Pfleiderer'scher Analogrechner und Stromgegenkopplung

[uli.brueggemann]

Wenn doch schon alles im Tietze-Schenk drinsteht: weshalb gibt es denn eigentlich so wenig Stromverstärker (oder Transkonduktoren) ? Zumindest sind doch typischerweise Spannungsverstärker angesagt. Irgendwo muss doch der Hund begraben liegen.

Interessant dazu auch Artikel von Nelson Pass, z.B. Current Source Crossover Filters

Und bezogen auf digitale Weichen ist Gert's Anmerkung sicherlich nachdenkenswert (dass eben das Analoge auch nach Jahren rennt). Doch es könnte ja auch digitale Lösungen geben, die länger funktionieren. Ist doch bei Waschmaschinen, Photoapparaten, Daimlers etc. auch der Fall. Für IIR gibt es ja auch schon reichlich DSP-Lösungen. Auch für Lautsprecher (oder muss man bei K+H O500C jedes Jahr upgraden?). Nur für FIR braucht es leider noch mehr Rechenpower.

Grüsse, Uli

[schauki]

@Uli
Also unsere Waschmaschine hat aktuell das "Problem" dass sie nicht mehr so lange wäscht wie sie soll. Alle meiner bisherigen 3 Digital-Cams waren in Summe 6 mal beim Service und 2 davon sind einfach hinüber gewesen, keine Rettung mehr möglich.

Dafür läuft mein DSP Weiche seit Jahren ohen das geringste Problem.

Bzgl. der O500C -> die hat ja auch FIR Filter. Am Digital-Eingang ist allerdings lt. Schaltplan "nur" ein 24/48 Teil drin... Wie es beim Weichen-DSP aussieht, wenn man da analog reinkommt, weiß ich nicht, gehe aber davon aus, dass es ebenfalls 24/48 sind, da der hauseigene Controller ProC28 ebenfalls mit max. 48kHz arbeitet (lt. Datenblatt). Hier wäre der Einwand bzgl. HD Formate mit >48kHz Abtastrate gerechtfertigt. Hat aber auch schon ein paar Jahre am Buckel.

Ich gehe davon aus, dass Geräte a la DEQX/lake contour/... sowohl was die Langzeitstabilität als auch was die HD Tauglichkeit betrifft, entsprechendes zu bieten haben.

Bei PCs und Komponenten habe allgemein mehr Glück gehabt, da ist mir bisher nur durch Eigenverschulden etwas kaputt gegangen.

mfg

[KSTR]

Hallo Uli,

Wenn doch schon alles im Tietze-Schenk drinsteht: weshalb gibt es denn eigentlich so wenig Stromverstärker (oder Transkonduktoren) ? Zumindest sind doch typischerweise Spannungsverstärker angesagt. Irgendwo muss doch der Hund begraben liegen.

Das scheint mir geschichtlich begründet zu sein. Nach ca 1940 kam die Gegenkopplung auf und damit automatisch ein höherer Dämfungsfaktor (so man das nicht austrickst). Und es kam ein Aufteilung in Verstärker und Mehrweglautspecher als eigenständige Produkte. Man hat sich dann praktischerweise auf Spannungsbetrieb als Schnittstelle festgelegt und seitdem nicht mehr rückbesonnen (und die Basisumstände des LS-Betriebs vergessen) weil da nun eine ganz gewaltige Industrie dranhängt.

EDIT: Noch ein nicht unpassender Link, man hat sich mit dem Problem des plötzlich "zu guten" Dämfpungsfaktors beschäftig als das zum Problem geworden war, Mitte der50er:

Tomcik: The Amplifier Damping Factor and its Application to Speaker Performance

... gefunden in der Diskussion um das Buch des Finnen auf diyaudio.com:

The Secret of Tube Amplifiers Revealed - and much more!

Grüße, Klaus

[schauki]

Hallo!

Ganz doof gefragt, von einem Elektronik Nackerpatzerl...

Wenn ich nun ein beliebiges Chassis akustisch messe einmal mit nem "eingebürgerten" Spannungs-Amp, und einmal die gleiche Messung mache nur mit einem Strom-Amp, wie wirkt sich das auf die Messergebnisse aus?

Wenn man das überhaupt so sagen kann?

mfg

[KSTR]

Auf gleich entzerrt meinst du, nehme ich an? Hat Charles schon angesprochen: Manche Klirrmechanismen werden schwächer, aber es besteht auch die Gefahr dass driftende Parameter ein Problem werden, je höher die Güte des Systems im Strombetrieb, umso mehr. Sprich die Stabilität der Abstimmung einer Entzerrung kann heikel werden wenn die Reso innerhalb des Nutzbereiches ist wenn diese nicht ausreichend stabil ist. Beides sieht man in Messungen, die Problematik der instabilen Reso aber z.B. kaum in einfachen Sinusmessungen.

Ein Paper zu dem Problem chaotischen Verhaltens eines "Spannungsschassis" im reinen Strombetrieb:

Jabbari/Unruh: Jump Resonance in Audio Transducers

Grüße, Klaus

[Calvin]

Hi,

der Amplitudengang wird sich bei Stromeinspeisung im groben Verlauf dem Impedanzgang annähern. Am deutlichsten wird das auf der Resonanzfrequenz sichtbar.

@KSTR: Das Hawksford-Riley gehört in die Klasse der Statevariable-Filter, ja. Was diese Topologie interessant macht ist die geringste Anzahl an Bauteilen und das die frequenzbestimmenden Bauteile nicht gematcht sein müssen, also geringste Kosten. Jeder der Integratoren kann von den Bauteilwerten z.B. auf gutes Rauschverhalten hin getrimmt werden, sodaß nicht einmal Abstriche im Signalverhalten gemacht werden müssen. Typisch für Statevariable Filter ist die Symmetrie der gegenläufigen HP- und TP-Filterflanken perfekt.

jauu
Calvin

[schauki]

@KSTR
Ja auf gleich entzerrt, drift mal ausgenommen.

In welcher Größenordnung spielt sich das mit dem Klirr ab?

Bzw. ist eine Regelung dann m.o.w. erfordlich bei Strom-Amps?
Was natürlich den Motor-Klirr entsprechend bearbeitet.

Die Grundfrage - was bringst - jetzt rein Strom vs. Spannung, würde ich mir erst stellen wollen, wenn ich überhaupt die wesentlichen akustisch wirksamen Änderungen einschätzen kann.

mfg

P.S. die Alarmanlage meines 10 Jahre alten Kübels dürfte übrigens auch ein Beispiel für DSPs mit Altersblödsinn sein.... oder der Freund Marder hat schon wieder zugeschlagen...

[Fortepianus]

Also Jungs,

so langsam kommt ja Fahrt in die Sache. Hätte ich mir ja denken können, dass Du das gleich mal - zumindest in der Simulation - ausprobierst, Klaus . Und Du hast recht, wenn Du die gute alte Linkwitzkorrektur und meinen Doppelintegrierer mit Addierer nimmst, kommt am Ende die gleiche Übertragungsfunktion raus. Bei dem Doppelintegrierer kannst Du eben mit zwei Potis kinderleicht abgleichen. Ich habe das auch schon so gemacht, dass ich meinen Doppelintegrierer genommen und mit den beiden Potis abgestimmt habe. Dann die Poti-Werte ins Simulationstool übertragen (ich nehme Multisim) und die Übertragungsfunktion der Linkwitzkorrektur entsprechend hingepfriemelt. Dann reicht ein OP.

Natürlich begrenzt man real die Integrierer unten, da legst Du einfach bei jedem der beiden einen passenden Widerstand über den Integrations-C und gut ist's, Charles. Mit Kante bei sagen wir 10Hz oder so. @Charles und Richard: Es macht in der Praxis doch einen erheblichen Unterschied, ob strom- oder spannungsgesteuert wird. Ich habe das früher mit unzähligen Chassis probiert und mir damals eine Testschaltung gemacht, mit der ich die Testendstufe mit einem Schalter ganz einfach von Strom- auf Spannungsgegenkopplung umschalten konnte. Bei I-GK war der Abgleich perfekt hinzukriegen, bei U-GK nicht. Ein Sinusburst bei Resonanzfrequenz ist das Testsignal der Wahl. Bei U-GK endet der Sinus nie abrupt in der Nulllinie wie bei I-GK. Interessant war vor allem, dass das Verfahren bei Mittel- und Hochtönern nur bei ganz wenigen Exemplaren funktioniert hat - eben bei denen, die mit möglichst wenig Luftkämmerlein und Wirbelstrombremstricks arbeiten. Bei TTs war das meist einfacher. Ich hatte damals während des Studiums einen guten Kontakt zu einem Selbstbauladen hier in Stuttgart, der mir netterweise alle Chassis, die er hatte, nach und nach ausgeliehen hat zum Durchtesten.

@Richard: Strom-GK bringt erst dann wirklich Vorteile, wenn Du wie hier diskutiert die Schwingungsdifferenzialgleichung durch Vorsteuerung kompensierst. Ansonsten verlierst Du nur den Vorteil der Dämpfung durch die spannungsgeregelte Endstufe durch ihren kleinen Innenwiderstand - der ist bei I-GK theoretisch unendlich. Dafür lässt sich dann eben die Differenzialgleichung wirklich präzise kompensieren. Diese gedankliche Hürde - erst Dämpfung komplett opfern, bevor Du in den völlig kompensierten Olymp kommen kannst - hat bisher der Stromquelle als Endstufe sicher den Durchbruch verwehrt.

Sorry, restliche Freunde des guten Klangs. Entschuldigt, dass wir Euch für einen Moment ein wenig überfordern.

Viele Grüße
Gert

[Fortepianus]

Hallo Eberhard,

Ja, einen Tietze-Schenk hatte ich mal vor vielen Jahren daheim, aber in den aktuellen Ausgaben scheint viiiel mehr drin zu sein als ich in Erinnerung hatte.

ich habe drei verschiedene Ausgaben des Tietze-Schenk - das ist das Standardwerk der Schaltungstechnik schlechthin. Ich habe übrigens etwas Verwunderung darüber geerntet, als ich mir 1978 für das beste Abi, speziell in den naturwissenschaftlichen Fächern unseres Gymnasiums (jaja, sorry, ich Angeber, aber das ist verjährt) was für ca. 100 Mark wünschen durfte - ich wollte einen Tietze-Schenk, das hat außer mir niemand was gesagt dort. Und den habe ich heute noch. Und meine Frau hat mir kürzlich die neueste Ausgabe geschenkt - sehr aufmerksam. Der Umfang ist unglaublich gewachsen in den Jahren. Aber zum Thema "Anwendungen von Operationsverstärkern" oder so ähnlich ist im Wesentlichen immer noch das Zeug von den ersten Ausgaben drin.

Viele Grüße
Gert

[KSTR]

@KSTR: Das Hawksford-Riley gehört in die Klasse der Statevariable-Filter, ja. Was diese Topologie interessant macht ist die geringste Anzahl an Bauteilen und das die frequenzbestimmenden Bauteile nicht gematcht sein müssen, also geringste Kosten. Jeder der Integratoren kann von den Bauteilwerten z.B. auf gutes Rauschverhalten hin getrimmt werden, sodaß nicht einmal Abstriche im Signalverhalten gemacht werden müssen. Typisch für Statevariable Filter ist die Symmetrie der gegenläufigen HP- und TP-Filterflanken perfekt.

Hab grad für beide Varianten (für ein LR4) 300 Durchläufe Monte-Carlo gemacht, mit 5% Toleranzen für alle Bauteile (8 Wids am Summierer und 4 R, 4 C für die Integratoren). Keinerlei signifikanter Unterschied (tendentiell sieht das SV etwas besser aus), Schlauch bei beiden +-1dB, an der TF dann auf +-2dB aufweitend. Beim Hawksford sind die Pegel an den Integrierer-Ausgängen höher (nach dem zweiten z.B. +6dB, davor und dahinter ~+4.3dB). Beim normalen Statevariable dagegen sind alle bei der Trennfrequenz auf -6dB und gehen auch nicht viel höher. Headroom vs. Rauschen halt. Beide haben auch gleich viele Teile gleicher Art, aber vlt. ist meine Implementation auch nicht optimal. Unity-Gain Sallen-Key braucht weniger OpAmps (bzw gar keine) und gleichviele Teile, jedoch 8 C und und 8 R. Hat dafür mehr Freiheitsgrade und Optionen. Denn was nützt uns ein elektrisch perfektes Filter allein....

Grüße, Klaus

[KSTR]

In welcher Größenordnung spielt sich das mit dem Klirr ab?

Bei einem halbwegs ordentlich vermessenen Aufbau, mit einem Chassis ohne jede Kompensation der Induktivität per Kupferhülse o.ä. waren es locker 20dB weniger "Gras" auf dem Analyser bei Anregung mit einem Doppel-Bandpass-Rauschen (eine halbe Oktave breit, und mit gut Pegel, um die Reso und dann noch zwei Oktaven von 500Hz...2kHz und drumrum/dazwischen Lücke, alles sehr steilflankig ausserdem). Waren beide nicht 100% exakt gleich entzerrt allerdings (von Hand mit EQ-Plugin), aber eher zum Nachteil des Strombetriebs.

Hab grad noch was dazu auf prosoundweb.com gefunden (da geht es auch um den Finnen und sein Buch):

Diskussion zum Buch "Current-Driving of Loudspeakers"

Weiter unten lese ich, dass Bruno Putzeys genau meinen vorhin angedeuteten Versuch schon erfolgreich vorweggenommen hat, Spannungsbetrieb an der Reso und übergehend in Strombetrieb weiter oben. Und er schreibt von 10...20dB Verbesserung im höheren Bereich, allerdings nicht bei welcher Art Messung.

Grüße, Klaus

[KSTR]

Beide haben auch gleich viele Teile gleicher Art, aber vlt. ist meine Implementation auch nicht optimal.

EDIT. Verzählt, beim SV ist es sogar ein R weniger.

[Fortepianus]

Hallo Klaus,

hab mir das Buch vom Finnen mal schnell bestellt, danke für den Link!

Gruß Gert

[phase_accurate]

Unity-Gain Sallen-Key braucht weniger OpAmps (bzw gar keine) und gleichviele Teile, jedoch 8 C und und 8 R. Hat dafür mehr Freiheitsgrade und Optionen. Denn was nützt uns ein elektrisch perfektes Filter allein ...

... und genau hier kommen wir zu einer Möglichkeit von der viel zu selten die Rede ist:

Wir haben auf der einen Seite unsere Weiche und auf der anderen Seite unsere Treiber mit ihrem eigenen Frequenzgang. Es gibt viele Möglichkeiten, den Chassisfrequenzgang zu berücksichtigen, Z.B. Das Chassis entzerren bis weit über den gewünschten Einsatzbereich hinaus oder eine exotische Weichenschaltung herleiten welche zusammen mit dem Chassisfrequenzgang den Zielfrequenzgang (z.B. LR-4) erzeugt.

Letzteres lässt sich mit State - Varaible Filtern elegant lösen, indem man nicht nur den Hochpass- und den Tiefpass- Ausgang verwendet sondern die anderen (oder ein Teil davon) ebenfalls und mit einer Fallabhängigen Gewichtung Summiert. Auf diese Weise kann man sogar Konstantspannungsweichen (jemand hat mal von einer "aufgeblasenen Eins" gesprochen ) bauen, welche die Chassiseigenschaften mit einbeziehen !

Gruss

Charles

[Fortepianus]

Hallo Charles,

Letzteres lässt sich mit State - Varaible Filtern elegant lösen, indem man nicht nur den Hochpass- und den Tiefpass- Ausgang verwendet sondern die anderen (oder ein Teil davon) ebenfalls und mit einer Fallabhängigen Gewichtung Summiert. Auf diese Weise kann man sogar Konstantspannungsweichen (jemand hat mal von einer "aufgeblasenen Eins" gesprochen ) bauen, welche die Chassiseigenschaften mit einbeziehen!

das klingt schlau. Aus der Ferne jetzt mal so aus dem Ärmel vermutet könnte man so evtl. sogar den angesprochenen Doppelintegrierer mit Addierer für das stromgegengekoppelte Chassis so in die Weiche rein verlagern - die Integrationskonstanten müssen halt passen. Aber die lassen sich ja nicht nur über RC, sondern auch über den Gewichtungsfaktor einstellen. Man muss dann eben untersuchen, wie gut die einzelnen Stufen ausgesteuert sind (Thema Headroom und Rauschen). Zur Konzeption einer solchen Weiche würde ich aber so vorgehen, dass ich die Teile zunächst getrennt aufbauen würde (Weiche und Analogrechnerschaltung), und dann nach erfolgtem Abgleich am realen Objekt die entstandene Übertragungsfunktion in der Simulation mit der oben von Dir angesprochenen Weiche nachstellen würde.

Sehr interessante Ansätze, die hier angesprochen werden. Allerdings habe ich für mich beschlossen, bei TT und MT lieber auf Sensorregelung zu setzen. Dennoch betreibe ich ja die AMT-Hochtöner auch mit Stromgegenkopplung - vielleicht kann ich da auch nochmal über eine passende Analogrechnerschaltung nachdenken...

Viele Grüße
Gert