versterker met hoge / variabele uitgangsimpedantie

[jawi]

In het algemeen worden eindversterkers gemaakt met een lage tot zeer lage uitgangsimpedantie.
Dat heeft tot gevolg dat de stroom door de luidspreker erg afhankelijk is van de impedantie van de luidspreker.
Omdat de kracht die in de spreekspoel wordt opgewekt recht afhankelijk is van de stroom erdoor zal deze kracht dus ook afhankelijk zijn van de impedantie. Het afgegeven akoestisch vermogen zal dus ook dezelfde afhankelijkheid vertonen.

Als je wat beter zoekt op internet kom je spaarzaam wel andere ontwerpen tegen waarbij men niet uitgaat van een spanningsgestuurde belasting maar van een stroomgestuurde belasting. In dat geval zal de relatie tussen het ingangssignaal en het opgewekte akoestishe nivo in principe lineair zijn.
Toch wordt dit systeem maar zeer weinig toegepast. Waarschijnlijk is dat vooral te wijten aan de beperkte uitstuurruimte die in het algemeen beschikbaar is.
Als voorbeeld het volgende: een luidspreker met een nominale impedantie van 4 ohm kan bij zijn resonantiepiek een impedantie van wel 30 ohm hebben. Als we die met een stroom van 1 A aansturen zal de benodigde stuurspanning bij de resonantiefrekwentie 30 Volt moeten bedragen, de amplitude daarvan is 42 Volt, de voeding moet daar redelijk boven zijn, 45 tot 50 volt (pos en neg) dus.

Bij het ontwerpen van een versterker moet hiervoor de nodige aandacht zijn!!

In het verleden heb ik eens een luidsprekermeetsysteempje gemaakt waarmee zeer nauwkeurig de resonantiefrekwentie te bepalen is. Hiervoor is de stroomsturing zeer geschikt.

Om eens te experimenteren met zo'n systeem heb ik een versterkertje gebouwd met de TDA2030. Dit is zo opgezet dat de terugkoppeling instelbaar is tussen stroomsturing en spanningssturing.

Ik ben benieuwd of met een dergelijke opzet al ervaring is opgedaan.

[Ah!buis]

Uit Franse hoek ben ik 's zoiets tegengekomen.Deels spanning-tegenkoppeling, deels stroom-tegenkoppeling.
Ze hebben vermoedelijk wt zitten schipperen tussen waar je 't over hebt stroomsturing en om de demping niet helemaal om zeep te helpen ook spanningsturing.
Want dat moet wel de moeilijkheid zijn, geen demping en de daaruit volgende uitslingering.Daarom vermoet ik dat dit misschien enkel voor 't hoog bruikbaar is.
Anne

[ray5150]

Heeft de Elektuur daar ook niet eens iets mee ontworpen ?
Daar staat me iets van bij, een jaar of 20 terug.

[Pjotr]

Het nadeel is zoals Anne ook al aangeeft, is dat de speaker niet meer elektrisch gedempt wordt en je met een gigantische Q factor zit. Klinkt niet lekker... Om de speaker dan weer te temmen zul je een tegenkoppeling met een aparte snelheidsopnemer moeten maken --> MFB. Dat wordt dan al vrij complex en zitten speaker en versterker onlosmakelijk aan elkaar vast. Wordt vrij complex. Vandaar dat je dat dus zelden ziet.

I.d.d. Ray, héééél lang geleden. Maar dat was geen stroomsturing en erg lastig stabiel te krijgen. Was meer een oscillator voor 99%

[MarcelvdG]

Ik heb wel eens zoiets in elkaar gebeund met zo'n basluidspreker met twee spreekspoelen, bedoeld voor subwoofers. Een eindversterkerchip van Philips geschakeld met serietegenkoppeling stuurde de ene spreekspoel aan, tegenkoppeling via de andere spreekspoel zorgde voor de demping. Er moest nog een correctiefilter in vanwege de transformatorwerking van de beide spoelen.

In de Journal of the Audio Engineering Society heeft eens een heel verhaal gestaan over stroomsturing met snelheidstegenkoppeling. Mijn schakeling was een slap aftreksel van wat er in de JAES stond. Het werkte best aardig, maar bij gebrek aan een toepassing heb ik het hele ding allang weer uit elkaar gesloopt.

[MarcelvdG]

Het wegwerken van de bult kan ook met een invers resonantiefilter, en in theorie kun je dat zelfafregelend maken. Ik heb dit nooit uitgewerkt, maar het zou ongeveer zo moeten:

-Stuur de luidspreker met stroom
-Meet de impedantiekarakteristiek van de luidspreker op, bijvoorbeeld met een zwaaiende toon of met een maximumlengtereeks
-Extraheer de laagfrequente polen van de impedantie van de luidspreker, dit zijn tevens de polen van zijn stroom-geluidsdrukoverdracht
-Stel het correctiefilter zo in dat het de laagfrequente polen van de impedantie van de luidspreker bedekt met nulpunten. Laat het filter een even groot aantal polen op gewenste locaties leggen.

Met een DSP moet het heel goed te doen zijn. Je kunt het zo ook meteen als universele luidsprekerontdreuner/basuitbreider gebruiken.

[Pjotr]

Wat je over houdt is Q_ms. In een kast gaat die ook nog eens omhoog en wordt dan Q_b. Kom je al gauw uit op een Q van tussen de 2 en 5. Dat ga je echt niet wegwerken met een notch filter, alleen in theorie. Al was het alleen maar omdat die piek erg smal is en de resonantiefrequentie niet op dezelfde plaats blijft maar een beetje heen en weer schuift, al naar gelang, belasting en temperatuur.

Dat hele gedoe met stroomsturing is ontstaan vanuit de behoefte aan het reduceren van vervorming en compressie i.c.m. een snelheidssensor. Niet andersom.

[MarcelvdG]

We hebben het maar over een Q van 2 tot 5, hoor, niet van 200 tot 500

Je zult inderdaad een afwijking krijgen tussen de frequentie van de piek en van de dip. Geen idee hoe groot die wordt of hoe erg dat is. Dat zijn dus typisch van die zaken die ik niet heb uitgezocht.

Vermoedelijk zul je lang voordat je een afwijking ziet in een gewone amplitude-frequentiekarakteristiek al een soort slinger in de staprespons zien. Je krijgt dan een stap naar net niet de juiste waarde met een slinger op de fs van de luidspreker in zijn kast erachteraan, met de mechanische Q.

Overigens krijg je vergelijkbare narigheid wanneer je in een verder volledig conventioneel systeem twee basluidsprekers in serie zet die door fabricagetoleranties net niet helemaal matchen.

In dat AES-artikel heeft men het nadrukkelijk over de voordelen voor de vervorming van stroomsturing. Die snelheidstegenkoppeling zit er puur op voor de demping. Met snelheidstegenkoppeling heb je natuurlijk geen last van dat hele nauwkeurigheidsprobleem dat je met een bandsperfilter hebt.

[jawi]

ik vind die zeno-versterker uit frankrijk wel iets hebben, ongeveer hetzelfde idee als wat ik heb bedacht.

de schakeling zoals ik heb uitgewerkt is als volgt:

ik heb er een lay-out voor gemaakt en bestukt maar er moeten een paar onderdeeltjes iets verschoven worden

Zoals je ziet is er een verschil in naamgeving: TDA2030 en LM1875. Die twee IC's ontlopen elkaar niet zo veel, voornamelijk de voedingsspanning is verschillend. Als er nog hogere spanningen moeten worden verwerkt is de OPA544 nog beter. De pinning van al die IC's is hetzelfde.
Op de header kan een potmeter aangesloten worden waarmee de mate van stroomtegenkoppeling kan worden ingesteld.

Het proefmodel werkt in elk geval zonder oscilleren.

[mtb]

Hier kan je het verschil in spanning/stroomsturing goed zien:

Rechts staan de mechanische parameters van de populaire Visaton FRS8-4Ω, die voor de T/S-parameters omgerekend worden in elektrische met de krachtfactor Bl, zie ook https://nl.wikipedia.org/wiki/Frequentierespons.
De uitgangen geven dus de akoestische kracht in Newton, hier dus ca. 100mN(piek) en het uitgangsvermogen is Fa²/Ra, hier maar liefst 4mW(piek) bij ca. 1W piek in.
Spanningssturing is voor een groot deel van het audio-spectrum eigenlijk ook stroomsturing omdat dan de impedantie daar ohms (Re) is.
Rond de resonantie-frequentie en in het hoog wordt de impedantie hoger en neemt bij stroomsturing de uitgangskracht toe.
Maar dit ten koste van de demping en vlakheid van de frequentie-karakteristiek.
Het klinkt zoals een buizenversterker (warmer) in het laag, maar scheller in het hoog.

[MarcelvdG]

Spanningssturing is voor een groot deel van het audio-spectrum eigenlijk ook stroomsturing omdat dan de impedantie daar ohms (Re) is.
Rond de resonantie-frequentie en in het hoog wordt de impedantie hoger en neemt bij stroomsturing de uitgangskracht toe.
Maar dit ten koste van de demping en vlakheid van de frequentie-karakteristiek.
Het klinkt zoals een buizenversterker (warmer) in het laag, maar scheller in het hoog.

Het probleem dat je kunt oplossen met stroomsturing, is dat dat ohmse nogal tegenvalt en dat dat extra vervorming en compressieverschijnselen oplevert. De spreekspoel kan namelijk nogal heet worden, en vanwege de temperatuurcoëfficiënt van de soortelijke weerstand van koper verandert de spreekspoelweerstand dan flink. Met spanningssturing neemt de demping van de resonantie dus ook af als de spreekspoel opwarmt.

Daarnaast is de zelfinductie van de spreekspoel ook niet al te lineair, al was het alleen maar omdat de hoeveelheid ijzer die de spreekspoel om zich heen ziet verandert als zij heen en weer beweegt. Daarnaast heb je de niet-lineariteit van het ijzer.

Om bulten in de amplitude-frequentiekarakteristiek te vermijden moet je inderdaad absoluut iets doen om de weggevallen elektrische demping op te vangen, bijvoorbeeld snelheidstegenkoppeling of correctiefilteren, waarbij de eerste methode het elegantste is.

Overigens weet ik niet of een systeem zonder bewegingssensor rond de resonantiefrequentie meer of minder vervormt met spanningssturing dan met stroomsturing. Rond resonantie wordt de impedantie van de luidspreker grotendeels door de tegen-EMK van de bewegende spoel bepaald, dus heb je een soort inherente bewegingstegenkoppeling als je juist spanningssturing gebruikt. Aan de andere kant heb je dan last van de variërende impedantie van de spreekspoel, en dat heb je dan weer niet met stroomsturing. Over het grootste deel van het frequentiebereik is de tegen-EMK toch te verwaarlozen en is het duidelijk dat je de minste vervorming en compressieverschijnselen krijgt met stroomsturing.

[MarcelvdG]

ik vind die zeno-versterker uit frankrijk wel iets hebben, ongeveer hetzelfde idee als wat ik heb bedacht.

de schakeling zoals ik heb uitgewerkt is als volgt:

current amp LM1875 SCH.png

ik heb er een lay-out voor gemaakt en bestukt maar er moeten een paar onderdeeltjes iets verschoven worden

TDA2030 urrent-amp.png

Zoals je ziet is er een verschil in naamgeving: TDA2030 en LM1875. Die twee IC's ontlopen elkaar niet zo veel, voornamelijk de voedingsspanning is verschillend. Als er nog hogere spanningen moeten worden verwerkt is de OPA544 nog beter. De pinning van al die IC's is hetzelfde.
Op de header kan een potmeter aangesloten worden waarmee de mate van stroomtegenkoppeling kan worden ingesteld.

Het proefmodel werkt in elk geval zonder oscilleren.

Ik heb er niet aan gerekend, maar zijn je gelijkrichtdioden niet een beetje mager?

[Pjotr]

Overigens weet ik niet of een systeem zonder bewegingssensor rond de resonantiefrequentie meer of minder vervormt met spanningssturing dan met stroomsturing. Rond resonantie wordt de impedantie van de luidspreker grotendeels door de tegen-EMK van de bewegende spoel bepaald, dus heb je een soort inherente bewegingstegenkoppeling als je juist spanningssturing gebruikt. Aan de andere kant heb je dan last van de variërende impedantie van de spreekspoel, en dat heb je dan weer niet met stroomsturing. Over het grootste deel van het frequentiebereik is de tegen-EMK toch te verwaarlozen en is het duidelijk dat je de minste vervorming en compressieverschijnselen krijgt met stroomsturing.

Hier een elektromechanisch model van een speaker wat m.i. duidelijker laat zien wat een speaker voorstelt dan Thiele zijn volledig elektrisch model:

E1 is de tegen EMK die in de speaker opgewekt wordt. Die staat in feite parallel aan de mechanische demping Ds en geeft dus elektrische demping. Stuur je met stroom dan doet de tegen EMK niets meer. Nu is die tegen EMK afhankelijk van het BL product en die is niet lineair met de verplaatsing van de conus. Daar zit dus vervorming op en zit er extra vervorming in die tegenkoppelingstak. Vervang je dat nu door een lineaire snelheidssensor zonder vervorming (of veel minder vervorming) dan elimineer je i.i.g. die vervorming en zal dat zeker wel schelen denk ik. Al zal dat i.d.d. hoofdzakelijk rond de resonantie zijn. Je ziet dat die tegenkoppeling door de tegen EMK achter een integrator zit en doet dus steeds minder mee op hogere frequenties.

B.t.w. de SPL van een speaker is evenredig met de versnelling (Acc_Diaph in het modelletje).

[MarcelvdG]

Naar jouw model kijkende, zou ik me zelfs kunnen voorstellen dat er voor het geval zonder extra bewegingssensor bij frequenties rond resonantie een of andere optimale aanstuurimpedantie voor minimale vervorming bestaat. Het Bl-product zit zowel in de omzetting van stroom naar kracht als in de omzetting van snelheid naar spanning. Met stroomsturing levert een grote Bl een grote kracht en dus veel geluid op, met spanningssturing bij frequenties rond resonantie levert een grote Bl een grote tegen-EMK en dus weinig geluid op. Misschien kun je wel een of ander soort compensatie tussen deze twee effecten krijgen. Of het de moeite waard is, weet ik niet, want het geldt allemaal alleen rond resonantie.

Het hele verhaal is niet van belang meer als je een redelijk tot goede snelheidssensor hebt, want dan kun je die natuurlijk beter voor de tegenkoppeling gebruiken.

[MarcelvdG]

ik vind die zeno-versterker uit frankrijk wel iets hebben, ongeveer hetzelfde idee als wat ik heb bedacht.

de schakeling zoals ik heb uitgewerkt is als volgt:

current amp LM1875 SCH.png

ik heb er een lay-out voor gemaakt en bestukt maar er moeten een paar onderdeeltjes iets verschoven worden

TDA2030 urrent-amp.png

Zoals je ziet is er een verschil in naamgeving: TDA2030 en LM1875. Die twee IC's ontlopen elkaar niet zo veel, voornamelijk de voedingsspanning is verschillend. Als er nog hogere spanningen moeten worden verwerkt is de OPA544 nog beter. De pinning van al die IC's is hetzelfde.
Op de header kan een potmeter aangesloten worden waarmee de mate van stroomtegenkoppeling kan worden ingesteld.

Het proefmodel werkt in elk geval zonder oscilleren.

Werkt hij ook met de luidspreker als belasting en met volledige serietegenkoppeling zonder oscilleren? Ik had bij mijn schakeling maar een RC-serienetwerk (8,2 ohm - 100 nF ofzoiets) parallel aan de luidspreker gezet om te voorkomen dat de zelfinductie van de luidspreker de stabiliteit van de versterker zou verprutsen. Bij hoge frequenties, in de buurt van waar de lusversterking van de tegengekoppelde versterker 0 dB hoort te worden, heb je dan 8,2 ohm en R8 als tegenkoppelnetwerk. Het nadeel van zo'n netwerk is natuurlijk dat het de uitgangsimpedantie verlaagt, dus als je het niet nodig hebt, is dat mooi meegenomen.

Waarvoor dient jouw R7 eigenlijk?

[molekuul]

Met al die tegenkoppeling op de beweging, wordt het dan niet een motion feedback luidspreker?

[SuperR]

De stroom en/of spanning wordt teruggekoppeld. Dat heeft wel invloed op de beweging maar is nog geen beweging terugkoppeling.

[jawi]

R7 zit erin als draadbrug en heeft ook als doel om de stroomtegenkoppeling niet 100% te maken. 100 ohm kan ook lager of nul zijn.

[mtb]

Hierbij nog wat studie-voer:
http://www.mfbfreaks.nl/artikel/oorsprong/1/index2.html fig.2 toont enkele methodes voor snelheidstegenkoppeling.
http://home.kpn.nl/verwa255/esl/esl_home.html hoofdstuk 18 van het NL-verhaal behandelt het LS-model.
Mijn ervaring met dit soort tegenkoppelingen is dat de bas veel te mooi wordt, waardoor die zachter klinkt en "karakter" mist.

[jawi]

met dank voor het artikel uit de PTT.

met dat simuleren ben ik niet zo goed, ik gebruik vooral TINA-TI.
Als ik daarin een blokgolf door m'n schakeling stuur zie ik redelijk goed hoe één en ander is.
Ik mis wel eens de mogelijkheid om andere componenten erin op te nemen (torren vooral), dat is me nog niet gelukt hoewel het zou moeten kunnen.

De volgende link is ook het lezen waard:
http://www.edn.com/design/consumer/4423 ... tage-drive
en in het verlengde daarvan:
http://www.current-drive.info/9

[SuperR]

Ondanks dat ik denk dat je wat je wint aan de ene kant, je inlevert aan de andere kant, vind ik het een leuk idee. Hoe staat het met je eigen experiment?

http://forum.zelfbouwaudio.nl/viewtopic ... 2#p1708032

[richard]

Is de First Watt F1 van Nelson Pass ook niet op dit principe gebaseerd?
https://www.passdiy.com/project/amplifi ... ge-drivers

[jawi]

mijn proefprintje werkte goed, zonder oscilleren.
ik heb er 1 gemaakt, er liggen er nog 2 te wachten maar ik ga eerst een paar weken op vakantie, dus dat wordt later pas weer opgepakt.
Ik ga ze dan samen met mijn 3-weg actief filter ( State-variable 3-weg Linkwitz-Riley filter) proberen.
Het leuke is dat je dit versterkertje kan instellen tussen stroomsturing en spanningssturing in.

Wat de F1 betreft, ik heb dat schema niet direct voorhanden, ik weet dus niet precies wat het inhoudt. In het artikel staat wel een mooi vervangschema voor een ingebouwde speaker maar hoe je daar direct andere waarden in moet zetten is mij niet duidelijk.

[richard]

Wat de F1 betreft, ik heb dat schema niet direct voorhanden,

Dat schema kun je op de First Watt website vinden.

Volgens het verhaal er achter optimaal geschikt voor breedbanders. Passief gefilterde meerwegsystemen en correctienetwerken moet je wel anders opzetten dan bij een standaard spanningsversterker.

[jawi]

Even naar de F1 gekeken, is een klasse A versterker met spanningstegenkoppeling, geen stroomtegenkoppeling.
Hij is uitgevoerd met gebalanceerde in- en uitgangen, dat maakt het aansturen niet zo eenvoudig.

De Zeno versterker is ook een klasse A versterker maar in het hierboven gegeven voorbeeld uitgevoerd met een combinatie van spannings- en stroomtegenkoppeling.
Als je trouwens op zenotron googelt kom je er nog meer voorbeelden van tegen, erg interessant.

ik ga die tzt ook eens in Tina-Ti stoppen en kijken wat dat oplevert.

eerst de vakantie