Som jeg skrev for nogen tid siden skal der leges lidt med klasse-D forstærkere her i vinter.
For ikke at ende i et eller andet slagsmål om trioder kontra carabondumtransistorer vil jeg lige ridse parametrene op:
Det handler om at teste state-of-the-art teknologier og se om det kan bruges til noget og høre om det lyder ordentligt.
Det bliver en switch-mode effektforstærker med switch-mode forsyning, hvilket er så langt som man overhovedet kan komme fra den robuste analog-teknologi vi plejer at sværge til.
Forventningerne er noget i stil med:
Kabinet: 19", 2U, 30cm dyb (God plads, mindre kan gøre det)
Vægt: <3 kg
Effekt: 2 x 100W stereo, 8 Ohm
Tomgangsforbrug: <10W
Effektivitet: > 85% (lysnet til højtaler)
Pris: ca. 2.000 kr + moms, plus kasse, stik, ledninger osv.
Lyd: ?
I første omgang giver jeg køb på strømstyringen, det kommer eventuelt i anden runde, afhængig af lyden.
De to primære, næsten eneste, komponenter bliver:
Class D's TI-300 forstærkermodul
Modulet er baseret på den switchmode teknologi som TI købte med det danske firma Toccata og jeg har en underhåndsaftale med nogle af de interessante folk om at lave en foredragsaften, hvor de tegner & fortæller.
Traco's TOP200-148 switch-mode forsyning
En sprit-ny model af switch mode forsyning, med fokus på energieffektivitet.
Dertil en enkelt elektrolyt, kasse, stik, ledninger osv.
Stumperne burde konvergere imod min addresse nu, og metalsløjd begynder umiddelbart efter.
Denne gang bliver jeg nødt til at svigte min traditionelle "plywood" prototype model og bruge et rigtigt kabinet: Strømforsyningen er åben og der er lidt for mange volt at få fingrene eller poterne stukket ned i ved et uheld.
Switchmode støjer desuden og skal derfor pakkes ind i metal.
(Del 2: Audio Klasse-D: Målinger)
phk
02. nov 2010 kl 15:24
Switchmode støjer desuden og skal derfor pakkes ind i metal.
02. nov 2010 kl 15:55
Spændende projekt, men jeg synes at dit mål om <10 W tomgang er lidt uambitiøst.
Bent.
Spændende projekt, men jeg synes at dit mål om <10 W tomgang er lidt uambitiøst.
02. nov 2010 kl 16:59
Kommer der en fortsættelse på historien. ?
Hvad med at bruge mu-metal til afskærmning ?
Hvad med et diagram ?
Komponentpriser ?
02. nov 2010 kl 17:48
Uh, det skurer fælt i mine ører. Du er fuldt ud bekendt med hvordan en firkant ser ud Fourriertransformeret - ikke kønt. Og hvad GIGO betyder.
Designparametren "Effekt: 2 x 100W stereo, 8 Ohm" er heller ikke for lovende i sig selv. Bevares det er sikkert bare en overskrift, men som gammel High Fidelity læser ved du godt hvordan "gode" forstærkere kollapser med en realistisk resistiv-induktiv-kapacitiv belastning.
Hvad skal forstærkeren trække? En alm. orthodynamisk højttaler med passivt delefilter? Så er "stang stiv" et positivt udsagn for en strømforsyning :-)
Nu kan du jo godt lide at lege med avancerede løsninger, så kunne du ikke lokkes til at kikke på software baserede aktive delefiltre med tilhørende individuelle forstærkere per højttalerenhed? I stedet for oldnordiske passive delefiltre? Gerne klasse D forstærkere med fælles strømforsyning, hvis du synes. Man mindes jo med tårer i øjnene Philips MFB (motion feed-back) højttalere som teknologiske fyrtårn, der bare var forud for deres tid og dårligt udført i produktionen.
Undskyld jeg blander mig, men endnu en klasse D forstærker-artikel er måske lidt under dit tekniske potentiale (så kan jeg vist ikke lokke mere skamløst!).
Michael, drop trolleriet og læs igen: Det var præcis den slags audiofanatisme dette blogindlæg skulle lukke munden på, for det er ikke det det handler om.
En typisk analog effektforstærker bruger idag 25-30 W i tomgang og folk slukker sjældent for den, så den koster 500kr/år i elregning.
Hvis man kan bygge en switch-mode forstærker der lyder ordentligt og skærer halvdelen eller 2/3 af dette forbrug, så er der bestemt grund til at kigge på det.
Og hvem ved, måske kan vi slet ikke høre forskel ?
Poul-Henning
02. nov 2010 kl 18:13
Måske du skulle læse hele indlæget. Pointen er jo ikke strømforbruget af en forstærker. For min skyld kan alle bruge klasse A forstærkere, det vil ikke påvirke Danmarks elforbrug i et omfang, der kan måles.
Jeg troede du var ude efter at lave god lyd med nye metoder og derfor pegede jeg på det passive delefilter der sandelig kan trænge til pensionering.
Beklager jeg tilsyneladende var off-topic, hvis klasse D forstærkere er det eneste mål.
02. nov 2010 kl 18:19
Har du overvejet at bruge en variable switchmode forsyning?, også bruge den som en del af volume kontrollen?
er i mine øjne det eneste rigtige til TI's teknologi, detsvære evner jeg ikke at bygge sådan en strømforsyning, og er for nærig til at købe en....
også held og lykke med den, jeg har selv 2 forstærkere der begge bruger TI kredse, en 2x300W og en 2x30W og de lyder rigtigt godt. også bruger de ikke så uforskammet meget strøm som min 2x100W rør forstærker :-)
@Michael:
Måske du skulle læse hele indlæget.
02. nov 2010 kl 20:53
Og hvem ved, måske kan vi slet ikke høre forskel ?
02. nov 2010 kl 21:32
Er der nogen form for feed-back på forstærkeren, således der tages højde for den faktiske udgangsspænding, inklussiv spændingsfald i transistorer, i ledninger, og eventuelle komponenter såsom lytter? Jeg forventer ikke, at du kan holde forsyningsspændingen 100% stabil - så i princippet burde kredsen tage hensyn til forsyningsspændingen, når den regulerer output.
Under alle omstændigheder, er ledningsføringen det mest vigtige. Du skal forvente et betydeligt spændingsfald i enhver ledning, og enhver lyt - og ikke forvente, at forsyningen er konstant. Du skal forsøge at strøm, og returstrøm tæt på hinanden, således der opnås minimal induktion, og at der udsendes så lidt støj som muligt - induktionen, og støjen der udsendes, er så godt som proportional med arealet som omsluttes.
Hvis ledningerne lægges godt ud, og der tages højde for spændingsfald og strømme, og at returstrøm lægges tæt så sløjfen er minimal, således der udsendes så lidt magnetisk støj som muligt, så betyder en metal afskærmning først noget. Et godt design, kan i nogle tilfælde helt undgå afskærmning.
Afskærmning, ses ofte i de dårlige produkter - årsagen er, at man "har problemer", fordi at ledningsføring er gjort forkert. Alle tror så, at det kan nok klares med metal. Sådan er det desvære ikke. Først, når at det elektriske er perfekt, og vi begynder at kunne opnå følsomheder, der gør afskærmning relevant, betyder den noget.
Det som ofte betyder noget, er ledningsføring, at sikre konstante strømme, således der er konstant spændingsfald (f.eks. med induktion, filtre, seriemodstande, shuntgeneratorer, afkobling osv.), og at det er taget højde for det hele. Forestil dig enhver ledning som modstand. Og husk, at returvejen skal være tæt på. Brug om muligt et ground-plane, men i nogle tilfælde, kan det være en fordel at bryde den op, for at undgå strømme. Husk, at alle ind og udgange, oftest har forbindelse til en metal kasse, og derfor elektrisk er nødvendigt forbindees. To ledninger, til en konstruktion, kan desuden medføre en "jordsløjfe", så der induceres 50 Hz - og det er specielt vigtigt, at en sådan strøm ikke går igennem printpladen, hvor der kan være følsomt analog elektronik. Endeligt, så er det altid en god idé, at trække alle signaler differentielt.
Jeg ser ofte kinesiske produkter, der er lavet med forstærkere, for at opnå høj følsomhed, afskærmning, for at skærme ind, osv. Og alt ialt, så fungerer det håbløst dårligt. Ved siden af, har jeg et tysk fremstillet produkt, der ikke har afskærmning, og hvor to spoler, man skulle tro vil støje i hindanden, ligger direkte op til hinanden, uden afskærmning. Det fylder intet. Alligevel, så er følsomheden langt større.
Har du gjort det godt, kan du måske undvære indskærmningen. Ofte er den kun pynt.
02. nov 2010 kl 21:47
Ved lave frekvenser, er mu-metal god til afskærmning. Men, ved høje frekvenser, som vi har ved klasse D forstærkere, så er mu-metal ikke så ideelt. Et kobberprint, kan være en bedre afskærmning. Kobber, har lav ledningsevne, og det betyder meget ved højfrekvens.
Men bedst af alt, er at undgå støjen udsendes. Det sker ved, at sikre at ledninger med tidsvarierende strøm, trækkes så tæt på hinanden som muligt, så returvejen følger tæt på - den udsendte støj øges, med arealet som vej og returvej omslutter, ved en given strøm. I nogen tilfælde, kan man dog også bevidst, have lang vej imellem vej, og returvej, da der så vil være en stor induktion, der kan gøre at spændingen lægger sig over sløjfen, og ikke over et følsomt sted.
I nogle tilfælde, kan bruges optokoblere for at opnå god adskillelse. Det store problem, er ofte at støj bevæger sig langs ledningerne. Idag, kan du også få analoge optokoblere, som du eventuelt kan bruge. Har du et "støjende" system, kan være meget svært, at undgå støj løber til et ikke støjende følsomt system. En optokobler, vil i princippet kunne gøre det, på signalvejen. Strømforsyningen, er så det næste store problem...
Jens,
Altsammen gode råd, det er dog temmelig begrænset hvor meget jeg kan bruge dem i det foreliggende tilfælde, da jeg blot skal forbinde to printkort og nogle få stik.
Poul-Henning
02. nov 2010 kl 21:51
Jeg havde ikke fattet at det var sådan et projekt. Det er ligesom når jeg lavet et toilet. Så springer jeg også alt det med udregningen på vandgennemstrømningen over, og monterer bare skruer og udløserknap. Jeg plejer, at kalde det "objektorienteret" toiletudvikling eller forskning, da jeg anvender "objekte" som andre har udviklet.
02. nov 2010 kl 22:45
PHK, en god ringkerne tranformator kan opnå en effektivitet på ca. 95%. Jeg tænker her på om det kan betale sig med en switchmode forsyning?
Jeg tænker bestemt også på om ikke swichtmode forsyningen tilføjer mere støj en en ringkerne med en brokobling og nogle store ladelytter som man traditionelt benytter, det går jeg udfra du har undesøgt og derfor kan svare mere præcist på?
02. nov 2010 kl 23:04
Hvorfor en switchmode forsyning?
PHK, en god ringkerne tranformator kan opnå en effektivitet på ca. 95%. Jeg tænker her på om det kan betale sig med en switchmode forsyning?
Jeg tænker bestemt også på om ikke swichtmode forsyningen tilføjer mere støj en en ringkerne med en brokobling og nogle store ladelytter som man traditionelt benytter, det går jeg udfra du har undesøgt og derfor kan svare mere præcist på?
02. nov 2010 kl 23:12
Glem ikke at teste de dynamiske kvaliteter f.eks. ved at afspille et tordenskrald med fuld styrke. Det giver en god idé om kvaliteten
02. nov 2010 kl 23:20
Hvilket programmateriale har du tænkt dig at vurdere kvaliteten efter? Sørg for også at få almindelig tale med.
Og hvilken kilde kommer det fra? SACD eller almindelig CD eller ?
02. nov 2010 kl 23:25
Optokoplere er et støjende ulinært mellemled som jeg nødigt ser i et kvalitetslydsystem.
Jeg tænker her på om det kan betale sig med en switchmode forsyning?
Hvilket programmateriale har du tænkt dig at vurdere kvaliteten efter?
02. nov 2010 kl 23:36
Mon ikke du mener at kobber har høj ledningsevne ?
02. nov 2010 kl 23:40
Der er folk som foretrækker nul feedback, fordi det giver nul problemer med faserejning af signalet. Det kan der sikkert siges meget om
02. nov 2010 kl 23:43
Glem ikke at teste de dynamiske kvaliteter f.eks. ved at afspille et tordenskrald med fuld styrke. Det giver en god idé om kvaliteten
Glem ikke at teste de dynamiske kvaliteter f.eks. ved at afspille et tordenskrald med fuld styrke.
Mon ikke du mener at kobber har høj ledningsevne ?
02. nov 2010 kl 23:49
Gudskelov ;)
02. nov 2010 kl 23:57
... og derefter udtrukket til 5.412m^2 tværsnit på et amagnetisk spil sikrer total ro i den alment anerkendte kritiske mezzobas"
Men det ville være for nemt, så det gidder jeg ikke :-)
03. nov 2010 kl 00:05
Jeg vil ikke betegne Metalica's musik som dynamisk, men derimod er pigekoret sikkert meget dynamisk og sikkert bedre egnet til en test :)
03. nov 2010 kl 00:14
En tordenskraldstest vil stå og falde med højtalernes kvalitet, så du vil aldrig kunne bedømme forstærkeren med mindre den er virkeligt ringe !!!
03. nov 2010 kl 00:29
Optokoplere
Optokoplere er et støjende ulinært mellemled som jeg nødigt ser i et kvalitetslydsystem.
En tordenskraldstest vil stå og falde med højtalernes kvalitet, [...]
03. nov 2010 kl 00:34
Jeg burde have fortalt, at jeg faktisk har hørt "the real thing" da jeg sad i en stol den dag et lyn slog ned i naboens have. Vi var 3 mand der pludseligt svævede ½ m over stolene - måske p.g.a. lufttrykket, som i øvrigt sprængte skyerne væk i alle retninger.
Så jeg ved hvordan et tordenskrald lyder !
Jeg indrømmer dog at mit anlæg ikke kan frembringe noget tilsvarende
Jens,
Jeg ville nok ikke satse på en analog optokobler, da du under alle omstændigheder skal have et driver trin foran den hvis du bruger normale signalniveauer for audio.
Balanceret signal er derimod standard i alle professionelle sammenhænge og det modul Class-D har strikket har balanceret input, så det benytter jeg mig naturligvis af.
Poul-Henning
Jeg indrømmer dog at mit anlæg ikke kan frembringe noget tilsvarende
03. nov 2010 kl 00:51
Så skal du nok have en snabel stukket i et eller flere kraftværker :)
03. nov 2010 kl 01:08
Medens vi er ved god lyd:
Den fedeste lyd jeg har lavet som studiemusiker, var da jeg optog lyden fra en Tandberg båndoptagers indbyggede højtalere til en Revox båndoptager.Alle disse mellemled gav jo lidt støj men lyden var suveræn. Det er derfor at man ofte optager lyden med mikrofoner ved pa-højtalerne.
Dette sagt fordi man ikke skal glemme at "snavset" lyd måske lyder bedst.
03. nov 2010 kl 01:19
Du mener sikkert at man skal parsno forsyningsledningerne, Det er den måde man undgår at udstråle elektromagnetisk udstråling / 50hz støj.
03. nov 2010 kl 01:32
Førhen, var meget almindeligt, at anvende en skilletrafo i indgangssignalet. Optokoblerne, var bare en tanke, da jeg mente at teknologien jo nok havde overhalet skille trafoen. Men, nu bruger vi jo hellerikke rør mere, så det kan sikkert sagtens undgås.For at undgå støj, er der dog skilletrafoer i mange A/D konvertere, specielt til højere frekvenser. Ved lavere frekvenser og DC, bruger man en differentialforstærker. Mange A/D konvertere, skal helst have et analogt signal, der svinger omkring et fælles nulpunkt - det differentielle signal, er vigtigt for at udkompensere ulineariteter i A/D konverteren. Skilletrafoen, er her smart, fordi den har et midtpunktsudtag, der kan sættes på den korrekte common-mode spænding for A/D konveteren.
03. nov 2010 kl 01:42
Der vil sikkert være en støjmæssig fordel ved at synkroniserer switchfrekvens på forsyning og udgangstrin.
..og hvorfor er der ikke nogen der har prøvet at droppe spolen i udgangen og switche direkte over højttalerspolen? .. det ville da være oplagt at prøve i en hjemmekonstruktion hvor forstærker og højttalerenhed kan matches. Så kan man ihvertfald ikke beskyldes for en "halvt gravid"-agtig tilgang ;-)
/Jeppe
Mange A/D konvertere, skal helst have et analogt signal, der svinger omkring et fælles nulpunkt - [...] Skilletrafoen, er her smart, fordi den har et midtpunktsudtag, der kan sættes på den korrekte common-mode spænding for A/D konveteren.
..og hvorfor er der ikke nogen der har prøvet at droppe spolen i udgangen og switche direkte over højttalerspolen?
03. nov 2010 kl 01:48
Jep, men der er ikke mange af de A/D convertere der interesserer sig for audio-frekvenser der spænder fire-fem dekader, det fleste af dem skal kun rode med et frekvensområde på nogle få procent af en dekade, det gør transformatoren noget nemmere at lave...
De transformerkoblede, eller AC-koblede A/D konvertere, har et typisk frekvensområde fra 10kHz til over 1GHz. Så det er lidt over en dekade.
03. nov 2010 kl 08:52
Hvordan skal volumen kontrollen implementeres?
Jeg mener at kunne huske nogen der havde lavet det ved at regulere på forsyningsspændingen til udgangstrinnet, det burde have store fordele mht. støj ved lav volumen og effektivitet.
Hvilket programmateriale har du tænkt dig at vurdere kvaliteten efter?
De samme ting jeg normalt lytter til: Vinyl & CD'er
Poul-Henning
Hvis dit kredsløb gør 3-6 dB forskel på 440Hz og 880Hz kaldes det "en tonekontrol"
Poul-Henning
Og hvem ved, måske kan vi slet ikke høre forskel ?
..og hvorfor er der ikke nogen der har prøvet at droppe spolen i udgangen og switche direkte over højttalerspolen?
Er det ikke hvad B&O gør med deres IcePower ?
03. nov 2010 kl 10:29
Hvis du er interesseret i at sammenligne vinyl og CD'ere, er du velkommen til at låne denne 3015A, og også guldpleterede 'monstercables'.
Det med blandingsprodukter af forstærkerens og PSU'ens switchfrekvens er ikke helt uvæsentligt.
03. nov 2010 kl 11:34
@Michael:
Måske du skulle læse hele indlæget.
Jeg ved godt hvad der står i blog-indlægget, jeg skrev det.
Indgangsvinklen her er ikke audiohomøopati, indgangsvinklen er det teknologiske fremskridt.
@Jens:
Ja, men jeg har besluttet mig for at bruge en færdig switch-mode i første runde: Jeg tror ikke helt på mine egne evner til at designe en 200-300W variable switch-mode forsyning.
Men det er sådan de "rigtige" folk gør det: Ved at tilpasse forsyningsspændingen, kan man holde duty-cycle indenfor det gyldne midterområde og det er naturligvis smartere.
Poul-Henning
Hvad menes der med det gyldne midterområde her?
Og hvad skulle fordelen være?
03. nov 2010 kl 12:04
Hvad menes der med det gyldne midterområde her?
Og hvad skulle fordelen være?
Det gyldne midterområde er når switchmode forstærkeren arbejder mest omkring 50% duty-cycle i stedet for at være helt ude i yderkanterne af duty-cycle.
Der er to fordele:
For det førster bliver signalet mere præcist: Hvis du rammer 1% forkert ved 50% duty-cycle, altså 49% istedet for 50%, er det en fejl på 2% i udgangssignalet. Hvis du rammer 1% forkert ved 1% dutycycle er det 100% fejl i udgangsignalet. Det er naturligvis vildt overdrevet, men pointen er valid: På indgangen af den comparator der lave en savtand om til firkant er støjen ikke relativ til signalet, den er absolut.
For det andet har switchmode støjen (= overtonerne) fra en 50/50 firkant et temmeligt endeligt spektrum, omkring 9-11'e overtone er det stort set væk. en 1/99 firkant derimod er en kam-generator, med overtoner helt op i 100'erne.
Poul-Henning
Hvis forstærkeren kører 50% duty cycle er udgangs signalet vel 0V? (Hvis der ses bort fra switch resten)
03. nov 2010 kl 12:39
@PHK
hvorfor har du egentligt valgt et board uden digitalt input? når nu teknologien tilader at køre digitalt hele vejen, kunne have været en spændende sammenligning.
Det fede ved variable PSU jo også at man kan have fuldt analogt signal ind på forstærkeren (eller ihvertfald større end uden variable psu), og derved få et bedre signal støj forhold. ved lav volume.
@PHK
hvorfor har du egentligt valgt et board uden digitalt input? når nu teknologien tilader at køre digitalt hele vejen, kunne have været en spændende sammenligning.
Klasse "D" forstærkere er vanskelige, at have med at gøre !
De bliver nemt ustabile og brænder powertransistorerne af (MOSFET's).
Her er en beskrivelse af disse udgangstrin:
http://sound.westhost.com/arti....htm
Vh.
Steen
04. nov 2010 kl 11:07
Kom der told oveni, nu hvor du har bestilt fra Guds eget land ?
K
1
