Särövertailua

[emer]

Tässä hieman uusia särömittaustuloksia (virtaohjaus vs. jänniteohjaus), jotka on saatu melko tyypillisellä, tavanomaista ferriittimagneettirakennetta käyttävällä 7 tuuman hi-fi-basso-keskiäänisellä (Vifa PL18WO09-04) suljetussa kotelossa.

Ensimmäisenä on amplitudispektrikuva elementin V/I-muunnoksessa tapahtuvasta modulaatiosäröstä. Testisignaali koostuu kahdesta siniaallosta, joiden taajuudet ovat 300 Hz (f1) ja 2,5 kHz (f2) jännitesuhteen ollessa 5:1. (Impedanssin vaihtelusta johtuen virtojen suhde poikkeaa tästä hieman.) Signaalitaso on 2 Vrms, joka vastaa yhtä wattia 4 Ω:n kuormaan.

Nähdään, että 2500 Hz:n ääneksen virta säröytyy aika pahasti 300 Hz:n ääneksen läsnä ollessa. Modulaatiotuote f2-2f1 (1900 Hz) yksinään on suuruudeltaan 2,2% suhteessa alkuperäiseen 2500 Hz:n äänekseen. Tuotteiden f2-4f1 (1300 Hz) ja f2+2f1 (3100 Hz) lisäksi tuotteet 2f2-f1 (4700 Hz) ja 2f2-3f1 (4100 Hz) ovat myös hyvin merkittäviä.

Vastaava akustinen säröspektri jänniteohjauksella on nähtävissä alla. Modulaatiokomponentit käyvät hyvin yhteen yllä esitetyn virtasärön kanssa, mikä osoittaa säröjen pääasiallisen lähteen olevan todellakin V/I-muunnos.

Pahimmat näistä komponenteista ovat f2-2f1 (1900 Hz) ja f2+2f1 (3100 Hz) taajuuden 2f2 (5000 Hz) ympärille syntyvien komponenttien ollessa myös varsin voimakkaita. Laskemalla kaikkien merkittävien komponenttien neliösumma (pois lukien harmoniset) alkuperäisen 2,5 kHz:n ääneksen kokonaismodulaatiosäröksi tulee huikeat 3,1%.

Vastaava tulos virtaohjauksella nähdään yllä. Kuusi korkeinta modulaatiotuotetta pienenevät kaikki vähintään 11 dB ja korkein näistä 1900 Hz:llä peräti 16 dB. Laskemalla summa kuten edellä saadaan kokonaismodulaatiosäröksi 0,64% , eli parannus on 4,8-kertainen.

Sama koe suoritettiin myös edelliseen nähden puolitetuilla signaalitaajuuksilla eli 150 Hz ja 1250 Hz. Vastaavat akustiset tulokset jännite- ja virtaohjaukselle on esitetty alla.

Lähimpänä alkuperäistä 1250 Hz:n äänestä sijaitsevat särötuotteet (f2-f1 ja f2+f1) ovat ilmeisesti peräisin jostain mekaanisesta ongelmasta eivätkä siten korjaannu viertaohjauksella. Kaikki muut merkittävät tuotteet sen sijaan alenevat enemmän kuin 12 dB ja f2-2f1 (950 Hz) jopa 18 dB.

Ottamalla kaikkien merkittävien modulaatiokomponenttien neliösumma kuten edellä (Piikki 3750 Hz:ssä on 3. harmoninen kerrannainen ja jätetään siksi huomiotta tässä.) saadaan jänniteohjaukselle 3,0% ja virtaohjaukselle 1,4% , joten näin laskettu parannuskerroin on 2,1. Todellinen äänellinen hyöty on kuitenkin suurempi kuin tämä, sillä alentumattomat komponentit (f2-f1 ja f2+f1) ovat myös lähimpänä alkuperäistä taajuutta ja siksi enemmän tämän peittoalueella kuin muut komponentit.
________

Nämä mittaukset on tehty käyttäen dynaamista kardioidikuvioista mikrofonia (Sennheiser e815 S) 20 cm:n päässä kalvosta ja varustettuna asianmukaisella taajuuskompensoinnilla. Tämänkaltaisten tulosten toistaminen ei onnistu elektreettimikrofonilla (kuten Dayton EMM-6 tai Behringer ECM8000), jossa on säröä tuottava FET ensimmäisenä asteena. Mikrofonivalmistajat eivät valitettavasti ilmoita tuotteidensa säröjä. Mikrofonin soveltuvuuden testaamiseksi voi vaihdella mittausetäisyyttä täydellä modulaatiotestisignaalilla. Mikäli särö kasvaa etäisyyden pienentyessä, on mikrofoni tarkoitukseen kelvoton.

 

[emer]

Tässä on tuloksia 2. ja 3. harmonisesta särökomponentista (H2 ja H3) samasta elementistä mitattuna niin ikään 2,0 V:n jännitteellä. Koe on suoritettu piste pisteeltä huolehtien siitä, että signaalitaso säilyi 0,1 dB:n tarkkuudella samana molemmissa tiloissa. Punertava viiva kuvaa jänniteohjausta ja sininen virtaohjausta.

Alakeskiäänillä ja yläbassoilla 2. harmoninen kerrannainen pienenee virtaohjauksella merkittävästi, vaikka taso ei ole jänniteohjauksellakaan kovin suurta. Mekaanisista syistä johtuva kohouma 1200 Hz:llä on melko tyypillistä ja ilmeisesti peräisin reunuksesta (surround dip).

Pääparannus saavutetaan kuitenkin 3. harmonisessa, joka putoaa 200 Hz ylittävillä taajuuksilla virtaohjauksella 10-15 dB. Erityisesti 1 kHz:n tuntumassa parannus on todella ratkaisevaa, sillä tällä alueella 3. harmoninen on kuultavissa (eli ei peity perustaajuuden alle) vielä jopa -60 dB:n tasolla.

V/I-muunnos on siis merkittävin 3. harmonisen särön aiheuttaja dynaamisilla elementeillä ja hyvin merkittävä myös 2. harmonisessa.

 

[emer]

Jaa, eikö tuollainen 3 prosentin luokkaa oleva modulaatiosärö kuulon herkimmällä alueella vielä merkitse nykyajan hifiharrastajille tai ammattilaisillekaan sen vertaa, että kellään edes sanainen arkku aukeaisi? Tässäpä sitten vielä tyrmäävämpi esimerkkitulos jänniteohjauksen seuraamuksista.

Testattavana on miltei käyttämättömänä ollut Peerlessin 6,5-tuumainen perus- basso-keskiääninen (833429, ei enää valmistuksessa), jossa on kookas magneetti ja vaahtomuovireunus.

Modulaatiotestisignaali koostuu tässäkin kahdesta siniaallosta, joiden taajuudet ovat 300 Hz (f1) ja 2,5 kHz (f2) jännitesuhteen ollessa 5:1. (Impedanssivaihtelusta johtuen virtojen suhde poikkeaa tästä hieman.) Signaalitaso on 2,83 Vrms, joka vastaa yhtä wattia 8 Ω:n kuormaan. Akustiset särötulokset jännite- ja virtaohjauksella ovat nähtävissä alla.

Jänniteohjauksella modulaatiotuote f2-2f1 (1900 Hz) yksinään on suuruudeltaan 4,5% (-27 dB) suhteessa alkuperäiseen 2500 Hz:n äänekseen. Tämän lisäksi yhden prosentin tason (40 dB alle alkup. ääneksen) ylittää neljä muuta modulaatiokomponenttia: f2-4f1 (1300 Hz), f2+2f1 (3100 Hz), 2f2-3f1 (4100 Hz) ja 2f2-f1 (4700 Hz). Kokonaismodulaatiosäröksi saadaan karmeat 5,5%.

Virtaohjauksella modulaatiotuote f2-2f1 (1900 Hz) on enää 0,65% suhteessa alkuperäiseen 2500 Hz:n äänekseen ja seuraavaksi korkein piikki taajuudella 4100 Hz (2f2-3f1) enää 0,43%. Kokonaismodulaatiosäröksi tulee 1,0%, eli parannus jänniteohjaukseen nähden on 5,5-kertainen.

Koe toistettiin myös puolitetuilla taajuuksilla 150 Hz ja 1250 Hz. Vastaavat tulokset jännite- ja virtaohjaukselle on esitetty alla.

Jänniteohjauksella modulaatiotuote f2-2f1 (950 Hz) on tässäkin hallitsevin ja suuruudeltaan 2,3% suhteessa alkuperäiseen 1250 Hz:n äänekseen kokonaismodulaatiosärön ollessa 3,4%.

Virtaohjauksella vastaavaksi kokonaissäröprosentiksi saadaan 0,90%, eli parannuskerroin on tässäkin vielä 3,8. Lisäksi voimakkaimmat särötuotteet sijaitsevat taajuuksilla f2-f1 (1100 Hz) ja f2+f1 (1400 Hz), jotka ovat lähimpänä alkuperäistä äänestä ja siten enemmän tämän peittoalueella kuin muut tuotteet.

Alla ovat puolestaan tulokset 2. ja 3. harmonisesta särökomponentista (H2 ja H3) samasta elementistä mitattuna niin ikään 2,83 V:n jännitteellä. Mittaus on työlästä, sillä signaalitaso on aseteltava joka taajuudella tarkasti samaksi molemmissa tiloissa. Punertava viiva kuvaa jänniteohjausta ja sininen virtaohjausta.

Virtaohjauksen ylivoimaisuus ilmenee aika selvästi myös harmonisessa särössä. Virtaohjaus pienentää merkittävästi (tai oikeammin jänniteohjaus kasvattaa merkittävästi) sekä 2. että 3. harmonista kerrannaista lähes koko toiminta-alueella. Hyvin olennaista on 3. harmonisen vaimeneminen noin 10 dB:llä läpi koko keskialueen.

On syytä vielä huomioida, että tällaisissa kokeissa joudutaan käyttämään elementtejä, joiden ominaisuuksia valmistajat ovat vuosikymmeniä kehitelleet ja optimoineet särön minimoimiseksi jänniteohjauksella (esim. eri särömekanismien sovitus toisiaan vastaan). Siitä huolimatta tulokset ovat tällaisia. Mihin olisikaan mahdollista päästä, jos käytettävissä olisi virtaohjaukseen kehitettyjä ja optimoituja elementtejä?

 

[KKuikka]

”Jaa, eikö tuollainen 3 prosentin luokkaa oleva modulaatiosärö kuulon herkimmällä alueella vielä merkitse nykyajan hifiharrastajille tai ammattilaisillekaan sen vertaa, että kellään edes sanainen arkku aukeaisi? Tässäpä sitten vielä tyrmäävämpi esimerkkitulos jänniteohjauksen seuraamuksista.”


Poikkeavat ratkaisut omaksutaan hitaasti

Olet kirjoittanut täyttä asiaa ja suorittanut hyviä mittauksia, mutta asian kommentointi on silti jäänyt vähäiseksi. Oikeiden ajatusten läpivieminen on erittäin työläs tehtävä, sillä ihmiset haluavat pysytellä tutuissa ja turvallisissa menetelmissä, vaikka ne olisivat teknisesti huonompiakin. Tätä käyttäytymismallia ei hetkessä muuteta.

Lähes kaikille HiFi-harrastajille on ensiarvoisen tärkeää, että vahvistimen ulostuloimpedanssi on melkein nolla, koska sillä uskotaan saavutettavan kaiuttimen hyvä vaimennus. Ihmiset eivät kuitenkaan ota huomioon sitä, että puhekelan 3 - 8 ohmin resistanssi on aina piirissä mukana, joten on aivan mieletöntä edes pyrkiä rakentamaan vahvistin ideaaliseksi jännitegeneraattoriksi. Tavoitteen tekee vielä hullummaksi se, että virtahan se kartiota liikuttaa eikä jännite.

Olen tarkasti katsellut mittauskuviasi, ja niiden perusteella olet ihan oikealla asialla. Minulla on tarkoitus tulevan talven aikana vähän tutkia kaiuttimen kartioresonansseja Luonnollisella mittasignaalilla, ja näissä mittauksissa aioin myös vaihdella vahvistimen ulostuloimpedanssia suurissa rajoissa. Tarkoitus on tutkia kartion käyttäytymistä myös puhtaasti jännite- että virtaohjattuna. Samalla voin mitata myös kaiuttimen särön sekä jännite- että virtaohjattuna. Koska tulen käyttämään mittauksissa Luonnollista mittasignaalia, niin tulokset ovat tietysti erilaisia, mutta samoja ilmiötä pitäisi niissäkin mittauksissa saada esiin.

Mittausterveisin
Kalervo Kuikka

 

[Nikolas]

Esimerkiksi minä en ole kommentoinut vaikka olen varsin vakuuttunut itse asiasta. Mitä siis sanon, jos oleellinen on jo sanottu?

Lukekaapa tuolta kertomus, kuinka yksi heppu rakensi pentodivahvistinta, mutta ei ollut tyytyväinen siihen.

And it sounded awful. In some perverse sense, it was a "good" amplifier, but the sound was sterile and lifeless. Indeed, it sounded like the worst-critic-of-solid-state's nightmare amp.

Ollessaan jo purkamassa vahvistinkytkentäänsä, hän kokeili sitä vielä kerran ilman takaisinkytkentää. Siten hän loi vahingossa yhden putken transkonduktanssivahvistimen ja piti sen äänestä valtavasti.

I wondered what the circuit would sound like without any feedback. That is, just a pentode with a transformer load. I figured it was going to be awful, so I was not prepared for what I heard, which was near sonic bliss. From note one, this was something special. Turns out, I had built a transconductance amp more or less by accident.

http://diy.ecpaudio.com/2010/08/the-caged-frog-pentode-based.html

 

[emer]

Olet kirjoittanut täyttä asiaa ja suorittanut hyviä mittauksia, mutta asian kommentointi on silti jäänyt vähäiseksi. Oikeiden ajatusten läpivieminen on erittäin työläs tehtävä, sillä ihmiset haluavat pysytellä tutuissa ja turvallisissa menetelmissä, vaikka ne olisivat teknisesti huonompiakin. Tätä käyttäytymismallia ei hetkessä muuteta.

Tällainen hiljaisuus saa kuitenkin miettimään, mikä onkaan hifiharrastuksen tavoite? Onko tarkoitus etsiä avoimesti sellaisia teknisiä ratkaisuja, joilla musiikista nauttimisen häiriötekijät saadaan minimoitua, vai onko tärkeämpää sittenkin jokin ihan muu, mitä en haluaisi uskoa?

Lähes kaikille HiFi-harrastajille on ensiarvoisen tärkeää, että vahvistimen ulostuloimpedanssi on melkein nolla, koska sillä uskotaan saavutettavan kaiuttimen hyvä vaimennus. Ihmiset eivät kuitenkaan ota huomioon sitä, että puhekelan 3 - 8 ohmin resistanssi on aina piirissä mukana, joten on aivan mieletöntä edes pyrkiä rakentamaan vahvistin ideaaliseksi jännitegeneraattoriksi. Tavoitteen tekee vielä hullummaksi se, että virtahan se kartiota liikuttaa eikä jännite.

Juuri näin. Tätä vaimennushömppää olen pyrkinyt hieman valaisemaan tässä kirjoituksessa.

Minulla on tarkoitus tulevan talven aikana vähän tutkia kaiuttimen kartioresonansseja Luonnollisella mittasignaalilla, ja näissä mittauksissa aioin myös vaihdella vahvistimen ulostuloimpedanssia suurissa rajoissa. Tarkoitus on tutkia kartion käyttäytymistä myös puhtaasti jännite- että virtaohjattuna. Samalla voin mitata myös kaiuttimen särön sekä jännite- että virtaohjattuna. Koska tulen käyttämään mittauksissa Luonnollista mittasignaalia, niin tulokset ovat tietysti erilaisia, mutta samoja ilmiötä pitäisi niissäkin mittauksissa saada esiin.

Olen itsekin joskus ajatellut kokeilla jotain kanttiaallosta suodatettua testisignaalia, sillä näin saadaan taajuuksien painotus vastaamaan melko hyvin käytännön todellisuutta. Ongelmana tämän soveltamisessa virtaohjaus-jänniteohjaus-vertailuun on kuitenkin saada kunkin taajuuskomponentin taso samaksi molemmissa tiloissa, mikä olisi tärkeää, sillä monet säröt ovat melko voimakkaasti riippuvia signaalitasoista. Kahdella taajuudellahan tämä vielä onnistuu helposti ainakin ARTAssa, mutta monitaajuussignaalilla joutuisi virittämään jonkin impedanssikäyrää vastaavan suodattimen.

Muuten, suosittelen kokeilemaan särömittauksissa myös elementtejä, joissa on sähköä johtamaton kelarunko (esim. kapton). Olen nimittäin saanut joitakin itseäkin todella hämmästyttäviä tuloksia tällaisista. Keskialueella kolmas harmoninen ja tätä vastaavat modulaatiotuotteet ovat romahtaneet virtaohjauksella noin 35 dB suhteessa jänniteohjaukseen eli ovat käytännössä lähes kadonneet näkyvistä. Tämä merkitsisi sitä, että puhekelassa ja kelarungossa kiertävät smv-virrat eivät ole ainoastaan merkittävin ko. särön aiheuttaja vaan jopa ainoa sellainen. Tästä ehkä joskus lisää.
---
Virtaohjaus tekee mahdolliseksi myös testata omaa särön kuulemistaan kaiuttimista. Ainakin ARTAssa pystyy vaihtamaan yksitaajuus- ja kaksitaajuussignaalin välillä lennossa, jolloin on helppoa hakea harmonisen tai muun komponentin taso, jolla särön vielä erottaa. Itse ainakin pystyin kuulemaan CS-8-kaiuttimellani 3. harmonisen -50 dB:n (0,3%) tasolla noin välillä 200-2000 Hz, ja 1 kHz:n alueella erottui vielä -60 dB (0,1%) päätä paikoillaankin pitäessä. Jos sallitaan pään siirtely sopivimpaan asentoon, vielä ainakin 5 dB näitä pienemmät tasot ovat havaittavissa. 2. harmonista tarvitaan yleensä hieman enemmän kuin kolmatta, mikä selittyy perustaajuuden luomalla peittoalueella.

 

[khaho]

Tällainen hiljaisuus saa kuitenkin miettimään, mikä onkaan hifiharrastuksen tavoite? Onko tarkoitus etsiä avoimesti sellaisia teknisiä ratkaisuja, joilla musiikista nauttimisen häiriötekijät saadaan minimoitua, vai onko tärkeämpää sittenkin jokin ihan muu, mitä en haluaisi uskoa?

Jaa, kyllähän näitäkin tutkitaan, vahvistin aktiivisuotimella ja kaiuttimet on tekeillä. Mutta tämmöisten uusien juttujen kanssa menee aikaa ja voi olla että suttakin tulee monta versiota. Ja aina pukkaa akuutimpia juttuja enimmäkseen hifin ulkopuolelta väliin, joten harrastuksena tämmöisten tutkiminen on hidasta hommaa.

 

[emer]

Tässä samalla kaksitaajuussignaalilla saatuja tuloksia eräästä 10-tuumaisesta keskiääni-yläbasso-elementistä (P Audio HP-10W), jossa on johtamaton kelarunko (kaptonia). Reunus on poimutettua tekstiiliä ja elementti on PA-käyttöön tehty, mutta VI-muunnossäröt ovat hyvin samankaltaisia näissäkin.

Alla särökuvat jännite- ja virtaohjauksella em. 300 & 2500 Hz signaalilla. Modulaatiosärökomponentti f2-2f1 (1900 Hz) on jänniteohjauksella 3,3% (-29,7 dB) suhteessa 2500 Hz:n äänekseen, ja kokonaismodulaatiosäröksi tulee 3,5%.

Virtaohjauksella kaikki tärkeimmät modulaatiokomponentit putoavat yli 30 dB, (f2-2f1 peräti 37 dB) ja vastaavaksi kokonaissäröksi saadaan 0,18%. Parannuskerroin eristävää kelarunkoa käyttävällä elementillä on siten ällistyttävät 19.

Alla vastaavat tulokset 150 & 1250 Hz signaalilla. Jänniteohjauksella peräti 3 särökomponenttia ylittää 2%:n tason, ja merkittäviä piikkejä on pitkälti toista kymmentä. Kokonaismodulaatiosärö on 4,3%.

Virtaohjauksella jäljelle jäävät lähinnä vain f2+-f1 ja f2+-2f1, jotka ovat sellaista tasoa, että selittyvät normaalilla liikepoikkeaman tuomalla Bl-modulaatiolla, ja 2700 Hz:n yläpuolella ei näy enää mitään. Vastaavaksi säröprosentiksi tulee 0,73, eli parannus on tässäkin vielä 5,9-kertainen.

Alla ovat tulokset 2. ja 3. harmonisesta särökomponentista (H2 ja H3) 2,83 V:lla. Punertava viiva kuvaa taas jänniteohjausta ja sininen virtaohjausta.

2. harmoninen kerrannainen ei tällä elementillä ole juuri ongelma paitsi lähestyttäessä resonanssitaajuutta (82 Hz), mikä on normaalia.

3. harmoninen sen sijaan on jänniteohjauksella selvästi haitallista tasoa, mutta putoaa virtaohjauksella alakeskialueella 15-20 dB ja ylempänä peräti n. 35 dB vajoten paikoitellen alle -80 dB:n, missä mittauslaitteiston rajat jo tulevat vastaan.

Alla vielä kuva 5. harmonisesta joka sekin katoaa näkyvistä virtaohjauksella.

Tulokset osoittavat, että kaiken mahdollisen hyödyn saamiseksi virtaohjauksesta myös puhekelan rungon tulisi olla suuri-impedanssinen, eli johtamattomasta aineesta, kuten melko usein onkin.

Kuinkahan monesti olemmekaan nähneet tai kuulleet sanottavan eri muodoissa, että pieni ulostuloimpedanssi tai suuri "vaimennuskerroin" kontrolloi kartion liikettä, ikään kuin jollain rautaisella otteella. Tässä sen uskotun "kontrollin" vaikutukset ovatkin sitten totisesti nähtävissä: särötuotteiden kasvaminen monikymmenkertaisiksi siitä, mitä ne luonnostaan olisivat.

 

[Jarmo]

Emer,
kyllä hifiharrastajat kiinnostuvat asiasta, kun pääsevät omin korvin kuulemaan mitä virtaohjaus vaikuttaa ääneen. Jos ei ole mahdollisuutta kuulla, niin asia hautautuu tänne palstan syövereihin.

Ehdotankin, että yhdessä Hifiharrastajat ry:n kanssa järjestätte tilaisuuden, jossa harrastajille kerrotaan mistä on kyse. Ja musiikin kera. Olen varma, että jos kysessä on näin mullistava asia musiikintoiston alueella, saavuttaa virtaohjaus suurta mielenkiintoa. Jos se ei tämän porukan avulla tapahdu, niin kenen sitten?

Sihvis ja muu hallitus, ottakaapa koppi!

 

[emer]

Jos joku yhdistykseen kuuluva tekisi aloitteen asiasta ja yhdistys ryhtyisi tähän, kutsuisi minut esittelemään ja järjestäisi tavaroiden kuljetuksen, niin kyllä tuo periaatteessa sopisi.

Enemmän toivottavaa kuin yksittäinen tilaisuus pienitehoisilla laitteillani olisi kuitenkin, että joku kaiutinvalmistaja, jolla on tarvittavat hartiat, olisi halukas toimimaan edelläkävijänä ja toisi saataville jotain virtaohjaukseen perustuvaa. Vahvistimien puutteestakaan homman ei välttämättä tarvitse olla kiinni, kuten tässä hyödyllisyysmallissa on esitetty.

 

[Nikolas]

Minulla on aiheeseen liittyvä hauska kokemus vuosien takaa. Kokosin kierrätyspaloista ja elektroniputkista epäsymmetrisen pentodivahvistimen. Tein asiat itselleni helpoiksi ja vältin takaisinkytkentöjä. Kuormaksi kyhäsin pienen ja halvan kaiuttimen, jossa oli suljettu kotelo, runsaasti vaimennusainetta ja halpa kaksoiskartioinen laajakaistaelementti. Yhdistelmä kuulosti jotenkin mystisen hyvältä, vaikka pienen kotelon vuoksi bassot puuttuivat. Ajattelin silloin, että ehkä tuollainen halpakin laajakaistakaiutin mahdollistaa hyvän äänen, kun se on periaatteessa yksipistesäteilijä, eikä jakosuodattimia ole tärvelemässä signaalin vaiheita.

Vasta paljon myöhemmin älysin, että olin itse asiassa rakentanut mahdollisimman yksinkertaisen transkonduktanssivahvistimen. Ilmeisesti olin tehnyt vahingossa ja vaivaa säästelläkseni sellaisen vahvistimen ja kaiuttimen yhdistelmän, josta luin Esa Meriläisen kirjasta.

Jos tästä nyt pitäisi jotain oppia, niin sen, että jotkut parhaat asiat tulevat halvalla ja helposti.

 

[Jyrki_H]

Eikös DSPeakerin kaiutin perustu tähän? Heillä on kyllä paikkatakaisinkytkentää, mutta myös virtatakaisinkytkentä, josta sanotaan:

Tämän takia kaiutin generoi vähemmän intermodulaatiosäröä (IM), joka on kuuntelun kannalta pahempi ilmiö kuin harmoninen särö. Virtatakaisinkytkentä vapauttaa kaiuttimen lämpötilariippuvasta kuormasta, sekä kartion paikan suhteen muuttuvasta induktanssista.

 

[emer]

Minulla on aiheeseen liittyvä hauska kokemus vuosien takaa. Kokosin kierrätyspaloista ja elektroniputkista epäsymmetrisen pentodivahvistimen. Tein asiat itselleni helpoiksi ja vältin takaisinkytkentöjä. Kuormaksi kyhäsin pienen ja halvan kaiuttimen, jossa oli suljettu kotelo, runsaasti vaimennusainetta ja halpa kaksoiskartioinen laajakaistaelementti. Yhdistelmä kuulosti jotenkin mystisen hyvältä, vaikka pienen kotelon vuoksi bassot puuttuivat.

Tämänkaltaisia kokemuksia näkee kyllä palstoilla, ja yleensähän on tapana otaksua, että takaisinkytkentä itsessään olisi jotenkin haitallista, tuottaisi jotain mystisiä viiveitä tms.

Takaisinkytkennästä luovuttaessahan on lähinnä kolme tekijää, jotka muuttuvat: vahvistimen säröominaisuudet, lopullinen taajuusvaste johtuen merkittävästä ulostuloimpedanssista ja kaiuttimen särö/häiriöominaisuudet johtuen samasta syystä. Kaksi ensimmäistä ovat kyllä melko hyvin tunnettuja seurauksia, mutta kolmas, joka on ainakin yhtä merkittävä, on jäänyt täysin vaille huomiota.

Eikös DSPeakerin kaiutin perustu tähän? Heillä on kyllä paikkatakaisinkytkentää, mutta myös virtatakaisinkytkentä...

Olen pari kertaa lyhyesti kuullut ko. kaiutinta, mutta kuten toisessa ketjussa jo totesin, en lähtisi arvioimaan virtaohjausta tämän tuotteen perusteella. Siinä kun on niin paljon erilaisia kommervenkkejä ja rankkaa prosessointia, että ihan muut seikat voivat vaikuttaa.

Taajuusvaste on tehty vaakasuoraksi välillä 45 Hz -20 kHz, kun yleensä pyritään loivaan nousuun korkeita kohti. Kotelotilaa ei ole vaimennettu tavanomaista paremmin [Hifimaailma], jolloin kotelomelua tulee kartion läpi aivan tavalliseen tapaan. Sitten on tuo diskantin nestetäyttö, jonka näen enemmän epäkohtana kuin uutena edistyksenä.

"Paikkatakaisinkytkentä" yhdessä virtatakaisinkytkennän kanssa jää hieman epäselväksi, sillä ei oikein voi olla kahta eri tyyppistä takaisinkytkentää yhtä aikaa voimassa. Tarina ei myöskään kerro, onko elementin itsensä Q-arvolle tehty mitään ennen prosessointeja.

Mittailin itse joku aika sitten säröä eräästä Seasin "pitkäheittoisesta" elementistä, ja tällä yksilöllä jo alle 2 V:n jännitteellä nousi esiin joitain tosi häiritsevästi kuuluvia särökomponentteja, jotka osuivat epäharmonisille taajuuksille (rocking modes?), vaikka itse harmoninen särö ei ollut mitenkään poikkeavaa. Ei ollut mielekästä edes tallettaa tuloksia. Ei ehkä liity mitenkään em. kaiuttimeen, mutta tällaisiakin voi Seasilta päästä maailmalle.

 

[emer]

Tässä vielä vertailuja eräästä n. 3,5 tuuman keskiäänielementistä, jota on käytetty Infinity Reference -sarjan kaiuttimissa. Signaalin taajuudet ovat tässä 450 Hz ja 3750 Hz suhteessa 5:1 (=jännitesuhde) ja taso 2,83 Vrms. Särötulokset jännite- ja virtaohjauksella nähdään alla.

Jännitteellä särökomponentti f2-2f1 (2850 Hz) on tässäkin korkein, kuten yleensä. Yli yhteen prosenttiin yltävät myöskin piikit 2f2-f1 (7050 Hz) ja 2f2+f1 (7950 Hz). Kokonaismodulaatiosäröksi suhteessa 3750 Hz:n äänekseen tulee mahtavat 3,5%.

Virralla kaikki modulaatiokomponentit paitsi f2-f1 putoavat vähintään 13 dB ja f2-2f1 yli 17 dB. Vastaavaksi säröprosentiksi saadaan 0,79, joten parannus on tässä 4,4-kertainen. Tätä suuruusluokkaa oleva pudotus viittaa puhekelarungon olevan alumiinia, mutta asiaa ei pääse suoraan näkemään.

Harmoniset särökomponentit H2 ja H3 ovat nähtävissä alla mitattuna elementin käyttökelpoisella taajuusalueella 2,83 V:n tasolla (punertava: jänniteohjus; sininen: virtaohjaus). 2. harmoninen on alle 1000 Hz:n alueella merkittävästi vähäisempää virtaohjauksella, vaikka ylempänä ei ole enää oleellista eroa. Suurin parannus tapahtuu tässäkin 3. harmonisessa, joka putoaa 700 Hz:n yläpuolisilla taajuuksilla 10-15 dB.

 

[Legis]

Emer, oletko mitannut diskantteja/kompressioajureita virtaohjattuna tai oletko mitannut sarjavastuksiin perustuvan virtaohjauksen ja transkonduktanssivahvistimeen perustuvan virtaohjauksen suorituskykyeroja? Onko tässä ketjussa tehdyt mittaukset tehty sarjavastuksin tavallisella vahvarilla vai transkonduktanssivahvistimella? Olisi mielenkiintoista nähdä millaisia vaikutuksia diskanteilla saadaan aikaan ja onko laadukkailla sarjavastuksilla tehty virtaohjaus lähes yhtä hyvä kuin transkonduktanssivahvistin.

 

[emer]

Diskantteja olen hieman mittaillut, mutta en kompressioajureita. Kaikissa virtaohjausmittauksissa on käytetty transkonduktanssivahvistinta, jolla saavutetaan riittävä ulostuloimpedanssi.

Teoriassa jos jokin kaiuttimen särökomponentti johtuu pelkästään V/I-muunnoksesta, se vaimenee jänniteohjaukseen verrattuna suhteessa (ZO+ZL)/ZL, missä ZO on ulostuloimpedanssi ja ZL elementin impedanssi ko. taajuudella. Jos käytetään esim. 50 ohmin sarjavastusta jännitevahvistimen perässä ja ZL=10 ohm, saadaan suhteeksi (50+10)/10 = 6, jolloin särökomponentin vaimennus voi olla enimmillään 15,6 dB (=20 lg(6)).

Kalottidiskantit hyötyvät myös virtaohjauksesta, vaikka niistä mitattavat säröt ovat tavallisesti vähäisempiä kuin alempien taajuuksien elementeissä. Ferronesteellisissä säröä on ollut hieman enemmän kuin kuivissa.

Seuraavassa on modulaatiomittauksia 1 tuuman tekstiilikalottidiskantista Scan-Speak D2905/950000, jossa on tavanomainen ferriittimagneetti, ferronestetäyttö ja takakammio. Resonanssitaajuus on 550 Hz.

Alla on esitetty modulaatiosärön spektri jänniteohjauksella testisignaalilla, jonka taajuudet ovat tässä 2200 Hz (f1) ja 16 kHz (f2) jännitesuhteen ollessa 6:1. Signaalitaso on 2 Vrms. Tässäkin huomattavin modulaatiotuote syntyy taajuudelle f2-2f1 (11,6 kHz) ja on lähes 1% suhteessa syötettyyn 16 kHz:n äänekseen.

Vaikka tällaista lukemaa ei näillä taajuuksilla yleisesti vielä pidettäisi kovin vakavana, asiaan liittyy kuitenkin pahentava tekijä: Alkuperäinen äänes (tässä tapauksessa 16 kHz) voi jo jäädä kuuntelijan kuuloalueen ulkopuolelle, kun taas suurin modulaatiokomponentti (11,6 kHz) on vielä hyvin kuuloalueen sisällä.

Vastaava spektri virtaohjauksella nähdään alla. Tuntuvin modulaatiokomponentti (f2-2f1) pienenee yli 18 dB.

Kaksi matalampaa piikkiä yhden f1:n päässä alkuperäisestä ääneksestä eivät kuitenkaan pienene, ja tuote f2+f1 (18,2 kHz) itse asiassa kasvaa hiukan. Virtaohjaus ei kuitenkaan tuota mitään uusia särömekanismeja, vaan joissain tapauksissa V/I-muunnoksen särö voi olla onnekkaasti lähes vastavaiheista jollekin mekaanisen särön muodolle.

 

[Legis]

Paljon hyvää tietoa, kiitos.

Laskin, että testissäni virtaohjaus pystyi laskemaan V/I-muunnoksen säröjä keskimäärin ~9,7dB. Testasin 16ohm ominaisimpedanssin ajurilla (JBL 2446J) ja 33R sarjavastuksella ilman taajuusvasteen ekvalisointia. En pystynyt mittaamaan yksiselitteistä parannusta, mikä ei voisi selittyä myös taajuusvasteen pienehköillä muutoksilla. Mittalaitteistokaan ei ole huippuluokkaa, mutta luulen, että aivan testilaitteiston rajoilla ei oltu, sillä elektrostaattieni tuottamasta äänestä mittamikrofonini (konkkamikki, behringer emc8000) pystyy mittaamaan selvästi alhaisempia THD- ja IMD-arvoja kuin mihin kompressioajureilla pääsee ilman torvea.

Vaikka en pystynyt mittamaan eroa, on ääni mielestäni parempi sarjavastuksella. Yläpäätä (ja vähän alapäätäkin) tulee luonnollisesti enemmän ja pieni suhina on tiessään, mutta suurin ero on siinä, että ajuria on helpompi kuunnella, rasittavuus pienenee. Tämä siitä huolimatta, että alapäässä on muutama resonanssi, jotka virtaohjauksella piikittävät vähän enemmän, ja sarjavastus on perinteinen 50w tehovastus, joka ei elektrostaattieni sarjavastuksena soundaa yhtä hyvältä kuin esim. ei-induktiiviset filmivastukset, joiden jalat ovat kuparia. Tulen hyvin todennäköisesti virtaohjaamaan ajureitani jossain määrin, mutta täytyy jatkaa testejä. Olisi mielenkiintoista jos saisit jostain käsiisi kompressioajurit ja voisit mitata ne.

Kompressioajureiden särön määrä on jossain määrin myös pelkkä matemaattinen laskutoimitus, sanotaan. Kalvon liike on sen verran pientä, että moottorin ja ripustusten epälineaarisuus ei dominoi, vaan ilman kompressoituminen vaiheplugissa. Täältä löytyy kompressioajurin särön estimointikaava lopusta: http://cyrille.pinton.free.fr/elect...rs/JBL_high-frequency-compression-drivers.pdf Saattaa olla, että kompressioajureilla virtaohjauksen hyöty ei ole yhtä suuri, ainakaan objektiivisilla suureilla mitattuna, kuin ilmaa kompressoimattomilla elementeillä (ainakaan taajuuksilla joilla kalvo ei pahemmin liiku, mutta 1khz ympäristössä ja sen alapuolella tilanne lienee toinen)?

JBL myös käyttää kompressioajureiden moottorissa oikosulkurengasta, joka komprensoi puhekelan induktanssia ja tekee Le(X):stä lineaarisemman (Le vaihtelee vähemmän puhekelan paikan mukaan). Tämä varmaan tekee moottorista paremman V/I-konvertterin? Puhekelan runko on kaptonia.

 

[emer]

Kompressioajureissa on tosiaan tuota väistämätöntä epälineaarisesta puristumisesta johtuvaa säröä, joka ei tietysti virtaohjaamallakaan parane. Toisaalta niissä liike-smv:n osuus kokonaisjännitteestä on melko suurta koko käyttöalueella ja induktanssikin on kohtalainen, joten mahdollisuudet V/I-muunnoksen tuottamiin häiriöihin ovat vastaavat kuin suorasäteilijöillä, vaikka harmoninen särö ei niitä paljastaisi. Alataajuuksilla impedanssihuippujen kohdille tulee luonnollisesti korostusta, mutta ylätaajuuksilla induktanssin eliminoitumisen tuoma nousu on pelkästään eduksi. Tässäkin virtaohjausta varten tarvittaisiin hieman erilaista suunnittelua, aivan kuten bassoelementeissäkin.

Tuo ilman torvea mittaaminen ei välttämättä kerro paljon todellisesta käyttötilanteesta, sillä torven tuoma kuormitus vaikuttaa aika suuresti ajurin toimintaan. Kiitos kuitenkin kokemusten jakamisesta.

Elektreettimikrofonit eivät oikein sovellu särön mittaamiseen, sillä niissä on voimakas toinen harmoninen särökomponentti ja tätä vastaavat modulaatiotuotteet johtuen mitä ilmeisimmin kapselin FET-transistorista.

Alla on verrattu erään virtaohjatun basso-keskiäänisen säröä kaksitaajuussignaalilla mitattuna samasta pisteestä elektreettimikrofonilla (Dayton EMM-6) ja dynaamisella mikrofonilla (Sennheiser e815 S). Arvioitu äänenpaine mittauskohdassa oli n. 105 dB.

Nähdään, että Dayton tuottaa tällä äänenpaineella jo 1,8% (-35 dB) toista harmonista (600 Hz). Sennheiserin näyttämät säröt sen sijaan ovat todellisia, sillä ne eivät riippuneet mittausetäisyydestä. Daytonin tuottama modulaatiosärö 2 kHz:n ääneksen ympärillä on vastaavasti 5%. Piikki 4 kHz:llä puolestaan kertoo, että 2. harmoninen on n. 0,3% äänenpaineen (2 kHz) olessa n. 90 dB.

Taajuusvaste- ja äänenpainemittauksiin nämä huokeat kondensaattorimikrofonit ovat aivan omiaan, mutta mihinkään muuhun niitä ei pitäisi käyttää.

 

[mhelin]

Elektreettimikrofonit eivät oikein sovellu särön mittaamiseen, sillä niissä on voimakas toinen harmoninen särökomponentti ja tätä vastaavat modulaatiotuotteet johtuen mitä ilmeisimmin kapselin FET-transistorista.

Taajuusvaste- ja äänenpainemittauksiin nämä huokeat kondensaattorimikrofonit ovat aivan omiaan, mutta mihinkään muuhun niitä ei pitäisi käyttää.

Vika ei ole sinällään FET-trankuissa vaan niiden biasoinnissa tuossa kytkennässä:

http://www.electronics-tutorials.ws/amplifier/amp_4.html

Halvoissa kapseleissa tyypillisesti on FET:in source kytketty kapselin runkoon joten tuohon väliin ei saa vastusta (tai aktiivista current sourcea) joka vaadittaisiin biasointia varten. Noita kapseleita on toki mahdollista modata ("linkwitz mod" hakusanalla googlesta löytyy lisää infoa), tai voi käyttää jotain kapselia missä on kolme terminaalia joista yksi on FET:in source (Sennheiserilla on tällainen KE-4 kapseli jota joskus sai Elfasta, tosin siinäkin näyttää olevan diodi G ja S terminaalien välissä: https://www1.elfa.se/data1/wwwroot/assets/large/3010100-11.jpg ).


Tuo virtaohjaus, millä elementeillä siitä on eniten hyötyä? Näyttäisi että PA-elementeillä ainakin. Omassa Audio Pro subbarissa on myös virtaohjattu pääte, mutta siihenkin on yhdistetty positiivinen takaisinkytkentä joten en osaa sanoa säröstä tms. mitään fiilareita.

 

[emer]

Vika ei ole sinällään FET-trankuissa vaan niiden biasoinnissa tuossa kytkennässä:

http://www.electronics-tutorials.ws/...ier/amp_4.html

Halvoissa kapseleissa tyypillisesti on FET:in source kytketty kapselin runkoon joten tuohon väliin ei saa vastusta (tai aktiivista current sourcea) joka vaadittaisiin biasointia varten.

Tuostahan se tarkemmin sanottuna luultavasti johtuu, eli että käytetään (ilmeisesti vahvistuksen takia) säröistä yhteislähde-kytkentää, kun pitäisi käyttää lähdeseuraajaa. Nämä mikrofonit eivät myöskään anna balansoitua signaalia, vaan ainoastaan napa 2 on elävä. Kuinka yleistä tällainen sitten lienee, en tiedä, mutta kenties näin halutaankin saada jotain konkreettisia eroja huokeiden ja kalliimpien mikrofonien välille, jotta nämäkin menisivät kaupaksi.

Tuo virtaohjaus, millä elementeillä siitä on eniten hyötyä? Näyttäisi että PA-elementeillä ainakin. Omassa Audio Pro subbarissa on myös virtaohjattu pääte, mutta siihenkin on yhdistetty positiivinen takaisinkytkentä joten en osaa sanoa säröstä tms. mitään fiilareita.

Kenties subbareita lukuun ottamatta kaikki dynaamiset elementit kyllä hyötyvät. Jos puhutaan pelkästään mitattavista säröistä, näyttäisi kuitenkin siltä, että mitä suurempi elementti, sitä pienemmille taajuuksille parannus yleensä yltää. Jos em. modulaatiotestissä f1 lasketaan 100 Hz:n paikkeille tai alle, pienillä ( =< 5") elementeillä mekaanista alkuperää oleva 2. kertaluvun modulaatiosärö eli f2-f1 ja f2+f1 alkaa yleensä dominoida ohjaustavasta riippumatta vieläpä niin, että särö on suurempaa kuin mitä pelkkä Bl-modulaatio ko. liikepoikkeamalla voisi selittää. Tulkintani on, että tässä ja pienillä elementeillä nousevat helposti hallitsevaksi rocking-mode- eli keinuntasäröt, joihin virtaohjauskaan ei luonnollisesti tepsi, vaikkakin spektri muuten siistiytyisi.