verzerrungsmessungen Tieftöner

[BN]

Hallo,

Original geschrieben von Nuggets
Hat jemand Ahnung, wie es bei Backes&Müller funktionieren soll? Ihr Prinzip soll doch schon mehrere Dekaden die Runde machen; also kann da nicht viel mit Mikroprozessoren (gewesen) sein!?

Mikroprozessoren gabs damals zwar schon, aber die wären mit der Gegenkopplung völlig überfordert gewesen. Also das ursprüngliche B&M Konzept hatte einen kapazitiven Sensor und gemessen wurde die Membrangeschwindigkeit. Vor jedem Chassis (es wurden alle Chassis einer Box geregelt, auch der Hochöner) befand sich ein Gitter in geringem Abstand von der Membran; die Membran war leitend; Lautsprechermembran und Gitter waren über eine Spannungsquelle und in Serie mit einem hochohmigen Widerstand verbunden. Membran und Gitter bildeten quasi einen Kondensator, dessen Kapazität sich je nach Abstand von Membran und Gitter ändert; dabei fließt ein Strom über den Wierstand und verursacht am Widerstand einen Spannungsabfall der halbwegs proportional zur Membrangeschwindigkeit ist. Die Geschichte hat nur einen Haken: die Kapazität ändert sich umgekehrt proportional zum Abstand von Membran und Gitter; d.h. das Regelungssystem produziert schon selbst einen Klirrfaktor, den es eigentlich reduzieren soll. Deshalb funktioniert es auch nur bei geringen Lautstärken passabel.

Grüße

Bernhard

Ergänzung @Nuggets: die Nullage wäre schon von Interesse, weil es ein häufiges Problem ist, daß die Nullage auswandert und sich die Schwingspule des Lautsprechers außerhalb des Magnetfelds befindet, so daß die beste Regelung nichts mehr ausrichten könnte. Deshalb wäre es sehr erwünscht, daß die Regelung die Nullage erfaßt und rechtzeitig gegensteuert, so daß die Schwingspule immer im Bereich der größten magnetischen Feldstärke arbeitet.

[gegentakt*]

Hallo,

vielleicht mal kurz einige Bemerkungen zur Nulllagenverschiebung eines Chassis, damit uns hier keine Mißinterpretation unterläuft:
Das Problem ist dynamikabhängig und tritt i.e.L. bei größeren Hüben bei Chassis auf, die bei ihrer (Einbau-) Resonanzfrequenz betrieben werden. Es gibt Chassis(Fehl-)Konstruktionen, deren Nulllage dermaßen stark aus ihrer vorgesehenen Position herauswandert, so daß es die Zentrierspinne deutlich sichtbar aus ihrer mittleren Lage ‚zieht‘ - den Wert für x,lin mit dem Schwingspulenüberhang gleichzusetzen, kann man getrost vergessen. Die Ursachen liegen in einer fehlerhaften Abstimmung zwischen der asymmetrisch geformten Sicke (das sind die allgemein gebräuchlichen, sog. „Half-Rolloff“-Sicken - die früher mal vorgekommenen „Double-Rolloff“-Sicken, die in dieser Disziplin wesentlich besser abschnitten, sind ja leider ausgestorben, eine „invertierte“ Sickenmontage kann daran auch nicht viel verbessern) und der im Vergleich dazu in beiden Bewegungsrichtungen mit gleichen Eigenschaften arbeitenden Zentrierung. Die Kompression/Dekompression (einschließlich des adiabatischen Verhaltens der Luft) in der Druckkammer wirken zusätzlich problematisch auf die asymmetrische Sicke ein. Als weiterer Grund für die Nulllagenverschiebung scheint die übliche, nichtlineare Polkernkonstruktion in Frage zu kommen – hier herrschen bei der Einwärtsbewegung der Membran ganz andere Bedingungen, als bei der Auswärtsbewegung: einmal taucht die Schwingspule vollkommen in den Eisenkern, mit zusätzlicher „Verschleppung“/Streuung des Magnetfeldes entlang des Polkerns in Richtung unterer Polplatte, im anderen Fall befindet sich fast nur Luft innerhalb der Schwingspule – da der Eisenkern nebenher als eine Art Kurzschlußwicklung in Erscheinung tritt, läßt sich unschwer die Asymmetrie der Kräfteverhältnisse beider Bewegungsrichtungen erahnen (gegen die Annahme der Kurzschlußwicklung spricht zwar der Impedanzanstieg oberhalb der Serienresonanz durch die Schwingspuleninduktivität, jedoch fällt mit zunehmender Frequenz auch die Fähigkeit des nichtgeschachtelten Eisenkerns, magnetische Feldlinien in einen Kurzschlußstrom mit gegengerichtetem Magnetfeld zu erzeugen).
Wie dem auch sei – die nutzbare Dynamik wird stark eingeschränkt, und wenn schon der Aufwand einer Regelung betrieben wird, sollte dieses Fehlverhalten beseitigt werden, zumal es primär eine der Hauptursachen für Verzerrungen darstellt.

Zum Doppelschwingspulenbaß: Eine zweite Schwingspule könnte theoretisch zur Regelung – wenn auch ohne Nullpunkterkennung – herangezogen werden, wenn... ja wenn da die hohe Induktivität der Schwingspule nicht einen (integrierenden) Strich durch die Rechnung machen würde! Ein Wert von 0,5...>2mH setzen da schätzungsweise eine frühe Grenze bezüglich oberer Grenzfrequenz. Die vornehmste Aufgabe der zweiten Schwingspule mit ihrem nicht zu vernachlässigenden Gewicht und ihres Volumens im Spalt sollte daher eher in der Impedanzanpassung/Verbesserung des B*L-Produkts bestehen. Hier muß ja immer ein Kompromiß zwischen der Menge an Kupfer - Durchmesser des Drahtes, für entsprechend möglichst niedrige Verluste durch den Gleichstromwiderstand - bzw. Länge des Drahtes für ein hohes B*L-Produkt und dem tolerierbaren Gewicht der Schwingspule gefunden werden. Eine zusätzliche Spule auf dem Schwingspulenträger (bzw. über einen Stößel durch die Polkernbohrung zusätzlich angebrachte Nehmerspule mit eigenem Magnetsystem, damit eine Störung aus dem Antrieb unterbleibt) aus einem entsprechend kurzen, dünnem Draht und damit niedriger Induktivität könnte für ein Individualchassis eine Lösung sein, aber die Nulllage ist damit ja nicht erfaßt...

Noch mal zur Symmetrie des Aufnehmers: klar - (wie bereits beschrieben) der Offset sowohl des Sensors als auch des AMP müssen einmalig justiert werden – die Nullpunktsymmetrie des zweigeteilten Empfängers eines optischen Aufnehmers (mit symmetrischem Strom-Offset = Ruhestrom im Nullpunkt, damit es nicht zu Übernahmeverzerrungen des Sensors kommt) wird dabei in senkrechter Lage des Chassis mit der Membrannulllage in Übereinstimmung gebracht – beim Regel-AMP kann aber alternativ bei gleichspannungsgekoppeltem Rückkopplungskreis eine integrierende Offsetregelung f<<fu eingesetzt werden, die dann langzeitstabil bleibt.

Zum Rauschen bzw. Gegenkopplungsgrad: wie bereits im Ansatz beschrieben, arbeitet der Sensor über eine zweigeteilte Solarzellenfläche (jeweils ca. 3cm²), deren Signale jeweils in einem einzelnen, nichtinvertierenden OP strom-spannungsgewandelt werden (Optowiderstände mit entsprechenden Flächen, die den Membranhub geometrisch abdecken können, sind zu träge - ihr kapazitives Verhalten kann als Spannungsteiler nicht im Kurzschlußbetrieb verringert werden). Die zueinander invertierten Ausgangssignale der beiden Signale laufen auf einen Addierer, der das Signal über ein Korrekturfilter 1. Ordnung an den invertierenden Eingang des AMP führt und die Gegenkopplung schließt. Die mit der stabilen Dustcup durch den Polkern verbundene Blende als Wegaufnehmer überdeckt beide Sensorhälften zu ungefähr 80%, im Signalnullpunkt sind die beiden jeweils gleich großen, freiliegenden Flächen der Lichtquelle ausgesetzt und erzeugen so die notwendige Vorspannung der Solarzellen, damit sie aus ihrem nichtlinearen Kennlinienknick im Nullpunkt kommen – so wurde der erwähnte Ruhestrom des Aufnehmers realisiert. Die Verstärkung des Addierers ist so eingestellt, daß sich über den Übersetzungsfaktor Lichtstrom/Ausgangsspannung des Addierers die Gesamtverstärkung des AMP ergibt. Durch diese Anpassung und die tiefliegende Einbauresonanzfrequenz des 15‘er Beyma dürfte die Verstärkung und das Rauschen relativ gering sein, zumal anschließend bei 120Hz mit 3. Ordnung tiefpaßgefiltert wurde. Genaueres müßte ich erst einmal an Hand der schon etwas betagten Schaltpläne rekonstruieren (ich hatte ja schon geschrieben, falls Interesse besteht, poste ich das nach).

Gruß, ggtkt

[gegentakt*]

PS: im Parallelthread „Neuling im Forum..“ schreibt „Sickensprenger“:
(Zitat) Tatsächlich ist soetwas ähnliches von meinen Kollegen gebastelt worden, ich glaube im Rahmen einer Studien- oder Diplomarbeit. Die Jungs haben (ohne Optoelektronik) eine Regelung entworfen, welche die Nichtlinearitäten linearisiert, die auftauchen, wenn die Schwingspule aus dem homogenen Bereich des Magnetfelds auftaucht. Somit kann man einen Lautsprecher im mechanischen Grenzbereich fahren, ohne dass (sonst normalerweise hörbare) Verzerrungen entstehen.

Vielleicht könnte man über deren Vorgehensweise etwas erfahren. Daß Membranregelungen offenbar nicht nur von B&M eingesetzt werden, davon (ver-)sprechen einige Internet-Werbeseiten:
http://www.audiodata-hifi.de/html/presse2.html
http://www.audiodata-hifi.de/pdf/Sout-SD0398.pdf
http://www.heraeus-med.com/w3afls/_d...52076_VacB800_
http://www.atelier-niggi.ch/Niggi/Mosfetaktiv.htm

[sonicphil]

noch eine anregung:

yamaha hat vor einiger zeit seine amps mit dem sogenannten active servo system ausgestattet. auch hierbei handelt es sich um eine membrangegenkopllung.

ueber einen serienwiederstand zum lautsprecher wird eine spannung abgegriffen, die dann mit der tatsächlichen ausgangsspannung des amps "verglichen".

yamaha gibt in der bedienungsanleitung an, dass das system nur mit BR boxen funktioniert, warum das so sein soll versteh ich nicht.

ich hab so einen verstärker, und meiner meinung nach funktioniert das prinzip gut, aber natuerlich nur fuer eine impedanz, in diesem fall leider 6 ohm.

ich werde am kommenden wochenende mal vergleichende verzerrungsmessungen mit hobbyox und einem w300s mit und ohne active servo machen ...

[BN]

Hallo,

Original geschrieben von sonicphil
yamaha hat vor einiger zeit seine amps mit dem sogenannten active servo system ausgestattet. auch hierbei handelt es sich um eine membrangegenkopllung.

Google fand folgenden Link:

http://www.yamaha.com/yec/products/technology/ast.htm

dort erscheint der Begriff "Negative Impedance Circuit"; damit ist die Sache klar; das ist eine Schaltung, um den Qes-Faktor eines Chassis künstlich zu reduzieren; praktisch funktioniert das dadurch, daß die Endstufe neben der üblichen Spannungsgegenkopplung noch eine zusätzliche Stromrückkopplung erhält; damit kann der Schwingspulenwiderstand virtuell reduziert werden; theoretisch sogar bis auf Null. Diese Idee ist nicht mehr so ganz taufrisch. Thiele (der mit den Thiele-Parametern) hat diese Idee schon vor über 40 Jahren detailliert beschrieben. Damals hatte die Sache auch ihren guten Grund: es gab damals keine/zu wenig Chassis mit ausreichend geringen Qes, die für BR-Boxen wirklich tauglich gewesen wären. Daher war es naheliegend, mit Hilfe des Verstärkers den Qes-Wert auf den gewünschten Wert zu trimmen. Heute sieht die Sache etwas anders aus; Chassis mit starken Antrieben gibt es fast wie Sand am Meer, manchmal ist der Antrieb sogar zu viel des Guten und Ggtkt schlägt regelmäßig vor, den niedrigen Qes-Wert mittels Vorwiderstand wieder zu erhöhen. Warum allerdings Yamaha heute auf den Trick mit der negativen Impedanz verfällt und nicht gleich ein antriebsstarkes Chassis einbaut verstehe ich nicht so ganz.

Die negative Impedanz löst nämlich keineswegs die Probleme, die mit einer echten Membrankopplung verringert werden sollen. Z.B. sollen bei einer wirklichen Membrangegenkopplung die Auswirkungen von Parameterschwankungen (z.B. Qes) reduziert werden, während sie bei einer Schaltung mit negativer Impedanz eher vergrößert werden.

Grüße

Bernhard

[gegentakt*]

Ggtkt schlägt regelmäßig vor, den niedrigen Qes-Wert mittels Vorwiderstand wieder zu erhöhen.

Mooo-Ment! Ggtkt schlägt regelmäßig vor, Qts so niedrig als technisch machbar zumachen, weil er ihn mit einem Vorwiderstand passend macht und unter allen Umständen verhindern will, daß der Antrieb verzerrt, sich die Schwingspule erhitzt und damit der Klang verdorben wird... und außerdem freut sich sein AMP über die deutlich höhere Impedanz, was er mit cooler, unverzerrter Wiedergabe honoriert... – des is die Grundlage für die Basis des Fundaments!

Und was macht dieses Yamaha-Gedöns? – glatt das Gegenteil!
(„Regeln“? - blinder geht‘s gar nicht!)
Tschüß!
ggtkt

[capslock]

"Und er konnte nachweisen, daß höhere Oberwellenanteile bei bestimmten Chassiskonstruktionen tatsächlich vorhanden sind und es gelang ihm auch, die Ursachen zu finden (z.B. Verspannungen im Membranmaterial, die sich bei bestimmten Frequenzen lösen und charakteristische Vorgänge im Gefüge des Materials auslösen). Das nur zu gebräuchlichen und verdrängten Klirrmessungen."

Hallo Gegentakt,

hast Du die Quelle oder besser noch einen Scan derselben? Ich habe beim Betrachten der Klirrmessungen in unseren beiden Blättchen schon häufiger überlegt, wieviel davon auf Membranresonanzen zurückzuführen ist.

Ein Problem ist m.E. das Meßverfahren: es wird mit einer Frequenz angeregt und geguckt, wieviel beim n-fachen davon produziert wird. Wenn jetzt die Membran von der Spule zu einem Oberton angeregt wird, weil die Anregefrequenz bei der Schallgeschwindigkeit des Membranmaterials gerade zu einer Wellenlänge führt, die eine oder mehrere Resonanzbedingungen trift, wird dieses erstmal als Klirr registiert. Klirr (besser: harmonische Verzerrungen) entsteht aber durch eine in der Amplitude nichtlineare Übertragungsfunktion. Der Klirrfaktor wird sich mit der Amplitude deutlich ändern, vermutlich macht genau das seinen unangenehmen Klang aus. Obertöne entstehen auch bei normalen Musikinstrumenten. Ihr Anteil ändert sich sicherlich mit dem Pegel des Grundtons, weil die Rückstellkräfte für den Grundton und die Obertöne an anderen Orten der Saite/Pfeife oder Membran (hier sogar ganz deutlich: der Grundton der Membran wird von der Aufhängung zurückgestellt, die Obertöne von der Biegesteifigkeit des Membranmaterials) aufgebracht werden müssen, aber ich vermute mal, daß diese Änderung wesentlich gutmütiger verläuft als die z.B. des Antriebs. Tendenziell dürften Obertöne bei hohen Auslenkungen eher gedämpft werden (Rückstellkräfte werden größer), während Antrieb

Vermutung: Obertöne in der Membran werden als tonale Verfärbung wahrgenommen, klingen aber nicht "fies". Trotzdem werden sie im Meßverfahren als Klirr registiert. Auch ist mir nicht klar, wie aussagekräftig reine Gleitsinusklirrmessungen oder aber auch MLS-Klirrmessungen sind, da die Obertöne sich erst ausbilden müssen und reale Musik irgendwo zwischen den Extremen der quasistatischen und der Impulsmessung ist.

[gegentakt*]

Hallo capslock,

ich hatte die Information von Götz Schwamkrug (wieder einmal! – der „Verkannte“!) aus einem persönlichen Briefverkehr und ich war damals (so vor 10...12 Jahren) ganz fasziniert von den Ideen und Fähigkeiten des Dr. Harwood.

Du schreibst: Obertöne entstehen auch bei normalen Musikinstrumenten. Ihr Anteil ändert sich sicherlich mit dem Pegel des Grundtons, weil die Rückstellkräfte für den Grundton und die Obertöne an anderen Orten der Saite/Pfeife oder Membran (hier sogar ganz deutlich: der Grundton der Membran wird von der Aufhängung zurückgestellt, die Obertöne von der Biegesteifigkeit des Membranmaterials) aufgebracht werden müssen, aber ich vermute mal, daß diese Änderung wesentlich gutmütiger verläuft als die z.B. des Antriebs.

Klar, man muß nicht immer eine nichtlineare ÜF als Ursache vermuten, in gewisser Weise stellt die Membran ja ein zu eigenen Schwingungen fähiges „Musikinstrument“ dar. Sie klingen sehr wahrscheinlich nicht „fies“, wenn ihre Reihe in harmonischen Verhältnissen gebildet werden, ganz im Gegensatz zu den nichtlinearen Effekten in Halbleitern (AMP) und Antriebssystemen (Magnetsystem, Aufhängung <-- Sickenhysterese). Deshalb auch meine Vermutung, daß aus der Reihe tanzende Harmonische (k8...>k5>k3>k2) ein Indiz für miesen Klang sein könnten. Um sicher zu gehen, daß zwar unten herum bei den ersten Oberwellen alles in Ordnung ist, aber bei höheren Oberwellen plötzlich unvorhergesehene Dinge passieren, hat Harwood vermutlich alles daran gesetzt, sein kompliziertes Gerät zu verwirklichen. Daß es so etwas auf natürliche Weise auch bei Musikinstrumenten gibt, davon legt z.B. eine Oboe Zeugnis ab, deren etwas (seltsam fieser?) „Quäkeklang“ daher rührt, daß einige Oberwellen tatsächlich lauter sind als der Grundton.