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  #41  
Alt 25.01.2016, 05:51
cay-uwe cay-uwe ist offline
Sonus Natura
 
Registriert seit: 03.12.2008
Beiträge: 2.721
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Ein wichtiger Aspekt bei der Rückkopplung ist der benutzte Sensor. Dieser sollte natürlich keine Fehler verursachen und möglichst schnell die Informationen über den IST Zustand liefern. Es gab über die letzten Jahre hinweg einige Ansätze und im wesentlichen haben sich drei Arten von Sensoren etabliert:
  1. Mikrophon
  2. Indukivsensor ( getrennte Spule mit eigene Magneten )
  3. Beschleunigungsaufnehmer ( z.B Piezoaufnehmer )
Wie bereits beschrieben, macht es im ersten Ansatz Sinn ein Mikrophon als Aufnehmer zu benutzen, denn damit wäre man in der Lage den Schallpegel, also das zu regelnde Signal, zu ermitteln und mit dem SOLL-Signal zu vergleichen. Für das Mikrophon spricht auch die recht einfache Montage, bzw. Nachrüstung am Chassis. Man muss es lediglich auf die Membran kleben. Nachteilig ist allerdings, dass das Mikrophon nicht nur den Schall von der Membran aufnimmt, sondern auch Störungen und Ereignisse, die nicht in Relation zum eigentlichen Signal stehen. Des weiteren ist auch die Nutzbandweite recht gering, da bei einen Mikrophon Totzeiten vorhanden sind, die sich aus der Zeit ergeben von dem Zeitpunkt an an dem das Schallereignis entsteht bis es zum Mikrophon gelangt.

So wie ich es beobachte, hat sich über die Jahre hinweg der Induktionssensor durchgesetzt oder etabliert. Das wird wahrscheinlich daher rühren, dass man mit diesen Sensor eine recht einfache Regelstrecke aufbauen kann, da Induktionssensoren Geschwindigkeitsaufnehmer sind und durch Differenzieren des Sensorsignals bzw. Integrieren des Eingangsignals erreicht man eine Information über die Strecke, die die Membran zurücklegt. Die wiederum ist wichtig, da sie ein Bild über den Antriebsverlauf liefert. Die notwendigen Schaltungen dafür sind recht einfach und erlauben eine recht hohe Rückkopplung ( bis 40dB sind machbar ), da sie zum einen mit recht geringen Störabständen arbeiten und das Sensorsignal aufgrund dessen das es ein Geschwindigkeitsaufnehmer ist zu hohen Frequenzen mit nur 6dB/Oktave abfällt.. Dadurch sind auch die Nutzbandweiten recht hoch. Nachteilig ist jedoch der recht aufwendige Herstellungsprozess der Spulen und die Anbringung der Sensoreinheit, die aus Spule und dazugehörigen Permanentmagneten besteht. Dazu müssen in vorhandene Chassis recht umfangreiche Änderungen durchgeführt werden. So muss die Sensorspule an den Antrieb der Membran befestigt werden und die Magneteinheit muss auch noch Platz dort finden. Dadurch ergibt sich ein weiterer Nachteil, ähnlich dem des Antriebs vom Chassis, und zwar Limitierungen in den Auslekungen ( Xmax ), da die Sensoreinheit über die lineare Auslenkung (Xmax ) hinaus des Chassis arbeiten muss um korrekte Informationen über die Position des Antriebs zu liefern. Last but not least muss die Herstellung der Sensorspule und Magneten, wie auch die Anbringung sehr präzise geschehen um Verzerrungen dieser Einheit so gering wie möglich zu halten. Mit guten Know How haben allerdings Firmen wie Backes & Müller, Silbersand, AGM und Schanks Audio ( um einige zu nennen ) gezeigt, dass diese Art Implementierung sehr gut in Griff zu bekommen ist.

Etwas unauffälliger gibt sich eine weitere Art Sensor, nämlich Beschleuningsaufnehmer, so wie es in der Vergangenheit die Philips MFB Lautsprecher besaßen und das obwohl sie aus meiner Sicht einiges an Vorteile bieten. Da wäre zum einen die recht einfache Gestaltung des Sensors. Im Prinzip ein Piezoelement dessen Signal lediglich nahe am Sensor verstärkt werden sollte. Im Gegensatz zum Induktionssensor ist die Anbringung und Montage am Chassis recht einfach und kann darin bestehen, dass man den Beschleunigungsaufnehmer einfach auf die Antriebsspule des Chassis klebt. Im Prinzip so wie es mit dem Mikrophon geschehen würde. Da der Sensor mit dem Antrieb des Chassis eine Einheit bildet gibt es keine Limitierungen was die Auslenkung anbetrifft, der Sensor „wandert“ einfach mit und liefert in allen Fällen Informationen über die zurückgelegte Strecke. Diese muss jedoch im Gegensatz zu einen Induktionssensor über zweimaliges differenzieren des Sensorssignals ( IST Wert ) oder Integrieren des Eingangssignals ( SOLL Wert ) bestimmt werden. Dadurch ergeben sich schlechtere Signal-Störabstände, die man durch sauberes Schaltungs- und Platinenlayouts optimieren sollte. Das hört sich zwar recht aufwendig an, aber der Schaltungsaufwand hält sich in Grenzen, denn man kann die Regelstrecke sehr einfach gestalten. Was die Nutzbandweite anbetrifft habe ich feststellen können, dass diese ähnlich ausfällt wie bei Induktionssensoren. Zu guter Letzt sei noch gesagt, dass Piezoelemente sehr verzerrungsarm arbeiten.

Vollständigkeitshalber sie noch gesagt, dass es weitere Sensorarten gibt, die bereits in der Vergangenheit eingesetzt worden sind. So gibt es auch Kapazitivsensoren, die ähnlich wie Induktivsensoren, Geschwindigkeitsaufnehmer sind. Diese Art von Sensor hat z.B. Backes & Müller für Mittel- und Hochtonkalotten benutzt. Es gibt auch die Möglichkeit über optische Sensoren eine Ermittlung der Position des Antriebs zu bekommen. Das hat zum Beispiel T & A gemacht, aber auch die erwähnte Referenz [2] Optische lineare Wegmessung zur Modellierung und Regelung von Lautsprechern, Dipl.-Phys. Wolfgang Geiger, Erlangen – 2004, zeigt so eine Methode auf.

Da ich mich letztes Jahr sehr intensiv mit unterschiedlichen Regelmethoden beschäftigt habe möchte ich noch an den Einsatz von der zweiten Spule eines Doppelschwingspulenchassis erinnern. Die zweite Spule arbeitet in einen bestimmten Bereich wie ein Induktionssensor als Geschwindigkeitsaufnehmer. Es erübrigt sich zu erläutern, dass der Einsatz sehr einfach ausfällt, da diese Spule bereits mit in das Chassis eingebaut ist. Auch der Regelkreis fällt sehr simpel aus und sehr vorteilhaft ist, dass dieses System von sich aus absolut stabil arbeitet, soll heißen es schwingt nicht.

Dass es sich lohnt über eine Gegenkopplung nachzudenken zeigen insbesondere Klippel Analysen von Chassis. Selbst sehr gut durchdachte und mit Raffinesse versehene Chassis wie die WAVERCOR BD-Serie zeigen, dass trotz innovativen Antriebsdesign Nichtlinearitäten nicht zu vermeiden sind, wie ein Test des WAVECORE SW182BD01 zeigt:

The Kms(X) curve is likewise very symmetrical in both directions, but also with a forward (coil-out) offset of about 1.3mm at the rest position that decreases to 1.07mm at the 8mm Xmax location on the graph. While these numbers are small, it does limit the distortion levels somewhat.“

Quelle: Voice Coil Maganize

Der gesamte Test inklusive der Klippelmessungen findet man hier.
__________________
Happy listening, Cay-Uwe

http://www.sonus-natura.com/

Geändert von cay-uwe (25.01.2016 um 12:07 Uhr).
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  #42  
Alt 25.01.2016, 09:31
Wonneproppen Wonneproppen ist offline
Missetäter
 
Registriert seit: 19.12.2013
Beiträge: 4.032
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Sehr spannend.

Ich hoffe, dass auch ein anderAIR hier mitliest.
__________________
Wer mich nicht lieb hat, muss noch an sich arbeiten.
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  #43  
Alt 25.01.2016, 12:15
KSTR KSTR ist offline
 
Registriert seit: 02.12.2007
Beiträge: 2.018
Standard

Ein wichtiger Aspekt wurde mE noch nicht angesprochen : Das Großsignalverhalten.

Es ist klar dass jede Regelung keineswegs dem Chassis mehr Hubfähigkeit geben kann, weil das ist ein mechanisch-konstruktives Limit.
Beim Näherkommen an diese Hublimit muss der Klirr zwangläufig steigen und jede Regelung muss damit umgehen und nicht versuchen das Chassis zu 'zwingen' (und damit zu zerstören).

Der Vorteil der Regelung liegt darin, (deutllich) unterhalb dann weniger Klirr zu bekommen und das Verhalten allgemein zu stabilisieren gegen Änderungen. Je nach Regler und entsprechender Vorsteuerung ist auch ein genau kontrolliertes 'Reinfahren' in die Übersteuerung möglich (ideal geht das mit einem echten Lagesensor) mit einem genau definierten Verhalten des Klirranstiegs und der immer noch vorhandenen vollen Kontrolle über das Chassis.


Noch was anderes : Die einfachste Regelung ist über die Schwingspule selbst möglich, wozu aber a) ein möglich lineares Verhalten der Induktionsspannung ('Back-EMF') erforderlich ist und b) ein möglich kräftiger Antrieb (hoher Faktor (BL)²/Re für eine hohe, kaum von an anderem beeinflußte Induktionsspannung. Typisches Beispiel wären die unterhängigen Accuton-Tiefmitteltöner, zusammen mit ihrer weichen Einspannung und niedrigen elektrische Güte.

Noch besser wird es, wenn der Amp einen Ausgangsimpedanz von fast -Re hat. Das ergibt erstmal eine astreine Präzisions-Geschwindigkeitsregelung.
Wo ist der Haken?
Zum einen im thermischen Verhalten, das wird nämlich instabiler und keineswegs ausgeregelt, aber viel wichtiger demonstriert es obigen Punkt, es fehlt jede Übersteuerungskontrolle. Verlässt das Chassis langsam den linearen Bereich, fällt die Induktionsspannung sowohl weil der Spulestrom nicht mehr so effektiv die Membran auslenken kann (Geschwindigkeit fällt) als auch weil sie als Sensor ineffizienter wird (Geschwindigkeit wird zu klein gemessen).... womit der Vergleich Ist (Amp-Spannung) zu Soll (Induktionsspannung) eine Änderung liefert und der Amp damit 'von selbst' noch mehr Strom in das Chassis pumpt. Durch die zu kleine Induktionsspannung lenkt das Chassis nun sogar erstmal stärker(!) aus als es müsste.
Bricht die Induktionsspannung deutlich ein, wird der Strom immer größer und größer, mit letzlich fatalen Folgen (bzw lethalen).

Bei einem echten Sensor misst man zwar die Geschwindigkeit (oder was auch immer) nicht falsch, aber das Problem bleibt prinzipiell natürlich bestehen.
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  #44  
Alt 28.01.2016, 10:27
cay-uwe cay-uwe ist offline
Sonus Natura
 
Registriert seit: 03.12.2008
Beiträge: 2.721
Standard

@ KSTR Klaus,

ich habe mich mal etwas informiert was die negative Impedanz anbetrifft. So wie ich das sehe basiert es auf eine allgemein genannte "Stromrückkopplung" mit einigen Zusätzen damit das einigermaßen stabil läuft. Liest sich interessant.

Möchtest oder kannst Du noch etwas näher darauf eingehen ?

@ All,

dieses Thema scheint auch Mitlesern außerhalb diese Forums zu interessieren und ich wurde per email kontaktiert ob ich nicht widersprüchliche Aussagen gemacht habe, da ich an einer andere Stelle schrieb, dass bei kleinen Auslenkungen relativ gesehen die Verzerrungen höher sind.

Ich möchte daran erinnern, dass diese Thema komplexer ist als es den Anschein hat und darauf habe ich am Anfang auch hingewiesen. Ich habe mich im wesentlichen auf die Nichtlinearitäten des Antriebs konzentriert und habe versucht diese sehr vereinfacht bildlich im Eingangspost dar zu stellen.

Wie beschrieben ist der Antriebsverlauf nicht eine gerade Linie ( linear ) sondern eher S-förmig. Ich hatte es dabei belassen um vereinfacht darzustellen wie die Verzerrungen zustande kommen.

Wenn man sich Klippelmessungen anschaut, wird man sehen, dass der Antrieb auch eine hubabhängige Zentrierverschiebung besitzt, soll heißen die 0-Achse ist auch noch verschoben. Dadurch ergeben sich weitere Verzerrungen, auf die bin ich nicht eingegangen bin. Üblicherweise ist es so, dass diese Zentrierverschiebungen bei kleinen Hüben relativ gesehen größer sind als bei großen Hüben. Dadurch verursacht diese Eigenschaft höhere Fehler bei kleinen Hüben als bei großen.

P.S. Eine große Auswahl an Chassistest mit Klippelmessungen und Erläuterungen gibt es hier ( siehe "Understanding the Data" )
__________________
Happy listening, Cay-Uwe

http://www.sonus-natura.com/

Geändert von cay-uwe (28.01.2016 um 13:18 Uhr). Grund: Ergänzung
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