Aktywne sprzężenie zwrotne, akcelerometr

[EricCartman]

Witam,

tytułem wstępu projekt ten miał powstać ok. 5 lat temu ale jak zwykle z braku czasu odkładałem go, odkładałem... Jest to konstrukcja prototypowa tak więc proszę o wyrozumiałość i uwagi w stylu ("ej ale gdzie obudowa, to nie jest audiofilskie itd.") inne konstruktywne uwagi mile widziane. Wykonałem go z elementów, które miałem pod ręką, tak więc nie będzie tam kondensatorów ze srebrnymi okładzinami ani kondensatorów bez koszulek, żeby nie kompresowały dźwięku :).

 

Rozwinięcie:

Tematem aktywnego sprzężenia zwrotnego z użyciem akcelerometru zainteresowałem się po przeczytaniu artykułu Analog Devices na temat jego użycia w sprzęcie audio (nie mogę go znaleźć na ich stronie, ale ktoś go zarchiwizował)

Ukryta Zawartość

Zaloguj się, aby zobaczyć treść.

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

Jakieś wodotryski z tego nie wyszły, ale myślę, że można to znacznie poprawić (jeżeli dobrze pamiętam zastosowali podwójne całkowanie). Następny artykuł był znacznie bardziej poprawny z punktu widzenia teorii sterowania

Ukryta Zawartość

Zaloguj się, aby zobaczyć treść.

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

(lepszy przesuwnik fazowy niż podwójne całkowanie).

Postanowiłam sam obejrzeć na oscyloskopie jak wygląda sygnał z akcelerometru przyklejonego do membrany głośnika niskotonowego (kopułki przeciwpyłowej).

Generatorem sygnału sinusoidalnego (prawie) o częstotliwości z zakresu f=20..110Hz wysterowany wzmacniacz mocy na układzie OPA548 (standardowa konfiguracja odwracająca, napięcie zasilana +/- 15V czyli niezbyt wysoko ale od "bidy" tyko dla testów moim zdaniem ok)zasila głośnik niskotonowy (chyba 20cm Alphard czyli high end, ale to też jest mało ważne). Do kopułki przylepiony jest akcelerometr ADXL250 z czego wykorzystuję tylko jedną oś X, sygnał z akcelerometru jest kondycjonowany: odcinana składowa stała filtr górnoprzepustowy fg=0.72Hz i dolnoprzepustowy fd=2.5kHz na układzie AD711. Zakładając, że głośnik jest elementem liniowym (a tak przecież audiofile zakładają, a jak nie to płacą krocie za głośnik, którego charakterystyka jest w miarę płaska) to traktując go jako "czarną skrzynkę" po podaniu sygnału sinusoidalnego na jego wyjściu też powinniśmy mieć sinusoidę (czy różniącą się poziomem czy przesunięciem to mniej ważne niż żeby była to ta sinusoida, która weszła). Po kilku pomiarach okazuje się, że poniżej 30-40Hz (zależnie od poziomu sygnału, im wyższy tym wyższa początkowa częstotliwość "widocznych" zniekształceń) wejściowa sinusoida już nie jest tą samą na wyjściu naszego łańcucha.

Wnioski pozostawiam do własnych przemyśleń (pewnie za część tych zniekształceń naprawdę odpowiada producent, brak obudowy itd., ale nie jest to coś czego się spodziewałem oglądać).

 

Rozwiązanie problemu:

wstępnie wyznaczę charakterystykę amplitudowo-fazową, a następnie dodam człon korekcyjny i porównam wyniki (we will see).

 

Album załączam poniżej:

Ukryta Zawartość

Zaloguj się, aby zobaczyć treść.

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

 

PS. Jakoś te foty mi się załączyć nie chcą, (Uwaga: akceptowane formaty to JPG, GIF, PNG, maksymalny rozmiar pliku to kB, szerokość: 900px, wysokość: 900px) to znaczy ile? sam sobie mogę wstawić.

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 )

[andrejos1]

Witam,

widze ze dosc ciekawy temat poruszony, a ze jako mam pewne doswiadczenie w pomiarach przyspieszen oraz odtwarzania nagranych przebiegów napiszę kilka słów od siebie na ten temat.

sprzet z jakim pracuje to Bruel&Kjaer z najnowszej ich oferty tak wiec zakres dynamiki pomiarowej jest bardzo duzy co pozwala w szerszym stopniu badac roznego rodzaju przebiegi.

podstawowy błąd ktory zostal zrobiony przy pomiarze glosnika to chec pomiaru go (ze tak napisze) membrana nigdy nie bedzie idealnie sztywna (wraz ze wzrostem f maleje jej sztywnosc dla prawidlowo odtwarzanej czestotliwosci (dla glosnika niskotonowego szczegolnie)

do pomiaru glosnikow od zawsze byly uzywane mikrofony i tak sie to do tej pory robi. brak sztywnosci membrany zalamuje (jak to zmierzyles na oscyloscopie) kształt zadawanego przebiegu, a czym cięższy acceler. przykleisz tym ten wykres bedzie od zadanego odbiegal.

i dywagujac tak dalej (taki hi-end pomiarowy) pewnie do membrany kleiłeś acc. czyms co by nie uszkodzilo jej (ogolnie stosuje sie wosk pszczeli - ale to trzeba by bylo mocno docisnac aby powieszchnia klejona byla duza) albo stosowac cos co twardnieje (kropelka np) a tego pewnie nie stosowales chcac miec glosnik po pomiarach taki jak przed, i tu tez tym sposobem wnioslem brak liniowosci pomiarowej.

moglbym tak dalej, wiec jesli chcesz o cos pytac to prosze a wniosek jest jeden: do pomiaru glosników uzywa sie mikrofonow.

 

pzdr

[andrejos1]

dodam jeszcze ze troche spedzilem czasu na tak zwanym "Field data replicator" (czyli nagrywamy a pozniej staramy sie dokladnie za pomoca wzbudnika odtworzyc nagrany przebieg) wzbudnikiem moze byc glosnik (tez wiele prob takich przeprowadzilem) jak rowniez bardzo drogie (kilka dziesiąt tysiecy euro) za wzbudnik elektro-magnetyczny ktory byl naprawde liniowy do okolo 4kHz) lecz laczac chocby i ten wzbudnik przez jakiekolwiek prety lub inne uklady do zamianu ruchu posuwisto zwrotnego (jaki daje wzbudnik) mozna bylo zaobserwowac iz funkcja kocherencji juz nie wynosila 1 lecz byla mniejsz od jednosci.

[andrejos1]

dodam jeszcze ze troche spedzilem czasu na tak zwanym "Field data replicator" (czyli nagrywamy a pozniej staramy sie dokladnie za pomoca wzbudnika odtworzyc nagrany przebieg) wzbudnikiem moze byc glosnik (tez wiele prob takich przeprowadzilem) jak rowniez bardzo drogie (kilka dziesiąt tysiecy euro) za wzbudnik elektro-magnetyczny ktory byl naprawde liniowy do okolo 4kHz) lecz laczac chocby i ten wzbudnik przez jakiekolwiek prety lub inne uklady do zamianu ruchu posuwisto zwrotnego (jaki daje wzbudnik) mozna bylo zaobserwowac iz funkcja kocherencji juz nie wynosila 1 lecz byla mniejsz od jednosci.

[Edward]

Bardzo ciekawe doświadczenie, ale czy przypadkiem masa płytki z czujnikiem nie jest zbyt duża? Czy ważyłeś ją może i jak się ona ma do masy układu drgającego? Spodziewam się, że niestety czujnik jest za ciężki i może powodować duże błędy pomiaru. Dodatkowo umiejscowiony jest na środku kopułki, a ta drgając może się pod takim ciężarem uginać. Czy nie lepiej byłoby podutować kabelki bezpośrednio do wyprowadzeń czujnika?

 

Pozdrawiam

[Edward]

P.S.

Temat mnie zainteresował ponieważ mam dużo sympatii dla rozwiązań MFB :-)

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 )

[andrejos1]

Edward,

a czy ja nie o tym pisałem?

masa czujnika to okolo 20% masy membrany a gdzie dopiero kable i reszta.

przytoczony przez ciebie watek o kolumnach z lat 80 gdzie takie zastosowanie wprowadzono dla polepszenia impulsu a zaprzestano ze wzgledu na wysoki koszt. to ja sie pytam a czymze jest wysoki koszt dla kolumn z najwyzszej półki (40tys w górę) i dlaczego tak tego sie nie stosuje mimo ze systemy pomiarowe i same czujniki sa znacznie lepsze????? Bo to jest slepa droga dla pomiarow glosnikow.

[EricCartman]

Oczywiście zdaje sobie sprawę z tego, że dodanie tak dużej masy (głównie płytki) nie dość, że zmieniło częstotliwość rezonansową całego głośnika i do tego, że może być źródłem dodatkowych rezonansów (mógłbym wam pokazać zrzuty z oscyloskopu gdy przewody rezonowały przy pewnych częstotliwościach, było to bardzo widoczne). W przyszłości jak coś z tego wyjdzie chcę użyć elastycznej taśmy takiej jak się używa do połączeń o dużej swobodzie ruchu (CD'romy, dyski, itd.). Głównym celem tego eksperymentu ma być sprawdzenie czy takie sprzężenie "coś" wniesie do systemu dlatego optymizacją jeszcze się nie zająłem. Idea aktywnego sprzężenia zwrotnego jest kontynuowana do dzisiaj przez jednego z większych producentów subwoofer'ów VELODYNE:

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 )

trochę się zastanawiam nad sposobem w jaki oni go wkleili i czy to jest sprzężenie stosowane do korekcji zniekształceń. Jak widać na ilustracjach jest on przyklejony od strony kosza do membrany, czyli tak naprawdę skośnie, oczywiście skośne umieszczenie nie przeszkadza, bo składową skośną można rozłożyć. Może to być również tylko zabezpieczenie chroniące przed "wypluciem" membrany i tylko tyle, chociaż w to nie wierzę.

Odnośnie sztywności to też mi się wydaje, że zniekształcenia mogą wynikać z jej braku. Tylko czy w obudowie zamkniętej te zniekształcenia nie powinny być większe niż głośnika niezabudowanego, zakładając, że niesztywna membrana kompresując powietrze w obudowie zamknętej jest bardziej narażona na deformację (no chyba, że założymy obudowę o bardzo dużej objętości).

Po kilku wstępnych przeliczeniach, teoretycznie stosując samo tłumienie ku=2.5, zamknięcie pętli powinno wystarczyć, jest zapas fazy 45st i wzmocnienia 6dB.

Widziałem również projekty z mikrofonem umieszczonym blisko membrany, hmm... ale się wstrzymam lub spróbuję porównać oba sposoby kompensacji.

Pomysł nadal pozostaje aktualny, czy ze słabego parametrycznie głośnika używając sprzężenia zwrotnego jesteśmy w stanie "podkręcić" jego parametry.

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 )

[shark700]

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 )

[Edward]

andrejos1, 31 Mar 2009, 00:06

>a czy ja nie o tym pisałem?

 

Pisałeś o przełamywaniu membrany wrast ze wzrostem częstotliwości. Na zamieszczonych przez kolegę oscylogramach widać, że większe problemy występują przy niższych częstotliwościach. Wraz ze wzrostem częstotoliwości zniekształcenia maleją. Podejrzewam, że przyklejenie takiej masy powoduje szereg zaburzeń, które się wzajemnie nakladają.

 

O rozwiązaniach MFB wspomniałem z czystego sentymentu, bo je lubię. Nie twierdzę, że jest to idealna metoda na linearyzację pracy głośnika, w praktyce jednak sprawdza się dość fajnie, mam na myśli wrażenia brzmieniowe, czysto subiektywne. Nie jest to też metoda pomiarowa.

 

EricCartman, 31 Mar 2009, 00:49

>Jak widać na ilustracjach jest on przyklejony od strony kosza do membrany, czyli tak naprawdę skośnie, oczywiście skośne umieszczenie nie przeszkadza, bo składową skośną można rozłożyć.

 

Membrana ma jeden stopień swobody, więc nawet nie trzeba nic rozkładać. Większym problemem wydaje mi się niesymetryczne rozłożenie masy membrany. Być może po przeciwnej stronie jest przyklejona przeciwwaga, co miałoby pewien sens, chociaż wpłynęłoby niekorzystnie na zwiększenie masy ukladu drgającego. Przy dużych wooferach, gdzie masa ta jest i tak spora, a częstotoliwość pracy niewielka, być może taki czujnik swoją masą nie wpływa znacząco na sztywność układu.

 

>Tylko czy w obudowie zamkniętej te zniekształcenia nie powinny być większe niż głośnika niezabudowanego, zakładając, że niesztywna membrana kompresując powietrze w obudowie zamknętej jest bardziej narażona na deformację (no chyba, że założymy obudowę o bardzo dużej objętości).

 

Ano właśnie, trzeba poczynić sporo założeń przed rozpoczęciem rozważań o zniekształceniach pochodzących od obudowy.

 

>Pomysł nadal pozostaje aktualny, czy ze słabego parametrycznie głośnika używając sprzężenia zwrotnego jesteśmy w stanie "podkręcić" jego parametry.

 

No ba! Wielu by tak chciało! Jeśli Ci się to uda, to będziesz bogaty :-) Na pewno łatwiej jest korygować duże membrany i niskie częstotoliwości. I wyższa częstotoliwość tym trudniej.

[ASURA]

Kłania się coraz tańsza elektoniczna optyka, trzeba ją tylko umiejętnie zaimplementować i tutaj częstotliwość nie jest problemem. B&K też już dawno ma urządzenia do pomiarów pracy membrany np. takim laserem

[andrejos1]

owszem mozemy mierzyc wychylenia za pomoca lasera, tylko ze taki sposob pomiaru jest pomiarem raczej laboratoryjnym ktorego nie jestesmy w stanie zaimplementowac do zycia codziennego ze wzgledu na najprostrzsa sprawe - zabrudzenie soczewki lasera (jako ze jest to praca przewaznie w ukladzie otwartym i wentylowanym soczewke musielibysmy czyscic co tydzien)

[EricCartman]

Laserów nie będę w to wciągał, no chyba, że mi ktoś taki laser podaruje. Trochę nałgałem, przy pierwszych przymierzeniach, charakterystyki wyglądają tak jak w załącznikach. Spróbuję dodać człony korekcyjne opierając się na aproksymacjach czerwonymi liniami (tak tytułem pierwszego przymierzenia).

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 )

[Edward]

Ten wykres fazy jest dosyć dziwny...

[sh]

Philips w latach 70-tych ub.w. robił aktywne kolumienki, w których głośnik nisko-średniotonowy

pracował ze sprzężeniem mfb (o ile dobrze pamiętam stosując przetwornik typu piezo).

Pogrzebałem w internecie i znalazłem stronę

Ukryta Zawartość

Zaloguj się, aby zobaczyć treść.

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

Kolega wiele lat temu łączył w szereg z głośnikiem do masy niewielką rezystancję dużej mocy i stamtąd brał sygnał sprzężenia zwrotnego - pomiarów nie przeprowadzał, bo nie miał takich możliwości ale twierdził, że subiektywnie odbierał to, jako lepsze efekty niż w tradycyjnym układzie.

Pozdrawiam

Ukryta Zawartość

Zaloguj się, aby zobaczyć treść.

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

[Molibden]

Czyli zastosował prądowe sprzężenie zwrotne.

[EricCartman]

sh - dokładnie jak mówi Molibden to jest sprzężenie zwrotne, zrobiłem taki wzmacniacz na OPA541 i rzeczywiście grał znacznie lepiej, ja bym powiedział bardziej soczyście.

 

Pierwszy fail:

Dzisiaj na szybko próbowałem jako najprostsze zastosowanie regulatora PI do kompensacji, czyli najpierw w pętli zamkniętej tylko z członem proporcjonalnym zwiększając wzmocnienie doprowadziłem do oscylacji niegasnących zanotowałem wzmocnienie krytyczne Kkryt i okres oscylacji. Zgodnie z charakterystykami generacja drgań nastąpiła dla 134Hz (przesunięcie fazowe -180st), następnie dla danych dobrałem współczynniki regulatora PI zgodnie z metodą doboru Zieglera i Nicholsa. Po uruchomieniu niestety totalny fail, było nawet gorzej po zamknięciu pętli niż bez :)

Wniosek: nie taka ta korekcja łatwa na jaką wyglądała, czyli trzeba będzie wrócić do członów korekcyjnych hmm... z nimi też nie będzie łatwo, bo albo fazę koryguję, a w tym samym momencie amplituda zjeżdża na psy, no ale spróbuję to zrobić za pomocą członów przyspieszających i opóźniających fazę.

Stay tuned

[EricCartman]

Update: miało być prądowe sprzężenie zwrotne (czy nie ma tu możliwości edycji postów?)