wordt het resultaat gegeven onder de vorm van een spectrumanalyse (met pieken bij de verschillende harmonische frekwenties), waardoor men de individuele pieken geometisch moet optellen om aan de vervorming te geraken. Om de geluidskaart als vervormingsmeter te kunnen gebruiken heeft men doorgaans aangepaste software nodig.

Keithley 2015 THD multimeter

Ik gebruik een Keithley vervormingsmeter (het bedrijf werd door Tektronix overgenomen) voor metingen aan herstelde lampenversterkers. De meter kan ook als nauwkeurige spanningsmeter gebruikt worden. De meting van de vervorming is in feite een verschilmeting van het signaal en de vervorming.

Het toestel kan een automatische berekening doen, voor zover dat het signaal niet teveel vervormd is. De Keithley kan bijvoorbeeld de grondfrekwentie van een blokgolf niet vinden, terwijl de vervorming eigenlijk niet meer dan 45% bedraagt (er zijn signaalvormen met een hogere vervorming).