Jak zatrzymać prąd generowany przez Głośnik

[Arachnus]

Czy rzeczywiście trzeba uwzględniać w radiatorach konieczność rozpraszania mocy od głośnika? Głośnik dynamiczny cechuje sprawność przeciętnie 1%, więc podczas zwykłego odtwarzania muzyki, wraca do wzmacniacza mniej niż 1% mocy. Czy chodzi o prawo Ohma raczej, bo jeśli głośnik zobaczy zerową impedancję, zapewne będzie chciał pociągnąć nieskończony prąd.

[misiomor]

Chodzi o kąt fazowy impedancji i pracę tranzystorów pod trudniejszymi kombinacjami prądu i napięcia niż na obciążeniu rezystywnym.

[misiomor]

PS. Sprawność 1% (z reguły nawet mniejsza) to dotyczy przetwarzania mocy ze wzmacniacza na dźwięk, i to w zakresie płaskiej impedancji powyżej rezonansu. Na rezonansie owa sprawność jest większa, bo impedancja znacząco (np. 10 razy) rośnie względem Re czy minimum impedancji powyżej rezonansu, a więc moc dostarczana przez wzmacniacz maleje tyle samo razy, podczas gdy SPL pozostaje na podobnym poziomie.

 

Natomiast negowanie powszechnie dostępnych pomiarów impedancji kolumn z modułem i kątem fazowym, tylko na intuicjach bez dowodu, nie ma zbyt wielkiego sensu.

 

Takie pomiary są dostępne choćby na stronie Stereophile, Wilson Audio Sasha W/P mogą być przykładem trudnego obciążenia - kombinacja 3ohm modułu i -43 stopni kąta fazowego przy 61Hz. I jakoś żaden specjalista tego nie zakwestionował.

 

Co do projektowania radiatorów na kąt fazowy - w pogoni za mocą wielu konstruktorów daje mniejsze radiatory niżby wymagała tego maksymalna możliwa moc tracona we wzmacniaczu (co ciekawe nie zawsze jest to tożsame z max. mocą wyjściową) nawet na obciążeniu rezystywnym. Tylko konstruktorzy wzmacniaczy estradowych projektują solidnie, ale niestety z wiatrakami.

 

Co ciekawe przed zniszczeniem tranzystorów końcowych przez przekroczenie SOA na kącie fazowym najlepiej chroni po prostu hojne zwielokrotnienie owych tranzystorów. Wzmacniacz rozprasza jakąś moc (wynikającą z zasilania oraz głośności i materiału muzycznego), radiator ma jakąś temperaturę - więcej tranzystrów oznacza że każdy z nich pracuje pod odpowiednio mniejszym prądem i jest mniej zagrożony. Oczywiście czasem dobrze jest dać osłonę żeby się nie poparzyć o radiator.

[Buzzer]

Hm...

Autorowi chodzi mniej więcej o to aby uderzyć w stół i nic nie poczuć. To, że w trakcie pracy głośnika (czy np. silnika, czy jakiegokolwiek przetwornika elektro - mechanicznego) powstaje tzw. sem indukcji można porównać do III zasady dynamiki. Jeśli chcesz coś przesunąć musisz na to podziałać określoną siłą ale sam poczujesz jakby to, co chcesz poruszyć oddziaływało na ciebie. Nie da się tego przeskoczyć. Podobnie jest w głośniku. Żeby przesunąć membranę trzeba podziałać siłą, lub innymi słowy wykonać pracę. Pracę wykonuje prąd. Praca to moc * czas, moc elektryczna to iloczyn prądu i napięcia (którego? a no właśnie sem indukcji) część napięcia odłoży się na rezystancji i zostanie przetworzone w ciepło a część na reaktancji i wróci do wzmacniacza jak tylko będzie "okazja". Iloczyn: prad*SEM jest równy iloczynowi siła_elektrodynamiczna*prędkość. Innaczej mówiąc jeśli nic się w głośniku nie indukuje to znaczy że nie gra.

 

A co do analizy pracy przetworników to pojęcia impedancji oraz przesunięcia fazowego są okej ale pamiętajmy że mają sens tylko dla układów liniowych i w stanie ustalonym, czyli analiza transjentów z użyciem pojęcia impedancji nie ma sensu.

[misiomor]

A niby dlaczego nie ma sensu? Własności Transformaty Fouriera nadal obowiązują - mnożenie po jednej stronie odpowiada splotowi po drugiej i vice versa. Dlatego mając charakterystykę impedancji jak najbardziej można przewidywać przebieg prądu w stanie nieustalonym.

[Buzzer]

No właśnie zobacz w jaki sposób analizuje się stany nieustalone - można transformatą Laplace'a lub czasową, natomiast metoda symboliczna gdzie de facto mamy moduł i fazę w stanach przejściowych nie daje rozwiązania. Chodzi mi o interpretację pojęć - faza i moduł ma sens dla ustalonych przebiegów sinusoidalnych. Chyba że na podstawie przebiegu modułu i fazy zbudujemy parametryczny model transmitacyjny to inna sprawa ale i tak od transmitancji nie uciekniemy. A co dopiero w układach nieliniowych - gdzie transmitancja nam nie pomoże.

[misiomor]

Do celów praktycznych zwykła DFT (oraz IDFT) wystarczają - retransformata admitancji (odwrotności impedancji) daje nam odpowiedź prądową na impuls napięcia. Zwłaszcza jeżeli rozpatrujemy głośnik w jego zakresie rezonansowym.

[Buzzer]

Ok, zgoda ale to jest model nieparametryczny, nie bardzo można go rozłożyć na składniki/człony. Odwrotna transformata z da odpowiedź impulsową (jako odwrotna transformata iloczynu widm) ale już odpowiedzi na pozostałe sygnały tak łatwo nie uzyskamy nie posiadając modelu parametrycznego, bo trudniej będzie określić granice stosowalności modelu. Poza tym bardzo czuły dla słuchu zakres jest często daleko poza rezonansem głośnika nisko-średniotonowego (pomijam tutaj kwestie nietłokowości pracy membrany) innymi słowy żeby dokładniej zasymulować działanie przetwornika niestety liniowe modele mają dość ograniczone zastosowanie (żeby nie było - nie krytykuję ich).

[misiomor]

Komplikujesz proste sprawy. Mając odpowiedź impulsową można drogą splotu albo mnożenia transformat wyznaczyć odpowiedź na inne sygnały.

 

Owszem, nie da się stworzyć prostego liniowego modelu impedancji głośnika, jednak dotyczy to głównie Levc powyżej rezonansu, które zwykle można dość przyzwoicie skompesować do płaskości układem RC, który potrafi być nieźle liniowy, i to on dominuje dla wysokich częstotliwości. Poza tym w wysokich f indukcyjność głośnika jest duża, a więc i ew. ekstrapolacje nie wniosą wielkich błędów.

 

PS. We wzmacniaczu bardziej przejmowałbym się pasożytniczymi indukcyjnościami takich np. oporników emiterowych, które przecież są objęte sprzężeniem zwrotnym, że nie wspomnę o pasożytniczych własnościach półprzewodników czy nawet zwykłej PCB. Większość problemów z tym związanych też słabo się modeluje, a w końcu i tak decydują umiejętności projektanta i trochę eksperymentów np. z osiągalną głębokością sprzężenia zwrotnego i położeniem bieguna dominującego.

[Buzzer]

Komplikujesz proste sprawy. Mając odpowiedź impulsową można drogą splotu albo mnożenia transformat wyznaczyć odpowiedź na inne sygnały.

 

Owszem, nie da się stworzyć prostego liniowego modelu impedancji głośnika, jednak dotyczy to głównie Levc powyżej rezonansu, które zwykle można dość przyzwoicie skompesować do płaskości układem RC, który potrafi być nieźle liniowy, i to on dominuje dla wysokich częstotliwości. Poza tym w wysokich f indukcyjność głośnika jest duża, a więc i ew. ekstrapolacje nie wniosą wielkich błędów.

Tylko, że ta indukcyjność niestety nie jest stała w funkcji częstotliwości - pewnie jak zastosuje się dobre materiały to tak będzie ale przecież zmiana indukcyjności w czasie też generuje dodatkowe sem (reluktancyjne) - pewnie nie zbyt wielkie - chociaż są silniki działające w oparciu o tę zasadę, ale często właśnie subtelności decydują o końcowym efekcie. Niejednorodność strumienia obejmowanego przez cewkę może dać wiele dodatkowych niekorzystnych efektów.

[misiomor]

Dobre materiały mogą dać głębsze nasycenie nabiegunnika a więc i mniejszą różniczkową przenikalność magnetyczną. A można też dać pierścienie faradaya.

 

Tak czy siak dla wzmacniacza nie ma to większego znaczenia, bo kąt fazowy impedancji od Levc jest dodatni, a wzmacniacze mają problemy ze stabilnością raczej dla obciążeń pojemnościowych.

 

Do tego głośnik o dużym Levc żywcem to podłącza się do wzmacniaczy subwooferowych, a tam z kolei mamy ogromne rezerwy szybkości, i można bezproblemowo zastosować kompensację częstotliwościową w klasie overkill. Jeżeli gdzieś sprzężenie zwrotne pracuje w sposób zbliżony do idealnego to właśnie na basie.

[Buzzer]

Dobre materiały mogą dać głębsze nasycenie nabiegunnika a więc i mniejszą różniczkową przenikalność magnetyczną. A można też dać pierścienie faradaya.

 

Tak czy siak dla wzmacniacza nie ma to większego znaczenia, bo kąt fazowy impedancji od Levc jest dodatni, a wzmacniacze mają problemy ze stabilnością raczej dla obciążeń pojemnościowych.

 

Do tego głośnik o dużym Levc żywcem to podłącza się do wzmacniaczy subwooferowych, a tam z kolei mamy ogromne rezerwy szybkości, i można bezproblemowo zastosować kompensację częstotliwościową w klasie overkill. Jeżeli gdzieś sprzężenie zwrotne pracuje w sposób zbliżony do idealnego to właśnie na basie.

Ale czy można mówić o kącie fazowym w przypadku transjentów?

[misiomor]

Oczywiście że można. Wzmacniacz w odpowiedzi na skok napięcia będzie oscylował na jakiejś częstotliwości, miejmy nadzieję że będą to drgania gasnące - sinus ale z obwiednią typu e^-t/T. Częstotliwość tego sinusa będzie tam, gdzie wzmacniacz jest najbliżej warunku generacji, i kąt fazowy impedancji obciążenia ma w tym swój udział.

 

Tak to się testuje - prostokątem o możliwie ostrym zboczu , ale nie za wysokiej częstotliwości, żeby oscylacje zdążyły wygasnąć przed kolejnym zboczem - a więc przybliżenie skoku napięcia. Żeby wzmacniacz miał trudniej, często używa się obciążenia pojemnościowego właśnie. A można też zwykłym sinusem o dużej amplitudzie, żeby zobaczyć czy nie ma wzbudzenia dla jakiegoś konkretnego przedziału napięcia wyjściowego.

[jar1]

Najlepiej robic kolumny, które nie kręcą fazą impedancji. Wtedy wzmacniacze "odetchną" :)

[misiomor]

Można, tylko że to ma swoje wady, potrzeba do tego ze dwóch dodatkowych cewek w przypadku konstrukcji 3-way, a czasem jeszcze równoległych oporników jakby np. średniotonowiec był mocniej cięty L-pad'em. Cewki to kłopoty ze sprzężeniami, a oporniki muszą rozpraszać ciepło, niestety chłodzenie zwrotnic to temat zaniedbany.

[mzaik]

Zapytam o coś nie związanego z tematem. Czy wyjęcie zwrotnic z obudów kolumn i odseparowanie ich od drgań przetworników da słyszalne rezultaty?

[porlick]

Mało prawdopodobne. Właściwie to nawet nie trzeba ich wyjmować ze skrzynki- jeśli zwrotnice są na płytkach nie związanych z gniazdem, mozna je zawiesić na taśmach tekstylnych rozpiętych na klockach przyklejonych do ścianki, jak robił to (nie jestem pewien) Audiovector i nazwał takie rozwiązanie "string suspension concept".

[Buzzer]

Oczywiście że można. Wzmacniacz w odpowiedzi na skok napięcia będzie oscylował na jakiejś częstotliwości, miejmy nadzieję że będą to drgania gasnące - sinus ale z obwiednią typu e^-t/T. Częstotliwość tego sinusa będzie tam, gdzie wzmacniacz jest najbliżej warunku generacji, i kąt fazowy impedancji obciążenia ma w tym swój udział.

 

Tak to się testuje - prostokątem o możliwie ostrym zboczu , ale nie za wysokiej częstotliwości, żeby oscylacje zdążyły wygasnąć przed kolejnym zboczem - a więc przybliżenie skoku napięcia. Żeby wzmacniacz miał trudniej, często używa się obciążenia pojemnościowego właśnie. A można też zwykłym sinusem o dużej amplitudzie, żeby zobaczyć czy nie ma wzbudzenia dla jakiegoś konkretnego przedziału napięcia wyjściowego.

To ja rozumiem, ale to jest odpowiedź na pojedynczy skok co jest dość sztucznym testem. Moim zdaniem pojęcie kąta można ograniczyć do stwierdzenia że mamy najpierw napięcie a później prąd lub odwrotnie.

 

Zapytam o coś nie związanego z tematem. Czy wyjęcie zwrotnic z obudów kolumn i odseparowanie ich od drgań przetworników da słyszalne rezultaty?

Cewki są na ogól klejone a jedynie drgania zwojów mogły by zmienić cokolwiek w zwrotnicy więc jak dla mnie problemu nie ma.

[misiomor]

To ja rozumiem, ale to jest odpowiedź na pojedynczy skok co jest dość sztucznym testem. Moim zdaniem pojęcie kąta można ograniczyć do stwierdzenia że mamy najpierw napięcie a później prąd lub odwrotnie.

Przebieg impedancji to nie jedna liczba, tylko zespolona funkcja częstotliwości.

 

A jak mamy odpowiedź na impuls, możemy ją spleść z naszym sygnałem i mamy odpowiedź na sygnał.

 

Co do sposobów testowania wzmacniaczy pod kątem stabilności, najgorsze przypadki są od dawna znane, i pod ich kątem projektuje się testy.

[padamiecki]

panie moderatorze, są tacy, którzy uważają wręcz odwrotnie: "...Multi-amping with voltage drive is the worst method because the drivers see zero impedance at all frequencies and thus the spurious interference currents generated by the electromotive forces (both the motional EMF and inductive EMF) are at maximum for all frequencies...", link:

Ukryta Zawartość

Zaloguj się, aby zobaczyć treść.

Zaloguj się, aby zobaczyć treść (możliwe logowanie za pomocą )

są też publikacje negujące wpływ back-emf na jakość dźwięku wzmacniacza z gnfb...

 

Nie chcę się spierać, kto ma rację, chciałem tylko sprostować swoją poprzednią wypowiedź, że głośnik sterowany prądowo nie generuje wstecznej siły SEM; otóż generuje, ale nie trafia ona do pętli gnfb.

 

Według mnie dlatego tak trudno dobrać kable głośnikowe do klasycznych wzmacniaczy, które sterują głośnikami "napięciowo", ponieważ utworzona linia transmisyjna kolumny-kable może wprowadzać dodatkowe "dane", które wzmacniacz sztucznie stara się skompensować w pętli gnfb i jeśli nie wykonuje tego dostateczne szybko, dźwięk z kolumn posiada dodatkowe "artefakty".

 

Wspomnianego problemu nie ma we wzmacniaczach transkonduktancji, gdzie do pętli gnfb (jeśli posiada gnfb) trafia sygnał z rezystora połączonego szeregowo z głośnikiem.

 

Jeszcze raz gorąco namawiam o zbudowanie najprostszego wzmacniacza transkonduktancji i podzielenie się na forum wrażeniami odsłuchowymi, przykładowe konstrukcje:

Ukryta Zawartość

Zaloguj się, aby zobaczyć treść.

Zaloguj się, aby zobaczyć treść (możliwe logowanie za pomocą )

Ukryta Zawartość

Zaloguj się, aby zobaczyć treść.

Zaloguj się, aby zobaczyć treść (możliwe logowanie za pomocą )

Ukryta Zawartość

Zaloguj się, aby zobaczyć treść.

Zaloguj się, aby zobaczyć treść (możliwe logowanie za pomocą )

Ukryta Zawartość

Zaloguj się, aby zobaczyć treść.

Zaloguj się, aby zobaczyć treść (możliwe logowanie za pomocą )

Ukryta Zawartość

Zaloguj się, aby zobaczyć treść.

Zaloguj się, aby zobaczyć treść (możliwe logowanie za pomocą )

Ukryta Zawartość

Zaloguj się, aby zobaczyć treść.

Zaloguj się, aby zobaczyć treść (możliwe logowanie za pomocą )

Ukryta Zawartość

Zaloguj się, aby zobaczyć treść.

Zaloguj się, aby zobaczyć treść (możliwe logowanie za pomocą )

[Buzzer]

Wzmacniacz prądowy mocno podbije rezonans, wg mnie całkiem niezłym rozwiązaniem była by praca układu w pętli zamkniętej - np. kontroli przyspieszenia, wówczas głośnik mógł by być sterowany prądowo a pętla regulacji przyspieszenia membrany skoryguje to. Niestety jakość akcelerometrów nie jest szałowa więc może dało by się zbudować obserwator przyspieszenia membrany i w ten sposób sterować.