Abacus/Rieder-Verstärker und APC-Schaltung

Rudolf
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Beitrag von Rudolf »

Hallo Kai,
aston456 hat geschrieben:Und hier greift man auf eine grundsätzlich minderwertige Lösung zurück. Sollte da nur das Kostenargument eine Rolle spielen?
Schlichtheit und Eleganz gibt es auch bei technischen Lösungen. Auf den vorliegenden, konkreten Fall bezogen würde dies bedeuten, ein wichtiges Ziel bei der Entwicklung von Lautsprechern, nämlich die Erzielung einer linearen Phase, mit geringstmöglichem Aufwand zu erzielen. Und genau das scheint bei der APC-Gegenkopplung gelungen zu sein.

Die Techniker mögen mich gerne korrigieren; insbesondere auch darüber aufklären, wo die Grenzen dieses Verfahrens liegen - funktioniert das z.B. auch bei mehr-als-2-Wege-Systemen? Und handelt man sich ggf. an anderer Stelle Nachteile ein? Am liebsten wäre mir dabei, wenn ihr euren Tech-Talk mit gelegentlichen Merksätzen in Laiensprache garniert. Besten Dank im Voraus!

:cheers:
Viele Grüße
Rudolf
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phase_accurate
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Beitrag von phase_accurate »

Hallo Fujak

Ich weiss nicht, wie gross der Aufwand ist bei einer KH aber ich gehe davon aus, dass er sehr viel höher ist als die "Weiche" im APC Schema, welches ich gesehen habe.

Es ging bei meiner Aussage auch nicht darum, ob Weichen aufwändig sein sollen oder nicht, aber jemand von Abacus hat von aufwändigen Passivweichen gesprochen.

Auf die Messung der Step Response warte ich schon gespannt !

Das Prinzip funktioniert übrigens auch mit mehr als zwei Wegen. Das Problem sind nicht die Anzahl Wege sondern die Höhe der Filterordnung.

Gruss

Charles
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Aktives Hören
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Beitrag von Aktives Hören »

Nachstehend weiterer Input von Hanno Sonder (Abacus)
Hanno Sonder hat geschrieben:
Die passive Weiche im APC-Konzept fällt tatsächlich recht überschaubar aus. Sie arbeitet auch nur mit einer Flankensteilheit von 12dB/Oct, sonst wird das System instabil. Gerade diese Flankensteilheit zeigt sich aber als besonders musikalisch. Die Chassis sind natürlich auch danach ausgesucht, dass sie jeweils noch ein ganzes Stück in den Bereich des jeweils anderen arbeiten können, was hier ja kein Problem darstellt, da sie ja stets in Phase sind.

Das System funktioniert theoretisch auch mit 3 Wegen, wäre dann aber sehr, sehr schwierig unter Kontrolle zu bekommen. Das ist übrigens auch bei den zwei Wegen schon schwer genug, denn so ein komplexer Regelkreis hat eine ziemliche Eigendynamik.

Wir haben Kunden, die betreiben die APC zusammen mit unserem Subwoofer aktiv getrennt. Bei Frequenzen im Bassbereich ist das mit der Phasendrehung wohl eh alles nicht so schlimm, da kommen häufig viel mehr Probleme aus dem Raum und man kann auf eine herkömmliche aktive Weiche zurückgreifen.

Abgesehen davon, die APC arbeitet von 16 Hz bis über 20.000 Hz, auch mit zwei Wegen ...

Viele Grüße,
Hanno
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Joachim Rieder
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Beitrag von Joachim Rieder »

Hallo KSTR, Rudolf und alle Anderen, die an Verstärkertechnik interessiert sind!

Es ist inzwischen, nach 25 Jahren, weitgehend bekannt, dass ich bei meinem Verstärkerprinzip zur Stromlieferung an die Lautsprecher nicht die Emitter, sondern die Kollektoren verwende. Um zu verstehen, warum ich das so mache und nicht wie die meisten anderen Entwickler, die ja die Emitter benutzen, das Folgende.

Und es ist dabei von der Funktion her egal, ob es sich dabei um einen Emitterfolger oder einen Sourcefolger handelt.

Wie ich auch schon in diesem Forum gelesen habe, bildet sich die Ausgangsspannung eines solchen Verstärkers durch den Strom im Lastwiderstand. (Es ist also keine Entdeckung von mir.) In unseren Fällen ist das ja ein Lautsprecher. Das komplexe Phasenverhalten von Lautsprechern kann als bekannt angenommen werden.

Meine Entdeckung ist, dass dies an Emitterfolgern (Sourcefolgern) zu den von mir so genannten "Emitterfolgerverzerrungen" führt. Insbesondere in dem induktiven Bereich des Lautsprechers. Diese Verzerrungen treten nicht auf, wenn der Verstärker keine UGK oder keine IGK hat. Die Gegenkopplung vergleicht, bekanntlich, die Eingangsspannung mit der Ausgangsspannung des Verstärkers.

Wenn jedoch der Ausgangsstrom phasenverschoben ist, ist die daraus resultierende Spannung natürlich auch phasenverschoben. Es werden also 2 Spannungen mit einander verglichen, die je nach Phasenverschiebung mehr oder weniger divergieren. Beim Messen von Verstärkern wird jedoch als Lastwiderstand normalerweise ein rein ohmscher Widerstand verwendet. Und an diesem treten ja keine Phasenverschiebungen auf und der Verstärker misst sich perfekt.

Mein Verstärkerprinzip benutzt nun die Kollektoren zur Stromlieferung. Es ist also ein Transkonduktanzverstärker. Mit einer relativ einfachen Gegenkopplung wird aus diesem gesteuerten Ausgangsstrom dann tatsächlich ein Spannungsverstärkung. Entscheidend dabei ist, dass der veränderliche Ausgangsstrom keinen Einfluss auf die Ausgangsspannung hat. Diese wird ja durch die UGK auf dem vorgegebenen Wert gehalten. Und wenn Sie wollen, auch durch eine IGK. Die vom Lautsprecher immer auch erzeugte Gegen-EMK wird der Ausgangsspannung überlagert, und so entsteht durch entsprechende Ansteuerung der Ausgangstransistoren ein perfekter Regelkreis.

Wegen dem Early-Effekt hat die Kollektorspannung kaum Einfluss auf den Strom in einem Transistor. Bei einer Röhre wird dies als Durchgriff bezeichnet. Es ist nach diesem Prinzip nicht notwendig, einen getennten Regelungsaufnehmer am Chassis zu befestigen. Tatsächlich gibt es ja keinen besseren Aufnehmer als die Schwingspule selbst. Dies kann jedoch nur funktionieren, wenn der Verstärker in der Lage ist, die Gegen-EMK von der Ausgangsspannung zu unterscheiden.

Selbstverständlich könnte das die UGK oder IGK an einem Emitterfolger auch. Aber eine Gegenkopplung funktioniert eben nur perfekt, wenn der Verstärker die Ausgangstransistoren nicht als Emitterfolger (Kollektorschaltung) betreibt. Der Early-Effekt wirkt sich in der Kollektorschaltung nicht aus.

Mit freundlichen Grüßen. Jochen
Fortepianus
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Beitrag von Fortepianus »

Hallo Jochen,

sorry, dass ich jetzt erst dazu komme, auf Deinen überaus interessanten Beitrag zu antworten. Zunächst leuchtet mir ein, was Du bzgl. der Kollektorschaltung sagst - sie stellt eine Stromquelle dar. Ein Transistor ist in Kollektorschaltung eine stromgesteuerte Stromquelle, deshalb hat er auch eine "Stromverstärkung". Und der knallhart in sich selbst spannungsgegengekoppelte Emitterfolger verstärkt zwar den Strom, aber seine Ausgangsspannung am Emitter folgt der Eingangsspannung - daher der Name. Soweit, so gut.

Eines verstehe ich aber noch nicht ganz:
Joachim Rieder hat geschrieben:Mein Verstärkerprinzip benutzt nun die Kollektoren zur Stromlieferung. Es ist also ein Transkonduktanzverstärker. Mit einer relativ einfachen Gegenkopplung wird aus diesem gesteuerten Ausgangsstrom dann tatsächlich ein Spannungsverstärkung. Entscheidend dabei ist, dass der veränderliche Ausgangsstrom keinen Einfluss auf die Ausgangsspannung hat. Diese wird ja durch die UGK auf dem vorgegebenen Wert gehalten.
Die Stromquelle wird nun per UGK dazu gezwungen, den Strom zu liefern, der für die geforderte Ausgangsspannung notwendig ist. Es ist im Endergebnis also eine Spannungsquelle, wenn auch ein sehr gute, der eine Verzerrungsart genommen wurde (die von Dir erwähnten "Emitterverzerrungen"). Sie hat damit also einen Innenwiderstand nahe Null - das zeichnet eine gute Spannungsquelle aus. Und damit wird
Joachim Rieder hat geschrieben:Die vom Lautsprecher immer auch erzeugte Gegen-EMK wird der Ausgangsspannung überlagert, und so entsteht durch entsprechende Ansteuerung der Ausgangstransistoren ein perfekter Regelkreis.
die EMK eben nicht ausgeregelt, sondern sie tobt ihr Unwesen ungehindert aus. Gerade durch den Innenwiderstand Null schließt sich ja erst der Stromkreis, so dass die EMK einen Strom bewirken kann - der nur und genau nur zur Bedämpfung der Grundresonanz taugt, ansonsten aber sehr unschöne Dreckeffekte bewirkt.
Joachim Rieder hat geschrieben:Es ist nach diesem Prinzip nicht notwendig, einen getrennten Regelungsaufnehmer am Chassis zu befestigen. Tatsächlich gibt es ja keinen besseren Aufnehmer als die Schwingspule selbst. Dies kann jedoch nur funktionieren, wenn der Verstärker in der Lage ist, die Gegen-EMK von der Ausgangsspannung zu unterscheiden.
Wie schon erwähnt, ist die Gegen-EMK lediglich von Nutzen, wenn es darum geht, die Grundresonanz zu bedämpfen. Aber ansonsten ist die Schwingspule selbst ein denkbar schlechter Sensor. Welcher Anteil der Spannung, die an seinen Enden abzugreifen ist, hat sich durch den Ansteuerstrom am komplexen Widerstand Lautsprecher gebildet, und welcher durch die Geschwindigkeit der Membran im Magnetfeld? Selbst wenn der Verstärker das trennen könnte und damit die Membrangeschwindigkeit proportional zur Eingangsspannung des Verstärkers geregelt würde - das hätte nicht den gewünschten Schalldruck zur Folge, denn der ist proportional zur ersten Ableitung der Membrangeschwindigkeit nach der Zeit - der Membranbeschleunigung.
Joachim Rieder hat geschrieben:Selbstverständlich könnte das die UGK oder IGK an einem Emitterfolger auch. Aber eine Gegenkopplung funktioniert eben nur perfekt, wenn der Verstärker die Ausgangstransistoren nicht als Emitterfolger (Kollektorschaltung) betreibt. Der Early-Effekt wirkt sich in der Kollektorschaltung nicht aus.
Das mit den Emitterverzerrungen würde mich etwas genauer interessieren. Könntest Du bitte erklären, welcher Art die sind? Warum wirkt sich der Early-Effekt bei Kollektorschaltung nicht aus? Das habe ich noch nicht verstanden. Early-Effekt heißt doch, dass sich (aufgrund der Basisweitenmodulation) der Ausgangsstrom (Kollektorstrom) mit der Kollektor-Basis-Spannung ändert - deshalb ist ein Transistor (gerade in Kollektorschaltung!) keine ideale Stromquelle, sondern hat einen begrenzten Innenwiderstand. Bei Kollektorschaltung ist doch die Änderung der Kollektor-Basis-Spannung ziemlich genau gleich der Änderung der Kollektor-Emitter-Spannung, wenn wir mal näherungsweise konstante 0,7V oder so für Basis-Emitter ansetzen. Deshalb sehe ich beim Early-Effekt keinen Unterschied zwischen Kollektor- und Emitterschaltung - wo liegt mein Denkfehler?

Viele Grüße
Gert
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Joachim Rieder
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Beitrag von Joachim Rieder »

Hallo Gert!

Endlich mal jemand, der was von der Elektroinduktion versteht.

Deine Frage nach der Gegen-EMK ist ja recht einfach zu beantworten. An einer stillstehenden Spule wird die Gegen-EMK die angelegte Klemmenspannung nicht erreichen. Die Differenz aus Klemmenspannung und Gegen-EMK ist dann die am ohmschen Widerstand wirksame Spannung, die den Strom fließen lässt. Dieser Strom ist viel kleiner als nach dem ohmschen Gesetz vorberechnet und ist die Ursache dafür, dass ein Trafo einen sehr kleinen Leerlaufstrom hat. Mit zunehmendem sekundärem Strom wird jedoch die Gegen-EMK kleiner und damit der primäre Strom größer. Wenn sich in einem Lautsprecher die Spule bewegt, wird in dieser zusätzlich die Generatorspannung erzeugt. Diese kann die gleiche Richtung oder die entgegengesetzte Richtung wie die angelegte Spannung aus dem Verstärker haben. Ohne UGK wird dies die Spannung erhöhen oder erniedrigen.

Über die UGK merkt nun der Verstärker, ob er mehr Strom liefern muss, um die Membran zu beschleunigen oder abzubremsen. Ein Verstärker in Emitterfolgerschaltung merkt dies ohne Gegenkopplung direkt an den Emittern und steuert die Ausgangstransistoren dem entsprechend. Jedoch lange nicht so genau, wie eine gute UGK dies macht. Einen Verstärker zu bauen, der ohne UGK nur gerade noch akzeptable Verzerrungen produziert, ist sehr schwer.

Doch nun zu der Frage, was die von mir so bezeichnete Emitterfolgerverzerrung ist und wodurch sie entsteht. Ich denke, dass die Phasenverschiebung, die ein Lautsprecher produziert, nicht diskutiert werden muss. Durch eine induktive Verschiebung fließt der Strom nach der angelegten Spannung und daraus resultiert dann die Spannung am Emitter des Emitterfolgers. Diese Spannung ist logischer weise genauso verschoben wie der sie verursachende Strom. Ohne Gegenkopplung entsteht daraus jedoch keine Verzerrung.

Mit Gegenkopplung werden in dieser jedoch zwei Spannungen mit einander verglichen, die zwar den selben Ursprung haben und damit in der Amplitudenform ziemlich gleich sind. Jedoch hinkt die am Emitter anstehende Spannung der Eingangsspannung hinterher. Die Gegenkopplung versucht nun, diese zwei Spannungen in Phase zu schieben. Dies kann jedoch nicht gelingen, weil die Eingangsspannung mit den entsprechenden Amplitudenwerten ja vorbei ist. Aus diesem Grund klingen Verstärker in Emitterfolgerschaltung so typisch nach Transistor, obwohl sie an einem ohmschen Widerstand gemessen eigentlich richtig gut sind. Die Emitterfolgerverzerrung entsteht erst mit einer induktiven Belastung des Verstärkers und mit einer Gegenkopplung des Verstärkers. Es scheint unmöglich zu sein, einen Verstärker mit gesteuertem Ausgangsstrom zu bauen. Denn dieser Strom, so scheint es mir, ist nur mit einer IGK zu realisieren. Und dann haben wir wieder die Emitterfolgerverzerrung. Diese Verzerrung tritt jedoch nicht auf, wenn ein solcher Verstärker die Kollektoren zur Stromlieferung benutzt. An so einem Verstärker ist die Ausgangsspannung und der Ausgangsstrom durch der Phasenlage des Stroms nicht beeinflussbar.

Zum Early-Effekt in einem weiteren Artikel.

Viele Grüße. Jochen
Joachim Rieder
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Beitrag von Joachim Rieder »

Hallo Gert!

Beim erneuten Lesen deines Artikels stutzte ich über die von Dir angeführten Dreckeffekte. Ist es nicht so, dass das eben die von mir angefürten "Emitterfolgerverzerrungen" sind? Diese Dreckeffekte gibt es bei meiner Verstärkerschaltung nämlich nicht. Du sagst, dass diese durch die EMK verursacht werden. Also durch die Gegenkopplung. Und genau das sage ich ja auch. Aber ich behaupte auch, dass dies durch die Emitterfolgerschaltung in Verbindung mit einer Gegenkopplung verursacht wird. Und bei meiner Verstärkerschaltung wird eben nicht nur die Resonanzfrequenz bedämpft, sondern der Dämpfungsfaktor ist bei jeder Frequnz überragend gut. Denn jede Abweichung der Ausgangsspannung vom Sollwert wird ja sofort korrigiert. Durch Beschleunigen oder Abbremsen der Lautsprechermembran. Auch wenn der Verstärker ein gesteuerter Stromlieferant ist, wie Du ihn ja bevorzugst. Also mit einer IGK. Zur Zeit kann ich bei einer IGK keinen Vorteil gegenüber einer UGK sehen. Da jedoch bei einer Tonaufnahme eben eine zum Schallereignis proportionale Spannung aufgezeichnet wird, denke ich, dass eine UGK doch besser ist. Wenigstens bei meinem Verstärkerprinzip.

Doch nun etwas anderes! In früheren Artikeln wurde behauptet, meine Schaltung wäre nichts besonderes, und es gäbe einige mit demselben Prinzip. Ich kenne nicht alle, aber ein paar. Aber ich kenne keine Schaltung, die wie bei meiner, den Strom ausschließlich über die Kollektoren der Endtransistoren liefert. Am bekanntesten ist hier die Schaltung, bei der durch den Strom des Operationsverstärkers die Powertransistoren gesteuert werden. Klingt zunächst wie bei meinem Verstärker. Aber bei dieser Schaltung werden die Kollektoren der Boost-Transistoren parallel zu der Emitterfolger-Ausgangsstufe des steuernden Operationverstärkers geschaltet und auch deren Basen von diesem gesteuert.

Wenn nun die Ausgangsstufe des Operationverstärkers schon diese Emitterfplgerverzerrung produziert, kann aus den Boostern ja nichts Besseres herauskommen. Und noch einmal. Bei meiner Schaltung liefern ausschließlich die Kollektoren der Endtransistoren den Lautsprecherstrom. Also keine Emitterfolgerverzerrungen.

Der Artikel über den Early-Effekt folgt noch. Da muss ich selbst noch nachdenken.

Viele Grüße. Jochen.
KSTR
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Beitrag von KSTR »

Hallo,

Sobald ich dazu komme (zum WE, hoffe ich), werde ich einige auklärende Simuationen vorstellen, wo man klar sieht welche Unterschiede tatsächlich bestehen und welche nicht, und welche Ursachen sie haben...

Wenn Jochen derweil uns über die sog. Emitterverzerrungen aufklären möchte, insbesondere den auf der Webseite erklärten Messversuch dazu, wäre das schön, Zitat :
Joachim Rieder hat geschrieben:"Von mir wurde eine Messmethode zur Darstellung der "Emitterfolger - Verzerrung" entwickelt, die es erlaubt, diese Verzerrung darzustellen und vergleichend zu bewerten. Sie ist für jeden Elektroniker nachvollziehbar und durchführbar. Benötigt wird hierzu ein Hochlastwiderstand mit 4 Ohm, ein Parallel-Resonanzkreis mit einer Resonanzfrequenz zwischen 70 Hz und 100 Hz und einem entsprechendem Vorwiderstand, so dass dieser Resonanzkreis ebenfalls auf 4 Ohm Gleichstromwiderstand kommt, zwei Hochlast-Widerstände mit je 0,22 Ohm, ein Rechteckgenerator und ein Zweikanaloszilloskop.

Der Rechteckgenerator wird auf eine Frequenz von 5 Hz eingestellt und liefert ein Null-symetrisches Signal. Dieses steilflankige Signal wird passiv befiltert. Und zwar als Hochpass mit einem RC Glied für 20 Hz und einem Tiefpass mit ebenfalls einem RC Glied für 200 Hz. Dieses befilterte Rechtecksignal wird nun auf beide Eingänge des zu messenden Verstärkers geschaltet. Ein Kanal wird mit dem rein ohmschen 4 Ohm Widerstand belastet. Der andere Kanal mit dem Parallel - Resonanzkreis von ebenfalls 4 Ohm Gleichstromwiderstand. Dieser Kanal ist jedoch induktiv vorbelastet. In beide Rückleitungen vom jeweiligen Lastwiderstand wird nun jeweils einer der zwei 0,22 Ohm Widerstände nach Masse geschaltet, so dass an diesen Widerständen eine dem jeweilgen Strom proportionale Spannung abfällt.

Je ein Kanal des Oszilloskops wird nun mit dem jeweiligen Messwiderstand am Verstärker verbunden. Beide Rechtecksignale sehen unterschiedlich aus, obwohl an den Verstärkereingängen ja das gleiche Signal anliegt. Das Signal des Kanals mit der reinen ohmschen Belastung ist in diesem Fall das Referenzsignal, weil ja davon ausgegangen werden kann, dass dieses Signal wegen der reinen ohmschen Belastung perfekt dargestellt wird. Das Signal an dem Kanal mit der induktiven Vorbelastung wird jedoch dagegen verändert erscheinen. Vor allem wird die ansteigende Flanke nicht so schnell sein wie an dem Referenzkanal.

Die Nacheilung ist physikaliches Gesetz und resultiert nicht aus der Emitterfolgerschaltung, sondern aus der Induktivität. Am Oszilloskop werden nun beide Kanäle so gut als möglich mit Hilfe der Empfindlichkeitseinstellung zur Deckung gebracht. Da der induktiv belastete Kanal jedoch in seiner Amplitude nach hinten fällt, wird jetzt ein Dreieck sichtbar. Dieses Dreieck entsteht, weil der Kanal mit der ohmschen Belastung in seiner Amplitude nicht fällt und deshalb das Referenzsignal darstellt. Der induktiv belastete Kanal zeigt jedoch durch die "Emitterfolger - Verzerrung" eine abfallende Amplitude. Diese Verzerrung wird praktisch durch jeden Lautsprecher in seinem induktiven Frequenzbereich verursacht und ist an einer gegengekoppelten Emitterfolgerschaltung unvermeidlich.

Mit einer Gegenkopplung ließe sich der Amplitudenabfall zwar vermeiden, jedoch funktioniert eine Gegenkopplung an einem Emitterfolger bei induktiver Belastung nicht, weil die zeitliche Divergenz zwischen Eingangssignal und Ausgangssignal bei induktiver Belastung zu groß ist. Ein Maß für diese Verzerrung ist das Verhältnis der Fläche dieses Dreiecks zur Fläche der ganzen unverzerrten Amplitude des Kanals mit der ohmschen Belastung. Diesed Dreieck erscheint nicht am Rieder-Verstärker und auch nicht beim Emitterfolger, wenn dieser nicht gegegekoppelt ist.
Markierung von mir, weil ich und zwei weitere Elektronikentwickler (in der Audiobranche) konnten das nicht, rein nach dem Text. Warum kein klares Schaubild des Versuchaufbaus? Dann wäre das in Windeseile in LTspice simuliert, mit Genauigkeits- und Realitätsanspruch auf hohem Niveau (heuzutage kein Problem mehr), bevor man sich in Versuchen mir realer Hardware einen abastet ...

Grüße, Klaus
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Fortepianus
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Beitrag von Fortepianus »

Hallo Jochen,
Joachim Rieder hat geschrieben:Beim erneuten Lesen deines Artikels stutzte ich über die von Dir angeführten Dreckeffekte. Ist es nicht so, dass das eben die von mir angeführten "Emitterfolgerverzerrungen" sind? Diese Dreckeffekte gibt es bei meiner Verstärkerschaltung nämlich nicht. Du sagst, dass diese durch die EMK verursacht werden. Also durch die Gegenkopplung. Und genau das sage ich ja auch. Aber ich behaupte auch, dass dies durch die Emitterfolgerschaltung in Verbindung mit einer Gegenkopplung verursacht wird. Und bei meiner Verstärkerschaltung wird eben nicht nur die Resonanzfrequenz bedämpft, sondern der Dämpfungsfaktor ist bei jeder Frequnz überragend gut.
ich glaube, das sind andere Verzerrungen. Aber der Reihe nach: Zunächst sind wir uns doch vermutlich einig, dass ein idealer Verstärker mit UGK einen unendlich hohen Dämpfungsfaktor hat. Nämlich Innenwiderstand genau Null bei jeder Frequenz, eine ideale spannungsgesteuerte Spannungsquelle. Schau Dir doch bitte nochmal meine beiden Bildchen zu UGK und IGK an. Alle Dreckeffekte, die ich danach im Thread aufführe, verbergen sich in dem Term -e/Rc, wobei e die Summe aller in der Schwingspule induzierten Spannungen ("Dreckeffekte") darstellt, Rc ist der ohmsche Widerstand der Schwingspule. Dieser Strom -e/Rc kann nur durch die Quelle fließen. Je niederohmiger diese ist, desto besser. Der ideale UGK-Verstärker ist also der schlimmste bzgl. dieser Dreckeffekte, um es überspitzt zu formulieren. Bei der IGK dagegen kann aufgrund des hohen Innenwiderstandes der Quelle (im Idealfall unendlich) kein Strom fließen aufgrund irgendwelcher induzierter Spannungen. Und nur der Strom zählt in der Schwingspule, das ist die energietragende Größe für die Antriebskraft F=B*l*I.

Diese Art der Verzerrungen ist also nicht vom Verstärkerprinzip abhängig. Nimmt man den Verstärker als ideale Quelle an (ob Emitter oder Kollektorschaltung ist für diese Betrachtung egal), zählt dafür nur die Art der Gegenkopplung - UGK oder IGK.

Und nochmal: Es ist nach meiner Meinung ein Trugschluss zu glauben, dass die induzierte Gegenspannung der Schwingspule geeignet wäre, die Membran "im Griff" zu haben. Im besten Fall kann man eine elektrische Bedämpfung des schwingenden Systems bewirken. Die Bewegung der Membran über einen weiten Frequenzbereich damit wirklich im Griff zu haben, ist nicht realistisch. Das geht erst, wenn man die Bewegung wirklich misst und einem Soll-Ist-Vergleich zuführt - meine bescheidene Erfahrung. Deshalb versuche ich gerne per IGK die Dreckeffekte draußen zu halten und zusätzlich per Sensor die Membran zu führen. Ich weiß schon, das ist ein gewaltiger Aufwand, und überall, wo auch nur im entferntesten ein Betriebswirt mitreden darf, wird das nicht gemacht.

Viele Grüße
Gert
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Fritz

Beitrag von Fritz »

Hallo,
Fortepianus hat geschrieben:Zunächst sind wir uns doch vermutlich einig, dass ein idealer Verstärker mit UGK einen unendlich hohen Dämpfungsfaktor hat. Nämlich Innenwiderstand genau Null bei jeder Frequenz, eine ideale spannungsgesteuerte Spannungsquelle
der Rieder Verstärker ist aber keine spannungsgesteuerte Spannungsquelle, trotz UGK!

Einfach einmal die Gegenkopplung über "Alles" von einem Spannungsverstärker und dem Rieder Verstärker auftrennen, was passiert?

Der normale Spannungsverstärker und auch der Spannungsverstärker mit IGK antworten mit der maximal möglichen Ausgangsspannung.

Der Rieder Verstärker antwortet mit dem maximal möglichen Ausgangsstrom!

So, was nun?

Gruß Fritz

PS. Bitte einmal die Schaltung verstehen. Meine Zeichnung nur mit Transistoren könnte helfen.
Joachim Rieder
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Beitrag von Joachim Rieder »

Hallo Gert!

So kann das nicht stehen bleiben. Es ist nämlich ganz einfach falsch. Du redest von einem Verstärker, der nur 2 Quadranten bedient. Zum Beispiel ein Röhrenverstärker.

Ein guter Transistorverstärker bedient jedoch alle 4 Quadranten. Zum Beispiel meiner. Bei diesem und auch bei anderen Verstärkern ist der Ausgangswiderstand eben nicht fest null Ohm, und das bei jeder Frequenz. Der Ausgangswiderstand kann auch bei positiver Ausgangsspannung negativ sein und bei negativer Ausgangsspannung auch positiv. Ein guter Verstärker ist nämlich nicht nur eine ideale Spannungsquelle, sondern auch ein idealer Stromverbraucher.

Mit UGK genügt schon die kleinste Abweichung vom Sollwert der Ausgangsspannung, um die Endtransistoren von Stromlieferung auf Stromverbrauch umzuschalten, dabei ist es egal, ob die Ausgangsspannung positiv oder negativ ist. Also ist, mindestens bei meinem Verstärker, die Schwingspule der ideale Schwingungsaufnehmer. Das ist so, auch wenn du es nicht glauben willst.

Mit Deinem, von Dir so angepriesenen Stromausgang ist das nicht so. Und deshalb brauchst du ja auch einen getrennten Schwingungsaufnehmer. Mit der damit verbundenen Elektronik macht der IGK gekoppelte Verstärker mit seiner Ausgangsspannung genau das gleiche wie meiner. Sonst könnte er ja den Stromfluss nicht umkehren, um die Membran abzubremsen.

Ich denke, dass das zum Nachdenken erstmal genug ist.

Du solltest auch mal darüber Nachdenken, wie es möglich sein kann, dass ein Silbersand Lautsprecher nicht besser klingt, als die jetzt besprochene A-Box 5 von ABACUS. Und die Silbersand kostet ungefähr das 10 fache. Nun, dafür kann sie auch viel lauter. Die ist ja auch viel größer.

Die A-Box 5 ist zwar nicht von mir, aber die Verstärker darin funktionieren genau nach meinem Prinzip.
Auch der Entwickler dieses Lautsprechers sagt selbst, dass das, was der Lautsprecher jetzt kann, ohne mein Verstärkerprinzip nicht funktionieren könnte.

Viele Grüße von Jochen.
Rudolf
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Beitrag von Rudolf »

Hallo Jochen,
Joachim Rieder hat geschrieben:Du solltest auch mal darüber Nachdenken, wie es möglich sein kann, dass ein Silbersand Lautsprecher nicht besser klingt, als die jetzt besprochene A-Box 5 von ABACUS.
nur zur Klarstellung: das habe ich nicht geschrieben - bitte nochmals nachlesen! (Es freut mich aber, wenn meine Begeisterung so positiv wahrgenommen wurde. :D )

Viele Grüße
Rudolf
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Zwodoppelvier
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Beitrag von Zwodoppelvier »

Hallo Miteinander,

ohne profunde elektrotechnische Kenntnisse (bin Autodidakt) ist das Zusammenwirken der verschiedenen GK nebst ihrer Wirkung, wie auch die Sache mit den 4 Quadranten nicht so einfach nachzuvollziehen ...

Trotzdem möchte ich kurz den nicht-technischen Einwurf wagen, indem ich Verstärker mit Ausgangsstufe in Emitterschaltung in der Praxis als klanglich sehr gut kennengelernt habe.

Speziell eine ABACUS 60-120 habe ich damals zur Halbaktivierung der Manger ZB109 verwendet. Die 4-Ohm-Basschassis hängen bei der passiven Variante über 2 dicke Spulen + Elko quer dazwischen (18dB-Tiefpaß) am Verstärker. Selbst an dicken Endstufen fiel die Basswiedergabe hinsichtlich Durchhörbarkeit, Sauberkeit und Tiefgang sehr deutlich gegenüber dem MSW ab. Das Aktivfilter habe ich versuchsweise nach den "alten" Unterlagen von MANGER (ca. 1996) aufgebaut, eine 18dB-TP-Schaltung mit 1 OPAMP. Auf einer Lochrasterplatte erstellt, ließ sich diese sehr gut in den 60-120 integrieren. Das Ergebnis überzeugte uns.

Zwar habe ich den Gesamtaufbau nicht mehr in meinem Wohnraum ausgiebiger hören können, aber da ich die Lautsprecher mitsamt Aktiv-Bassverstärker an einen Freund verkauft habe, konnte ich sie noch mehrfach dort erleben. Von Unsauberkeiten im Bassbereich ist m.E. keine Spur geblieben, es tönt einfach "schwarz", trocken, druckvoll, ohne sich ungebührlich in den Vordergrund zu spielen. Auch besagter Freund ist mit dem Ergebnis sehr zufrieden - und er hatte schon massig Boxen auch gehobener Preiskategorie ausprobiert.

Gut - Gegenchecken müßte man dies nun mit einer auf Regelung basierenden Konstruktion; erst dann kann zuverlässig beurteilt werden, ob dieser Mehraufwand sich auszahlt.

Nun aber wieder zurück zu den rein technischen Aspekten, die mich natürlich auch sehr interessieren!

Viele Grüße
Eberhard
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KSTR
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Beitrag von KSTR »

Fritz hat geschrieben: Bitte einmal die Schaltung verstehen. Meine Zeichnung nur mit Transistoren könnte helfen.
Fritz,
bei aller gebotener Zurückhaltung, aber Gert solltest du zu allerletzt das Nicht-Verstehen von Schaltungen unterstellen ... lies einfach mal einige Dutzend seiner technischen Beiträge ...

Zum Thema, wir fangen u.U. an uns in Begrifflichkeiten zu verheddern ...

Ich sehe das so (und damit klar bei Gert bleibend):
  1. Spannungsgesteuerte Spannungsquelle (Spannungsverstärker, "UGK"): Spannungsgesteuert ist klar, und Spannungsquelle meint eine Ausgangsimpedanz klein gegenüber der Lastimpedanz, mindestens zwei Größenordnungen, also "Spannungsanpassung". Das Verhalten der Ausgangsstufe je nach innerem Funktionsprinzip open-loop zu betrachten, ist nicht zielführend, weil kein gültiger Betriebszustand.

    Jochens Amp ist klar ein Spannungsverstärker, auch wenn die Stellgröße des Reglers ein Strom ist.
    Ebenso ist die Definition einer spannungsgesteuerten Stromquelle (Stromverstärker, "IGK") nicht vom Prinzip der Ausgangstufe abhängig, es geht sowohl mit Strom- wie Spannung als Stellgröße. IGK ist ja auch eh nichts anderes als UGK an einem Meßwiderstand statt der Schwingspule, die dahinter in Serie liegt (ausserhalb der Regelung). Die Ausgangsimpedanz sei bei IGK zwei Größenordnungen größer als die Lastimpedanz, Stromanpassung.

    Niemand zwingt uns aber, uns auf eine konstante Ausgangsimpedanz festzulegen, egal ob sie nun sehr klein (UGK) -- incl negativ bis zu -Re (Über-U-GK) -- oder sehr groß (IGK) ist, es geht auch alles übergehend, sprich die Ausgangsimpedanz darf auch einen komplexen FG haben. Genau das baue ich gerade, und zwar zur hoffentlichen Freude von Jochen, mit einer Verstärkerzelle mit Stromausgang (aus zwei Gründen: meine Schaltung wird dadurch extrem einfach, und weil mein regelungstechnisches Bauchgefühl sagt, dass Strom als Stellgröße besser erscheint sowie der Vorteil der höheren Gegenkopplungsreserve natürlich sehr gelegen kommt).
  2. 4-Quadranten-Betrieb : Das bedeutet dass die Ausgangsstufe jederzeit unabhängig jeden beliebigen Strom (incl. besonders dem Vorzeichen) und jede ebenso beliebige Spannung kontrolliert liefern kann. Das letzlich völlig trivial, denn wie Jochen schon sagte, jeder überhaupt funktionierende Verstärker kann das (sonst funktioniert er eben gar nicht erst). Das Funktionsprinzip (inkl. ob überhaupt globale GK im Spiel ist oder nicht) ist dafür wieder erstmal unerheblich (somit auch jeder funktionierende Röhrenverstärker).

    Das testet man ja auch so in der Praxis (z.B. bei thermischen und Stabilitätstests, Tests auf dynamischen Klirr usw) : An einem UGK-Amp legt man eine beliebige Wellenform an den Eingang, und injiziert gleichzeitig eine völlig andere Wellenform als Strom in den Ausgang und inspiziert die Ausgangsspannung, während man bei einem IGK nicht den Strom, sondern eine Klemmenspannung aufprägt und dafür den Ausgangstrom inspiziert. Die Klemmenspannung (also der Rückwärtsdreck des Chassis) läuft ins Leere, das hat viele Vorteile (aber auch ein paar Problemstellen, wo es keinen Vorteil bringt).
  3. Die Ausgangsimpedanz eines Spannungsverstärkers misst man genau so, nur dass man dort einen festen DC-Offset für Ausgangspannung und -strom einstellt, dann einen AC-Strom zusätzlich injiziert und die AC-Klemmenspannung beobachtet. Auch gern mit einem schnellen LogSweep, womit man Impulsantworten (und damit FG usw) der Ausgangsimpedanz (incl Klirrkomponenten erhält). Je nach Offsets und AC-Amplitude kann man so jeden erdenklichen Arbeitspunkt durchfahren und bekommt einen Überblick über das gesamte Verhalten der komplexen Ausgangsimpedanz, mit all ihren Zicken. Bei IGK tauschen wieder Ausgangsstrom- und Spannung die Rollen. Eine trotz beliebig wanderndem Arbeitspunkt immer gleichbleibende Ausgangsimpedanz mit immer gleichem, niedrigem Klirr ist das Ziel.
  4. 4-Quadranten-Betrieb hat rein gar nichts mit negativer Ausgangsimpedanz zu tun. Das ist ein oft vorkommender intuitiver Betrachtungsfehler, denn differentiell betrachtet kann immer (auch im 1-Quadrantenbetrieb, der für LS aber nicht relevant ist) zwar z.B. der Strom kleiner werden obwohl die Spannung größer wird und damit ist der Quotient negativ, aber es handelt sich um Verhältnisse an der Last, nicht im Verstärker. Dessen Ausgangsimpedanz kann positiv oder negativ, unendlich oder sonstwas sein als Designentscheidung, bzw ist eh immer komplex (auch ohne GK).
  5. Schwingspule als "Sensorersatz" geht nur bei höchstwertigen Chassis in einem schmalen optimalen Betriebszustand. Wer einmal ein Chassis aber als Mikrofon gemessen hat, womöglich mit modulierten Großsignalparametern (Auslenkung, Strom) wird ernüchtert feststellen wie schnell das ganze massiv unlinear/unstabil wird.
Grüße, Klaus
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Fortepianus
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Beitrag von Fortepianus »

Hallo Klaus,

ich danke Dir sehr für diese Klarstellungen - mir gingen ganz ähnliche Gedanken durch den Kopf, konnte sie aber aus akutem Zeitmangel (Stichwort Sonosumbauten :cheers: ) nicht in Schriftform kondensieren.

Viele Grüße
Gert
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