rms current что это
Rms current что это
Не всегда для проведения измерений требуется только правильно подключить измерительный прибор. Очень важно ответить себе на вопрос: зачем я это измеряю? Для измерения тока при проверке выделения тепла в проводе требуется один параметр, для измерения тока, чтобы определить уровень заряда конденсатора или батареи — совсем другой.
Параметры могут быть выражены в виде средней величины, среднеквадратического значения (RMS, Root Mean Square), мгновенного или пикового значения. Важен не только тип нагрузки, но также, имеем мы дело с переменным или постоянным током и как выглядит форма напряжения и тока. Тесно связаными с понятиями напряжения и тока являются мощность и энергия.
Мгновенные значения
Мгновенные ток, напряжениеи мощность — это значения, соответствующие конкретному моменту времени. Любой сигнал состоит из бесконечного числа мгновенных значений. В случае с напряжением это записывается как
Рассмотрим цепь, состоящую из последовательно соединененных резистора и катушки индуктивности, подключенных к источнику синусоидального напряжения с пиковым напряжениеми частотой
Синусоидальное напряжение, как функцию времени, в этом случае, можно записать как:
Ток имеет максимальное значениеи сдвинут на
по отношению к напряжению:
Мощность, как функция времени, представляет собой соответствующие мгновенные значения напряжения и тока:
На рисунке ниже представлены графики напряжения, тока и мощности.
Для примера линией серого цвета показаны мгновенные значения для момента времени
В определенный момент времени, мгновенные напряжение и ток всегда можно умножить, рассчитав мгновенную мощность.
Напряжение, ток и мощность как функции времени
Средние значения
Средние значения — это наиболее часто часто используемые параметры.
Если мультиметр устанавливается для измерения значений на постоянном токе, измеряются средние значения напряжения и тока. Кроме того, если мультиметр работает в режиме измерений постоянного тока, то для сигналов на переменном токе также будут измерены средние значения напряжения или тока. В случае симметричного переменного напряжения, мультиметр покажет
, что является правильным значением.
Напряжение и ток
Среднее значение является суммой всех произведений мгновенных значений
, деленное на число произведенных измерений. Если измерения производятся бесконечное число раз, то мы можем перейти к пределу, в котором промежуток времени измерения → 0 и сумма превратится в интеграл. В общем виде:
Для напряжения мы получим:
Мультиметр
Как упоминалось ранее, мультиметр, переведонный в режим измерений на постоянном токе, измеряет среднее значение напряжения или тока. В цифровых приборах, это среднее получается с помощью RC-фильтра. Входной сигнал непрерывно усредняется по постоянной времени
Усреднение напряжения RC-фильтром
Энергия и мощность
Уравнение (3) показывает, что результатом произведения мгновенного напряжения и тока является мгновенная мощность. Если просуммировать мгновенную мощность, умноженную на бесконечно малое время, то результатом будет энергия. Так как
Действительно, энергия есть мощность, умноженная на время:
, и энергетические пакеты можно всегда сложить для расчета полной энергии.
В качестве примера, опять возьмем последовательное соединение катушки индуктивности и резистора. На рисунке ниже черной линией показана динамика энергии во времени, рассчитанная в соответствии с уравнением (7).
Энергия как функция времени
Кривая мощности в случае напряжения и тока переменной полярности, также имеет периодическое изменение амплитуды с удвоенной частотой. Поскольку энергия рассеивается на сопротивлении, область серого цвета положительных значений кривой мощности больше, чем отрицательной области.
Значение энергии (черная линия) в любой момент времени равно площади под кривой мощности до этого момента. Хорошо видно, что энергия периодически возрастает сильнее, чем падает в результате амплитудной асимметрии кривой мощности относительно оси
На рисунке показан период времени. Энергия внутри этого временного интервала, которая поступила в систему обозначена
и вычисляется следующим образом:
Средняя мощность за определенный период времени равна общему количеству энергии, за это время, деленному на время измерений:
Если это подставить в уравнение (8), среднюю мощность можно вычислить для любой формы сигнала.
Это уравнение получено в соответствии с (4). Активная мощность всегда является средней мощностью.
Это уравнение для расчета средней рассеиваемой мощности всегда справедливо, потому что расчет основан на мгновенных значениях. Не имеет значения, является ток постоянным или переменным, как выглядит форма напряжения и тока и есть ли сдвиг фаз между напряжением и током.
Уравнение для расчета средней мощности лежит в основе метода, применяемого в измерителях мощности. Счетчики электроэнергии дома и на предприятиях работают в соответствии с уравнением (8), которое можно переписать в виде:
Верхний предел в интеграле
— момент времени, в который счетчик энергии считывает значение.
Эффективные (RMS) значения
Среднеквадратическим (RMS), или эффективным значением является значение напряжения или тока, при котором на нагрузке рассеивается та же мощность, что и при постоянном напряжении или токе.
При переменном напряжении с эффективным значением 230В будет выделяться такое же количество тепла на нагрузке, как и при постоянном напряжении 230В. Действующее значение относится только к выделению тепла на резистивной нагрузке. Для примера, значение RMS тока полезно для измерения напряжения под нагрузкой в проводе (= резистивная), но не для измерения зарядного тока батареи или конденсатора (= поток электронов).
Среднеквадратическое значение
RMS является аббревиатурой от Root Mean Square, что буквально переводится как среднеквадратическое значение.
Над напряжением или током, как функциями времени, для вычисления значения RMS последовательно проводятся три математические операции: возведение в квадрат, усреднение и извлечение квадратного корня. Почему так?
Мощность, выделяемая на резисторе, подключенным к источнику напряжения:
Для мгновенных мощности и напряжения:
Вычисление средней мощности как функции времени показано в (10).
можем подстваить из (13):
— константа, то ее можно вынести за интеграл:
Перенеся напряжение в уравнении (12) в левую часть, мы можем расчитать напряжение по средней мощности и сопротивлению:
Затем, вычисленную среднюю мощность из (15), подставим в уравнение (16):
Сократив значения сопротивлений
Хорошо видно, что это уравнение состоит из трех частей: квадрата
, среднего и квадратного корня.
В приведенных выше выкладках вычислялось значение напряжения на резисторе. Аналогично можно сделать и для тока через резистор:
Большинство мультиметров не может вычислить эффективное значение измеряемого напряжения. Чтобы узнать среднеквадратическое значение, обычно необходим специальный прибор.
На рисунке ниже показано, как вычисляет измеряемое напряжение прибор True RMS (истинные среднеквадратические значения). True RMS прибор, на практике, использует несколько иной метод работы, в котором необходим только один умножитель. Аналоговые умножители должны иметь очень низкий температурный дрейф и смещение, что делает эти инструменты достаточно дорогими.
Аналоговая схема получения RMS-значений
Кроме того, можно сделать расчет RMS программным путем с последовательных цифровых значений измеряемых напряжений. Этот подход обычно используется в мультиметрах и цифровых осциллографах.
Псевдо RMS
Большинство мультиметров не измеряет RMS-значений, когда выбран режим переменного тока. Тем не менее, они, кажется, дают эффективные значения при измерениях переменных напряжений и токов. Но отображаемые значения действительны только при измерениях синусоидального сигнала.
Простой прибор сначала выпрямляет измеряемый сигнал. Затем RC-фильтр нижних частот выделяет среднее значение, которое масштабируется таким образом, что прибор показывает эффективное значение. В виде уравнения:
Недостатком такого подхода является то, что это подходит только для синусоидальных сигналов. Для любой другой формы сигнала будет получено ошибочное эффективное значение.
Номинальная мощность?
Особенно в аудиотехнике широко используется термин «Номинальная мощность» или
. Это по определению ошибочный термин.
Чуть выше, говоря про энергию и мощность, показано, что рабочая мощность рассчитывается из общего количества энергии, деленного на время за которое эта энергия измеряется, см. уравнение (9). Полная энергия определяется путем суммирования всех мгновенный пакетов энергии
, см. уравнение (11). Это единственно правильный путь для расчета активной мощности.
Как выше указано, эффективное значение эквивалентно постоянному напряжению или току, при которых выделится такая же мощность на том же сопротивлении. Этот показатель рассчитывается как квадратный корень из среднего значения квадрата мгновенного напряжения (или тока). Нет причин думать, что эти три математические операции должны производиться для мгновенной мощности. Это было бы бессмысленное значение.
Чтобы проиллюстрировать это, приведу расчет для синусоидального напряжения с амплитудой
Для представленного ниже графика сопротивление нагрузки
График напряжения и тока
Во-первых, вычислим эффективное напряжение для временной функции
. В результате, имеем хорошо известное уравнение:
Далее, вычислим среднеквадратическое значение тока как функции времени
Затем, вычислим тремя различными способами активную мощность, используя RMS-значения напряжения и тока:
Для проверки, вычислим среднюю мощность для временной функции
И, наконец, попробуем формально подойти к задаче, и вычислить номинальную мощность:
Полученный результат (0.153Вт) значительно отличается от предыдущих трех (0.125Вт). Это подтверждает некорректность применения последней формулы.
В приведенном выше примере используются синусоидальные напряжение и ток. Но форма напряжения и тока, а также вид нагрузки и возможный фазовый сдвиг фазы принципиально не меняют ситуацию.
Активная мощность всегда является средней мощностью. Номинальная мощность — бессмысленное число.
Что такое True RMS в современных приборах
Современные мультиметры и токовые клещи достаточно точны и универсальны и, как правило, способны измерять как постоянное, так и переменное напряжение и ток.
Но между переменным и постоянным током есть одна существенная разница при измерениях. При измерении постоянного напряжения или тока прибор показывает значение амплитуды напряжения, потому что других параметров нет, т.к. напряжение не изменяется во времени.
Обычно, при измерении параметров переменного тока, приборы показывают эффективное значение синусоидального напряжения.
Соотношение амплитудного и эффективного RMS значения обычно принимается равным U(RMS) = U(Amp) *0,707, что подтверждается на осциллограмме:
Но это справедливо только для переменного напряжения идеальной синусоидальной формы.
Для других форм напряжения необходимо применять другие коэффициенты, например:
Для симметричного двуполярного меандра U (RMS) = U(Amp) *1
Для треугольного и пилообразного напряжения U (RMS) = U(Amp) *0,577
То есть для точного измерения данных напряжений и токов в мультиметре или токовых клещах должен быть реализован особый алгоритм распознавания формы напряжения и включения определенного коэффициента.
Если этого не сделать, то, согласно некоторых исследований, при несинусоидальности измеряемого напряжения, результат может отличаться от истинного почти на 40% в отдельных случаях.
А получение недостоверных результатов измерений может привести к авариям и поломке оборудования.
Именно подобную корректировку производят приборы, имеющие маркировку True RMS (Истинное среднеквадратичное значение), которые показывают действующее значение напряжения и тока даже при сильных искажениях формы напряжения.
А искажения в современных энергосистемах встречаются сплошь и рядом, поскольку их привносят частотные преобразователи, импульсные блоки питания и другие приборы, работающие на принципах синтезирования частоты или ШИМ, поэтому, применение корректирующих приборов с True RMS становится все более и более актуальным.
В настоящее время внесены в госреестр средств измерения Казахстана и поставляются следующие мультиметры с функцией True RMS:
Сертификат о внесении в реестр СИ РК мультиметров:
Токовые клещи, внесенные в реестр СИ РК с функцией True RMS:
Сертификат о внесении в реестр СИ РК токоизмерительных клещей
Как видим, ассортимент приборов с функцией TRMS довольно широк и позволяет подобрать прибор под любые задачи.
При выборе приборов опасайтесь подделок! ТОО Test instruments является официальным дистрибьютором UNI-T по Казахстану и поставляет только оригинальные приборы и инструменты.
Сертификат официального дистрибьютора
Специальный приз офиициального дистрибьютора UNI-T
Среднеквадратичное значение (СКЗ). Действующее или эффективное значение. Root-mean-square (RMS)
Среднеквадратичное значение (СКЗ). Действующее или эффективное значение
Истинное среднеквадратичное значение (ИСКЗ)
Root-mean-square (RMS) − среднеквадратичное значение – англ.
True Root-Mean-Square (TRMS) − истинное среднеквадратичное значение – англ.
Для любой периодической функции (например, тока или напряжения) вида f = f(t) среднеквадратичное значение функции определяется как:
 |
Если функция задана в виде суммы гармоник (как например в случае тока нелинейной нагрузки)
то действующее значение периодической несинусоидальной функции выражается формулой
Поскольку Fn − амплитуда n-ой гармоники, то Fn / √2 − действующее значение гармоники. Таким образом, полученное выражение показывает, что действующее значение периодической несинусоидальной функции равно корню квадратному из суммы квадратов действующих значений гармоник и квадрата постоянной слагающей.
Например если, несинусоидальный ток выражается формулой:
то среднеквадратичное значение тока равно:
 |
Все приведённые выше соотношения используются при вычислении в тестерах измеряющих ИСКЗ, в цепях измерения тока ИБП, в анализаторах сети и в др. оборудовании.
Истинное среднеквадратичное значение (ИСКЗ), True Root-Mean-Square (TRMS)
Большинство простых тестеров не могут точно измерять среднеквадратичное значение несинусоидального сигнала (то есть сигнала с большими гармоническими искажениями, например, прямоугольной формы). Они правильно определяют СКЗ напряжения только для синусоидальных сигналов. Если таким прибором измерить СКЗ напряжения прямоугольной формы, то показание будет ошибочным. Причина ошибки – обычные тестеры при вычислении учитывают основную гармонику (для обычной сети – 50 Гц), но не берут в расчет высшие гармоники сигнала.
Для решения данной проблемы существуют особые приборы, точно измеряющие СКЗ с учётом высших гармоник (обычно до 30-50 гармоник). Они маркируются символом TRMS или ИСКЗ (true root-mean-square) – истинное среднеквадратичное значение, True RMS, истинное СКЗ.
Так, например, обычный тестер может измерить с ошибкой напряжение на выходе ИБП с аппроксимированной синусоидой, в то время как тестер «APPA 106 TRUE RMS MULTIMETER» измеряет напряжение (СКЗ) правильно.
Замечания
Для синусоидального сигнала, фазное напряжение в сети (нейтраль – фаза, phase voltage) равно:
Для синусоидального сигнала, линейное напряжение в сети (фаза – фаза, interlinear voltage) равно:
Соотношение между фазным и линейным напряжением:
ф – линейное (напряжение)
л – фазное (напряжение)
СКЗ – среднеквадратичное значение
макс – максимальное или амплитудное значение (напряжения)
Фазному напряжению 220 В соответствует линейное напряжение 380 В
Фазному напряжению 230 В соответствует линейное напряжение 400 В
Фазному напряжению 240 В соответствует линейное напряжение 415 В
Ниже приведён обычный пример фазных напряжений в 3-фазной сети:
[1] Г.И. Атабеков Основы Теории Цепей с.176, 434 с.
Среднеквадратичный уровень для мастеринга: Достижение идеальной громкости
Жизнь инженера по мастерингу может быть довольно сложной с технической точки зрения, поскольку каждый аудиоматериал имеет свои уникальные потребности, чтобы звучать наилучшим образом. Процесс мастеринга управляет пиковой громкостью треков, динамическим диапазоном и среднеквадратичными уровнями, среди прочего. В этой статье мы рассмотрим различия между среднеквадратичным уровнем, LUFS, пиковыми значениями, а также то, как они соотносятся между собой.
Что такое RMS?
RMS означает среднеквадратичное значение, это инструмент измерения, который измеряет среднюю громкость аудиодорожки в окне примерно 300 миллисекунд. Отображаемое значение является средним значением аудиосигнала. Среднеквадратичное значение даст вам более точный взгляд на воспринимаемую громкость музыкальной дорожки для среднего слушателя. Использование инструментов измерения для визуализации среднего среднеквадратичного значения также поможет вам избежать искажений, особенно при воспроизведении громкой музыки.
Зачастую музыка звучит по-разному для каждого человека, но существует множество инструментов, которые аудиоинженеры могут использовать для того, чтобы убедиться, что микс звучит хорошо. Кроме того, важно понимать разницу между RMS и LUFS. Хотя RMS полезен как точка отсчета для определения громкости вашего трека, это всего лишь среднее значение, а не 100% точное показание. Интегрированный LUFS покажет вам громкость аудиофайлов, но с более точным представлением того, как наши уши воспринимают звук. Более того, если вы сравниваете уровни LUFS и RMS, и они не пиковые, это хороший признак достойного микса, и, возможно, пора переходить к мастерингу.
До какого уровня RMS следует довести мастерство?
Любой трек, который вносит в микс слишком много искажений, должен управляться соответствующим образом с остальным миксом. Правильное значение RMS, которое вы ищете, также зависит от стиля песни и жанра и требует собственного подхода к миксу для достижения желаемого уровня RMS. Некоторые песни требуют более громкого или более тихого подхода, но крайне важно убедиться, что ваши уровни не пиковые, и каждый трек смикширован соответствующим образом.
Различия между среднеквадратичными и пиковыми значениями
Как управлять пиковой смесью
Хотя мы знаем, как работать и читать частотный спектр, мы не можем услышать его весь, поэтому визуальное представление, которое дает измеритель громкости, очень важно для дальнейшего освоения аудиопродукции. Музыка обычно содержит множество различных элементов, каждый из которых занимает свое собственное пространство. В большинстве случаев их громкость не будет находиться на одном уровне. Кроме того, чтение среднеквадратичных и интегральных значений громкости поможет вам определить, где микс нуждается в доработке.
Восприятие аудио
То, как наши уши воспринимают звук, также является надежным ориентиром для того, как следует изменять эквалайзер. Это должен быть хороший баланс технических навыков и знаний психоакустики. Конечно, технические навыки могут помочь в создании музыки, но знание психоакустики может вывести ваш трек на новый уровень. Кроме того, при большем количестве треков, наложенных друг на друга, большее количество частот начнет маскироваться, поскольку они будут бороться за одно и то же пространство.
Для достижения желаемого микса необходим правильный баланс по всему частотному спектру. Хотя существуют определенные частотные параметры, в пределах которых мы можем работать, это может быть субъективной областью для работы. Наши уши могут быть обманчивы в зависимости от того, какой диапазон частот мы воспринимаем. С возрастом маскировка частот может стать более характерной для нашего слуха. Это еще одна причина, по которой визуальное представление интегральной громкости, пикового уровня, средней громкости и т.д. так важно.
Важность динамического диапазона
Другим аспектом диапазона динамики является пространственное расположение звуков в треке. У нас два уха, и их расположение позволяет нам слышать общее или точное местоположение того, откуда исходит звук. Это также влияет на производство музыки и динамический диапазон трека. Пространственное расположение звуков в аудио напрямую влияет на то, как слушатель воспринимает аудио. Кроме того, существует множество способов расширить и улучшить динамический диапазон вашего микса. Работа над эквалайзером, компрессией и даже плагины для стереорасширения могут помочь сформировать звук, который вы ищете.
Как соотносятся RMS и ограничители
При работе над цепочкой мастеринга вы наверняка применяли лимитер. Хотя этот инструмент может помочь увеличить воспринимаемую громкость звука, он более точен. Скорее всего, ваш звук достиг своего пикового уровня после добавления нескольких инструментов и плагинов. Совместное использование RMS и лимитера поможет вам определить, как следует устанавливать параметры для лимитера. Кроме того, это поможет вам определить, какие частоты вызывают пики.
Плагины для измерения звука и громкости
Наряду с множеством «до» и «не», о которых мы рассказали в этой статье, существует множество плагинов, которые помогут измерить громкость всего вашего трека. Использование измерителей уровня в сочетании с техническими знаниями поможет усовершенствовать ваши треки и улучшить их качество. Ниже вы найдете три различных плагина, которые измерят различные аспекты громкости вашего трека.
Анализатор громкости BUTE 2
Этот измеритель громкости от BUTE позволяет точно считывать интегрированный LUFS и диапазон громкости всего трека. Он также регистрирует временную шкалу вашей песни, чтобы вы могли вернуться к определенной части композиции и повторно прочесть уровень громкости. Вы можете настроить плагин на считывание True Peak или LUFS, а также использовать компактный режим для экономии места на процессоре.
Основные характеристики
iZotope Insight 2
Когда требуется тщательный анализ звука, плагин Insight 2 от iZoptope охватывает все. Он предоставляет несколько модулей, позволяющих отображать измерители уровня громкости вашего трека. Этот плагин измеряет ширину стерео, громкость, частоты, а также эмулятор для конкретных условий прослушивания, который поможет вам настроить звук под вашу целевую аудиторию.
Основные характеристики
УРОВНИ
Плагин LEVELS от Mastering the Mix известен в сообществе аудиоинженеров своей простотой и легкостью в использовании. Он предоставляет шесть различных инструментов измерения звука и поставляется с большим количеством пресетов для новичков. Если вы хотите, чтобы ваш трек звучал громче, этот плагин поможет вам улучшить громкость вашего трека, пиковые уровни, динамический диапазон и многое другое. Ниже вы можете ознакомиться с некоторыми ключевыми особенностями этого плагина.
Основные характеристики
В заключении
Человеческое ухо довольно сложно воспринимает звук, и возможность визуализировать динамический диапазон и громкость вашего трека очень важна для оптимизации микса вашего трека в целом. Несмотря на то, что музыка субъективна, средний уровень громкости в вашем произведении всегда должен обеспечивать приятные впечатления от прослушивания. Для точного измерения громкости вам необходимо проверить среднеквадратичные, пиковые уровни, параметры лимитера и другие многочисленные инструменты измерения, о которых мы говорили в этой статье. Работа с вашими ушами в сочетании с этими измерителями громкости только улучшит ваш микс до его максимального потенциала.
ЧАСТО ЗАДАВАЕМЫЕ ВОПРОСЫ
Что такое RMS в мастеринге?
Это средний уровень громкости на выходе в течение короткого времени
На каком уровне должен быть мой мастер?
Как увеличить RMS в мастеринге?
Короче говоря, вы можете увеличить RMS в своем треке, уменьшив динамический диапазон. Изменение этого параметра позволит вам отрегулировать более громкие и более тихие части композиции, что приведет к увеличению RMS.
Каким должен быть дБ мой микс перед мастерингом?
Как увеличить RMS без пика?
Как вы рассчитываете среднеквадратичное значение?
RMS рассчитывается с помощью среднего значения уровней громкости за период около 300 миллисекунд с использованием измерителя уровня.
Как преобразовать RMS в ватты?
Поскольку коэффициент преобразования 1 ватт равен 0,707 RMS, все, что вам нужно сделать, это разделить значение RMS на 0,707.
Почему используется среднеквадратичное значение вместо среднего?
RMS используется как сокращение от среднеквадратичного значения, именно так рассчитывается средняя громкость.
Больше ли ватт RMS лучше?
Хотя большее количество ватт RMS может обеспечить большую мощность, оно также сопровождается большими искажениями. Поэтому количество подаваемой мощности должно зависеть от потребностей аудиосистемы или оборудования.