Sensorregelung: Verfahren, Messung und Hörbarkeit

[Christian Kramer]

Ich habe da was interessantes im Netz gefunden.

Grüße Christian

[Michael]

Yep, wie wäre es mit einer kleinen Nahfeldmessung an einem Treiber mit Regelung und dann mit offener Regelung bzw. deaktivierter Regelung?

Hallo zusammen,

technisch kann ich leider gar nichts beitragen, aber obiger Satz von Uli bewegt mich, hierzu meine eigenen Hörerfahrungen widerzugeben.

Ich hatte ja mal eine ganze Weile einen Velodyne SUB DD15, mit meinen BM 4 betrieben. Und habe einen Test nur mit dem Sub durchgeführt.

Es gibt eine CD von Tchaikovskys Overtüre 1812, bei der authentische Kanonenböller eingespielt werden. Es handelt sich hierbei um sehr kurze, heftige Impulse, diese habe ich mal mit eingeschalteter und dann mit ausgeschalteter Regelung des Velodyne Subs abgehört.

Ergebnis:
Mit eingeschalteter Regelung: wesentlich kürzerer, knackigerer Impuls
Mit ausgeschalteter Regelung: jeder Böller dauerte länger, imposanter, mächtiger, auch irgendwie tiefer!

Aber wenn man sich vor Augen führt, dass Masse (Tieftonmembranen von nem 15 Zöller haben samt Schwingspule schon ziemlich viel Masse) immer eine gewisse Trägheit besitzt, kann das doch nur zwangsläufig bedeuten, dass die Regelung eine authentischere Darstellung dieser Passagen ermöglichte.
Ich unterstelle einfach mal, dass Velodyne keine "besch." Treiber einbaut, die ungeregelt mehr Nachschwinger produziere als übliche Treiber, nur num die Wirksamkeit der Regelung zu demonstrieren.

Ausserdem erinnert mich dieses Experiment an eine Situation, wo vor Jahren ein Blitz ca. 3 m vor mir über einen Ast eines großen Baumes in einen hohen Metallzaun einschlug. Ich sah den Blitz und hörte gleichzeitig ein am ehesten mit einem Peitschenknall vergleichbares Geräusch, kein tiefer Ton, nur furchtbar laut, extrem kurz, knallend, zudem roch es nach Ozon.

Doch wenn ich bei Gewitter Blitze am Himmel zucken sehe: Je weiter weg, desto mächtiger und tiefer, durchaus auch imposanter das Schallereignis. Ich erkläre mir das so: Eigentlich entsteht nur ein kurzes, heftiges Schallereignis, quasi wie ein ein-maliges Ein- und Ausschwingen einer Membran. Je weiter man vom Entstehungsort entfernt ist, um so häufiger wird dieser einzelne Impuls von irgendwo her reflektiert und zeitverzögert erreicht dieser oder ganz viele Reflektionen dessen unser Gehör. Dadurch erst entsteht dieses imposante Grollen von zeitversetzt eintreffenden Reflexionen.

Dies möchte ich mal als bildhaften Vegleich geregelt/ungeregelt nehmen. Die häufigen Reflexionen bei dem Gewitterbeispiel sind hierbei die Nach- und Überschwinger einer nicht geregelten Membran.

Vielleicht kann Sigi mal mit seinem DD 18 einen ähnlichen Test durchführen (aber bitte ohne Blitz, nur mit Donner)?

Viele Grüsse
Michael (aus Bonn)

[Franz]

Michael,

Donnerwetter, schöne Analogie.

Gruß
Franz

[KSTR]

Dieses Korrekturverhalten hat zwar seine Grenzen, aber das gibt es bei passiven LS und aktiven ohne Regelung halt überhaupt gar nicht!

Naja, schon. Abhängig vom Ausgangswiderstand des Amps. Ist dieser negativ und genau so groß wie der Re der Schwingspule, gibt es eine hohe induzierte elektromotische Gegenkraft die der Bewegung entgegen wirkt - jedoch nutzbar ist dieser Trick für einen LS, aus dem auch Musik rauskommen soll, leider nicht. Aber schon mit Ausgansgwiderstand Null (also einem normalen Amp) ist die elektrische Bedämpfung vorhanden. Ohne elektrische Bedämpfung kommt der mechanische Gütefaktor des Chassis voll zum tragen, und da meist >>1, klingt das entprechend lange und laut (wegen der Resonanzübehöhung) nach. Erst mit elektrischer Bedämpfung sind korrekten Bedingungen für die Bassabstimmung so gegeben, wie das gedacht ist.

Dein Vergleich ist aber qualitativ richtig, jedoch müsste man "ausgeschaltete Endstufe" durch "ausgeschaltete Regelung" ersetzen, weil es um den Unterschied in der Bedämpfung mit/ohne Regelung geht, nicht um den Unterschied vorhandene/nicht vorhandene Dämpfung.

Grüße, Klaus

PS: @Gert, was hälst du denn davon, als gundsätzliche Idee bzw. auch Ausführung (oder hatten wir das schon), als DIY-Variante einer Regelung mit kapazitivem Positions-Sensor (praktisch ein Kondensator-"Hub-Direktmikrofon")? servospeaker.com, der fleißige Finne, hat ein Patent drauf angemeldet. Ob es durch ist/kam, weiß ich jetzt nicht...

[wgh52]

... jedoch müsste man "ausgeschaltete Endstufe" durch "ausgeschaltete Regelung" ersetzen....

OK Klaus,

das ist schon klar, aber mein Vorschlag war halt "praktisch", sprich für jeden ausprobierbar, gemeint. Technisch/Pysikalisch richtig ist natürlich Dein Vorschlag, nur kann den nicht jeder umsetzen...

...DIY-Variante einer Regelung mit kapazitivem Positions-Sensor (praktisch ein Kondensator-"Hub-Direktmikrofon")?

Die erste geregelte B&M, die BM-5 hatte vor den TMTs jeweils Gitter und war meiner Erinnerung nach "kapazitiv gegengekoppelt", was danach dan nur noch im Kalottentönerbereich weitergeführt wurde.

Gruss,
Winfried

[Eusebius]

Hallo Bonner Michael!

Dass ein geregelter Sub mit eingeschalteter Regelung besser und präziser klingt als mit ausgeschalteter, heißt nicht, dass es PER SE an dieser Technik liegt. Ich bin mir ziemlich sicher, dass der Entwickler sich bei den konventionellen Parametern mehr ins Zeug legen oder einiges sogar ganz anders machen würde, wenn er denselben Woofer OHNE Regelung bauen müsste.

Dein schönes Gewitter-Beispiel zeigt nicht nur die vielfachen Reflektionen des Schalls, sondern ist auch ein deutlicher Hinweis darauf, dass die Luft hohe Frequenzen stärker dämpft als tiefe.

[Rudolf]

@Gert, was hälst du denn davon, als gundsätzliche Idee bzw. auch Ausführung (oder hatten wir das schon), als DIY-Variante einer Regelung mit kapazitivem Positions-Sensor (praktisch ein Kondensator-"Hub-Direktmikrofon")? servospeaker.com, der fleißige Finne, hat ein Patent drauf angemeldet. Ob es durch ist/kam, weiß ich jetzt nicht...

In seinem White Paper gestattet Pasi Nuutinmaki die Nutzung seiner Technologie zu Privatzwecken ausdrücklich. In der Tat wäre es interessant, Gerts Meinung hierzu zu hören. Vielleicht können wir Pasi - ähnlich wie Uli in Sachen digitaler Steuerung - ja auch als Diskutanten/Lehrmeister für uns gewinnen?

Viele Grüße
Rudolf

[uli.brueggemann]

Die eingereichten WO- und EP-Patentschriften haben seit 2004 nie den Stand A1 verlassen. Sind also nicht mehr weitergeführt worden. Für Finnland gibt es einen Stand B, ist also dort patentiert (seit 2007).

Meines Erachtens kann sich ein Privatmann seltenst die Gebühren für WO und EP-Patente leisten. Da kommen auf einen horrende Kosten zu.

Zumindest sind die beschriebenen Ideen damit nicht mehr für andere patentfähig.

Grüsse, Uli

[uli.brueggemann]

Hier gibt es auch eine interessante Arbeit (Dissertation) zum Thema Regelung von LS-Chassis per optischer Messung.

Grüsse, Uli

[KSTR]

Hallo Rainer,

Ich bin mir ziemlich sicher, dass der Entwickler sich bei den konventionellen Parametern mehr ins Zeug legen oder einiges sogar ganz anders machen würde, wenn er denselben Woofer OHNE Regelung bauen müsste.

Da wäre ich mir nicht so sicher, ausser evtl. bei Budget-Produkten und da nur dann, wenn der Kosten/Nutzen-Effekt auch tatsächlich (d.h. auch wirtschaftlich) da ist. Natürlich kann er, als Abwägung, den ein oder anderen Kompromiss mehr/stärker machen gegenüber einer Variante ohne Regelung, aber viel Spielraum ist da nicht.

Der entscheidende Unterschied bei einer Regelung ist halt das tatsächliche Erfassen und (so weit wie sinnvoll) Korrigieren von Lang- und Kurzzeitnichtlinearitäten aller Art. Davon haben auch die besten Chassis jede Menge, wobei bei den allerbesten Chassis die Fehler so zu liegen kommen, das sie im Gesamtverbund am wenigsten auffallen (also von der Kunst und dem Geschmack des Chassis-Entwicklers abhängig).

D.h. die Konstruktionsdaten, sagen wir z.B. die prinzipielle Bassabstimmung des LS, setzt "bloß" ("", weil das ist schon Kunst genug) den Toleranz-Rahmen für u.U. auftretende Effekte, in welchem die Regelung die statischen und dynamischen Restfehler ausgleichen kann, lineare wie nichtlineare, während ohne Regelung diese halt in voller Pracht durchschlagen - und man deshalb möglichst Abstimmungen usw zu wählen versucht, die am wenigsten Empfindlich auf Parameterdrifts etc sind.

Grüße, Klaus

[Franz]

In der Automobilbranche ist es heute gang und gäbe, ABS für ein verbessertes Bremsverhalten einzusetzen. Da liegt es doch nahe, dies auch im Bereich des Lautsprecherbaus zu tun. Die Kunst ist nicht, es zu machen, sondern wie man es macht. Und in diesem Bereich hat speziell Herr Müller jahrzehntelange Erfahrung, hat seine Regelungstechnik mit den Sensoren immer weiter verfeinert. Und die Ergebnisse können sich hören lassen. Ich möchte darauf nie mehr verzichten wollen.

Aber sicher ist auch: Man kann darauf verzichten, es geht auch anders. Mir geht es dabei so, daß man, hat man sich daran mal gewöhnt, nicht mehr darauf verzichten will.

Gruß
Franz

[KSTR]

Die eingereichten WO- und EP-Patentschriften haben seit 2004 nie den Stand A1 verlassen. Sind also nicht mehr weitergeführt worden. Für Finnland gibt es einen Stand B, ist also dort patentiert (seit 2007).
[...]
Zumindest sind die beschriebenen Ideen damit nicht mehr für andere patentfähig...

... und damit auch als veröffentlichter Stand der Technik ohne Probleme gewerblich nutzbar, ausser in Finnland eben.

Danke für deine Recherche, Uli. Genau dieses Ergebnis wollte ich hören.

Hier gibt es auch eine interessante Arbeit (Dissertation) zum Thema Regelung von LS-Chassis per optischer Messung.

Äusserst interessant, wenn auch sehr aufgeblasen (als Diss muss es das natürlich). Aber in Zusammenfassung der Zusammenfassung:

Ein Referenzsystem wurde aufgebaut und vermessen. Die Messergebnisse von Simulation und Experiment stimmten gut überein. Die nichtlinearen Verzerrungen eines Multitonsignals bei niedrigen Frequenzen reduzierten sich um bis zu 50 dB in den Seitenbändern und bis zu 20 dB bei den Harmonischen. Dieser Trend war auch im Schallfeld zu erkennen"

Speziell hervorzuheben ist, dass es eine Lageregelung (echte Positionsregelung) der Membran ist (und ich hatte einen Vertipper oben, der "Finnensensor" ist ein Geschwindigkeitsaufnehmer, in seiner speziellen Ausführung - ginge aber, wenn man ihn mit HF betriebe als variablen Oszillator, und dann eine PLL dahinter, auch als Positionssensor).

Grüße, Klaus

[Fortepianus]

Hallo Klaus,

Speziell hervorzuheben ist, dass es eine Lageregelung (echte Positionsregelung) der Membran ist (und ich hatte einen Vertipper oben, der "Finnensensor" ist ein Geschwindigkeitsaufnehmer, in seiner speziellen Ausführung -- ginge aber, wenn man ihn mit HF betriebe als variablen Oszillator, und dann eine PLL dahinter, auch als Positionssensor).

habe mir den Schaltplan mal angeschaut und bin in der Tat genau an dem Punkt stutzig geworden - die Schaltung ist so aufgebaut, dass es nur funktioniert, wenn der Aufnehmer ein Geschwindigkeitssignal liefert. Damit mir erspart bleibt, mich durch die Formeln zu arbeiten: Hast Du begriffen, warum das Signal proportional zur Geschwindigkeit und nicht, wie sonst bei kapazitiven Verfahren, zum Ort (Lage) ist?

Weiter fiel mir beim Überfliegen des Schaltplans auf, dass er zur Linearisierung der Regelstrecke eine Linkwitztransformation einsetzt. Damit habe ich auch experimentiert. Da er aber (vernünftigerweise) auf die Geschwindigkeit regelt, klappt das nach meiner Erfahrung nicht befriedigend. Die Linkwitztransformation müsste er von der Schalldruckwelt (=Beschleunigung der Membran) auf die Geschwindigkeitswelt transformieren. Einmal alles differenzieren, zu deutsch. Und das kann ich in der analogen Welt niemandem empfehlen, das geht immer schief (rauscht, schwingt etc.). Und dann kämpft er mit Rauschen, weil er einen Trick, wie man die Differenzbildung (Soll-Ist-Vergleich) viel eleganter machen kann, nicht kennt oder zumindest nicht anwendet, nämlich, integrieren, längs mit dem Signal durch den (Geschwindigkeits-) Sensor, Regelverstärker und fertig. Das ist die geniale Welt von Herrn Müller. Das Rauschen versucht er zu unterdrücken, indem er einen Tiefpass (fg=1600Hz) in die Regelstrecke reinmacht. Was (dankt Phasenverschiebung des TP) die Regelung nicht gerade besser macht.

Also, ehrlich gesagt, ich hab' schon erheblich bessere GK-Konzepte gesehen, zumindest, was die schaltungstechnische Realisierung angeht. Trotzdem würde mich interessieren, warum dieser kapazitive Sensor ein v-Signal liefert.

Eine Lageregelung ist nach meiner Meinung keinesfalls von Vorteil. Es ist eher ein Nachteil, dass die üblichen kapazitiven oder optischen Verfahren (ja, die genannte Dis kenn ich auch) ein Lage-proportionales Signal liefern. Man müsste erst zweimal differenzieren, um es als Istwert für den Schalldruck gebrauchen zu können. Das ist der Vorteil von den Mikrofon- oder Piezoverfahren, dass sie ein Signal liefern, das direkt dem Schalldruck entspricht. Piezos sind aufgrund ihrer Hysterese aber unbrauchbar. Herrn Müllers Verfahren mit den polarisierten Folien hat den Nachteil nicht. Um die Lagesensoren sinnvoll einsetzen zu können, ist der beste Weg, direkt auf die Lage zu regeln und das Signal zweimal zu intergrieren.

Viele Grüße
Gert

[Fortepianus]

Hallo Klaus,

noch ein kurzer Nachtrag, hab' mir die Formeln doch mal schnell durchgelesen. Ist ein v-Sensor, weil dQ/dt im Kondensator zählt, behauptet er zumindest.

Gruß Gert

[KSTR]

Hi Gert,

noch ein kurzer Nachtrag, hab' mir die Formeln doch mal schnell durchgelesen. Ist ein v-Sensor, weil dQ/dt im Kondensator zählt, behauptet er zumindest.

Ich hab mir das anhand der Schaltung so erklärt, dass der Meßkondensator Ladungspulse in einen I/V-Wandler pumpt (der erste OpAmp), der Sensor also kurzgeschlossen ist, aber der Ladungsverschub passiert nur bei einer Änderung der Kapazität (d.h. einer Bewegung), bei gleichbleibender Polarisationsspannung. Wäre es jedoch ein charge-amplifier (mit rein kapazitiver Gegenkopplung, idealisert, also ein I/V-Integrator), käme hinten ein Positionssignal raus.

Weiter fiel mir beim Überfliegen des Schaltplans auf, dass er zur Linearisierung der Regelstrecke eine Linkwitztransformation einsetzt. Damit habe ich auch experimentiert. Da er aber (vernünftigerweise) auf die Geschwindigkeit regelt, klappt das nach meiner Erfahrung nicht befriedigend. Die Linkwitztransformation müsste er von der Schalldruckwelt (=Beschleunigung der Membran) auf die Geschwindigkeitswelt transformieren. ...

Darüber habe ich auch schon gerätselt, wie das funktionieren kann innerhalb der Schleife und nach der Integration. Anders gesagt, die "verschiedene Welt" ist mE nicht das Problem, aber die Stelle an der er transformiert, oder?

... Einmal alles differenzieren, zu deutsch. Und das kann ich in der analogen Welt niemandem empfehlen, das geht immer schief (rauscht, schwingt etc.). Und dann kämpft er mit Rauschen, weil er einen Trick, wie man die Differenzbildung (Soll-Ist-Vergleich) viel eleganter machen kann, nicht kennt oder zumindest nicht anwendet, nämlich, integrieren, längs mit dem Signal durch den (Geschwindigkeits-) Sensor, Regelverstärker und fertig

Das mit den Nachteilen womöglich mehrfacher Differentation ist mir klar (ist in der digitalen Welt ähnlich schlimm). Bei der Abhilfe, da kann ich grad nicht ganz bildlich folgen, was meinst du mit "längs mit dem Signal"? Ein Schaubild wäre prima. Die Schaltung des Finnen ist halt die offensichtlich direkte Implementation des primären Regelgedankens, die ich auch sofort verstehe (bin nicht mehr so fit in anaolger Regelungstechnik wie ich es schon mal war, mangels konkreter Beschäftigung mit komplexeren Systemen): Er differenziert die Position des Sensors, hat damit die Ist-Geschwindigkeit der Membran, und integriert die Führungsgröße, die mechanisch ja der Membran-Beschleunigung entspricht, zur Sollgeschwindigkeit der Membran und hat damit zwei Geschwindigkeiten die er versucht mit dem Regelverstärker "gleichzuziehen". Wie geht jetzt der besagte Trick? Also die Ist-Geschwindigkeit wieder zur Lage integrieren (bzw gar nicht erst zu diffenzieren aus der Lage), das Soll-Signal zweimal integrieren zu Soll-Lage und darauf dann den Regelverstärker, so wie du schon anmerktest im Falle eines Lage-Sensors?

Grüße, Klaus

EDIT: Ergänzungen.