Det er (næsten) altsammen Ole Thomsens skyld.
For 24-25 år siden købte jeg et par Rauna Njord betonhøjtalere og nogle år senere et sæt Tandberg 3008+3006 og det har kørt fint lige siden.
En uoverlagt kommentar fra en bekendt højtalerfanatiker om, hvorledes elektrostatiske højtalere er mere "korrekte" end elektromagnetiske ditto, fik mig til at tænke over Amperes lov.
I en elektrostatisk højtaler, er kraften imellem de to poler proportional med spændingen over dem.
I en elektromagnetisk højtaler, er kraften proportional med magnetfeltet i svingspolen, som igen, iflg. Amperes lov, er proportionalt med strømmen igennem spolen.
I begge tilfælde er Hookes lov underforstået (og -vurderet).
Lige siden en eller anden dummede sig i halvtresserne, har forstærkere og højtalere været bygget efter at musiksignalet var et spændingssignal, altså at spændingen over højtaleren er proportional med amplituden på signalet.
Og derfor skal en højtalerkonstruktør igennem de mest underlige krumspring, for at kompensere for alle mulige elektriske dårligdomme der fundamentalt set alle skyldes at man opfatter en spole som en modstand.
En gang i slutningen af firserne modificerede jeg min Tandberg til at være en "transkonduktans", dvs. at strømmen følger signalet og spændingen bliver hvad der nu skal til, for at få strømmen igennem.
Resultatet var, som jeg dengang beskrev det for alle der gad høre på mig (og mine højtalere) "som at fjerne en leverpostejmad fra højtaleren". Det skal høres før man tror det.
Nu er min Tandberg imidlertid ved at opgive en udgangstransistor igen og derfor skulle der ske noget.
Inden jeg giver mig til at betale en formue for 2SK175 og 2SJ55 FETs blev jeg inspireret af Ole's blogindlæg om Effektforstærkerbygning.
Mens jeg lige var uopmærksom med børn og firma, havde NS produceret nogle forstærker-chips der tilsyneladende lyder ganske kompetente, LM3886 f.eks, omkring hvilken der er opstået en hel kult.
Som sædvanlig når det er HiFi, går der overtro i folk og folk broderer de mest underlige ting på en chip, der fundamentalt set er en god 60W operationsforstærker.
Til 60 kroner er de imidlertid billige nok til at lege med dem og derfor, mine damer og herrer, efter en eftermiddag i lab'et præsenterer jeg min "CurrentClone":
En ringkernetrafo (225VA er nok i overkanten), to brokoblinger, to 10000µF/50V lytter, to LM3886, nogle modstande og andet diverse løst og man har en forstærker til langt under 1000 kr, med ekstralav WAF i den nuværende mekaniske opbygning.
I modsætning til en "normal" gainclone forstærker, leverer en "CurrentClone" en strøm istedet for en spænding, der følger input signalet.
Hemmeligheden er at man kobler en modstand ind i højtalerens returledning og henter tilbagekoblingen der:
Dermed tilstræber forstærkeren at holde spændingen over modstanden proportional med signalet og da en modstand følger Ohms lov ved alle frekvenser, bliver strømmen igennem modstanden proportional med signalet.
Jeg bruger nogle 0.5Ohm modstande jeg fandt i en gammel printer engang:
forresten samme modstande som jeg brugte til Tandberg'ens modifikation.
Jeg slæbte med nogen møje en af Rauna Njord højtalerne ned i lab'et og prøvede først med LM3886'en som spændingsforstærker og derefter rettede jeg den til strømforstærker og igen var den samme fornemmelse der: mudderet forsvandt fra lydbilledet.
Nu skal højtaler og forstærker slæbes op i stuen igen og så skal der lyttes til det.
Jeg har ingen forhåbninger om at min "CurrentClone" har samme punch om min Tandberg; der var trods alt en god grund til at Tandbergen krævede dispensation fra stærkstrømsreglementet: +/- 80V på udgangen.
Men hvis nu jeg synes det lyder fornuftigt, så vil jeg overveje at hive Bo Hanssons gamle delefilter ud og lave et aktivt delefilter istedet og sætte to eller måske ligefrem tre LM3886'ere på hver højtaler istedet.
Og det bringer mig til problemet med CurrentClone:
Delefilteret skal med 99% sikkerhed modificeres, fordi det er bygget til at kompensere for alle de dårligdomme der kommer af spændingsforstærkere.
For at give et eksempel på hvor bizart det er blevet, så har man opfundet begrebet "back EMF" eller "reverse EMF" der dækker over det forhold, at der induceres strøm i (sving-)spoler der bevæges i et magnetfelt.
Med spændingsstyring og et normalt delefilter, vil denne strøm være proportional med forskellen imellem hvad svingspolen foretager sig og hvad den burde foretage sig og derfor skal man helst kortslutte denne strøm i delefilteret for at gøre det så vanskeligt som muligt for svingspolen at bevæge sig ud over det ønskede.
Siger "teoretikerne".
Problemet opstår særligt på "nedslaget" af en transient: Når trommeslageren rammer skindet, fyrer forstærkeren op og har masser af effekt til at flytte svingspolen med, men på returvejen reducerer forstærkeren spændingen og mister dermed magten over svingspolen.
Det er her begrebet "en forstærkers dæmpningsfaktor" opstår; hvor god er den til at sluge den inducerede strøm fra en svingspole på afveje.
Den rigtige løsning er at forstærkeren styrer strømmen igennem spolen til det den skal være, hele tiden, således at den har direkte fat i og modarbejder et hvert tilløb til "back EMF".
Gør man det, vil man se at forstærken helt automatisk gør livet surt for disse ekstra spolebevægelser (der skyldes mekanisk inerti) ved tvinge strømmen til den korrekte værdi, ved at påtrykke nok spænding af korrekt fortegn til at få sin vilje.
Hvis man ikke tror det gør nogen forskel, så prøv at afpille et 10Hz firkantsignal og se på højtalerens membran.
Hvis man så sætter et oscilloskop på ser man flg:
Den øverste (grønne) kurve er indgangssignalet, desværre kommer der lidt brum på (de fem små spidser) fordi jeg skal have tre prober og en signalgenerartor involveret.
Den miderste (sorte) kurve er spændingen over 0.5Ohm modstanden og derfor proportional med strømmen igennem højtaleren.
Den nederste (cyan) kurve, er spændingen over højtaleren.
Som en god tilnærmelse er dette også hvordan svingspolen ville have bevæget sig, hvis den havde fået en firkantspænding påtrykt.
Heldigvis har selveste Nelson Pass fået øjnene op for strømforstærkere og har skrevet noget fornuftigt om delefiltre i den situation, læs det inden i begynder at experimentere.
Og hvis mit LM3886 experiment ikke lyder ordentligt, og Tandberg'en ikke står til at redde, så har Nelson Pass faktisk bygget et par strømforstærkere, F1 og F2 som man kunne kigge på...
phk
10. mar 2009 kl 21:55
Mine strømslugere (bl.a. med Hitachi mosfets) er blevet erstattet af tripath byggesæt fra
http://41hz.com
Billigt, effektivt, og bestemt hi-end.
Der står også et par Sonic Impact forstærkere rundt omkring som aldrig bliver slukket da de ingen strøm bruger i tomgang.
Min gamle Audio Pro ace b2-50 subwoofer fra 1978 har dog fået lov at leve endnu, da højttalerne er regnet med i forstærkerens overføringsfunktion.
Mine strømslugere (bl.a. med Hitachi mosfets) er blevet erstattet af tripath byggesæt fra
http://41hz.com
Billigt, effektivt, og bestemt hi-end.
10. mar 2009 kl 22:32
For at give et eksempel på hvor bizart det er blevet, så har man opfundet begrebet "back EMF" eller "reverse EMF" der dækker over det forhold, at der induceres strøm i (sving-)spoler der bevæges i et magnetfelt.
10. mar 2009 kl 23:26
Supergod og lærerig artikel. Endelig har min hjerne vredet sig rundt om forskellen på begreberne spændings- og strømstyret.
Mere af den slags, tak :-) Det er det der gør ing.dk til et fedt sted.
Skulle nogen være enige med mig, kunne de jo indikere det for PHK, hans medbloggere og redaktionen ved at give min kommentar en thumbs up.
10. mar 2009 kl 23:32
Jeg klør mig lige lidt i nakken. Hvordan reagerer en alm. højttalerenhed på en strømstyret forstærker. Man er vel nød til at lægge en DC spænding over for at få strømmen til at løbe, men så skubber man membranen væk fra sit naturlige mekaniske nulpunkt? Eller hvad?
[back-EMF]
Det er ikke kun et hifi-begreb, [...]
Jeg klør mig lige lidt i nakken. Hvordan reagerer en alm. højttalerenhed på en strømstyret forstærker. Man er vel nød til at lægge en DC spænding over for at få strømmen til at løbe, men så skubber man membranen væk fra sit naturlige mekaniske nulpunkt? Eller hvad?
11. mar 2009 kl 00:01
Apropos aktivt delefilter og bi eller tri -amping, så vil jeg lige dele min seneste aha-oplevelse:
Forhistorien er, at jeg i flere omgange har været igennem møllem med at konstruere opampkredsløb til aktivt delefilter. Det er ubetinget ikke nogen fornøjelse. Processen indebærer jo 1: beslutning af delefrekvenser og filtertyper, 2: realisering af filtre, 3: valg af realistiske komponentværdier ud fra E rækker, 4: simulering af resultat, 5: udlæg af schematic til stripboard realisering, 6: en god dags lodde og samlingsarbejde, 7: ups hvilken kasse og psu skal jeg bruge, 8: hmm, det virker ikke, 9: hurra, nu virker det, men jeg ville jo gerne have haft en lidt anden delefrekvens...
Aha-oplevelsen er følgende mirakelboks: "Behringer DCX-2496" som jeg lige har anskaffet mig. Den kan lave op til trevejs stereo delefilter vha. AD - processering - DA (max 1 ms. forsinkelse). Et par af dens features: 6 til 48 db/oktav filtre (butterworth, bessel el. linkwitz-riley), valg af delefrekvens i total realtime. Det er ret sjovt at skrue på LP og HP delefrekvenserne kombineret i realtime og høre resultatet :) - specielt når man mindes hvor lang tid det tog førhen at ændre den slags...
Udover delefilter kan den også parametric EQ. Her kan man opsætte filtre på de forskellige kanaler: shelving HP, shelving LP, eller BP med Q, gain og frekvens. Med en mikrofon og følgende gratis program: "Room EQ wizard" kan man få hjælp til at sætte den parametriske EQ op - og man er godt i gang med at lave gør-det-selv rumkorrektion.
Den kan selvfølgelig også tidsforsinke (optimering af diskant/mellemtone samspil?), den har nogle gain vs. SPL kurve funktioner (hæve bas ved svagt niveau?).
Undskyld sidesporet i forhold til strømforstærkere...
Aha-oplevelsen er følgende mirakelboks: "Behringer DCX-2496" som jeg lige har anskaffet mig.
Tak for et spændende indspark Poul-Henning, der vist lige kræver at jeg finder de langhårede lærebøger frem igen, for helt at kunne forstå ulemper og fordele...
Faldt lige over interessant link, der også har lidt med sagen at gøre:
http://isp.imm.dtu.dk/nonlinco....pdf
11. mar 2009 kl 12:01
Det er klart, at kan nøjes med at bruge mirakelboksen som en forsøgsplatform, hvorefter man konstruerer de endelige filtre med diskrete opamps.
Men lidt bringer mere... Efter jeg har brugt den som delefilter et par uger, er jeg også kommet frem til en række løft og sænkninger i frekvensgangen der virkelig forbedrer lydkvaliteten. Jeg har f.eks. en trykkammer subwoofer der nyder godt af et løft i de dybeste frekvenser. Men også mine reolhøjttalere har nogle resonanser og huller i frekvensgangen jeg kan korrigere.
Så hvis jeg skulle mure alle de filtre jeg har aktive lige pt. med opamps, ville det blive et kæmpe projekt!
Men ja, A/D - D/A klinger ikke så godt i puristers ører, men mon den "forringelse" der evt. er ved det kan høres i forhold til de fordele det bringer ;)
Men ja, A/D - D/A klinger ikke så godt i puristers ører, men mon den "forringelse" der evt. er ved det kan høres i forhold til de fordele det bringer ;)
11. mar 2009 kl 13:13
Nogle fordele, som måske ikke umiddelbart springer i øjnene, ved en strømkobling af højttalerne, er at kablerne kan dimensioneres mere lemfældigt, og at højttalerenhederne vil virke (meget) mere konstant over temperaturområdet - specielt interessant, hvis man kan lide at spille højt. Forøger også dynamikområdet!
Hemmeligheden er at man kobler en modstand ind i højtalerens returledning og henter tilbagekoblingen der:
Dermed tilstræber forstærkeren at holde spændingen over modstanden proportional med signalet og da en modstand følger Ohms lov ved alle frekvenser, bliver strømmen igennem modstanden proportional med signalet.
11. mar 2009 kl 13:29
Spændende (haha) link, Preben, den opstilling kendte jeg ikke. Og så er det der kommer fra Bob Pease jo altid interessant.
Bent.
Bemærk her, som du selv skriver, at det er strømmen i modstanden, der bliver proportional med signalet - på grund af fasedrejning er det ikke givet, at det giver et korrekt resultat over højttalerne. Men hvis det lyder godt, er det jo også ligemeget.
Strømkoblinger er ikke lette at lave godt, og din halve ohms modstand, stiller krav om en særdeles nøjagtig signalhåndtering.
Jeg kan ikke lide, at du har sens-modstanden siddene i returledningen, [...]
Du vil sikkert med fordel kunne studere fx denne application note fra national, hvis ikke du allerede kender emnet indgående.
http://www.national.com/an/AN/....pdf
11. mar 2009 kl 13:41
Jeg kan ikke lide, at du har sens-modstanden siddene i returledningen, du regulerer på alt hvad din højttaleropstilling (kabler etc.) måtte opfange, hvilket ikke er hensigtsmæssigt i en strømkobling.
Jeg kan ikke lide, at du har sens-modstanden siddene i returledningen, du regulerer på alt hvad din højttaleropstilling (kabler etc.) måtte opfange, hvilket ikke er hensigtsmæssigt i en strømkobling.
Den forstår jeg ikke Preben... Man skal selvfølgelig holde korte ledninger mellem sensemodstanden og stelpunktet samt sørge for at generatoren referere til det sammen stelpunkt, men det er jo stock standard stjerne retur.
Du har ret hvis sensemodstanden skal sidde ude i højtaleren, men det er der forhåbentlig ikke tale om?
11. mar 2009 kl 15:14
For at citere mig selv:
Man skal gøre sig klart, at udgangen i en strømkobling leverer indgangssignal til samme!
Erfaringen viser (min), at det er at foretrække at kende den strøm man sender ud, og leve med evt. fejl der senere induceres.
11. mar 2009 kl 15:28
Her tabte du mig totalt: jeg opfatter netop fasedrejningen som en meget stor del af det problem der skal & bliver løst ved strømstyring ?
Her tabte du mig totalt: jeg opfatter netop fasedrejningen som en meget stor del af det problem der skal & bliver løst ved strømstyring ?
Hvis en spole og en modstand påtrykkes samme strøm, vil der være en fasedrejning mellem strøm og spænding. Det kan man ikke lave om på, uanset hvilken kobling man vælger.
11. mar 2009 kl 15:53
PHK: har du gjort erfaringer med mætningsfænomener?
Det jeg mener er, at når du strømstyrer og påtrykker et stepsignal, må det udløse en voldsom spændingsspids på grund af højttalerens induktive karakteristik ("strømmæssige træghed", om man så må sige).
Jeg kunne forstille mig at din forstærker kunne gå i mætning her og at du for at få et godt resultat skal arbejde med temmelig høje forsyningsspændinger.
Man kan i øvrigt se fænomenet på dit 'skopbillede.
MvH,
Bent.
11. mar 2009 kl 16:03
Ved istedet at påtrykken en strøm der har den ønskede værdi, i forhold til musiksignalet, får jeg en kraft der følger musiksignalet.
PHK: har du gjort erfaringer med mætningsfænomener?
Ved istedet at påtrykken en strøm der har den ønskede værdi, i forhold til musiksignalet, får jeg en kraft der følger musiksignalet.
Men går det ikke galt for en basenhed i trykkammer?
11. mar 2009 kl 16:18
Det jeg mener er, at når du strømstyrer og påtrykker et stepsignal, må det udløse en voldsom spændingsspids på grund af højttalerens induktive karakteristik ("strømmæssige træghed", om man så må sige).
11. mar 2009 kl 16:27
Ja, ja, det er klart. Men før jeg satte den helt store model op, så var det her godt nok for mig. Om trægheden er induktiv eller mekanisk er jo ligegyldigt for spændingsspids problemet.
Bent.
11. mar 2009 kl 18:12
Jeg skal lige have nærlæst den der APP-Note, så giver jeg det nok et skud med LM3886erne.
Du vil sikkert med fordel kunne studere fx denne application note fra national, hvis ikke du allerede kender emnet indgående.
http://www.national.com/an/AN/....pdf
Ideen i at have en DAC i CD-spilleren, køre igennem en analog forforstærker, for derefter at ramme en ADC, DSP og DAC igen inden den analoge effektforstærker er simpelt hen for klodset.
Jeg kan ikke tro, at du har fundet de vises sten, for den slags har været kendt længe, og alligevel er 99,99% af alle tilgængelige forstærkere spændingsstyret; også de mest ambitiøse (jeg nævner bare Mark Levinson og Burmester). Og det er der gode grunde til. Højttalernes impedanskurve er bare en af dem.
Jeg kan ikke tro, at du har fundet de vises sten, for den slags har været kendt længe, og alligevel er 99,99% af alle tilgængelige forstærkere spændingsstyret;
11. mar 2009 kl 23:19
Jeg kan ikke tro, at du har fundet de vises sten, for den slags har været kendt længe...Der er masser af vise sten i strømstyring. Det bruges og også alle mulige andre steder inden for elektronikken. Du kan bare sammenligne transmissionshastigheden mellem RS-232 (spændingsmoduleret) og Ethernet (strømmoduleret). Det er meget nemmere at holde et signal rent, når det er strømmoduleret.
18. mar 2009 kl 18:41
1) Poul Ladegaard skrev en fortrinlig artikel om strømstyring for mange år siden i High Fidelity, den kan anbefales.
2) Jeg synes at det er vigtigt at man skelner mellem et eksperiment hvor formålet udelukkende er at vurdere virkningen af strøm- versus spændingsstyring og så noget andet, nemlig at få maksimal vellyd ud i stuen. I sidstnævnte tilfælde har jeg al mulig grund til at tro ligesom en anden debattør, at Tripath er i en anden klasse end LM3886.
På et tidspunkt havde jeg et Hiraga Monster på flydende svovlsyre, en lille Tripath af egen aftapning (bl. a. en vildt overdimensioneret strømforsyning, 12V 300mA, stærke sager) og en ven havde en ZapPulse som den vist hedder. De var alle gode, men Tripathen var lidt, men klart bedre end de andre. Jeg tror heller ikke at Tripathen er en ren spændingsforstærker, måske får jeg set på det en gang. Det skal bemærkes, at de skønnede elektriske effekter var mellem 1µW og 1W, havde der været tale om større effekter var bedømmelsen måske faldet anderles ud.
3) Min helt egen måde at anskue noget af problemet på er at tænke på en ældre køkkenvask, hvor man lige har hældt en gryde kogende vand fra kartoflerne i. Det kan undertiden give et forbavsende stort brag, når det får bunden af vaske til at bule 'den anden vej', og når det bliver så kraftigt er det fordi vasken kan regnes for fast indspændt i kanten. Var den frit ophængt ville det ikke sige nær så meget.
Ser man på højttalerimpedanskurver i mikroskop, så kan man se, at de ligner de østgrønlandske fjelde set fra nordøst, og det er naturligvis membranopbruddene der er årsag til det, og kan i øvrigt parallelkøres med laserinterferometri. I den normale verden findes stempelhøjttaleren kun ved lavere frekvenser. Bruger vi nu køkkenvaskanalogien, så kan man forestille sig, at hvis svingspolen er låst klippefast i luftgabet, så vil det give et brag eller noget mudder hver gang membranen bryder op, hvorimod det ikke er nær så udtalt hvis koblingen til luftgabet er mindre udtalt. Det passer i øvrigt meget godt med at Nelson Pass siger om sine strømstyrede forstærkere, at det ikke er alle højttaleres livret, men at det normalt virker bedst ved fuldtonehøjttalere, hvor membranopbrud jo netop er en del af opskriften.
4) Hvis problemet er RF-indstråling via højttalerledning og/eller modkoblingsledning, så kan skærmede kabler være en nem og billig løsning, for eksempel TV-antennekabel. Parsnoede ledninger er gode hvis der er tale om balancerede signaler, men kun da.
5) Er det vanskeligt at etablere en tilstrækkelig stabil strømforsyning der både skal levere strøm og spænding, finder jeg det mest rationelt at lave det som elektrikerarbejde, altså lave det som 3-faseinstallation hvis man vel at mærke ved, hvad man gør, og i øvrigt allerede har det i huset.
Søren B
I en elektromagnetisk højtaler, er kraften proportional med magnetfeltet i svingspolen, som igen, iflg. Amperes lov, er proportionalt med strømmen igennem spolen.
I begge tilfælde er Hookes lov underforstået (og -vurderet).
12. apr 2009 kl 20:39
4) Hvis problemet er RF-indstråling via højttalerledning og/eller modkoblingsledning, så kan skærmede kabler være en nem og billig løsning, for eksempel TV-antennekabel. Parsnoede ledninger er gode hvis der er tale om balancerede signaler, men kun da.
12. apr 2009 kl 21:01
Rent mekanisk er parsnoede kabler en meget mere robust løsning, end skærmede kabler med matchede afkoblings kondensatorer - dels kan kondensatorerne ændre sig over tid eller ved mekanisk påvirkning, dels er der ved kabler altid fare for at noget går løs. (Kondensatorerne skal sidde direkte ved kablets termineringer - i det mindste i højttalerenden - hvis den anden ende afsluttes godt med et stik kan kondensatorer muligvis undværes her).
Ved parsnoede kabler sidder "kondensatoren" fordelt over hele kablet ligesom indstrålingen er symmetrisk, og derfor tildels ophæver sig selv.
(Kræver der er samme lave impedans i de to ledere; men altså ikke nødvendigvis balanceret.)
mvh
Preben Rose
Skærmede kabler hjælper ikke, hvis man ikke kan afslutte det skærmede fornuftigt.
15. apr 2009 kl 01:40
Preben, her er en klassiker som sikkert vil dig få til at ryste på hovedet af audiobranchen:
13. mar 2010 kl 09:36
<Quote>
Jeg slæbte med nogen møje en af Rauna Njord højtalerne ned i lab'et og prøvede først med LM3886'en som spændingsforstærker og derefter rettede jeg den til strømforstærker og igen var den samme fornemmelse der: mudderet forsvandt fra lydbilledet.
</Quote>
Du havde stadig de "normale"(spændings) delefiltre liggende til den højtaler?
Hvornår ser vi et færdigt produkt i WAF 1.0 eller højere? :-) (så godt der var nævnt den var på bordet igen i 2009-11-08 i currentclone4)
76
