Jump to content

Från linjesignal till musikalitet


Anders65

Recommended Posts

24 minutes ago, Anders65 said:

Ursprungssignalen påverkas genom feedback och summan av dessa är det jag tolkar att du avser som distorderad signal.

Ja exakt, och kanske mest för transienter och kanske mest för högre register.

 

Impedansgången för den högtalare du simulerat visade du ju i inlägg #103.

Den är inte jättesnäll, så jag är förvånad att förstärkaren kan bete sig så linjärt som den gör utan feedback.

 

Det är något här som jag inte begriper :39:

 

Link to comment
Share on other sites

1 hour ago, calle_jr said:

En förstärkares linjäritet baseras ju på dess uteffekt i frekvensbandet.

Ohm och Kirchhoff; U=ZI och P=UI.

Det innebär att uteffekten (inte spänningen och inte strömmen, utan produkten av spänning och ström) ska följa impedansen för att systemet ska bete sig linjärt.

Eller tänker jag fel? :unsure:

 

Det är inga enkla samband egentligen, det beror på hur lasten är konstruerad.

 

Det finns de som förordar en "lagom hög utimpedans" för att få något som liknar "effektdrivning" och ofta fungerar det nog ganska bra. Många rörförstärkare närmar sig detta och jag tror att det blir jämnare "energirespons" med effektdrivning men om det är rätt eller fel beror på hur högtalaren är konstruerad. Frekvensgången går alltid att fixa till oavsett drivning men det sker till priset av en ojämnare energirespons. Energiresponsen blir viktigare ju mer efterklang man har i förhållande till direktljud så hur rummets dämpning är utformad påverkar också. Jag förespråkar mer strömdrivning om det är möjligt eftersom det ger en mer direkt drivning av talspole och då uppstår inga parasitkomponenter i ekvivalentschemat som motkopplingen med tveksamt resultat försöker motverka.

 

Jag tror inte vi kan hitta en enkel lösning på alla problem utan får nöja oss med att försöka förstå hur det påverkar.

Link to comment
Share on other sites

Mitt sätt att hantera drivningen är två oberoende och helt olika typer av feedbackloopar. En inre traditionell feedbackloop för att fintrimma förstärkarens egenskaper och en yttre strömfeedback för att få den källimpedans jag vill ha för att driva högtalaren. Dessa oberoende loopar har gett mig större möjligheter att nå dit jag vill. Men som sagt, det finns olika strategier :-)

 

Min bild är att det är jätteviktigt att traditionell feedback inte används för fel sak. Att laga en dålig konstruktion med feedback blir bara dåligt fast på ett annat sätt. Tyvärr syns inte såna misstag i vanliga specifikationer.

 

Det gäller nog att hitta en drivning/impedans som passar högtalaren. Och som sagt, vart man landar beror nog hur högtalaren konstruerats. 

Edited by Anders65
Link to comment
Share on other sites

13 hours ago, MatsT said:

Det är inga enkla samband egentligen, det beror på hur lasten är konstruerad.

 

Lasten är definierad i inlägg #103.

 

Jag hade en förhoppning att man kunde optimera förstärkaren utifrån den totala impedansen. Strålningsimpedansen är ju en så liten del av totalen.

Om inte så kommer det bli olika storheter som styr i olika register.

 

Min tanke var att om man gör en effektbetraktelse, så borde man kunna bestämma vad man ska mäta (beräkna) för förstärkaren. Oavsett hur detaljerat man bygger modellen.

 

 

13 hours ago, MatsT said:

Jag tror inte vi kan hitta en enkel lösning på alla problem utan får nöja oss med att försöka förstå hur det påverkar.

Precis vad jag är ute efter. Som vanligt :)

 

 

Vi får fundera vidare...:39:

Link to comment
Share on other sites

15 hours ago, calle_jr said:

Impedansgången för den högtalare du simulerat visade du ju i inlägg #103.

Den är inte jättesnäll, så jag är förvånad att förstärkaren kan bete sig så linjärt som den gör utan feedback.

oj.. de kurvor jag visade i #205 är med 8ohm resistiv last. Borde kanske göra motsvarande med högtalarmodellen.. 

Link to comment
Share on other sites

2 hours ago, Anders65 said:

oj.. de kurvor jag visade i #205 är med 8ohm resistiv last. Borde kanske göra motsvarande med högtalarmodellen.. 

Häpp :unsure:

Ja, då var det inte så konstigt.

 

Jag har funderat lite utifrån högtalarartikeln, och tänker att utgångsläget är att studera den effekt som förstärkaren tillhandahåller i registret, dvs:

image.png

 

Där image.png är förstärkarens utspänning (varierar med frekvens), och image.png är realdelen av den totala kretsens impedans i elektriska domänen*), dvs:

image.png

 

 

Den effekt som högtalaren utstrålar är också frekvensberoende, men jag tänker att det är en annan fråga.

Vi vet att förhållandet mellan tillförd och avgiven effekt kallas för högtalarens verkningsgrad och att den är kraftigt frekvensberoende. Men jag tycker det är en annan fråga. Högtalarens samspel (samverkan) med förstärkaren borde vara beaktat genom totala impedansen ZE.

 

Jag är usel på ellära, så jag kan vara helt fel ute.

 

*) Detta är beaktat i @Anders65s simulerade krets, så om vi kunde plotta utspänningen och impedansen (med och utan feedback)...:)

 

Link to comment
Share on other sites

18 hours ago, MatsT said:

Jag känner mig lite osäker på hur man ska hantera den reaktiva delen av impedansen relativt förstärkaren

 

 

Mitt uttryck gäller enbart för en driver, men @Anders65 har ju modellerat högtalaren, så hela högtalaren finns med i modellen.

Om Anders plottar impedansen (magnitud och fas), helst i numerisk form (csv, xls...), så kan jag beräkna effekten.

 

 

Edit:

Anders beräknar totala impedansens magnitud och fas. Vi kallar dem image.png och image.png.

Om vi uttrycker impedansen i komplex form:

 

image.png

 

Och i polär form:

 

image.png

 

Vi får alltså den reella delen A och den komplexa delen B som:

 

image.png

 

 

 

Edited by calle_jr
Tillägg
Link to comment
Share on other sites

I någon beskrivning av reaktiv effekt används begreppet "lånad effekt" och det är för att den går fram och tillbaka i lasten så man får liksom tillbaka den igen.

 

Att det blir så beror på att strömmen och spänningen inte ligger i fas med varandra vilket ges av den imaginära delen av impedansen. Det rör sig i regel om variationer i strömmen ut från en förstärkare med spänningsdrivning och det måste ju påverka effektuttaget på något sätt och visar sig säkert som tendenser till instabilitet.

 

I länken som jag lade in ovan finns en länk till Lenard Audio Institute och där finns den här fina grafen som illustrerar hur effektuttaget blir. Att den anges som W indikerar kanske (?) att det är realdelen som avses.

 

a14_vs_speaker-vdp.gif

 

Link to comment
Share on other sites

Jag uppdaterade modellen för högtalaren avseende förstärkaren. Tidigare när vi gjorde modellen för högtalaren använde jag en ideal OP. Men för att kunna göra open loop simuleringar och för att likna verkligheten lite mera så gjorde jag en något mer detaljerad förstärkarmodell. R70+C25 sätter bandbredden på förstärkaren. Rg motsvarar drivstegets utimpedans (1 ohm bara som exempel). R33+R67 sätter mängden återkoppling. X5 är en ideal förstärkare utan återkoppling. Open loop förstärkningen är i bilden satt till 60.

1672676763_AmpHgtalare.PNG.fe7b4a93fedf6468154dda9ad281ad72.PNG

 

Edited by Anders65
Link to comment
Share on other sites

Några kurvor..

- Först impedanskurvan på högtalaren.

- Sedan utspänningen från förstärkaren. för att kunna jämföra med resp. utan återkoppling satte jag förstärkningen i X5 till 20 i fallet open loop. Man ser att återkopplingen minskar utimpedansen hos förstärkaren. 

- Sist avgiven effekt till högtalaren i watt.  

 

518288013_AmpHgtalare_1.PNG.c4e76c4448842a1b6b7f32953e78add7.PNG

Link to comment
Share on other sites

Ytterligare kurvor. Här försökte jag optimera på konstant uteffekt genom att öka Rg (inom rimliga gränser) och sedan justera förstärkningen i X5. Man kan få ännu jämnare effektkurva genom att öka Rg men det kostar genom effektförlust.

Gröna kurvor är utan återkoppling och en utimpedans på 8 ohm. Effektförlusten i exemplet avseende Rg med dess resistans på 8 ohm är 23Watt.

1585395164_AmpHgtalare_2.PNG.1c783a0574181bfe2a47635d51d94793.PNG

Edited by Anders65
Link to comment
Share on other sites

9 hours ago, calle_jr said:

Om Anders plottar impedansen (magnitud och fas), helst i numerisk form (csv, xls...), så kan jag beräkna effekten.

Jag kan nog fixa detta alternativt kan jag plotta realdel resp. imaginärdel av impedansen direkt. Vilket önskas?

Link to comment
Share on other sites

15 hours ago, Anders65 said:

Jag kan nog fixa detta alternativt kan jag plotta realdel resp. imaginärdel av impedansen direkt. Vilket önskas?

Hemskt gärna csv eller xls, om det inte är för mycket besvär.

Jag är fortfarande fundersam. To say the least :D

Vi måste få ihop dina, mina och @MatsTs inlägg. Det spretar just nu även om jag tycker att vi kommit framåt.

Det verkar som att utgångsläget är att förstärkarens tillhandahållna effekt:

- vid spänningsdrift: är en spegling av högtalarens impedans.

- vid strömdrift: följer högtalarens impedans.

 

Den andra frågan var hur återkoppling påverkar tillhandahållen effekt.

 

Jag tycker att det är väldigt mycket som Barack Obama brukade säga; they pump up the things that they did that where good, they downflate the things that didn't work out so good. They try to put a positive spin on things.

Dvs de som förespråkar det ena lyfter alla fördelar till höjden och sopar undan nakdelarna, samtidigt som de överdriver "motpartens" nackdelar.

Hifi-branschen i ett nötskal :D

 

 

Link to comment
Share on other sites

 

7 hours ago, Anders65 said:

Det borde vara enkelt, men har inte testat förut. Bra att få testa funktionen. Kommer imorgon torsdag 😊

Vet inte vilken mjukvara du använder, men det hittar du säkert.

Vi behöver magnitud och fas för högtalarens impedans och utspänning. Med tanke på MatsTs synpunkt är det intressant att även plotta magnitud och fas för strömmen från Rg.

 

I inlägg #222 ser vi väldigt tydligt att uteffekten är en spegling av högtalarens impedansgång.

 

Link to comment
Share on other sites

Att effekt, spänning och ström påverkar varandra via impedansen är givet och enkelt att räkna på så länge vi har statiska signaler. Normala musiksignaler består av en massa överlagrade toner och om basen har en fasvridning och strömmen flyttas i förhållande till spänningen så blir frågan hur det påverkar övrig signal som ligger överlagrad. Svaret syns nog på ett fyrkantsvar med komplex last.

 

När det gäller impedanskurvan och dess påverkan på förstärkaren så är den väl känd och i regel utgår man ifrån att utspänningen inte påverkas alls eller i alla fall lite (spänningsdrivning). Det går att anpassa högtalare för strömdrivning med konjugatlänkar så att de enskilda högtalarelementen fortfarande får en effekt som är en spegling av impedansen i elementet om det är så de är designade för att arbeta.

 

Utöver det är det intressant att försöka få grepp om är hur mot-emk påverkar signalen och mot-emk är i regel en komplex signal som har sin grund i en resonans som ger påverkan en stund efter det att högtalaren utsatts för signal. Det är ingen dröm ur ett reglerperspektiv. Även rumsresonanser lär leta sig in i regler-loopen!

 

Link to comment
Share on other sites

2 hours ago, MatsT said:

Utöver det är det intressant att försöka få grepp om är hur mot-emk påverkar signalen och mot-emk är i regel en komplex signal som har sin grund i en resonans som ger påverkan en stund efter det att högtalaren utsatts för signal. Det är ingen dröm ur ett reglerperspektiv. Även rumsresonanser lär leta sig in i regler-loopen!

Så sant. Det skulle vara mycket intressant att få en bild över storleksordningar på mot-emk som orsakas av olika typer av resonanser och rörelser av mekanisk massa. 

Link to comment
Share on other sites

4 hours ago, calle_jr said:

Vi behöver magnitud och fas för högtalarens impedans och utspänning. Med tanke på MatsTs synpunkt är det intressant att även plotta magnitud och fas för strömmen från Rg.

För utspänning och ström, vilken förstärkarkonfiguration ska jag använda?

Link to comment
Share on other sites

4 hours ago, MatsT said:

Att effekt, spänning och ström påverkar varandra via impedansen är givet och enkelt att räkna på så länge vi har statiska signaler. Normala musiksignaler består av en massa överlagrade toner och om basen har en fasvridning och strömmen flyttas i förhållande till spänningen så blir frågan hur det påverkar övrig signal som ligger överlagrad. Svaret syns nog på ett fyrkantsvar med komplex last.

Min tanke vara att börja med stationär signal för att få en stabil grund som kanske dessutom är pedagogisk.

 

 

4 hours ago, MatsT said:

När det gäller impedanskurvan och dess påverkan på förstärkaren så är den väl känd och i regel utgår man ifrån att utspänningen inte påverkas alls eller i alla fall lite (spänningsdrivning). Det går att anpassa högtalare för strömdrivning med konjugatlänkar så att de enskilda högtalarelementen fortfarande får en effekt som är en spegling av impedansen i elementet om det är så de är designade för att arbeta.

Spontant borde bi- eller triamping med strömdrift vara optimalt sett ur den aspekten.

 

 

4 hours ago, MatsT said:

Utöver det är det intressant att försöka få grepp om är hur mot-emk påverkar signalen och mot-emk är i regel en komplex signal som har sin grund i en resonans som ger påverkan en stund efter det att högtalaren utsatts för signal. Det är ingen dröm ur ett reglerperspektiv. Även rumsresonanser lär leta sig in i regler-loopen!

Mot-emk ser jag som en parameter som hänger ihop med den högtalarmodell man väljer att simulera. Hela högtalarmodellen baseras på småsignal. Har man inte det så stämmer inte modellen ändå. Exvis Klippel har studerat modeller med tillägg för en momentan kraftfaktor, momentan upphängning och momentan induktans i talspolen.

Även rumsresonanser hänger ihop med val av högtalarmodell. Rummet är ju som ett kabinett, och man kan ju ta hänsyn till detta genom att simulera rummet som ett kabinett.

Men å andra sidan har vi här gjort en hyfsat avancerad modell. I många modeller man ser är högtalaren representerad av ett motstånd 8ohm :)

 

 

1 hour ago, Anders65 said:

För utspänning och ström, vilken förstärkarkonfiguration ska jag använda?

Med och utan feedback.

Gain och Rg vet jag inte.

 

Link to comment
Share on other sites

20 hours ago, Anders65 said:

all data i en fil... 

Här är en sammanställning av de två förstärkarkonfigurationerna.

 

Tar med @Anders65s schema också så att det blir tydligt vad som är simulerat:

 

image.png

 

 

 

On 2020-07-22 at 10:12, Anders65 said:

R70+C25 sätter bandbredden på förstärkaren. Rg motsvarar drivstegets utimpedans. R33+R67 sätter mängden återkoppling. X5 är en ideal förstärkare där open loop-förstärkningen sätts med X5 gain.

 

 

 

image.png

 

 

image.png

 

 

 

 

Edited by calle_jr
komplettering
Link to comment
Share on other sites

 

Typfall 1 är ju ett tydligt exempel på spänningsdrift.

I typfall 2 skär/boostar återkopplingen lite grand så att matchningen ser något bättre ut för just den här högtalaren.

 

Man ser såklart att om återkopplingen kunde styras helt av högtalarens impedans så skulle man kunna få en perfekt uteffekt:

 

 

image.png

 

 

Här kommer de saker in som @MatsT tagit upp, och om det skulle vara vettigt att göra så behöver en sådan återkoppling antagligen vara momentan. Dvs det duger inte att enbart studera småsignal.

Man skulle kunna tänka sig mäta ström och spänning och styra förstärkarens återkoppling med dessa. Momentant alltså.

Mina subbar Audiodata Soutien gör så, men med ett servo. Det borde gå att göra enbart genom att mäta ström och spänning.

 

Link to comment
Share on other sites

Jag har sub-basar med en extra lindning som kan användas för återkoppling och när jag började mäta på dem insåg jag problemen som kan bli vid återkoppling via rörelsesensor. Det är våldsamma fasvridningar runt resonansfrekvensen och jag kände att det var mindre lämpligt att bara koppla in och hoppas på det bästa. Jag hade då redan byggt förstärkaren med variabel drivning ström/spänning och såg hur mycket bättre elementet uppförde sig med strömdrivning och egentligen tror jag att det ger väl så mycket som servokoppling av basarna. Troligen bygger jag bara med strömdrivning till att börja med och försöker koppla in servot senare. Det blir mer rakt på att köra strömdrivning med rörelsesensor medelst spole, då är det hastighet som både styr och mäts. Ett problem som uppstår då är att baselementen är mekanisk anpassade för spänningsdrivning och ger en kraftigt höjd amplitud vid resonansfrekvensen och det får man justera separat.

 

Detta har inte så mycket med det som avhandlas i den här tråden att göra men visar att det är svårt att göra en generell förstärkartopologi som fungerar i alla lägen. Högtalarna är anpassade efter en viss typ av drivning och utöver användande av konjugatlänkar så är det svårt att anpassa för generell drivning.

 

Jag har blivit lite sugen på att bygga dynamiska högtalare igen eftersom jag fått en och annan ny idé sedan 80-talet då jag slutade med det. Jag spelar en del på ett par hembyggen från sent 70-tal som har en del egenskaper som jag tycker saknas hos många andra högtalare och till en del tror jag att det ligger i rak impedanskurva över 100Hz och första ordningens filter. Man ska inte göra det svårare för sig än nödvändigt men det kräver att ingående komponenter har rätt egenskaper förstås.

 

Det var en liten utvikning från trådens tema och för mer allmänt bruk tycker jag att det är intressant med en justerbar utimpedans i spannet 0.1 till 8 ohm ungefär. Då kan man prova sig fram med de högtalarna man har vad som låter bäst. 8 ohm ger något som påminner om effektdrivning och måttligare höjning kan ge vissa positiva effekter när det gäller hantering av mot-emk utan den ibland störande tonkurveavvikelse som fås när det blir för hög utimpedans vid användning av högtalare med ojämn impedanskurva.

Link to comment
Share on other sites

On 2020-07-23 at 08:36, MatsT said:

Utöver det är det intressant att försöka få grepp om är hur mot-emk påverkar signalen och mot-emk är i regel en komplex signal som har sin grund i en resonans som ger påverkan en stund efter det att högtalaren utsatts för signal.

 

On 2020-07-23 at 12:54, calle_jr said:

Mot-emk ser jag som en parameter som hänger ihop med den högtalarmodell man väljer att simulera. Hela högtalarmodellen baseras på småsignal. Har man inte det så stämmer inte modellen ändå.

 

Här hade jag nog fel.

Det verkar som att du har rätt @MatsT, vid spänningsdrift påverkar som bekant mot-emk både ström och spänning så att i=(u-eEMK)/Z. Vid strömdrift gör den inte det. Mot-emk finns där, men den påverkar inte drivningen av talspolen.

Sorry.

 

 

Link to comment
Share on other sites

15 hours ago, calle_jr said:

vid spänningsdrift påverkar som bekant mot-emk både ström och spänning så att i=(u-eEMK)/Z. Vid strömdrift gör den inte det. Mot-emk finns där, men den påverkar inte drivningen av talspolen.

 

Det blir en skillnad som kanske kan ses som filosofisk men den finns. Vid strömdrivning drivs i varje ögonblick spolen av utsignalen som den ser ut just då och visst finns det påverkan från allehanda parametrar i högtalaren men de påverkar rörelsen samtidigt som insignalen. Vid spänningsdrivning drivs spolen av strömmen som kommer att påverkas av "parasitkomponenter" som ger mot-emk och förstärkarens motkoppling kommer att försöka korrigera för den mot-emk som finns och det resulterar i kortslutning vid utgången. Strömmen genom spolen är dock redan påverkad när mot-emk uppstår och beroende på hur snabbt allt sker riskerar man att få en kompensation av mot-emk som kommer vid fel tidpunkt.

 

En bok jag rekommenderar är:

Current-Driving of Loudspeakers - Esa Meriläinen

 

Ett litet exempel från "sample pages".

 

"A loudspeaker circuit operating on voltage drive exhibits a

feedback effect where the EMF deriving from voice coil motion

directly summates with the voltage applied to the driver,

so that the resulting current is a mixture of the original signal

and a spurious signal corrupted by the speaker's own mechanical,

electrical, and acoustic properties and circulated in the

feedback process."

 

Link to comment
Share on other sites

1 hour ago, MatsT said:

Vid strömdrivning drivs i varje ögonblick spolen av utsignalen som den ser ut just då

Jag förstår.

 

Den elektromagnetiska kopplingen med högtalarens talspole utgörs ju av att ström skapar en kraft (F=Bli), och denna kraft styr i sin tur membranets acceleration, hastighet och förskjutning beroende av membranets massa, dämpning och komplians (F=ma+cv+ky). Så, ett membran har i varje ögonblick både en acceleration, en hastighet och en förskjutning. Och vid tex ett stopp måste alla dessa omedelbart gå till noll. Detta styr förstärkaren genom att ändra strömmatningen till 0. När den gör det kommer membranet vilja återgå direkt till vila, och då skapar membranet en mot-emk.

 

Jag har dock problem att förstå varför verkningssättet ändras bara genom att putta in en passiv komponent :unsure: 

Som jag förstår det så kan verkningssätten schematiskt beskrivas med följande exempel:

 

image.png

 

 

Vad är det konkret som gör att kretsen till höger ändrar beteende?

 

Link to comment
Share on other sites

Join the conversation

You can post now and register later. If you have an account, sign in now to post with your account.

Guest
Reply to this topic...

×   Pasted as rich text.   Paste as plain text instead

  Only 75 emoji are allowed.

×   Your link has been automatically embedded.   Display as a link instead

×   Your previous content has been restored.   Clear editor

×   You cannot paste images directly. Upload or insert images from URL.

×
×
  • Create New...