Versuch: Regelung mit einem Doppelschwingspulen-Tieftöner

[Ralph Berres]

Übersiehst du da nicht das Übersprechen zwischen Treiber und Sensorspule?
Nicht umsonst sind bei B&M, Silbersand und AGM die Sensorspulen im Schwingspulenträger so angebracht, das das übersprechen minimiert wird.

Ralph

[cay-uwe]

@ Ralph,

die Abhandlungen, die Roman mal gefunden hat und auf die ich zurückgegriffen habe, unterdrücken zwar die Rückkopplung ab ca. 150Hz, da sich die zweite Spule ab der Frequenz nicht mehr als Geschwindigkeitssensor gibt.

Ich jedoch habe festgestellt, dass bei meiner Boxgröße Rückkopplung ähnlich wie eine Baffle-Step Kompensation gibt und konnte auch keine Nachteile messen oder hören

Das lasse ich also erst mal so und schaue dann weiter, wenn ich die komplette Box aufgebaut habe, ob ich Nachteiliges herausfinden kann. Wie gesagt, im Moment nicht ...

@ Dietert,

vielen Dank für die Tipps. Eins kann ich aber schon übereinstimmend mit Deinen Erfahrungen sagen, unterhalb von der Resonanzfrequenz ergeben sich tatsächlich messbare Vorteile. Darüber ist es eher weniger signifikant.

Wie gesagt, ich werde mich jetzt an den Bau einer Box machen. Ich habe genug Restmaterial hier rumliegen. Wenn das gemacht werde ich Genaueres untersuchen.

[dietert]

Das Übersprechen bei höheren Frequenzen ist ja gerade das geniale, denn bei höheren Frequenzen regelt sich so ein Chassis ja eigentlich selber, wie jemand anders weiter oben angemerkt hat.
Wer das einmal richtig verstanden hat, kann daraus sogar etwas lernen für die Regelung mit anderen Sensoren.
Beispielsweise hat Philips im Jahre 1983 ein Patent bekommen (US Patent 4,395,588, 16. Juli 1983, "MFB System with a By-Pass Network"), um nach demselben Prinzip die MFB-Regelung mit Piezos zu verbessern. Die Philips Piezo- Beschleunigungsaufnehmer lieferten nämlich auch ab etwa 1 KHz kein brauchbares Signal mehr, sondern zeigten dann wüste Eigenresonanzen. Die entsprechende Schaltung wurde erstmals in den F9638 Aktivlautsprechern verwendet.
Die Verwendung von Filtern in Regelkreisen bedeutet dagegen meist Einschränkungen bei der Kreisverstärkung, wegen der Phasendrehung solcher Filter. Deswegen erreichen viele dieser Lautsprecherregelungen maximal Kreisverstärkungen von etwa 10 bis 20 dB, das ist etwa so wie ein Heizungsthermostat: Es bedeutet, dass sich bei Änderung der Außentemperatur um 3°C die Raumtemperatur um 1° bis 0,3°C ändert.
Die Regelung über die zweite Antriebsspule ist hier eine absolute Ausnahme. Die Änderung der Raumtemperatur wäre hier nur 0,03 °C, wenn die betreffende Endstufe eine Verstärkungsreserve von 60 dB hat.

[Ralph Berres]

Die Regelung über die zweite Antriebsspule ist hier eine absolute Ausnahme. Die Änderung der Raumtemperatur wäre hier nur 0,03 °C, wenn die betreffende Endstufe eine Verstärkungsreserve von 60 dB hat.

Dann ist die Regelung aber lange schon am schwingen.

Ralph

[dietert]

@Ralph
Ein Regelkreis schwingt eben trotz hoher Verstärkung NICHT, wenn die Phasenlage des Gegenkopplungssignals im ganzen Frequenzbereich korrekt ist, nämlich im Intervall +/- 90°, besser +/- 60°. Das funktioniert genauso wie die Stabilität von Operationsverstärkern. Die zweite Antriebsspule erfüllt dieses Stabilitätskriterium.
Die von mir verwendete Endstufe OM961, die ich auf etwa 20 dB Verstärkung eingestellt habe, hat sicherlich eine Leerlaufverstärkung von 80 dB. Bei der Kerbe in der Übertragungskennlinie verbleiben davon also etwa 45 dB. Das sollte mit jeder anderen Endstufe genauso funktionieren, z.B. mit LM3886 oder den TDA7293 bei Roman.

@Cay-Uwe
Einen habe ich noch:
So ein geregelter Tieftöner eignet sich hervorragend als Treiber für eine Bassreflexbox. Dafür braucht man ja einen möglichst starken Antrieb, damit sich die Membran möglichst unabhängig von dem dahinter eingeschlossenen Luftvolumen bewegt. Die Bassreflexmethode reduziert den benötigten Hub der Membran im Tiefbassbereich, so kann die Regelung indirekt auch den Klirr des inhomogenen Magnetfelds im Motor reduzieren. Bedenken wegen unerwünschten Einschwingverhaltens sind unangebracht, denn der geregelte Treiber macht ja praktisch genau das, was man ihm vorgibt.
Also am besten ein Bassreflexrohr mit einbauen! Ein korrektes Bassreflexrohr verbindet übrigens eine Öffnung in der Schallwand mit dem Mittelpunkt der Box. Ein flacher Kanal an einer der Seiten ist eher eine Notlösung.

[Ralph Berres]

Hallo Dietert

Die Sensorspule sollte ein Geschwindigkeitssignal abgeben, dessen Phasenverschiebung gegenüber der Treiberspule konstant 90° beträgt. Nur bei der Resonanzfrequenz ist die Phasenverschiebung 0°

Das Übersprechen zwischen Treiber und Sensorspule ist aber 180° Phasenverschiebung.

So dass wenn du gegenkoppelst, (dazu muss das Signal ja Phasengedrehet zruückgeführt werden, also bei Resonanz 180°) aus dem Übersprechen 0° Phasenverschiebung werden. Das System wird zur Selbsterregung kommen, wenn die Kreisverstärkung (also Verstärkung - Übersprechen) größer als 1 wird. Und das passiert verdammt schnell. Es sei denn man versucht mit irgendwelchen Phasenschiebern die Phase an der Selbsterregungsfrequenz zu drehen, was aber unweigerlich Auswirkungen bei der Geschwindigkeitsgegenkopplung hat. Dann wird diese nämlich schnell instabil.

PS: mit zwei Schwingspulenlautsprecher habe ich selber auch schon experimentiert. Auf höhere Gegenkopplungsfaktoren als ca 1,2 bin ich nie gekommen, wegen des Übersprechens halt.

Ralph

[cay-uwe]

Mir ist klar, dass die Rückkopplung nicht ausschließlich den Parametern entspricht, die man angehen möchte. Nichts desto trotz, in dem Bereich in dem es interessant wird, nämlich den Betrieb unterhalb der Resonanzfrequenz, greift die Rückkopplung sehr gut, was insbesondere mit dem ersten Tieftöner den ich besaß zu sehen war. Zur Erinnerung, dies waren die von mir gemessenen Klirrwerte, bei ähnlich eingestellten Frequenzgängen, ohne und mit Feedback:



Sehr gut zu erkennen ist, dass unterhalb von ca. 70 Hz ( Einbauresonanz des Tieftöners ), die Klirrwerte geringer sind, insbesondere K3 ( grün ) und K5 ( rot ). Das ist schon mal ein gutes Ergebnis.

Wir brauchen nicht zu diskutieren, das irgendwann, das Feedbacksignal nicht mehr die Größe aufnimmt, die man regeln möchte. In den Abhandlungen wird das auch erläutert und das Sensorsignal wird mit entsprechenden RC-Netzwerken ausgekoppelt.

Das habe ich erst mal nicht getan und wie ich bereits sagte, habe ich auch kein Nachteil daran erkennen können, dass ich das Rückkopplungssignal weiter nutze. Im Gegenteil, es bringt mir das Kompensieren von dem Bafflestep. Aber wie besprochen, ich werde das Ganze im Auge behalten

[Hans-Martin]

Bedenken wegen unerwünschten Einschwingverhaltens sind unangebracht, denn der geregelte Treiber macht ja praktisch genau das, was man ihm vorgibt.
Also am besten ein Bassreflexrohr mit einbauen! Ein korrektes Bassreflexrohr verbindet übrigens eine Öffnung in der Schallwand mit dem Mittelpunkt der Box. Ein flacher Kanal an einer der Seiten ist eher eine Notlösung.

Hallo Dieter

Ich wüsste gern, warum die Boxenmitte einen Unterschied zum Rand macht. Ich hätte angenommen, bei diesen tiefen Frequenzen mit Wellenlängen weit jenseits der Boxenabmessungen spielen derlei Anordnungsüberlegungen keine Rolle.

Grüße Hans-Martin

[dietert]

@Ralph

Nein, bitte keine Verwirrung, die Phasenlage des Sensorsignals auf der Resonanz ist zwingend dieselbe wie die des Übersprechens. Bitte nachmessen und das Phasendiagramm in Ruhe ansehen!

Theorie dazu:
a) Weil auf der Eigenresonanz des Tieftöners der Antriebsstrom klein wird, wird die Gegen-EMK fast gleich der Antriebsspannung. Dieselbe Tachospannung zeigt die zweite stromlose, mitbewegte Antriebsspule. Antriebs- und Sensorspannung sind auf der Eigenresonanz in Phase.
b) Das Übersprechen zu hohen Frequenzen hin kann man sich so vorstellen, dass bei kleiner werdender Membranbewegung Antriebsspule und Sensorspule tendenziell als Trafo 1:1 funktionieren, also auch bei diesem Beitrag sind Antriebsspannung und Sensorspannung in Phase.

@Hans-Martin

Das Bassreflexrohr soll an den Geschwindigkeitsknoten ankoppeln, der sich in der Mitte der Box befindet. In der Nähe der Boxeninnenwände und der Treibermembran ist ein Druckknoten. Die Transformation von Druck in Bewegung funktioniert dann am besten. So habe ich es verstanden.

[cay-uwe]

Ich denke um etwas Klarheit zu schaffen wäre es mal gut, wenn ein Blick auf Betrag und Phase des Signals der mitschwingenden Spule geworfen wird.



Zu beachten wäre, dass die Phase bereits invertiert ist, so wie es in die Rückkopplungsschleife vorgesehen ist.

[RPWG]

Hallo Cay-Uwe,

Super, dass du den Thread noch mal auffrischst!

Ich bin leider immer noch nicht dazu gekommen, das o.g. Paper in seiner Breite zu lesen und zu verstehen, für mich wäre es sehr interessant, einen Bodeplot des aufgetrennten Regelkreises zu sehen, also die Rückführung an der Summationsstelle auftrennen und über den kompletten Kreisverstärkungspfad messen.

Falls das bereits bei deinem im letzten Post veröffentlichten Plot der Fall ist, dann müsste die Strecke ja zumindest inhärent stabil sein .

Viele Grüße,
Roman

[cay-uwe]

Hallo Cay-Uwe,
[...]
Falls das bereits bei deinem im letzten Post veröffentlichten Plot der Fall ist, dann müsste die Strecke ja zumindest inhärent stabil sein .

Genau so ist es, das ist das Signal im offenen Zustand und stabil ist das Ganze

[phase_accurate]

Das Bassreflexrohr soll an den Geschwindigkeitsknoten ankoppeln, der sich in der Mitte der Box befindet. In der Nähe der Boxeninnenwände und der Treibermembran ist ein Druckknoten.

Bei normalen Chassis und einigermassen normalen Abstimmungen sind die Grössenverhältnisse zwischen den Wellenlängen und den mechanischen Abmessungen einer Box derart, dass es weder bei der Abstimmfrequenz noch bei der Resonanzfrequenz des Tieftöners zu Schnelle- oder Druckknoten kommen sollte.

Bei höheren Frequenzen (welche wir ja nicht durch das Rohr abstrahlen wollen) sieht es dann schon anders aus. Aber auch hier würde der Trick nicht immer helfen, da es auch in der Mitte der Box zu Druckknoten kommen kann.

Generell würde ich sagen, dass man das so pauschal nicht als Trick verwenden kann, aber du hast mich daran erinnert, dass man in dieser Hinsicht schon Optimierungspotential hätte.

Gruss

Charles

[dietert]

Meiner Meinung nach ist Bassreflex wegen dieser Problematik so in Verruf. Es ist ja sowieso ein Gewabbele, wenn ich einen ungeregelten Tieftöner verwende, dann fehlt nur noch eine suboptimale Anordnung. Im Idealfall simuliert die Bassreflexmethode eine Lambda/viertel Leitung (TQWT).

Da fallen mir die alten Quadral Standboxen ein, die den Basstreiber und die TL Öffnung beide auf halber Raumhöhe hatten. Die auffälligste Raummode mit etwa 70 bis 80 Hz in vielen Wohnräumen ist ja eine stehende Welle mit Druckknoten an Boden und Decke und einem Geschwindigkeitsknoten in vertikaler Richtung auf halber Raumhöhe, also eine halbe Wellenlänge (346 m/sec / 5 m = 70 Hz, mit Möbeln eher 80 Hz). Auch bei Pfleid gab's mal wie ein Horn aussehende, vertikale Bassreflexöffnungen.

Bei meinen Experimenten mit dem geregelten Doppelschwingspulentieftöner konnte ich übrigens sehr schön den Raumwinkeleffekt sehen, der bei einer Messung 50 cm vor der Box eine Absenkung von etwa 6 dB im Tiefbass macht, weil dann der Schall zunehmend nach hinten "fließt". Diesen Effekt kann man bekanntlich kompensieren, indem man die Box an eine massive Wand stellt, am besten wieder mit dem Basstreiber und der Reflexöffnung auf halber Raumhöhe.

[Hans-Martin]

Auch bei Pfleid gab's mal wie ein Horn aussehende, vertikale Bassreflexöffnungen.

Die Pfleidt PP8 wurde von Pfleiderer selbst als Exponentialhorn bezeichnet, mit KEF B139 und dem Marmorhorn wurden sagenhafte 25Hz versprochen. 3 Hochtonhörner und 1 Kalotte, 1 130mm TMT und 100mm MT füllten den Rest der Schallwand aus, das 3. HT-Horn wohl nach oben gerichtet.

Vielleicht grenzte das Prinzip auch an eine von Isophon als Exponentialhornkehle oder von Hans Deutsch als Hornresonator bezeichnete Bassreflexvariante mit Kurzhornanpassung der Austrittsöffnung. Ob man Bässe gerichtet abstrahlen kann, wie Pfleiderer verspricht, steht auf einem anderen Blatt. Für mich hat Peter Pfleiderer bei vielen seiner Aussagen sehr viel Skepsis ausgelöst.

Immerhin gab es in der Wireless World auch Exponentialhornbauvorschläge mit dem B139, genauso wie es Bassreflex mit Passivmembran, sogar Transmissionline nach Bailey damit gab und die berühmte Isobarik mit 2 Compound-B139. Dieses erstaunliche Wundertier schien in allen Anwendungen gerade die richtigen Chassisparameter zu besitzen, von Expohorn bis Compound auf kompaktem geschlossenen Gehäuse. fehlte nur noch die Doppelschwingspule, um beim Thema zu bleiben...

Meine Erinnerung an den B139 sagt mir, dass oberhalb 250 Hz der Klang schon nicht mehr nach meinem Geschmack war, eine vergleichsweise niedrige Übergangsfrequenz für einen Tieftöner, die nach einem Membran TMT verlangte.

Grüße Hans-Martin