Från linjesignal till musikalitet

[MatsT]

 

R i den högra bilden är ett motstånd med låg resistans som ligger i serie med talspolen och då man mäter spänningen över detta och skickar tillbaka till förstärkaren blir det en strömförstärkare eftersom man styr på den ström som blir och inte på spänningen över talspolen som blir fallet i den vänstra uppkopplingen. En strömförstärkare försöker alltid att hålla strömmen ut proportionell mot spänningen in och om det blir impedansvariationer i högtalaren kommer fortfarande strömmen att hållas proportionell mot insignalen med högre utspänning som följd och det blir samma sak som om det sitter ett stort motstånd på utgången, dvs det blir oändlig utimpedans med en ideal strömförstärkare.

 

 

Edited July 25, 2020 by MatsT
Lade in bilden eftersom det blev en sidbrytning.

[calle_jr]

 

Detta förstod jag nästan helt. Väldigt bra förklaring.

Tack!

 

Länken mellan talspolen och R måste vara avgörande.

Kan man säga att en strömförstärkare alltid har feedback?

 

[MatsT]

56 minutes ago, calle_jr said:

Kan man säga att en strömförstärkare alltid har feedback?

 

Oftast i alla fall. Man borde kunna bygga strömförstärkare utan motkoppling om lasten ligger i serie med den förstärkande komponenten men det är inget jag har sett.

 

[Anders65]

Jag adderade strömåterkoppling i modellen. Med värdena enligt nedan körs steget i strömdrift utan motkoppling i spänningssteget (R33=22meg). Ger ganska konstant uteffekt till högtalaren utan att bränna någon större effekt i motstånd.

Edited July 25, 2020 by Anders65

[calle_jr]

1 hour ago, Anders65 said:

Jag adderade strömåterkoppling i modellen.

Super!

 

Kan du inte skapa samma utdatafil för denna som för de andra två?

 

[Anders65]

Absolut. Jag fintrimmade lite. Förstärkningen i X5=35 och R66=0.25ohm annars helt enligt #244. Filen innehåller bara en konfiguration. Den med strömåterkoppling. Adderade även utmatad effekt i en av kolumnerna.

SpeakerDriverTest_02.csv

Edited July 25, 2020 by Anders65

[calle_jr]

8 hours ago, Anders65 said:

Absolut. Jag fintrimmade lite. Förstärkningen i X5=35 och R66=0.25ohm annars helt enligt #244. Filen innehåller bara en konfiguration. Den med strömåterkoppling. Adderade även utmatad effekt i en av kolumnerna.

 

Fint, jag fixar det snart.

Bara en fråga; varför gjorde du inte kretsen såhär?

 

 

[Anders65]

3 hours ago, calle_jr said:

Bara en fråga; varför gjorde du inte kretsen såhär?

Samma funktion som den jag ritade. Jag tänkte spara spänningsåterkopplingen i modellen för vidare tester och adderade en principmodell för strömåterkoppling. Har en tanke att kanske testa strömåterkoppling för enbart lägre frekvenser. Vad tror du om det?

Edited July 26, 2020 by Anders65

[calle_jr]

 

Det ser avsevärt mycket bättre ut;

 

 

 

Som jag ser det borde det vara ganska enkelt att kolla om det finns potential för förbättring med olika drivning av en godtycklig högtalare om man bara får fram en impedansmätning.

 

 

10 hours ago, Anders65 said:

Har en tanke att kanske testa strömåterkoppling för enbart lägre frekvenser. Vad tror du om det?

Ja, det beror väl som sagt på hur impedansgången för aktuell högtalare ser ut.

 

[calle_jr]

 

Hmm.

Man behöver nog plotta fasskillnaden mellan spänning och ström också.

Effektberäkningarna ovan behöver justeras.

Slarvigt av mig, men jag tänkte att man tar hänsyn till fasskillnad genom beräkning av reaktiv impedans.

Dvs att det är kretsens impedans som styr vilken fasskillnad det kommer bli mellan spänning och ström.

Är det inte så?

 

 

[Anders65]

Jag tror det är mitt fel avseende fasen på impedansen. Tror den är 180-grader fel. Sorry!

Men här kommer en ny CSV-fil med bland annat fas på spänning och ström till högtalaren och spänningsåterkoppling vs. strömåterkoppling.

SpeakerDriverTest_03.csv

[Bebop]

Var sommar vid den här tiden brukar jag ha ett litet Euphoniamöte och så även i år. Med tanke på de epidemiologiska omständigheterna begränsade jag i år antalet gäster till 4 personer. Det var varannat stol som gällde plus ett extrabord. Mesta tiden höll vi till utomhus men det blev lite spelning också där jag också arrangerat för ca 2 meters avstånd mellan oss.

 

Årets deltagare var från vänster fru Bebop (som ganska snart smet ut), undertecknad @Torkel, @calle_jr, @Anders65 och @eliot. Anders65 var speciellt inbjuden gäst. Övriga tre har varit med alla år som nu passerat 10-årsjubileum.

 

 

Anders65 har i denna och andra trådar berättat om att han höll på med att bygga en integrerad förstärkare. Han vill gärna ha lite andra referensmiljöer än sin egen och erbjöd sig därför komma ner och spela med den i min anläggning.

 

Så här ser den ut. Det är en liten elegant pjäs som kan pytsa ut ca 50-60 watt.  Anders65 kallar det än så länge en prototyp.

 

 

En titt på baksidan visar att den har två RCA-ingångar och ett par högtalarutgångar, vilket täcker Anders65's behov. När man tar en titt inuti så ser den inte ut som vanliga förstärkare. Bl a saknas en transformator som brukar ta stor plats liksom kondensatorpack. Då skulle det ju kunna vara en D-klassförstärkare men det är det inte heller. Det är en AB-förstärkare som drivs av ett par mosfetar per kanal och med ett passivt försteg. Det som är udda är det gröna paketet i mitten som består av 20 batterier (av speciell sort) som  ersätter både traditionell transformator och kondensatorbank. Kraften tas kontinuerligt från batterierna som också laddas upp kontinuerlig. Jag har aldrig sett någon liknande.

 

 

På fronten syns två lysdioder till höger om volymkontrollen. Den vänstra visar att det ligger spänning på och den högra när batterierna laddar.

 

 

Här fanns mycket att prata om...

 

 

Jag kunde se en vissa anspänning i Anders ansikte inför spelningen. Hur skulle dessa 50-60 watt klara sig mot mina 450 watt per kanal? Över förväntan påstår jag. Det var ett jäkla drag från den här lilla "burken". Några skillnader kunde vi höra och Anders antecknade... Arbetet går vidare men jag är imponerad över det han byggt så långt där en hel del av teorierna och målen diskuteras tidigare i denna och andra trådar från Anders.

 

 

Edited July 28, 2020 by Bebop
Gramatiska korrigeringar

[calle_jr]

 

Det har ju varit lite glesare med träffar i dessa tider, speciellt när man ska blanda folk från fem olika landsdelar. Men monsieur och madame @Bebop hade förberett en FHM-certifierad sittning och i lyssningsrummet är det inga problem att sitta utspritt eller skiftas om i LP.

 

 

 

 

 

 

Denna dag lät det suveränt, och Lumin var en upplysande erfarenhet. Jag har aldrig hört system med den tidigare.

 

Kul att få lyssna på @Anders65s förstärkare. Här på forumet blir det ju trots allt aldrig mer än torrsim, även om vi får uppleva utvecklingen live i denna tråd. Den förtjänar definitivt en längre utvärdering.

 

[parsifal]

Nu har det gått lite mer än ett år sedan förra inlägget och jag är såklart nyfiken på hur det har gått med förstärkaren @Anders65? 
 

 

[Anders65]

Hej!

Vad kul att du frågar. Jo, jag har varit jättedålig på att skriva här. Men jag börjar med en kort uppdatering. Förstärkarprojektet lever i allra högsta grad :-) Projektet har tagit mer tid än jag räknat med från början, men det är inte klart förrän jag är nöjd, så det får ta den tid det tar :-)

 

Jag ska just påbörja driftsättning av prototyp 3 som innehåller en hel del nytt spännande teknikgodis...

- Ingen global negativ återkoppling. Ingen negativ feedback alls faktiskt. Ingen innovation i sig, men nytt för produkten.

- Klass A spänningsförstärkning med cascode-koppling och jfet-buffer.

- Dubbla gyratorer i strömförsörjningen till VAS och buffersteg. Gyratorer är i vissa aspekter helt överlägsna linjära spänningsregulatorer. 

- Lokal forward error correction på utsteget. Egen helt ny och unik konstruktion.

- Relästyrd volym via motorpot och mikrokontroller (liknande Nagra). 

- Självklart batteriströmförsörjning. Nu med marknadens bästa LiFePo4 celler. Nu ännu flera och större battericeller. 

- Full styrning och övervakning via app och Bluetooth :-) (Android än på länge)

 

/Anders

[Anders65]

Nu är driftsättningen av prototyp 3 äntligen igång. Först strömförsörjning, sen batteriladdning, batteriövervakning och till sist förstärkarstegen. Men jag har en del mjukvarujobb att göra först, så det tar nog en vecka eller så innan jag kommer igång på riktigt med hårdvaran. Men idag kom det sista bitarna för att bygga batteripackarna. Använder nickelband (se upp för såna som bara är förnicklat järn). Punktsvetsar dessa. Man ska verkligen inte löda direkt på battericellerna. Bilden nedan visar ett batteri. Varje förstärkare får två såna packar :-)

 

Jag har funderat på en ny tråd på forumet en tid. Jag skulle någon gång vilja skriva om ett ämne som många särkert har åsikter om, men som jag tycker inte diskuterats eller ens forskats på på djupet. Jag kommer dyka in lite djupare i harmonisk distortion och kanske några andra områden kring psykoakustik och hur olika egenskaper hos ljud kan påverka vår upplevelse när vi lyssna på musik hemma i soffan.

 

Det blir i form av hypoteser som tar utgångpunkt i det jag läst i området på senare tid. Det finns många böcker och artiklar som spänner över minst 100 år, så jag kan bara påstå att jag skrapat lite på ytan i den litteratur som finns. Den senare forskningen har dock väckt mitt intresse i detta eftersom det känns som man börjar förstå de övergripande sammanhangen i vår hörapparat så bra att det går att fundera vidare i nya banor.

 

Tror tråden kommer att heta något i stil med "En hypotes kring musikalitet". Har tänkt att fokusera på vår hörselapparat kopplat till olika typer av upplevelser i området musikaliet. Jag har en del resonemang jag gärna skulle vilja dela med mig av. Men jag tror att det finns de här som är mycket bättre än jag på psykoakustik eller kanske bara har egna insikter och erfarenheter inom området. Min förhoppning är att kunna navigera fram till några nya insikter kring hur vår hörselapparat relaterar till upplevelser i området musikalitet. Det blir förstår en massa avgränsningar för att försöka gör någon typ av framsteg. Jag begränsar mig exempelvis till uppspelning i stereo. Tråden startar på söndag :-)

 

Kommer även fortsätta denna tråd, men det tar lite tid mellan varven. Är man ingen kodnisse så tar det lite längre tid med mjukvara... Men kul på sitt sätt. Skriver i traditionell C++ med texteditor, kompilator för det inbyggda systemet men använder riktigt modern grafisk blockkodning för Android-appen. Finns otroligt eleganta utvecklingsmiljöer för appar numera. Man behöver ju nästan inte kunna koda :-) Men obs - nästan...

 

 

[calle_jr]

10 hours ago, Anders65 said:

Tror tråden kommer att heta något i stil med "En hypotes kring musikalitet".

Ser fram emot det.

 

Man kan ha invändningar mot hifi som är "musikalisk", som en gammal Marshall, men i vid bemärkelse tycker jag man kan urskilja hifi som lockar fram den musikalitet som finns i källmaterialet, kontra den som inte gör det.

 

[Anders65]

Jag tog ett stort grepp i och med prototyp 3. Väldigt stora förändringar mot tidigare. Jag var inte alls nöjd med prototyp 2, vilket drev mig till flera stora omtag i konstruktionen. Insåg problem med global negativ feedback som gjorde att jag bestämde mig för att den måste bort helt. Jag ville gå en annan väg. Lokal feedback kan däremot vara ok. Men utan global feedback har man en del att fixa på annat sätt vilket gjorde att jag läste på om alternativa lösningar. Mest inspirerad blev jag av Malcolm Hawksford. Målet var nu att skapa ett klass AB-utsteg med lokal felkorrektion men precis som tidigare  byggt av laterala MOSFETar. Blev många skisser på whiteboard och många sena kvällar med simuleringar innan jag landade in den lösning som nu sitter i prototyp 3. I samband med driftsättningen insåg jag dock att en del simuleringsmodeller inte motsvarande verkligheten tillräckligt bra... hmm.

 

Det gjorde att det blev mycket mer jobb att få allt och lira än jag tänkt mig. Cascode-kopplingen i VAS orsakade problem som inte kunde se vid simuleringarna. Detta ledde till slut till att jag tog beslutet att skrota lösningen och bygga på ett annat sätt. Jobbigt, men nödvändigt. Kör visserligen fortfarande steget i klass A, vilket är ett absolut krav för mig, men cascode-kopplingen är ersatt med en source-följare och ännu en konstantströmsgenerator. Faktum är att det nya steget överträffar tidigare förväntningar. Det är mycket snabbt (MHz) och övertonerna har den nivå och distribution som jag vill ha.

 

När det gäller utsteget stämde simuleringerna dåligt avseende fasmarginal. Riktigt dåligt faktiskt. Detta orsakade en hel del kliande i huvudet. Hade jag kunna få mer gråa hår hade det blivit en hel del kan jag säga :-D  Men det räckte med några justeringar av komponentvärden så föll det ena efter det andra  på plats. Alltid enkelt när man ser svaret, men vägen dit är inte alltid så lätt att se. Men nu är utsteget både snabbt och helt stabilt.

 

Var uppe på en -3dB bandbredd på 1,2 MHz på hela förstärkaren men har nu dragit ner till 600 kHz av olika skäl. Även om felkorrektion var klurigt att få till, så när allt faller på plats får man lön för mödan. Ett otroligt linjärt utsteg med låg distortion och mycket låg utimpedans. Detta helt utan global negativ feedback. Nu blir det en period av fintirimmande och lyssnande med olika setuper :-)

[Anders65]

Så här långt riktigt positiva kommentarer avseende ljudkvalité med prototyp 3 :-) Transparent, öppet ljud, bra stereobild, dynamik och kontroll, rik på mikrodetaljer. Det som för mig är musikalitet har landat bra tycker jag. Så långt är jag nöjd, men det finns en del kvar...

 

Behöver jobba mer med stabilitet vid mer komplexa laster. Inför detta blir det en uppdatering av den reaktiva konstlast som jag använder för tester på labbänken. Detta för att den bättre ska likna "besvärliga" högtalare med kraftigare induktiv/kapacitiv impedans. Efter uppdateringen kommer lasten ge upp till +/-60graders fasvridning mot tidigare +/-30grader. Om det finns intresse kan jag lägga upp schema och några simulerade kurvor här. Lasten är rätt basic, men den fyller sitt syfte.

 

Vid lyssningstesterna framkom en tanke om jag borde släppa lite på dämpfaktorn, som idag är uppmätt att ligga på upp till ~3000 vid högtalaranslutningarna (8ohm). Den mycket låga utimpedansen kan jämföras med Hegel och Benchmark som har liknande teknisk lösning avseende felkorrektion.  Men det kommer bli mer lyssningar med kring detta. Lyssningar är nog enda vägen fram. 

 

Har även sätt att det går att göra lite förbättringar på distortionen under ~30Hz. Men nu börjar det äntligen bli finlir :-)

[calle_jr]

 

Härligt att det går framåt.

 

5 hours ago, Anders65 said:

Om det finns intresse kan jag lägga upp schema och några simulerade kurvor här. 

Ja, det gör det!

 

[Anders65]

Schemat för den uppdaterade reaktiva konstlasten kommer se ut så här:

 

 

Dimensioneringen av konstlasten beror förstås på vilken effekt den behöver tåla. För mer kontinuerliga belastningstester använder jag en resistiv konstlast som är byggd med trådlindade 100W motstånd. Men även denna reaktiva last behöver tåla en del. Använder luftlindade spolar för L1 och L5. För L4 en drossel med järnkärna (Janzen). Tänk även på att motstånden och kondensatorerna kan få rätt höga spänningar/strömmar beroende på frekvens och signalens amplitud. Jag har monterat både den resistiva och den reaktiva konstlasten i en gemensam aluminuimlåda med kylflänsar. 

 

R-L4 är den uppmätta serieresistansen i L4. ESR är inre impedansen i C5 baserat på mätningar.

 

 

[calle_jr]

 

Tack, bra beskrivning.

Är nod 4 vid C5?

 

Jag förstår att den akustiska impedansen kan exkluderas eller rättare sagt anses ingå. Den är så liten.

Men varför inte ta med den mekaniska impedansen i konstlasten?

Det är en allmän fråga, och @Anders65 har ju en mer nyanserad konstlast än man brukar se.

 

Edit: det ser ut som att R8, L4, C5 kan tänkas vara den mekaniska impedansen?

Men det är ju uppenbart två drivers med L1/R2 och L5/R9 som representerar talspolar.

 

 

Edited October 28, 2021 by calle_jr

[Anders65]

10 hours ago, calle_jr said:

Tack, bra beskrivning.

Är nod 4 vid C5?

Nod 4 är nätet Ig-R12-R7. Lite tokigt att det blev så för tydlighetens skull, men det är samma spänning som V1 :-) 

[Anders65]

10 hours ago, calle_jr said:

Edit: det ser ut som att R8, L4, C5 kan tänkas vara den mekaniska impedansen?

När jag gjorde kopplingen hade jag egentligen bara utgångspunkten att jag ville ha en last som var "relevant" sett från förstärkaren. Den första versionen blev alltför snäll, vilket gjorde att jag justerade värdena för att få större fasvridning. Fick komponenterna för justeringen idag - så nu blir det lite lödning :-)

[Anders65]

Så här blev uppmätt resultat efter uppdateringar. Lite skillnader mot simuleringen, men ganska okej ändå.

[calle_jr]

22 hours ago, Anders65 said:

När jag gjorde kopplingen hade jag egentligen bara utgångspunkten att jag ville ha en last som var "relevant" sett från förstärkaren.

Jag förstår.

Det verkar duga fullgott med denna reaktiva dummyload.

Det viktiga är väl att impedansgången ser ut som en högtalare.

Skulle det inte vara intressant med en switch så att du kan variera dc-resistans exvis 4 och 8ohm?

[Anders65]

17 hours ago, calle_jr said:

Skulle det inte vara intressant med en switch så att du kan variera dc-resistans exvis 4 och 8ohm?

Jo, kanske det. En bra tanke, vi får se framöver :-)

 

Jag har lite olika ingångar på lasten.

- En 4 ohm SPKR. Används för att verifiera förstärkarens beteende med reaktiv last vid låga frekvenser och lite högre frekvenser.

- En 4 ohm resistiv last.

- En 8 ohm resistiv last.

- En 2 uF motorkondensator som jag kan koppla parallellt med 8 ohm eller 4 ohm.

- En 2,7 ohm resistiv last om jag parallellkopplar 4 och 8 ohm.