Pfleiderer'scher Analogrechner und Stromgegenkopplung

[Fortepianus]

Hallo Freunde,

ok. Ich erspare mir die mathematischen Zwischenschritte. Falls das einer nachbauen möchte, muss er das sowieso selbst durchrechnen. Das Ergebnis ist, wenn man die Konstanten geschickt normiert:

U2 = U1 + K1 * (Integral U1dt) + K2* (Doppelintegral U1dt²)

Entschuldigt, hier gibt es keinen Formeleditor. Was aber das Entscheidende ist gegenüber allen anderen Methoden zur analogen Vorsteuerung: Ich brauche die Chassisparameter gar nicht zu kennen! Ein Addierer und zwei Integrierer. Ok, technisch sind das dann Umkehrintegrierer, also Signal zweimal (umkehr-)integriert und dann einem Addierer/Subtrahierer zugeführt, der das Eingangsignal und das mit K2 bewertete Doppelintegral addiert und davon den einfachen mit K1 bewerteten Integrierer abzieht. Dafür braucht man 3 bis 4 OPs und zwei Potis plus ein paar Rs und Cs.

K1 und K2 sind als Potis ausgeführt. Die Schaltung wird abgeglichen, indem man K1 und K2 auf Null setzt und einen Sinusburst ungefähr bei der Chassis-Resonanzfrequenz als Eingangssignal verwendet. Auf einem Zweikanaloszi schaut man sich dann das Original und das mit einem Mikro im Nahfeld gemessene Schalldrucksignal an. Nun dreht man an den beiden Knöpfchen K1 und K2. Man sieht bei K2, wie die Ein- und Nachschwinger verschwinden. Mit K1 schiebt man die Phase so, dass das Signal im Nulldurchgang (wie der Originalburst) endet. Abgleich fertig. Chassis ist amplituden- und zeitkorrigiert. Geht aber nur gut mit Chassis, die keine Luftkämmerchen und Wirbelstrombremsen und was den Jungs noch alles einfällt besitzen, um den natürlichen Frequenzgang des Feder-Masse-Pendels irgendwie hinzufrisieren.

Es funktioniert prächtig. Ich habe das schon mit unzähligen Chassis gemacht, im Bass und im Mitteltonbereich. Im HT-Bereich gibt die Methode nicht viel her, falls der HT meist weit über seiner Resonanzfrequenz betrieben wird.

Viele Grüße
Gert

[uli.brueggemann]

Gert,

meiner Meinung nach entspricht das einer Geschwindigkeit- und Beschleunigungsvorsteuerung, die dem Lagesollwert zugeschaltet wird. Richtig?

Grüsse, Uli

[wgh52]

Ich habe mir nochmal die originale TPS Abgleichanleitung angesehen. Prinzipiell scheinen die Verhältnisse zwar wie beschrieben, aber der Abgleich erfolgt über 10 Variable:
3 Integrations-Kondensatoren
7 Potis

Laut Prinzipschaltbild koppeln 3 Potis von drei(!) hintereinanderliegenden Integratoren auf den Eingangsaddierer und 4 vom Eingangsaddiererausgang und den Integratorausgängen auf einen Ausgangsaddierer. Ich kann das Prinzipbild bei Interesse gerne posten.

Diese 10 Variablen wirklich sinnvoll so zu kombinieren, dass das beste erreichbare Ergebnis entsteht, ist nicht wirklich geradlinig machbar. Die Einstellanleitung, die Pfleiderer damals vorgab, stellte sich trotz netter Bilder als nicht besonders sicher zielführend heraus, man wusste nie ob man am Ziel ist und Schwingneigung gab's auch. Mir waren mit dem Pfleid TPS Hybrid jedenfalls nur Teilerfolge beschieden, es wanderte in die Bastelkiste...

Gruss,
Winfried

[Fortepianus]

Hallo Uli und Winfried,

meiner Meinung nach entspricht das einer Geschwindigkeit- und Beschleunigungsvorsteuerung, die dem Lagesollwert zugeschaltet wird. Richtig?

so ähnlich. Man muss beachten, dass der Schalldruck der Membranbeschleunigung proportional ist. Wenn man das in die Gleichungen einsetzt, kommt heraus, dass der Koeffizient am Proportionalanteil der bewegten Masse entspricht. Den habe ich auf 1 normiert. Damit ist bei K1 und K2 gleich Null der Ausgang der Vorsteuerung gleich dem Eingang. Der Koeffizient vor dem ersten Integrierer gleicht den Reibungskoeffizienten aus (geteilt durch Masse wegen Normierung). Der Koeffizient am zweiten Integrierer entspricht der Federsteife (getielt durch Masse). Und bei stromgeregelter Endstufe lässt sich das ganze schwingende Gebilde durch diese zwei Koeffizienten abbilden!

Laut Prinzipschaltbild koppeln 3 Potis von drei(!) hintereinanderliegenden Integratoren auf den Eingangsaddierer und 4 vom Eingangsaddiererausgang und den Integratorausgängen auf einen Ausgangsaddierer.

Pfleiderer braucht 3 Integrierer, weil er nicht strom-, sondern spannungsgegenkoppelt. Der dritte Integrierer muss die Induktivität der Schwingspule ausgleichen. Aber damit beginnt die Unzulänglichkeit seines Verfahrens: Diese Induktivität ist nämlich frequenzabhängig und auch noch nichtlinearen Effekten unterworfen.

Merkst Du was, Winfried? Meine zwei Koeffizienten machen das, was die Pfleidsche Vorsteuerung kann, viel einfacher und sogar genauer sowie unglaublich simpel abgleichbar. Als ich das rausgefunden habe, war ich 25 und habe überlegt, mich mit der Idee selbständig zu machen. Aber Pfleiderer hatte das Feld mit seinem Patent belegt, und auf dem Gegenkopplungsacker war Herr Müller der Herrscher. Also habe ich mich halt erst mit Kernfusion und dann mit Thomsonstreuung von Hochleistunglasern an Raumflugkörpern, die beim Wiedereintritt in die Erdatmosphäre sind, beschäftigt . Und merke jetzt aber mit zunehmendem Alter, was mir eigentlich immer am meisten Spaß gemacht hat: Lautsprecher bauen .

Viele Grüße
Gert

[Markus]

Hallo Gert,

es ist immer wieder unterhaltsam Deine Beiträge zu lesen.

Als ich das rausgefunden habe, war ich 25 und habe überlegt, mich mit der Idee selbständig zu machen. Aber Pfleiderer hatte das Feld mit seinem Patent belegt, und auf dem Gegenkopplungsacker war Herr Müller der Herrscher. Also habe ich mich halt erst mit Kernfusion und dann mit Thomsonstreuung von Hochleistunglasern an Raumflugkörpern, die beim Wiedereintritt in die Erdatmosphäre sind, beschäftigt . Und merke jetzt aber mit zunehmendem Alter, was mir eigentlich immer am meisten Spaß gemacht hat: Lautsprecher bauen

Gert, ich habe den Eindruck Du wirst das (Forschungs-)Feld jetzt von Hinten aufrollen.

Streuende Grüße
Markus

[wgh52]

Hallo Gert,

...Merkst Du was, Winfried? ...

Ja, "Stromendstufen" erweisen immer wieder als überaus "nützlich" gegenüber "Spannungsendstufen" ...

Mal einige weiterführende Fragen:
Wäre Deine zweistufig integrierende Analogrechenmethode nicht nützlich um bei latenzzeitbegrenzten Systemen die Gruppenlaufzeit des Bassbereiches analog zu begradigen anstatt die lange Latenz (Audiovolver ca. 0,7 Sek.) von DSP Lösungen in Kauf nehmen zu müssen? "Beissen sich" Vorsteuerung und Regelung hier (was ich eigentlich erstmal nicht glaube, wenn die Regelung beim Abgleich "an" ist)? Oder habe ich vielleicht etwas missverstanden?

Gruss,
Winfried

[Fortepianus]

Hallo Winfried,

Wäre Deine zweistufig integrierende Analogrechenmethode nicht nützlich um bei latenzzeitbegrenzten Systemen die Gruppenlaufzeit des Bassbereiches analog zu begradigen anstatt die lange Latenz (Audiovolver ca. 0,7 Sek.) von DSP Lösungen in Kauf nehmen zu müssen?

Die Analogrechnermethode funktioniert wie gesagt gut, sie ist aber einer Regelung dennoch unterlegen. Sie kann nämlich keinerlei nichtlineare Effekte beseitigen. Und eine gut gemachte Regelung kann auch hier punkten - wie z. B. einen extrem niedrigen Klirr ermöglichen, haben wir ja schon durchdekliniert hier im Forum. BM macht ja genau das: Der geregelte Bass einer Line 15/25/35/50 umgeht ja genau dieses Latenzproblem. Bei reiner Musikwiedergabe ist es egal, ob man ein paar hundert ms Verzögerung hat. Will man einen FIR-entzerrten Lautsprecher in einer Heimkinoumgebung (zusammen mit Bild) einsetzen, ist es ein Problem - und das wird bei BM durch die Kombi "Bass geregelt + Mitte und Höhen FIR-entzerrt" gelöst.

"Beissen sich" Vorsteuerung und Regelung hier (was ich eigentlich erstmal nicht glaube, wenn die Regelung beim Abgleich "an" ist)? Oder habe ich vielleicht etwas missverstanden?

In der Tat beisst sich das. Deshalb hat das damals auch nicht geklappt, als Du das mit der BM3 probiert hast. Ich habe da bei meiner damals noch mit der Magnetgegenkopplung ausgerüsteten BM20 (funktioniert genau wie in der BM3) auch rumprobiert. Auf den ersten Blick sieht das verlockend aus, denn die Magnetgegenkopplung hat prinzipbedingt stromgegengekoppelte Endstufen an Bord. Meine Idee damals war, in der Regelungs-Schleife das Chassis mit der analogen Vorsteuerung soweit zu linearisieren, dass man die Regelung deutlich straffer ziehen kann. Das funktionierte aber nicht zufriedenstellend. Der Grund ist, dass die magn. GK wie auch die heute noch verwendete v-Sensor-GK ein völlig neues Gesamtsystem darstellt - ein Wandler, der aus der Eingangsspannung eine Membran-Geschwindigkeit macht. Deshalb muss das Signal erst mal integriert werden, damit da der gewünschte Schalldruck rauskommt. Dafür muss die Analogrechnerschaltung aber anders aussehen - und leider einen Differenzierer enthalten, der analog wie digital nicht vernünftig (Rauschen etc.) hinzukriegen ist. Erschwerend kommt hinzu, dass das Basssystem bei der BM3 nur bis ca. 200Hz vernünftig gegengekoppelt ist und darüber in ein normales ungeregeltes System übergeht - weshalb der Eingangsintegrierer bei 200Hz in ein Linearglied übergeht. Dieses teilgeregelte stromgegengekoppelte System der BM3 nun mit einer Analogrechnerschaltung für einen spannungsbefeuerten ungeregelten Lautsprecher (die Pfleidsche Analogrechnerschaltung) linearisieren zu wollen, muss natürlich schief gehen.

Viele Grüße
Gert

[Zwodoppelvier]

Hallo Fachleute,

leider hatte ich kaum Zeit, mal eigenständig über die ganze Sache nachzudenken. So fällt für mich die Lösung mit den beiden einzustellenden Konstanten K1 und K2 einstweilen vom Himmel. Ist denn der Rechenweg von der Diff.-Gleichung aus "problemlos" (für mich wohl nur unter Zuhilfenahme entsprechender Mathematik-Literatur) nachvollziehbar? Aber noch andere Dinge sind mir unklar, z.B. was mit dem Umkehr-Integrierer gemeint ist? Und: ist mit dem Stromverstärker so eine Schaltung, wie sie z.B. abacus anbietet, gemeint (Transkonduktanz-Verstärker)? Vielleicht wären ein oder zwei Prinzipschaltbilder ganz hilfreich, damit das etwas leichter nachzuvollziehen ist.

Ich werde die Tage einmal die von mir angesprochene - äußerst simple - Schaltung für die Tiefton-Entzerrung einbringen; muß allerdings zugeben, daß ich sie noch nicht meßtechnisch durchgespielt habe.

Entschuldigt die vielen Fragen, aber das ist vielleicht Materie, die nicht in jedem Grundkurs Elektronik zu finden ist.

Viele Grüße
Eberhard

[Fortepianus]

Hallo Eberhard,

leider hatte ich kaum Zeit, mal eigenständig über die ganze Sache nachzudenken. So fällt für mich die Lösung mit den beiden einzustellenden Konstanten K1 und K2 einstweilen vom Himmel. Ist denn der Rechenweg von der Diff.-Gleichung aus "problemlos" (für mich wohl nur unter Zuhilfenahme entsprechender Mathematik-Literatur) nachvollziehbar?

wie problemlos Du das nachvollziehen kannst, hängt ein bisschen von Deiner mathematischen Vorbildung ab. Sei mir nicht böse, aber ich will nicht jeden Chinesen mit Googlezugang mit der Nase auf die Lösung stoßen, dazu habe ich zu viel Herzblut dafür verwendet. Ein versierter Ingenieur dagegen kriegt das mit der von mir gegebenen Info raus, und dann hat er sich das auch verdient .

Aber noch andere Dinge sind mir unklar, z.B. was mit dem Umkehr-Integrierer gemeint ist?

Ist nur für die schaltungstechnische Realisierung von Relevanz. Ein realer Integrierer mit einem OP macht immer ein Minuszeichen vor das Ergebnis. Ist beim Doppelintegrierer egal, denn Minus mal Minus ist wieder Plus. Aber das Signal des ersten Integrierers muss man deshalb eben abziehen statt addieren.

Entschuldigt die vielen Fragen, aber das ist vielleicht Materie, die nicht in jedem Grundkurs Elektronik zu finden ist.

Nein, bestimmt nicht. Ich habe auch noch nicht viele Gesprächspartner getroffen, mit denen ich sowas in der Tiefe diskutieren konnte.

Viele Grüße
Gert

[Franz]

Ich habe auch noch nicht viele Gesprächspartner getroffen, mit denen ich sowas in der Tiefe diskutieren konnte.

Das glaub ich dir gern. Ich hör mir dafür lieber das Resultat eurer mathematischen Berechnungen an - ist nicht so anstrengend.

Gruß
Franz

[wgh52]

Hallo Gert,

vielen Dank! jetzt wird mir im (langen) Nachhinein vieles klarer!

...kommt hinzu, dass das Basssystem bei der BM3 nur bis ca. 200Hz vernünftig gegengekoppelt ist und darüber in ein normales ungeregeltes System übergeht - weshalb der Eingangsintegrierer bei 200Hz in ein Linearglied übergeht. Dieses teilgeregelte stromgegengekoppelte System der BM3 nun mit einer Analogrechnerschaltung für einen spannungsbefeuerten ungeregelten Lautsprecher (die Pfleidsche Analogrechnerschaltung) linearisieren zu wollen, muss natürlich schief gehen...

Yupp!

Ich habe mal meine -zig Messchriebe von damalsdurchgekramt und kann die 200...250 Hz Regelungsgrenze ganz gut identifizieren (übrigens auch die Regelgrenze um 4 kHz beim 38 mm HochTöner), ich hatte damals die akustische Wirkung sämtlicher Regelungs-Potis nachgemessen und dokumentiert. So zum Spass halt auch die Effekte des TPS und das Zusammenspiel. Meine regelungstechnischen Kenntnisse reich(t)en nicht aus, die Schlüsse zu ziehen wie Du, ich kann sie aber heute in etwa mitvollziehen. Wir hätten uns damals (1986) kennen sollen...

Franz,

Ich habe auch noch nicht viele Gesprächspartner getroffen, mit denen ich sowas in der Tiefe diskutieren konnte.

Das glaub ich dir gern. Ich hör mir dafür lieber das Resultat eurer mathematischen Berechnungen an - ist nicht so anstrengend.

ich geniesse beides - Jedes zu seiner Zeit!

Gruss,
Winfried

[Fortepianus]

Hallo Winfried,

Ich habe mal meine -zig Messchriebe von damalsdurchgekramt und kann die 200...250 Hz Regelungsgrenze ganz gut identifizieren (übrigens auch die Regelgrenze um 4 kHz beim 38 mm HochTöner)...

deshalb wurde der Stab bei den größeren BM (BM12 aufwärts) damals dann dem Superhochtöner übergeben. Was Du ja in Deiner "BM11 Unikat" deshalb in ähnlicher Form zu machen gedenkst - Stabübergabe an den stromgeregelten Airmotion-Hochtöner.

Viele Grüße
Gert

[Zwodoppelvier]

Danke Gert,

für die Ergänzungen - und Deine Vorbehalte, allzu viel öffentlich zu stellen, kann ich absolut nachvollziehen!

Da ich derzeit ohnehin mit Bauarbeiten im Haus voll ausgelastet bin, werde ich die anstehende DIY-Aktivierung erst einmal auf die einfachste Art und Weise durchführen, d.h. Weichen und Endstufen außerhalb der Boxen lassen - ist auch vorteilhafter für weitere Experimente und Optimierungen. Die Bässe werden ohne Entzerrung und sonstige Kniffe angesteuert, wobei nach guten Erfahrungen eine in Kürze eintreffende gebrauchte abacus 60-120-Endstufe zum Einsatz kommen wird. Angenehmerweise bietet deren Gehäuseinneres noch ausreichend Platz, um eine auf Lochrasterplatte erstellte 18dB-Aktivweiche einbauen zu können und damit den zu erwartenden Kabelsalat wenigstens ein bisschen zu mindern. Die LS-Gehäuse werden zunächst kompakte Regalkisten werden - bis die endgültige Wohnzimmer-Einrichtung vielleicht doch einmal eine andere Lösung erlaubt...

Bilder und Beschreibung folgen natürlich beizeiten unter neuen Thema, damit es hier übersichtlich bleibt !

Viele Grüße
Eberhard

[Fortepianus]

Hallo Eberhard,

Da ich derzeit ohnehin mit Bauarbeiten im Haus voll ausgelastet bin, werde ich die anstehende DIY-Aktivierung erst einmal auf die einfachste Art und Weise durchführen, d.h. Weichen und Endstufen außerhalb der Boxen lassen...Die LS-Gehäuse werden zunächst kompakte Regalkisten werden - bis die endgültige Wohnzimmer-Einrichtung vielleicht doch einmal eine andere Lösung erlaubt...

ähem, wenn Du gerade eh bei Bauarbeiten am Haus bist, also ich habe früher immer davon geträumt, beim Hausbau dann die Tiefbasshörner ins Fundament mit einzugießen. Also jetzt oder nie. Deren laufzeitbedingte Schallverzögerung kann man ja heute spielend z. B. mit Ulis FIR-Filtern wieder gerade ziehen .

Viele Grüße
Gert

[Zwodoppelvier]

Das wär´s in der Tat gewesen...

aber jede Änderung am Rohbau wäre damals sehr teuer gewesen - der Nachteil, wenn man eine Standard-Doppelhaushälfte erwirbt.

Durch den aktuellen Dachausbau zugunsten der Kinder geht mir nun leider ein akustisch sehr vorteilhafter Hörraum verloren, aber was tut man nicht alles für die liebe Familie (dafür müssen die vorerst noch meine Radio-Sammlung ertragen. )

Gruß Eberhard