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Phasenverschiebung: Zwei Wellen sind relativ zueinander verschoben.

Phasenverschiebung ist die Verschiebung der Phase von a Golf. Die Phase von a periodische Funktion wie eine Welle oder a Vibration beschreibt die aktuelle Position in einem Zyklus relativ zu einem Referenzpunkt.

Beispiele:

• Die Erdphase bei ihrem jährlichen Umlauf um die Sonne wird in Monaten und Jahreszeiten gemessen.
• Die Phase der täglichen Erdrotation wird in Stunden gemessen (mittlere Greenwich-Zeit) oder auch in Längengrad.

Wenn sich die Phase ändert, liegt eine Phasenverschiebung vor.

Definitionen

Wellen werden oft modelliert als sinusförmig Funktionen (der Zeit), bei denen sich die Höhe zyklisch ändert. Sie haben eine Phase, die sich mit der Zeit ändert. Die Phase beschreibt die Höhe der Welle während ihres Zyklus.Verschiedene oszillierende Wellen haben unterschiedliche Frequenzen. Die Zeitfunktion ist daher nicht immer für die Messung der Phase geeignet, zum Beispiel folgende Sinuskurve:

${displaystyle sin(2pi ft phi),}$

bei welchem ${Anzeigestil t,}$ repräsentiert die Zeit und ${Anzeigestil f,}$ die Frequenz.

wenn ${Displaystil 2pi ft,}$ als Einheit Bogenmaß gebraucht und ${Anzeigestil t,}$ Sekunden, dann hat ${Anzeigestil f,}$ als Einheitszyklus ${Anzeigestil [=2pi}$ radial ${displaystyle=360}$ Grad${Anzeigestil]}$ pro Sekunde.

Die Ecke ${Anzeigestil (2pi ft phi),}$ wird die Phase der Sinuskurve genannt. ${Anzeigestil phi ,}$ ist die Phase zur Zeit ${Anzeigestil t=0}$, manchmal auch als Anfangs- oder Anfangsphase bezeichnet.

Die Dauer (oder Zeitspanne) des Zyklus einer Welle gegeben durch: ${displaystyle T={ egin{matrix}{frac {1}{f}}end{matrix}},}$ (Sekunden pro Zyklus). Wenn die Sinuskurve von oben verzögert (zeitversetzt) ​​um ${displaystyle { egin{matrix}{frac {1}{4}}end{matrix}},}$ seines Zyklus wird es:

${displaystyle sin(2pi f(t-{ egin{matrix}{frac {1}{4}}end{matrix}}T) phi )=sin(2pi ft-{ egin{matrix}{frac {pi }{2 }}Ende{Array}} phi ),}$

Eine zeitliche Verschiebung ist daher gleichbedeutend mit einem Wechsel der Anfangsphase. Umgekehrt ist eine Änderung der Anfangsphase gleichbedeutend mit einer zeitlichen Verschiebung.

Phasenverschiebung in der Elektronik

Netzteile, zum Beispiel Laptops oder Telefonladegeräte, haben oft eine solche Phasenverschiebung, dass mehr Energie verbraucht wird, als eigentlich sinnvoll ist zerstreut. Dies drückt sich im sogenannten cos - or . aus Leistungsfaktor. Ein Faktor zwischen 0,9 und 1 ist akzeptabel, weniger nicht. Ein Leistungsfaktor von 1 bedeutet, dass Spannung und Strom perfekt in Phase sind (es gibt also keine Phasenverschiebung). Die Scheinleistung ist daher gleich der Wirkleistung. Die Elektroinstallation wird dann optimal genutzt. Bei einem Leistungsfaktor kleiner 1 wird der „Mehrverbrauch“ nicht in der Stromrechnung berücksichtigt, sondern muss erzeugt werden, was die Umwelt stärker belastet. Ein niedriger Leistungsfaktor schadet auch den Energieversorgern, die sehen, dass die Effizienz ihres Stromnetzes sinkt. Sie stellen oft Anforderungen an große Unternehmen, innerhalb eines bestimmten Einflussbereichs zu bleiben. Bei schwerwiegenden Störungen geht man auch weiter zu Vergütung aus dem Netz.

Beispiel: Bei einer Spannung (U) von 224 Volt (Phasenverschiebung spielt nur bei Wechselspannungen eine Rolle) und einem Strom von einem halben Ampere (I) ergibt sich eine Scheinleistung von: P_so = U x I = 224 x 0,5 = 112 VA. Ist der Leistungsfaktor dann 0,4 (cos φ): P_w = U x I x cos = 224 x 0,5 x 0,4 = 44,8 W

44,8 W verbraucht das Gerät also tatsächlich, also wirkliche Leistung. Trotzdem verbraucht das gesamte Setup 112 VA.

Es gibt zwei Arten von Phasenverschiebungen, nämlich:^[1]

1. Induktive Phasenverschiebung durch eine Spule, bei der der Strom der Spannung nacheilt.
2. Kapazitive Phasenverschiebung durch einen Kondensator, bei dem der Strom der Spannung voreilt.

Wenn der Leistungsfaktor genau gleich 1 ist, spricht man von einer ohmschen Last.

Phasenverschiebung beim Ton

Wenn ein Klang von mehreren Mikrofone gleichzeitig aufgenommen wird, kann der Ton ein Mikrofon früher erreichen als das andere. Die Zeitverzögerung durch den Abstand der beiden Mikrofone führt dann dazu, dass im Mischklang beider Mikrofone eine bestimmte Frequenz, die diesem Abstand entspricht, verstärkt wird. Diese Signalstörung kann als sehr störend empfunden werden, auch wenn die störende Frequenz nicht im Quellton vorhanden ist, ist sie aufgrund der harmonischen Störung noch hörbar.

Beispiel

Schallwellen breiten sich – in trockener Luft – mit einer Geschwindigkeit von 340 m/s aus. Beträgt der Abstand der beiden Mikrofone 34 cm (v/f = λ → (340 m/s) / 1000 Hz = 34 cm), dann liegt eine Störung im Spektrum bei 1000 Hz vor.

Wenn der Abstand zwischen den beiden Mikrofonen weniger als 1,7 cm beträgt, ist die Frequenz der Signalstörung höher als 20.000 Hz; dies macht die Interferenz unhörbar, da sie außerhalb des wahrnehmbaren Spektrums des menschlichen Gehörs liegt.

Die Verwendung eines Verzögerungsgeräts (verlangsamt den Ton) am Mikrofon, das der Tonquelle am nächsten ist, kann manchmal hilfreich sein. Im obigen Beispiel soll dann das erste Signal mit einer Verzögerung von 1 ms beaufschlagt werden.

Reflexion

Auch Phasenverschiebungen können auftreten, da neben Direktschall auch akustisch reflektierter Schall in ein Mikrofon gelangt. Dies ist nur mit akustischen Maßnahmen möglich, wie z Dämpfung werden gelöst.

Phasenverschiebung in der Musik

• Klavierphase für Klavier und Tonband oder 2 Klaviere (1967) von Steve Reich
• Violinphase für Violine und Tonband von 4 Violinen (1967) von Steve Reich
• Piano-Phaseneinstellung (2007) von Kristoffer Zegers.

Siehe auch

• Prügel
• Zeiger
• Frequenz
• Leistungsfaktor
• Cos φ Kompensation

Verweise