Sensoren für MFB

[curryman]

Hallo Zusammen,

in dem Faden Stromverstärker (https://www.diy-hifi-forum.eu/forum/showthread.php?24115-Stromverst%E4rker) wurden auch kurz Sensoren für MFB besprochen und ich hatte angekündigt, mal einen relativ günstigen (<30€) piezoelektrischen Beschleunigungsaufnehmer Senther 540A zu testen. Hat etwas gedauert, aber hier nun meine Ergebnisse :)

Zunächst ein paar Worte zum Messaufbau:
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Ich vergleiche den Senther 540A mit einem triaxialen Beschleunigungssensor 356A32 (https://www.pcb.com/de/produkte?m=356a32) (Empfindlichkeit ~100mV/g, ~1900€) von PCB. Der PCB ist ein ICP Sensor und wird über unser Messsystem mit Strom versorgt. Der Senther 540A ist über meinen selbstgebauten MFB Controller Prototyp versorgt. Dort stellt ein extra low noise Spannungsregler (LT1762) 12V für die Sensorversorgung bereit. Das Biasing des Sensors übernimmt eine LM334Z Stromquelle, verstärkt wird das Signal des Sensors mit einem OPamp (ADA4620) so, dass wie beim PCB am Ende 100mV/g Empfindlichkeit bei rum kommen (ca. 20-fache Verstärkung.
Angeschlossen sind beide Sensoren an ein Messsystem von HEAD acoustics bestehend aus einem Controller labCTRL und einem 12 Kanal Eingangsmodul labV12 (Line und ICP Eingänge). Aufzeichnung und Analyse der Signale erfolgt in der ArtemiS suite Software von HEAD.

Zunächst habe ich den Senther mal Kalibriert:
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Dann wurden beide Sensoren gemeinsam auf einen elektrodynamischen Shaker von Tira (TV51110) befestigt (mit speziellem Wachs) und gemessen:
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Zunächst habe ich mal die Frequenzgänge der Sensoren verglichen:
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Zu beachten ist hier, dass man den Frequenzgang des elektrodynamischen Shakers bei Anregung mit weißem Rauschen sieht und entsprechend keine gerade Linie erwarten darf. Das könnte man entzerren, die Mühe habe ich mir aber hier nicht gemacht. Interessant ist der Vergleich der beiden Sensoren und das sieht ganz gut aus. Bis ca. 2kHz gleichen sich die Frequenzgänge, die Abweichungen sind im sub-dB Bereich. Lediglich bei 150Hz ergibt sich eine kleine Abweichung. Hier vermute ich quer-Moden des Schwingsystems des Shakers, auf die der Senther vielleicht empfindlicher reagiert als der PCB. Das kann ich noch mal untersuchen, da der PCB ja ein Triax Sensor ist (bisher habe ich die x- und y- Richtung aber noch nicht mit gemessen).

Wie sieht es mit dem Rauschen aus?
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Der Senther in Kombi mit meinem Vorverstärker rauscht etwas mehr als der PCB. Insbesondere unter 20Hz sieht man einen Anstieg des Rauschens. Hier ist allerdings zu beachten, dass das Rauschen schon ansteigt, wenn ich den Verstärker, der den Shaker ansteuert (class AB PA-Endstufe von KMT), anschalte. Von daher bin ich eigentlich ganz guter Dinge, dass das Rauschen kein großes Problem ist, zumal ich bei meiner MFB Realisierung eher so 30-35Hz als untere Grenzfrequenz anstrebe.

Die Linearität habe ich mit linear im Pegel ansteigenden Sinustönen bei verschiedenen Frequenzen getestet. Hier mal die Messung bei 70Hz:
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Das sieht gut aus. Schön auch, dass der Sensor wenig Klirr hat:
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Das ist der Klirr (THD+N) der obigen Messung bei 70Hz. Der Senther liegt da auf dem Niveau des PCB.

Zum Vergleich mal die gleiche Messung mit einem einfachen Piezosummer als Sensor:
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Das ist im Prinzip ein ähnlicher Sensor wie Philips ihn in seinen Lautsprechern einsetzt. Einen solchen würde ich aber gerne auch noch mal messen, vielleicht sind diese besser.

Mein Fazit: Insgesamt sehen die Ergebnisse des Senther 540A ganz gut aus und ich werde damit den Weg weiter gehen. Plan ist, einen 6,5-8 Zoll Bass (vielleicht der Reckhorn D-165?, Alternativen wilkommen! vielleicht hat jemand passendes liegen?) in einem kleinen Gehäuse zu messen und zu entzerren. Meine Platine ist für die Kombi mit einer ICEpower 50ASX2BTL gedacht, die Aux Spannungsversorgung der ICEpower wird genutzt und im Ausgang sitzt ein Balanced Line Driver von THAT :-)

Gruß, Daniel

[mechanic]

Hallo Daniel,
der Reckhorn ist ein reiner Bass, meine 7"-Philipse gehen super deutlich über 1 kHz. Wo soll die Reise hingehen? Ich würde was von Visaton nehmen, die gibt es unverändert bis ins nächste Jahrhundert :D.
Bei 30 - 35 Hz unterer Grenze (sehr sinnvoll!) reicht der Hub eines W170S oder W200S da völlig aus. Ein Pärchen gebrauchter W170S-4 liegt hier auch noch im Regal.

[ArLo62]

Hallo Daniel!
Toll, dass Du das gemessen hast.:prost:
Ich bin ja auch ein Mfb Fanboy.
Ich würde auf SB Acoustics (die 17er) oder Seas gehen. Bei dem Aufwand den Du treibst würde ich nicht im absolut unteren Segment rumtüfteln.
Bin ehrlich gespannt wie es weiter geht :)
Gruss
Arnim

[capslock]

Sehr spannend, vielen Dank.

Ich musste erstmal nachschauen, was denn ein ICP-Sensor ist.
https://www.pcbpiezotronics.de/produkte_skript/downloads/marketing/PCB_TM-VIB-PosterBook-GB.pdf

Ist anscheinend auch ein Piezo, nur dass er zylindrisch ausgeführt ist, auf einem Rundstab sitzt und außenrum noch eine zylindrisches Gewicht hat. Das induziert natürlich eine hohe Scherspannung im Piezo, deshalb hohe Empfindlichkeit oder geringes Rauschen. Ich könnte mir vorstellen, dass die Selektivität auch hoch ist, also geringe Empfindlichkeit für Beschleunigungskomponenten senkrecht zur Hauptachse.

Warum das Ding inhärent linearer in der Amplitude sein soll als andere Ausführungen, ist mir aber nicht klar.

Wie wird Dein Aktuator angetrieben, d.h. woher wissen wir, dass der besonders verzerrungsarmen Sinus erzeugt?

[curryman]

Hallo,

der Shaker ist elektrodynamisch angetrieben, ist also prinzipiell auch nichts anderes als ein Lautsprecher. Allerdings ist die Aufhängung und der Antrieb schon auf maximal lineare Auslenkung hin optimiert, da man das für Modale Prüfungen benötigt. Genaue Werte für den Klirr habe ich aber nicht. Es ging mir hier auch eher um den Vergleich mit dem hochwertigen industriellen Sensor.
Ich habe heute noch mal schnell eine Messung gemacht und es hat sich gezeigt, dass bei ~145Hz und ~190Hz stärkere Querbeschleunigungen auftreten (x- und y-Richtung des Triax sind nur wenige dB unter der z-Richtung). Aufgrund des Konstruktionsprinzips ist die Trennung bei dem PCB Sensor sehr gut und die gemessene Amplitude in z-Richtung ist davon nicht beeinflusst. Hier scheint der Senther Sensor deutlich empfindlicher zu sein. Inwieweit das ein Problem für unsere Anwendung darstellt, sei mal dahin gestellt.

Gruß, Daniel

[capslock]

Die Querempfindlichkeit sollte keine Problem in unserer Anwendung sei, solange die Membran nicht taumelt. Wenn doch, hätten wir ein Signal, das nicht zum akustischen Output beiträgt, aber korrigiert wird.

Im Prinzip denke ich schon, dass die geringeren gemessenen Verzerrungswerte die richtigeren sind, es sei denn, es gab gerade eine Kompensation der Nichtlinearitäten. Evtl. könntest Du das mal ein Spektrum auftragen, dann sieht man, ob es sich qualitativ deutlich unterscheidet. Oder den PCB-Sensor umdrehen :)

Ist schon eindrucksvoll, dass der so viel verzerrungsärmer ist. Könnte an der Bauweise liegen. Oder an der elektronischen Beschaltung. Da war zumindest das alte Philips-MFB-Konzept nicht optimal und das von Chris auch nicht.

Noch eine Idee: Elektret mit Membran parallel zur Auslenkung? Allerdings wird das in üblicher Beschaltung auch übel verzerren. Besser: Linkwitz-Mod, noch besser: mit Bootstrap (siehe by-rutgers.nl).

[newmir]

Der Link hier ist bekannt? https://www.soundanalog.com/projects/project-three-sng7y-3e4xa

Da werden noch andere Sachen gemacht in Richtung Lautsprecher und Motion Fedback .... ist aber nicht so mein Thema im Moment.Kann noch kommen...zur Zeit bin ich anderweitig beschäftigt.

[capslock]

Interessant, kannte ich nicht. Der Senther hat genauso eine annular shear structure wie der Sensor von PCB.

Laut Datenblatt soll man ihn am besten mit der Gehäuseoberseite ankleben, damit die Eigenfrequenz möglichst hoch bleibt. Bei einem Lautsprecher bedeutet das fast, dass man eine Art Lastkreuz innen in die Schwingspule kleben muss.

[Yogibär]

Ich lese aufmerksam mit, da ich mich in der Vergangenheit auch mit Motion Feedback beschäftigt habe, allerdings mit relativ wenig Erfolg. Das Datenblatt des Senther 540A und die Messungen von curryman sehen auf jeden Fall sehr vielversprechend aus.
Ich habe lediglich Bedenken wegen des Linearitätsfehler von 0,5% lt. Datenblatt und frage mich, ob sich dieser als Verzerrung bei der stark schwankenden Beschleunigung der Membran auswirkt.

Allen ein frohes Osterfest

Thomas

[ArLo62]

Bei einem Lautsprecher bedeutet das fast, dass man eine Art Lastkreuz innen in die Schwingspule kleben muss.

Meinst Du wie die das bei Pirate Logic gemacht haben?

[capslock]

Ich denke ja. Mitten auf die Dustcap bappen wird Resonanzen bringen. Außermittig, etwa an den Schwingspulenhals oder an die Klebenaht Dustcap / Konus ist bei der Masse auch nicht.

Man könnte natürlich zwei nehmen, dann sind die Massen balanciert. Einen vielleicht noch andersrum montieren, dann sind evtl. geraden Verzerrungen auch gleich kompensiert. Ist aber etwas overkill.

[mechanic]

Ich habe da gerade einen vll. interessanten alten Faden zum Thema gefunden: https://www.diyaudio.com/community/threads/philips-motional-feedback-mfb.166061/page-2


P.S. .. und einen alten Test einer Philips-MFB-Kiste mit dem genialen Spruch (nur Engländer können sowas):" The speaker sounds startingly different to everything else (with the possible exception of live music)." :D !

[ArLo62]

Ich denke ja. Mitten auf die Dustcap bappen wird Resonanzen bringen. Außermittig, etwa an den Schwingspulenhals oder an die Klebenaht Dustcap / Konus ist bei der Masse auch nicht.
Denke auch der Sensor sollte auf die Symmetrieachse.
https://piratelogic.nl/?p=en.accelerometers

[curryman]

Hallo Zusammen,

ich plane neue LS für mein kleines Büro/Hörzimmer (12qm). Aktuell höre ich mit 2-Wege Standboxen (Audax 17er + B&G Neo 3) und möchte etwas kleinere LS. Auf einem RBL (Rheinisches Blocklöten in Viersen) hatte ThomasF seine restaurierten Philips LS mit MFB und das hat mich vom Bassbereich her sehr beeindruckt. Daher der Wunsch, mich dem Thema mal zu nähern.

Die Idee ist, teilaktive Boxen mit aktivem, MFB-geregeltem Bass in der Seite und ~5" Koax vorne, passiv angesteuert (*), zu realisieren. Entsprechend läuft der Seitenbass nur bis ~150Hz, was der Regelung sicher entgegenkommt. Auch nach unten hin soll das ganze bei ca. 35-40Hz (oder noch höher) begrenzt werden, da der Raum bei 30Hz eh sehr mithilft ;-)

Dementsprechend mache ich mir um die Befestigung des Sensors an der Schwingspule noch nicht soo viele Sorgen. Wenn die erste Strukturmode des Trägers so bei 400-500Hz liegt, bekomme ich bei 150Hz noch keine Schwierigkeiten. Wenn man bedeutend höher regeln will, dann wird das natürlich kritisch und man sollte sich u.A. einige Gedanken über die Befestigung des Sensors an der Schwingspule machen.

Die gemessene Linearität des Senther ist mit 0,2 - 0,4% auf jeden Fall mal eine Größenordnung besser als die der zu regelnden Chassis (zumindest tieffrequent) und sicher auch deutlich besser als die von den einfacheren Piezosensoren in den Philips (die Original habe ich noch nicht gemessen, das wäre noch spannend). Von den Piratelogic-Sensoren habe ich noch keine Info gefunden, vielleicht schreibe ich die mal an und biete eine Messung an. Aber auch bei Philips erzielt die Regelung gute Ergebnisse, von daher bin ich mal gespannt, was es am Ende wird.

Ich bin jetzt erst mal drei Wochen in Indien, danach geht's dann (langsam) weiter...

Gruß, Daniel

(*) der Ein oder Andere wird fragen, warum nicht vollaktiv mit DSP und so: hab ich alles durch, funktioniert richtig gemacht auch sehr gut, aber ich bastele auch gerne diverse Endstufen (incl. Röhre) und wechsle die durch und da passt aktive Mehrwege einfach nicht ins Konzept.

[mechanic]

Die Idee ist, teilaktive Boxen mit aktivem, MFB-geregeltem Bass in der Seite und ~5" Koax vorne, passiv angesteuert (*), zu realisieren. Entsprechend läuft der Seitenbass nur bis ~150Hz, was der Regelung sicher entgegenkommt. Auch nach unten hin soll das ganze bei ca. 35-40Hz (oder noch höher) begrenzt werden

Das Konzept passt; sowas in der Art mit dem Bass aus der RH532/544 (Thomas) auf der Seite in 9,5 Litern teilaktiv und einer kleinen Line aus Jordan 50mm Units habe ich mal eine Weile gehört.

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Der 7-Zoll Philips macht das genauso überzeugend in 4,5 Litern ...

[3eepoint]

Falls nicht schon bekannt, dashier sind die Sensoren die Pirate Logic wahrscheinlich benutzt:

https://www.murata.com/en-eu/products/sensor/shock

Sind aber quasi alle abgekündigt.

[capslock]

Auch die demnächst abgekündigten sind in Europa anscheinend nicht mehr verfügbar. Hat schon mal jemand direkt bei Alibaba (nicht Aliexpress) bestellt?

[Yogibär]

@curryman: Vielen Dank für die aufwändigen Teste und das Teilen der Ergebnisse.

Ich bin schon seit längerem auf der Suche nach einem Sensor zur Schwingungsmessung von Gehäusen.
Bisher habe ich den Sensor von Kirchner Elektronik eingesetzt, aber der reagiert auch auf Schall wie ein Mikro und ist für eine saubere Analyse nicht wirklich gut geeignet.
Ich werde demnächst den Senther 540A bestellen und den Vorverstärker selbst bauen.
Falls jemand auch Interesse an dem Sensor hat, könnte man eine gemeinsame Bestellung machen, spart vielleicht Porto.

Viele Grüße

thomas

[Wolfmann]

Solche Sensoren sollten auch in vielen Festplatten eingebaut sein.Seit alle auf SSD umrüsten sollte bei HHD's kein Mangel herrschen.

Wie alles im HIFI DIYS ist natürlich auch das Thema MFB mit dem üblichen Problem behaftet: Die einen nehmen alles viel zu genau und meinen eine Raketenwissenschaft daraus machen zu müssen, mit den typisch deutschen Bedenken gegen alles. Die andere nehmen es viel zu leicht und meine das Tesa und Draht, Pattex Alufolie und Uhu zum Hiend Ergebnis führen. Das technisch sinnvolle Mittelmaß festlegen ist extrem schwer, weil von beiden Seiten ständig Einwände kommen.

Ich halte die Pirat-Logic Lösung für ausgereift und letztendlich extrem preisgünstig. Schließlich gibt es das Prinzip ja seit ewigen Zeiten. Wer es ernst meint sollte einmal so ein Set ordern und an einen fähigen Bass kleben. Nich um das Gehäuse auf Cola-Dosen Volume zu schrumpfen, sondern um Tiefgang und extrem reduzierten Klirr zu erreichen. Im Gegensatz zu ambitionierten Eigenentwicklungen ist im P-L System schon alles drin und man hat eine Chance auch einmal ein real existierendes, zuverlässiges Ergebnis zu bekommen
Für noch weniger Geld bietet sich die Lösung mit einem kleinen Widerstand in der Masseleitung an. Nicht ganz so wirkungsvoll wie ein "echtes" MFB, aber schon extrem eindrucksvoll. Habe ich jahrelang benutzt, mit völlig verblüffendem Erfolg, bis die Sicken der 30er zerfielen.
Das wurde, wenn ich recht erinnere, in der Elector beschrieben. Es ist leider so einfach und preiswert, dass kein Hiend Möchtegerntechniker es ernst nimmt.
Wurde unter anderem in HK und JBL Subs eingebaut, dort leider um noch billigere Chassis benutzen zu können.

Wenn man einmal zurück zu den (Phillips) Wurzeln geht, bietet sich das Ausschlachten von 3 Euro Piezo Tweetern an. Der Schallerzeuger funktioniert auch als Sensor. Auch dafür gab es einmal eine Bauanleitung mit einer sehr simplen Schaltung und einem Phillips Restposten Bass. Das kann man als Vorlage für die Piezo Variante nehmen.

Für die Befestigung eines Sensors, abhängig von Größe und Form, bieten sich außer komplizierten Eingriffen auch andere Methoden an. Universelle Kohlefaser Dustcaps z.B. Die auf dem Schwingspulen Rand epoxy verklebt, sollten steif genug sein um einen Sensor zu tragen. Natürlich ist auch ein simples Verkleben eines Sensors nahe der Schwingspule möglich, die "Unwucht" kompensiert man mit einem um 180° versetzten Ausgleichsgewicht. Die erhöhte mms senkt nur die Resonanzfrequenz ein wenig und das MFB macht eh alle TSP zu Theorie.

Vielleicht bekommt ja einer Lust. Umrüsten eines nicht wie erwartet aufspielenden Sub's wäre lohnend, muss ja nicht gleich ein Vollprojekt mit Tischlerarbeiten und Chassisselbstbau über mehrere Jahre werden, ein Wochenende sollte reichen, wenn ein solider Verstärker vorhanden ist.
Ich hänge mal ein Bild von einer Masseleitungsvariante an. Das ist alles was man zum Umbau eines passiven Subs braucht. NF Kabel von der Aktivweiche zum Kästchen, dito zur Endstufe. In die Masseleitung zum Bass einschleifen und los gehts. Ein Spindeltrimmer regelt das Korrektursignal. Das ist alles. Keine aktiven Bauteile.Bei mir steckte das direkt hinten im Sub. Ach ja, bitte keine Brückenverstärker wie den TDA3255 verwenden, das knallt!
7732177322

[ArLo62]

Boah, zuviel auf einmal für mich :)
Was ist denn in dem Kästchen drin?

[Wolfmann]

Boah, ich hatte völlig vergessen das Lesen inzwischen von der Mehrheit der Bevölkerung als extrem schmerzhaft empfunden wird.

Sorry, mach ich nicht wieder.

In dem Kästchen ist hochkomplizierte, unbezahlbare und mundselektierte Hiend Technik: 1 Spindeltrimmer, ein Vorwiderstand für selbigen und ein 5 Watt 0.4 Ohm Widerstand.
Der Vorwiderstand greift das Gegenkoppelungssignal zwischen Lautsprecher und Verstärker Masse ab. Der mit dem Vorwiderstand in Reihe liegende Spindeltrimmer mischt das in den Verstärkereingang.
Man erhöht den Anteil vom Lautsprecher bis die Membran anfängt zu schwingen oder in eine Richtung wandert. Dann wieder etwas zurück.
Voll kompliziert.
Der Verstärker sollte schon ordentlich Dampf haben, weil das korrigieren der Membranbewegung einiges an Strom kostet.
Das Resultat ist ein deutlich tieferer, extrem trockener und dynamischer Bass.

Aber das waren schon wieder zu viele böse Buchstaben.

Sorry.
77323

[ThomasF]

Wenn man einmal zurück zu den (Phillips) Wurzeln geht, bietet sich das Ausschlachten von 3 Euro Piezo Tweetern an. Der Schallerzeuger funktioniert auch als Sensor. Auch dafür gab es einmal eine Bauanleitung mit einer sehr simplen Schaltung und einem Phillips Restposten Bass. Das kann man als Vorlage für die Piezo Variante nehmen.


Die Bauanleitung war in der Elektor September 1986.
Es wurde dafür ein Piezo Hochtöner von Philips geschlachtet (AD2200PT), der schon lange nicht mehr produziert wird. Tieftöner war ein Isophon PSL320/400

Das mit den schlachten von Piezotweetern haben wir schon hinter uns. Ich hatte ein paar Hochtöner zerlegt und damit Senoren ähnlich wie die Philips-Lösung aufgebaut. Daniel hat sie vermessen mit schlechtem Ergebnis. (Steuung, Klirr und Übertragungsbereich)

Momentaner Favorit ist der Senther 540A

Gruß
Thomas

[ArLo62]

Boah, ich hatte völlig vergessen das Lesen inzwischen von der Mehrheit der Bevölkerung als extrem schmerzhaft empfunden wird.

Sorry, mach ich nicht wieder.
...

Verstehe ich jetzt nicht den Hinweis. Ich bin durchaus in der Lage einen Text inhaltlich zu verstehen.

Das Du eine Überalles-Gegenkopplung beim Basspart machst, habe ich allerdings nicht gepeilt. Wäre aber auch nicht mein Ding.