Digitale aktive Gegenkopplung möglich?

[Spatz]

Hallo allerseits,

ich hatte gerade eine Idee, und frage mich, warum das noch nicht realisiert wurde...

Und zwar geht es um das Thema "Aktive Gegenkopplung". Hierbei wird von der Verstärkerelektronik permanent die aktuelle Position der Lautsprechermembran überprüft, und mit einem Sollwert vergleichen, und gegebenenfalls angepasst. Mehr Infos gibt es z.B. hier: https://www.diy-hifi-forum.eu/forum/show...tsprechern

Ich frage mich, warum man das mit modernen DSPs nicht digital macht:
Es gibt inzwischen sehr kleine Beschleunigungssensoren, die die gemessenen Werte als analoge Spannung ausgeben. Diese könnte an die Dustcap kleben und das Signal mit einem OpAmp verstärken und dann an einen Audio-DAC weiterleiten. Dieser würde das Signal dann an einen DSP weiterleiten, der dann das Originalsignal mit dem gemessenen Signal vergleichen kann, und dementsprechend nachregeln kann.
Mir ist klar, dass die Regelung nur bis zu einer bestimmten oberen Frequenz sinnvoll einzusetzen ist, und aufgrund der Signalwandlungen auch immer ein bisschen hinterher hinken würde, aber für Tieftöner oder Subwoofer sollte das doch nicht so schlimm sein.
Glaubt ihr, das würde funktionieren?

Grüße,

Spatz

[Kalle]

Hallo Spatz,
kurz und knapp, weil aktiv geregelte Lautsprecher es einfach, außer im Bass natürlich, absolut nicht bringen. Sie messen sich wunderbar, haben aber bei komplexen Musikstücken große Probleme, was da herauskommt ist keine Musik mehr, sie kriegen es einfach nicht mehr geregelt. Alle Frequenzen werden optimal wiedergegeben, nur schafft man es am Ende mehr es wieder zu Musik zusammenzusetzen.
Wenn man kein Intresses an der Musik hat, sondern nur an technischen Spielereien sind aktiv geregelte Chassis natürlich prima.

Jrooß Kalle

[josh_cpct]

Hi Kalle

Meine geregelten spielen sehr schön Musik.
Auch in oberen Tonlagen. Womit Wandler-Latenz wieder ein Thema wird.
Also nur tiefe Töne regeln wäre halber Spaß.

Gruß
Josh

[Kalle]

Moin,
welche hast du denn? Meine Langzeit-Erhörungen stammen von einer Vierwege BM10 meines Schwiegervaters,
grausam gegenüber meinem aktiven Manger FAST-System.
Jrooß

[BiGKahuunaBob]

Auch in oberen Tonlagen. Womit Wandler-Latenz wieder ein Thema wird.
Also nur tiefe Töne regeln wäre halber Spaß.

weil?
Der Benefit der Regelung ist ohnehin fraglich, zumindest gibt es kaum Evidenz.

[josh_cpct]

Hallo Kalle

Die Manger mochte ich nie. Lustig wie subjektiv die Erfahrungen sind.
Hier steht auch eine BM. Habe schon bemerkt, wie oft kritisiert, dass der Hochton analytisch ist, und das abgeschwächt. So wie den Bass.
Ab Werk haben die BM einen Badewannen-Frequenzschrieb wie Bose. Das kann man auch umkehren.

Ich vermute, dass durch die Induktion der Schwingspule (Last), die steigende Impedanz zu hohen Tönen im Treiber, die Regelung veranlasst nach oben hin immer mehr Gas zu geben.
Das scheint sich aufzuschwingen... In meinen BM ist schon der spätere Dynaudio D21/2. Welcher sich an normalen spannungsgeregelten Endstufen linear misst. An den BM trotzdem stark ansteigend.

Mir scheint aber, dass der Mensch wirklich so primär dominant vom Amplitudenfrequenzgang die meisten subjektiven Qualitäten ableitet, die man so erfährt.
Sobald man den Hochton der BM absenkt, "erblüht" das übrige Spektrum zu ganz neuer Schönheit, was man so vorher kaum wahrgenommen hat.
Sehr beeindruckende Veränderung!

Gruß
Josh

[josh_cpct]

weil?
Der Benefit der Regelung ist ohnehin fraglich, zumindest gibt es kaum Evidenz.

Latenz=Geschwindigkeit=Tonhöhe...

Die Beweise sind tatsächlich dünn. Da hast du Recht. Auch ich habe meiner inneren Versuchung zu B&M und dem atraktiven Konzept lange versucht zu widerstehen.
Schließlich ist BM recht teuer. Daher wollte ich mir einreden dass es keine Gründe dafür gibt, es mangelt Beweise, also kann ich guten Gewissens darauf verzichten.
Leider habe ich mich dann einmal auf eine längere Hörsession eingelassen. Auch mit gedämpftem Hochtöner. Und dann ist jeder Widerstand dahin geschmolzen.

Umgekehrt, wenn die Vorteile alle klar belegbar wären, aber beim Hören nicht erfahrbar als solche, was würde das bringen?

Gruß
Josh

[BiGKahuunaBob]

Ich habe viele geregelte Lautsprecher gehört und auch Messungen gesehen. Man kommt günstiger zu gleichen oder besseren Ergebnissen, was auch der Grund ist warum es sich nicht durchgesetzt hat. Aber natürlich gibt es immer spezielle Anwendungsfälle wo es sinnvoll sein kann, das sind dann aber eher nicht-audiophile Szenarien wie Miniaturlautsprecher.

Aber meist ist es aber Liebhaberei... wie das ganze Hobby ;-)

[3eepoint]

Ich bin mir sogar ziemlich sicher, dass das funktionieren würde. Die größeren ADAU DSP haben wandler mit 2us Latenz drinne und bis zu 700 kHz Samplingrate. Das ist für eine Regelstrecke bis sagen wir mal 500Hz vollkommen ausreichend, was geschwindigkeit angeht. Schwierig wird allein der Dynamikbereich. Knapp 100dB muss ein Sensor erstmal packen, wahrscheinlich eher mehr.

Ich frag mich nur, was hier teilweise mit nicht belegbaren Vorteilen sein soll? Ich hatte mal einem Kommolitonen mit nicht linearen Matlab/Simulink modellen auf Basis der Klippeldaten eines Lautsprecher für eine Bachelorarbeit[1] ausgeholfen, die sich mit Sensorgeregelten Bässen beschäftigt. In den Berechnungen hat sich gezeigt, dass der THD im Bass um 30% gesenkt wurde. Finde ich schon einen guten Beleg.


[1] Bevor jemand fragt, ich darf die Arbeit leider nicht weiterreichen, mit den Modellen selber könnte ich aber aushelfen.

[phase_accurate]

Ich würde erwarten, dass sich die Verzerrungswerte zumindest um ganzzahlige Faktoren verbessern bei Zuhilfenahme von Gegenkopplungsmassnahmen. Bei 30 % Verbesserung kann man es von mir aus auch bleiben lassen.

Ein System mit sehr niedrigen Verzerrungen im Bassbereich ist z.B. der Meyer X-10 Monitor mit nur gerade 1% Klirr bei 120 dB mit einem einzigen 15" Woofer. Wäre allerdings noch interessant zu sehen, wieviel Kirr der ohne GK hätte.

Interessant ist auch, dass die neueren Meyer Monitore keine solche Gegenkopplung mehr haben.

Gruss

Charles

[BiGKahuunaBob]

In den Berechnungen hat sich gezeigt, dass der THD im Bass um 30% gesenkt wurde. Finde ich schon einen guten Beleg.

Ich sagte ja, ich kenne die Zahlen ;-)
Eine theoretische 30% THD Senkung im Bass hätte man wahrscheinlich auch mit einem zweiten Treiber und/oder Ventilierung erreicht, zu geringeren Kosten. Deswegen hat es sich ja auch nicht industriell durchgesetzt. Wo der Formfaktor aber fix ist und man nicht mit Material skalieren kann, da kann es eine Option sein... Notebooks, Mobiltelefone, "Smartspeaker", etc von denen wird ja auch immer mehr Pegel/geringes THD verlangt. Klippel bietet das ja so auch an (das Thema hatten wir ja letztens in einem anderen Thread).

[BiGKahuunaBob]

Ein System mit sehr niedrigen Verzerrungen im Bassbereich ist z.B. der Meyer X-10 Monitor mit nur gerade 1% Klirr bei 120 dB mit einem einzigen 15" Woofer. Wäre allerdings noch interessant zu sehen, wieviel Kirr der ohne GK hätte.

Interessant ist auch, dass die neueren Meyer Monitore keine solche Gegenkopplung mehr haben.

Über die Hörbarkeit von THD im Bass ließe sich sicher auch diskutieren, die Schwellen liegen recht hoch, teilweise >10%. Aber natürlich ist es immer sinnvoll ein "sauberes" System zu bauen.
Meyer ist ein schönes Beispiel, der technisch saubere no-bullshit Produkte. Die X-10 hatte ein Mikro vorne am LF und der HF war nicht geregelt. Bei den aktuellen Modellen scheint man eher auf die Qualitäten der Treiber zu setzen, da scheint sich die Erkenntnis auch eine meine vorherige Argumentation anzuschließen.

[newmir]

Ich frage mich, warum man das mit modernen DSPs nicht digital macht:
Es gibt inzwischen sehr kleine Beschleunigungssensoren, die die gemessenen Werte als analoge Spannung ausgeben. Diese könnte an die Dustcap kleben und das Signal mit einem OpAmp verstärken und dann an einen Audio-DAC weiterleiten. Dieser würde das Signal dann an einen DSP weiterleiten, der dann das Originalsignal mit dem gemessenen Signal vergleichen kann, und dementsprechend nachregeln kann.

Also ihr seit ein bischen am Thema vorbei. Es ging nicht grundsätzlich um Regelung, sondern um digitale Regelung. Ich will euch nicht stören, aber ich versuch inzwischen mal auf die Frage zu antworten . Ich denke, dass digital so hier keine Vorteile bringt. Die aktive Regelung vergleicht ja in der Regel einfach "ist" und "soll". Die notwendige Berechnung ist simple Substraktion/Addition, was analog völlig problemlos machbar ist. Warum also erst das Signal vom Beschleunigungssensor digitalisieren um es in den DSP zu füttern um dann die simple Subtraktion/Addition im DSP durchzuführen ....um dann wieder Digital/Analog zu wandeln. Also keine Vorteile ....wenn dann nur den Nachteil, das durch die zweifache Umwandlung und die Rechenzeit im DSP eine Delay/Trägheit in der Reglung entsteht.

Wenn, dann würde man heute vielleicht versuchen die Rückkopplung direkt mit einem Digital Verstärker zu kombinieren. Der erzeugt ja aus dem analogen Signal auf relative simple Art und Weise ein Pulse/Breiten-Signal (PWM). Wenn man die Pulse/Breiten Modulation jetzt mit dem rückgekoppelten Signal kombiniert so nach dem Motto:"Die Auslenkung des Bass ist noch nicht da, wo sie sein soll, also machen wir den Impuls jetzt einfach breiter", dann sollte man mit sehr wenig Aufwand eine solche Reglung für den Bass realisieren. Aber das wäre dann auch nicht so weit Weg von den bekannten analogen Reglungen.

[Spatz]

Den Vorteil würde ich im Nutzen der vorhandenen Technik bei geringen Zusatzkosten sehen. Wenn man zum Beispiel schon einen Aurora DSP zuhause hat, kann man die Technik einfach an den freeDSP-Header hängen. Natürlich wäre Analog besser, aber dafür müsste man wieder die komplette Technik umrüsten...

[Koaxfan]

Der HifiBerry DAC+DSP hat genau für solche Zwecke sogar einen Analogeingang*, d.h. hier wird nichts unnötigerweise hin-und-hergewandelt sondern das analoge Signal wird erfasst und fließt in die ohnehin stattfindende DSP-Verarbeitung mit ein. Dann noch einen PWM-Amp dran und das Signal war niemals analog.

Das kann und soll jetzt nicht die Frage beantworten ob das so wanddurchbrechend sinnvoll ist und/oder geil klingt. Aber es gibt durchaus Lösungen bei denen das bereits vorgesehen ist und deshalb nichts hin-und-hergewandelt werden muss.

*= Eingang für analoge Signale, NICHT ein Musik-ADC! Ist auch auf dem Board nicht vorbestückt, müsste also selbst angelötet werden. "The analogue inputs connect directly to the DSP. These are NOT audio ADC. The inputs are designed to use external analogue control like voltage sources or variable resistors to control a DSP program."

[Spatz]

Die AuxADCs haben leider nur 10bit Auflösung, und sind eher dazu geeignet, Parameter im DSP-Programm zu steuern. Würde man diese für eine aktive Gegenkopplung verwenden, wären diese ADCs der Flaschenhals.
Wie du schon richtig zitiert hast, sind diese nicht für Audiosignale geeignet.

[phase_accurate]

Würde man diese für eine aktive Gegenkopplung verwenden, wären diese ADCs der Flaschenhals.

Richtig !
Man darf nicht vergessen, dass die Linearität des Rückkopplungspfades bei Regelschleifen der Dominante Faktor bezüglich Linearität des ganzen Konstruktes ist. Ist die Schleifenverstärkung hoch genug wird die Linearität im Vorwärtspfad im gewissen Ramen sogar unwichtig.

Und hier ist der Hund bei LS Gegenkopplungen begraben: Die Schleifenverstärkung kann prinzipbedingt nicht allzu hoch sein. Und bei niedrigen Schleifenverstärkungen neigen Rückgekoppelte System dazu, eine Störungsübertragungsfunktion mit zu höheren Frequenzen ansteigendem Amplitudenfrequenzgang aufzuweisen. Man muss also schon aufpassen, was man tut.
Eine Gegenkopplung mit Mikro à la Meyer würde mich trotzdem einmal interessieren. Es wird aber nicht einfach sein, ein geeignetes Mikro zu finden. Das Patent dazu findet man übrigens on-line.

Gruss

Charles

[newmir]

Den Vorteil würde ich im Nutzen der vorhandenen Technik bei geringen Zusatzkosten sehen. .............................. .Natürlich wäre Analog besser, aber dafür müsste man wieder die komplette Technik umrüsten...

Den verstehe ich nicht .... wieso muss man die komplette Technik umrüsten. Ich gehe davon aus, dass man nur den Bass (vielleicht noch den Mitteltöner) mit einer Rückkopplung ausrüsten würde. Alles andere bliebe, wie es ist. Trennung und Raumkorrektur findet im DSP statt und erst danach käme der Verstärker mit seiner Rückkopplung.

Dafür finde ich Rückmeldung mittels Beschleunigungsaufnehmer viel logischer und präziser, als ein Mikro. Im Prinzip ist ein Beschleunigungssensor wie Spatz den vorgeschlagen hat nix anderes als ein Mikro ....nur ohne Luft und Membran dazwischen.

[Koaxfan]

Was spricht dagegen es per Laser zu messen? Das verändert auch die Parameter nicht.

[phase_accurate]

Dafür finde ich Rückmeldung mittels Beschleunigungsaufnehmer viel logischer und präziser, als ein Mikro. Im Prinzip ist ein Beschleunigungssensor wie Spatz den vorgeschlagen hat nix anderes als ein Mikro ....nur ohne Luft und Membran dazwischen.

Bezüglich der Genauigkeit (Linearität etc) der Wandlung von mechanisch-physikalischer Grösse (Beschleunigung) in elektrische Spannung ist der Beschleunigungssensor einem Mikro (Schalldruck in Spannung) sicher überlegen.
Da aber die Grösse, welche am Schluss kontrolliert wird eben der Schalldruck ist und eine Beschleunigungsmessung an einem einzelnen Punkt nicht unbedingt mit dem vom Chassis insgesamt abgestrahlten Schalldruck übereinstimmen muss kann man sich schon fragen, was am Schluss besser ist. Ich denke da an Membranverformungen etc.

Gruss

Charles