Membrangegenkopplung von Lautsprechern

[スピーカ]

...Da ich seit Jahren in Kleinstserie völlig stabile und zur vollsten Zufriedenheit funktionierende Anlagen herstelle...

Das klingt fast so, als ob ein kommerzieller Hersteller versucht, sich den Entwicklungsingenieur zu sparen.

[wgh52]

Ich bin zwar nicht so sicher, ob das es hier interessiert, aber heute hab ich mal ein TT Chassis aus den Omegas geschraubt und dabei gesehen, dass über die Mikrofonanschlüsse ein 4,7 nF Kondensator geschaltet ist, welcher nicht in der Reglerplatinenschaltung eingezeichnet war:



Da haben wir doch eigentlich einen 6 dB/Okt. Tiefpass im Sensorzweig oder? Was macht der? Die Stabilität dadurch erhöhen, dass keine hohen Frequenzen vom Mikro kommen? Einstreuungen vermeiden? Das würde ich gerne besser verstehen.

Danke und schonmal frohe Weihnacht!

[druesel1]

Hallo zusammen,

Rez tu neb, ich weiß ja nicht wie weit du die Beiträge zurück verfolgt hast, aber dass ich was fertiges habe ist schon erwähnt worden und ich hatte nie die Absicht irgend jemandem etwas abzugucken - eigentlich hatte ich lediglich die Absicht etwas mehr Licht in die Sache zu bringen, sonst würde ich doch nicht irgendwelche Messungen hier einstellen, welche, zumindest aus meiner Sicht, zur Klärung irgendwelcher Sachverhalte beihelfen sollen (was sie aber offenbar leider nicht tun), sonst würde ich nur still mitlesen.

Winfried, bei dem in der Omega angewandten Regler handelt es sich um das Musterbeispiel eines reinen I-Reglers mit Amplitudenbegrenzung durch R155, um die Verstärkung Richtung Gleichspannung nicht ans Maximum gehen zu lassen (sonst gehts bei ganz tiefen f in die Richtung welche du weiter oben mit deinen Bemerkungen zu Amplitudenbegrenzung und Übersteuerung erwähnt hast).
Die C über den Mikros führen zwar prinzipiell zu einer weiteren Integration des Signals, um in den Begrifflichkeiten der Regelungstechnik zu bleiben, aber wenn du dir die Werte betrachtest, wirst du ja feststellen, dass diese Integration in einem Bereich weit ab vom Regelbereich liegt und für die eigentliche Regelung nicht von Interesse ist. Sie schwächen lediglich f ab etwa 1kHz, bei dieser Dimensionierung, ab - wodurch auch immer hervorgerufen (Rauschminderung, HF-Einstreuungen, höherfrequente Resonanzen (sollten nicht auftreten, da reiner TT-Amp.)...).
In meinen verwende ich einen ausgeprägten PI-Regler, weil der Amp. den gesamten NF-Bereich abdecken muss und die Kapazität über dem Mikro ist um eine ganze Größenordnung höher - hier muss die Mikrospng. kontinuierlich abgesenkt werden, um ab Erreichen des P-Bereiches keine nennenswerte Einflussnahme des Mikros mehr erfolgen zu lassen.


MfG Hannes

[Grasso]

Wenn da jemand eine machbare Möglichkeit sieht, wäre ich hieran sehr interessiert – aber bitte dann auch mit kleinen Erklärungen und nicht nur „Allpass einbauen“ und gut is.

Du solltest vielleicht die Regeln für das Tiefpaßverhalten der Gegengekopplung, also die Hochfrequenzstabilität, von Verstärkern kopieren, denn diese Regeln lassen sich genauso auf Hochpässe anwenden: Man läge einen dominanten Hochpaß erster Ordnung in die Verstärkung, sodaß die Phasenverzerrung bei einer Closed-Loop-Verstärkung von 1 kleiner als 2 bliebe. Wenn Du mehr Gegenkopplung bei tiefen Frequenzen wünscht, müßtest Du die Resonanzfrequenz des Tieftöners mittels Vorwärtssteuerung (Linkwitz-Entzerrer oder ähnliches) elektronisch absenken, damit Du den dominanten Hochpaß tiefer rutschen lassen kannst. Du solltest dann auch einen stärkeren Hochpaß vor den Verstärker legen, damit der Lautsprecher nicht mechanisch überlastet wird.

[druesel1]

Hallo Grasso,

danke für deine Ausführungen und den Versuch einen Lösungsansatz für das Problem darzustellen. Was du schreibst ist prinzipiell schon nachvollziehbar, wird aber an dem eher mechanischen Problem nichts ändern können.
Wenn ich vor dem erst einmal noch nicht geregelten Amp. mit irgendwelchen Pässen arbeite, egal wie auch immer geartet, und phasendrehend wie gewünscht, so bleibt doch die Tatsache, dass das von der Membran wiedergegebene Signal mit einer Verzögerung behaftet ist – in Abb. 6.4 durch die Phasenverschiebung von 0 bis -180 Grad ersichtlich. Das besonders Hässliche an der Sache ist obendrein die Tatsache, dass wir mit unserer Gegenkopplung ganz genau den Bereich beeinflussen wollen, wo diese Drehung maßgeblich stattfindet.
Durch mechanische und/oder elektrische Maßnahmen gelingt zwar eine begrenzte Einflussnahme auf die Steilheit und etwas auf die Frequenzlage des betrachteten Bereiches, jedoch nicht auf die prinzipiellen Gegebenheiten des Masse-Feder-Systems. Regelungstechniker machen mit ihren Theorien selbst die Tieftonwiedergabe mit HT-Kalotten möglich, was aber einfach nicht praxistauglich sein dürfte.
Das Signal, welches ein Sensor aufnimmt, völlig egal wie dieser auch immer beschaffen ist, kann doch nur mit dem durch die Membran erzeugten Signal angeregt werden – und dieses ist nun mal zeitverzögert, egal wie ich es weiterverarbeite. Das Sensorsignal kann ich zwar phasenvergewaltigen wie ich möchte, einen Zeitgewinn bekomme ich nicht hin, es ist immer nur ein Geschiebe zwischen Strom und Spannung des vorhandenen, verzögerten Signals – hiermit muss ich irgendwie leben und das setzt nach oben hin auch Grenzen und nichts weiter wollte ich versuchen darzustellen um überzogene Wünsche etwas zu relativieren – es ging ja mal um den Einsatz eines Hallgebers und die hohen Erwartungen bezüglich Regelbereich.

Mit freundlichen Grüßen Hannes

[Grasso]

Hannes und alle! Man kann schon die Massenträgheit überwinden. Das System wird durch Entzerrung und Gegenkopplung innerhalb seines möglichen Großsignalbereichs linearer. Nur wird dann bei Übersteuerung das Überstehende einfach abgeschnitten, sodaß aus heiterem Himmel ein Kracksen ertönt. Anders Systeme mit wenig Gegenkopplung, die weich begrenzen, was zuerst weniger stark auffällt.

[3eepoint]

Moin jungs,

ich hab die Schaltung einfach mal in Spice aufgebaut, das Ergebnis ist unten zu sehen. Es wird dabei zwischen der Beschleunigung, dem Hub und der Geschwindigkeit als Sensor signal gewechselt, einfach weil ich es mal spannend fand....

An sich zeigt sich ein überschwingen in den Höhen und im Tiefton, die Verstärkung müsste man auch nochmal angleichen. Ein weglassen von C155 im Schaltplan (in Spice C1) ergab keinen nennenswerten Unterschied im Amplitudengang.

Als nächstes steht der Vergleich bei verschiedenen Sinusfrequenzen aus, villeicht zeigt C155 hier wirkung. Rechtecksignale wären auch noch zu überprüfen...

Schaltung UGK:


Ergebnis UGK:


Schaltung IGK:


Ergebnis IGK:

[druesel1]

Hallo 3eepoint,

schöner Beitrag und wahrscheinlich auch reichlich Arbeit (kenne das Simuprogamm nicht). Kann allerdings nicht verstehen, weshalb C155/C1 keine größeren Auswirkungen zeigt. Dieses C ist das entscheidende Bauteil der Anordnung und bestimmt von oben bis unten den f-Gang total, da C151 offenbar nicht berücksichtigt wird. Bei wegfall von C155 ergibt sich ein linearer f-Gang auf max. Level über den kpl. Bereich. Weiß jetzt nicht welche Kurve den Amplitudengang darstellt - das liegende S, oder der Höcker? - kann`s nicht recht erkennen.

MfG Hannes

[3eepoint]

Die Simulation in LTSpice gehen recht schnell von der Hand, das Chassis Modell hatte ich ja schon, der Rest ist malen nach zahlen. Das Tool ist übrigens gratis.

Die durchgezogenen Linien sind Amplituden, die gestrichelten Phasengänge, nächstes Mal gibts ne bessere Beschriftung.

C155 hat einfluss auf die Schwingneigung, ohne geht die Sache mit Rechteckanregung ganz schnell nach hinten los.

Das RC Glied am Eingang habe ich in der Tat vergessen, ich hab grade leider anderweitig zu tun, werde das bei Gelegenheit nachliefern!

[druesel1]

Hallo Grasso und Mitlesende,

muss doch mal etwas nachhaken - ich kann`s wieder mal nicht lassen - bitte nicht als Gängelei auffassen. Habe noch einen sehr anschaulichen Beitrag entdeckt, welcher auf beeindruckend einfache Weise die Verhältnisse an einem Masse-Feder-System und die auftretenden Phasenbedingungen erklärt. Auch wenn es allen auf die Nerven geht: Phasenverschiebung ist Zeitverschiebung und ich muß mit dem systembedingt zeitverschobenen Sensorsignal ganz genau jene Halbwelle beinflussen, welche am Amp-Eingang gerade dabei ist, die Amplitude aufzubauen und nicht erst die kommende!!


Deshalb in der Praxis nicht enttäuscht sein, wenn ihr nicht das Erreicht was ihr euch vorgestellt habt. Es geht mit einem normalen TT-Chassis nicht sehr hoch (200 -300Hz, dann macht das im Linkartikel gezeigte der Sache den Garaus).


http://www.ahoefler.de/schwingungen/...hwingungen.php

Übrigens kann ich Jörns Bemerkungen in seinem Beitrag nur zustimmen. Mit anderen Chassis lassen sich andere Bereiche abdecken, aber auch immer nur in bestimmten Bereichen. Obs aber überall notwendig ist soll jeder selbst entscheiden.

War das letzte Mal - versprochen.

MfG Hannes

[druesel1]

Hallo 3eepoint,

nicht erschrecken, aber mich lässt die Simu nicht in Ruhe. Bitte das was ich schreibe viell. mal in aller Ruhe (ha..ha), wenn du etwas mehr Zeit hast und es nicht zu aufwändig ist, probieren - nicht dass die nächste, nicht so nach deinem Geschmack ausfallende Klausur auf mein Konto geht ...

Das Sensorsignal kannst du doch bestimmt mal ausknipsen?
Jetz ergibt sich (alles nur mal ganz grob über den Daumen gepeilt!) bei 10 Hz eine (alles absolut betrachtet) Verst. von etwa 12 bis 15. Bei 30 Hz etwa 9 und fällt bei 1kHz auf etwa 1,2 ab und geht weiter relativ linear bergab. Sollte dem nicht so sein, könnte irgendein Schalter oder Regler evtl. nicht richtig eingestellt sein, denn die obigen Werte sind ganz leicht im Kopf nachvollziehbar.
Kannst du denn auch die Sensorspannung pasen- und betragsmäßig verändern - diese verändern dann natürlich die Ausgangsamplitude je nach Größe und Phasenlage.

Würde mich wirklich mal interessieren was solche Programme alles so leisten können oder ob dem auch schnell gewisse Grenzen gesetzt sind.

Danke im Voraus.

MfG Hannes

[3eepoint]

Ich kann beliebige Schaltungen, die an Betrag und Phase des Sensorsignals drehen, in die Signalkette einschleifen, auch mit idealen Bauteilen. Theoretisch gehen auch durch Gleichungen beschriebene Bauteile, dafür brauch ich dann aber die entsprechenden Gleichungen.

Was würdest du denn gerne wie ändern?

Und was genau möchtest du ausknipsen? Einfach den Regler ohne Sensorinput?

Grenzen gibt es gewiss, die Berechnungen dauern so schon recht lange und ganz sauber sind die Kurven auch nicht, das liegt daran, dass hier Differenzialgleichungen gelöst werden, was dem Algorythmus nicht unbedingt schmeckt...

[Grasso]

Es geht mit einem normalen TT-Chassis nicht sehr hoch (200 -300Hz, dann macht das im Linkartikel gezeigte der Sache den Garaus).

Stimmt. Die Massenträgkeit, also die obere Grenzfrequenz, kann man bei elektromagnetischen Treibern wirklich nicht überwinden, kompensieren. Zu tiefen Frequenzen hin geht es besser, hier braucht man nicht so viel Leistung. Dafür aber Hub.

[druesel1]

Hallo 3eepoint,
danke für deine sofortige Antwort.
War wohl ein kleiner Schnellschuss von mir. Habe mir die Abb. mal vergrößert und da ist ja schon ne Menge zu erkennen. Erst einmal habe ich gesehen, dass R4 nicht 2, sondern 3k hat, wodurch sich die Verstärkungsfaktoren etwas nach oben verschieben, aber um einen konstanten Faktor – dass ist nicht schlimm.
Außerdem habe ich angenommen, dass in den Grafiken die Ausgangsamplitude des Amp. abgebildet wurde – dass die Sache ja schon viel weiter geht und der Lsp schon mit einbezogen ist hatte ich nicht geschnallt – die SW kann ja offenbar viel mehr als ich vermutet habe. Wer vernünftig liest ist offenbar im Vorteil!
Mich hat bloß deine Aussage, dass C1 keinen nennenswerten Einfluss auf das Geschehen ausüben soll so irritiert, dass ich annahm, irgendeine grundlegende Bedingung sei nicht, oder nicht in der üblichen Größenordnung berücksichtigt worden. Eines bleibt aber trotz allem: C1 bleibt das in punkto Amplitudengang alles bestimmende Glied in der Kette und ich kann mir die geringe Auswirkung beim besten Willen nicht erklären – ich sehe offenbar irgendetwas völlig falsch.
Wenn du U3 in der 0-Stellung belässt und die f linear darstellst, muss sich, zumindest am Amp-Ausgang, eine fast am Anfang beginnende Gerade mit einem Abfall von 20dB/Dekade ergeben. Wenn du C1 eliminierst muss sich eine Gerade bei etwa 20facher Verst. Einstellen. Das wird wohl auch so sein. Mich hätte das nur mal als kleiner Check interessiert – der Einflussnahme von C1 wegen.

Mit freundlichen Grüßen Hannes

[3eepoint]

Ich mach heute nacht wenn ich vom Weihnachtsmarkt wieder komme nochmal ne Simulation die den Frequenzgang des Reglers zeigt.

Das ganze getüddel rechts in der shematic ist übrigens das Lautsprechermodell mit kompletten BxL mechanismus, daher auch die lange Rechenzeit. Das standart TSP-Parameter Modell wäre schneller, spuckt aber nicht so viele Daten aus......

Das ganze macht sich den Umstand zu nutze, dass so ziemlich jedes Masse-Feder System in der Mechanik fast 1:1 in elektrische Größen umwandelbar ist, in kombination mit ein paar Gleichungen macht das die sache doch einen ticken realer.

[loki]

Phasenverschiebung ist Zeitverschiebung und ich muß mit dem systembedingt zeitverschobenen Sensorsignal ganz genau jene Halbwelle beinflussen, welche am Amp-Eingang gerade dabei ist, die Amplitude aufzubauen und nicht erst die kommende!!

Hallo Hannes,
darf ich fragen woher du dein Wissen beziehst? Ich verstehe das nicht! Um es genauer zu sagen, es ist Blödsinn. Tut mir leid, ich habe überlegt wie es netter sagen kann, aber es mußte mal raus.
Warum?
Wenn man einen geregelten Bass-LS bauen möchte, dann sollte man die Regelungstechnik kennen. Thiele und Small haben vor einigen Jahrzehnten gezeigt, dass sich LS im TT-Breich wie ein Hochpass verhalten und das Masse/Feder/BI etc unnötig sind!

@3eepooint: für die Simulation reichen die TSPs. Die Ungenauigkeiten kommen von anderer Seite.

Also besteht die Aufgabe darin einen TP mit Fb/Qb, also den ungeregelten LS, in einen TP mit Fg/Qg (g für geregelt oder gewünscht) überzuführen. Und durch ein bißchen Mathematik und Theorie findet man heraus, das dazu ein PI-Regler notwendig ist. Durch Bestimmung der Übertragungsfuntion und Koeffizientenvergleich können die 2 Werte für R und C des PI-Reglers berechnet werden. Man erhält durch die GK einen "neuen" LS mit neuen F und Q. Das macht übrigens auch die Linkwitz Transform Schaltung. Das ist alles. FAST.

Hannes, wenn du dir mal den Phasengang eines HP ansiehst, wirst du feststellen, dass deine Messungen korrekt sind, nur die Schlussfolgerungen, naja, s.o. Ich finde deine Bemühungen gut und ich würde mich freuen wenn du deine konkrete Schaltung hier veröffentlichen würdest (wie ich es auch gemacht habe). Ich denke auch, dass sie funktioniert. Elektor hatte, ich glaube in einem Halbleiterheft, so eine Schaltung mit Mikro als Sensor veröffentlicht.

Das FAST bezieht sich auf den Sensor, da ist noch einiges zu diskutieren.

Wer LTSpice als zu aufwendig empfindet, hier ist ein einfaches Simulation-sProgramm für Windows und OS X:
http://www.physicsbox.com/indexsolveelec2en.html
Der LS wird einfach als HP angenommen.

[loki]

@3eepoint:
Ich habe mir gerade deine Simul. mal angesehen.
Ich denke, ihr bezieht euch auf die GK der Omega. C155 bildet dort eher einen I-Regler (R parallel zu C), in deiner Simul. hast du einen PI-Regler (2,2u in Serie zu 390k) eingebaut, was auch so stimmen sollte. Nur die Zeitkonstante f=1/(2*pi*R*C) ist viel zu groß. Wähle C155 doch mal zu 22nF.

Außerdem irritiert mich, dass dort etwas von einer BR-Box steht. Nach Thiele/Small entspricht das einem HP 4.Ordnung und den kann man nicht vernünftig mit mit einem PI-Regler gegenkoppeln.

[druesel1]

Hallo loki,
ein paar Bemerkungen allgemeiner Art seien mir aber doch noch erlaubt.
Ich freue mich, dass du dich in der Regelungstechnik wie zu Hause fühlst und dir offenbar vieles angeeignet hast und auch über praktische Erfahrungen verfügst. Leider muss ich immer wieder feststellen, dass etliche sattelfeste Regelungstechniker sehr tolle Ideen hervorbringen aber vielfach die Realisierbarkeit oder Praxistauglichkeit dabei vergessen. Das hier besprochene ist ja nichts neues, das wissen wir alle, aber zu einer Serienreife haben es nur wenige gebracht und offenbar nur diejenigen, welche sich der Problematik ein wenig weitergehender genähert haben und nicht, aus welchen Gründen auch immer, an der Oberfläche hängen geblieben sind.
Mit der tiefergreifenden Betrachtung der Phasenbedingungen steht und fällt dieses System der Gegenkopplung. Die viel weiter oben angesiedelte Betrachtung von Filtern und Reglern mit ihren wie auch immer gearteten Einflussnahmen auf Amplituden, Strömen und Spannungen reichen da bei weitem nicht aus - was sich hierbei im Detail abspielt bleibt dem reinen Regelungstechniker in unserer speziellen Thematik verborgen, wenn ihn nicht der Ehrgeiz packt die Angelegenheit bis ganz unten hin zu ergründen.

In einem muss ich dir aber Recht geben: Viele haben schon funktionierende Aggregate zu Stande gebracht, ob mit oder ohne regelungstechnische Kenntnisse. Die allermeisten hatten aber doch zu viele Schwachstellen, welche sich offensichtlich nicht zufriedenstellend beseitigen ließen und die Bastelarbeiten eingestellt wurden – deine gehörten ja offenbar auch dazu. Mit ein wenig mehr Detailwissen und nicht nur globalem Überwissen hätte evtl. aus so manchem Projekt mehr werden können.

Meine Schaltung werde ich nicht in vollem Umfang veröffentlichen! Ich gebe aber gerne auch Details preis, wenn die Zeit reif sein sollte, anderenfalls kommen genau solche Sachen heraus wie hier gerade geschehen.

Nur so viel; das Prinzip ist dem der Omega sehr ähnlich, aber noch einfacher zu realisieren – obwohl es kaum möglich erscheint. Noch eines, es ist nicht ein einziges Spezialbauteil verbaut und keine Manipulation an irgendeinem Teil vorgenommen worden - alles von der Stange und für Jedermann erhältlich.

In diesem Sinne auf weiterhin gutes Zusammenregeln.

Mit freundlichen Grüßen Hannes

Kleine Ergänzung, da ich den letzten Beitrag bezüglich Simu gerade erst entdeckt habe.

Deine Ansichten bezüglich 2,2µ und 390k bekräftigen mich ganz stark in dem oben erwähnten. Einen großzügig dimensionierte Koppelkondensator und einen zur Spannungsreduzierung vorgeschalteten Widerstand (die Mikros liefern recht hohe Spannungen) mit einer Grenzfrequen von weniger als 1Hz als Regelungskomponente anzusehen lässt selbst den Elektroniker im 1. LJ doch etwas schmunzeln. Bitte nicht immer so kompliziert denken. Hannes

[loki]

was sich hierbei im Detail abspielt bleibt dem reinen Regelungstechniker in unserer speziellen Thematik verborgen

Meine Schaltung werde ich nicht in vollem Umfang veröffentlichen! Ich gebe aber gerne auch Details preis, wenn die Zeit reif sein sollte, anderenfalls kommen genau solche Sachen heraus wie hier gerade geschehen.

Zum Glück bin kein Regelungstechniker...

Hannes, magst du denn erzählen welche Sensoren du benutzt, wie sie plaziert werden etc., welche Sensoren nicht funktionierten und was der Grund war?

[Franky]

Allein rational gesehen kann es garnicht sein das ich etwas nachregeln kann was schon passiert ist um es ans Ohr zu bringen. Meiner Meinung nach kann man das nur korrigieren nennen was aber einen gewissen vielleicht auch sehr kleinen zeitlichen Versatz haben muß. Auch Lichtgeschwindigkeit ist endlich.
Das mit den Gegenkopplungen war mir schon immer suspekt da man da versucht Fehler die hinten festgestellt werden vorne egalisieren zu wollen.
Darum habe ich das auch aufgegeben zu verstehen. Versucht es auch nicht mir das zu erklären! Für mich kann es keine logische Erklärung dazu geben das ich Fehler die im Jetzt entstehen durch Regelung des Eingangs nicht auftreten sollen. Erst wenn die Fehler aufgetreten sind kann doch nachgeregelt werden - oder etwa nicht?