Virtaohjaus/current driving

^Kiitos vihjeestä.

Varsin yleinen kaksijakoinen asennehan siinä taas. Pyrkii näyttäytymään avoimena ja asiaan perehtyneenä, mutta puhelee pitkäveteisesti lähinnä vain taajuusvasteen muotoilun näkökulmasta, eikä näy ymmärtävän mitään virran säröytymisestä ja sen haittavaikutuksista. Suunnilleen kymmeneen kertaan vakuuttelee samaa, kuinka jänniteohjaus on universaali käytäntö ja kaikki on kuitenkin tehty ja tarkoitettu vain siihen sopivaksi. Lopussa haukkuu sitten virtaohjausta promovoineet kaistapäiksi (nutcases) ja käy myös kirjaani vastaan julistaen kaikki sen kytkennät kelvottomiksi tietenkin ilman ensimmäistäkään perustetta.

Olen lähettänyt hepulle noottia viimemainitusta, mutta en ole kovin toiveikas korjausliikkeestä.

Vahvistimien toteutuksessa tällä näyttää olevan se harhakäsitys, että stabiilisuuden turvaava minimivahvistusvaatimus pitäisi toteutua kaikilla taajuuksilla, mikä rajoittaa sitten pahasti noita kytkentöjä. Todellisuudessa on kuitenkin aivan riittävää, että tämä vaatimus täyttyy vain niillä taajuuksilla, joilla silmukkavärähtely on mahdollista eli käytännössä megahertsien alueella, joten audiokaistalla tästä rajoituksesta ei tarvitse välittää.
 
Minua häiritsi ylimalkainen suhtautuminen kaiuttimen tuottamaan säröön ja särön syntymekanismeihin. Ikään kuin Rod Elliott olisi tahallaan jättänyt koskematta pihviin, joka oli tuotu hänen eteensä lautasella. Hän toi esille kompression ja mätki sitä hetken kuin satunnaista olkiukkoa, mutta kumminkin väisti pihvin.
 
RE on nyt kuitenkin poistanut artikkelista kirjan teilanneen virkkeen. Kovasti pahoitellen sanoi sitä erehdykseksi ja tarkoittaneensa oikeastaan joitain muita kytkentöjä, joihin oli vuosien myötä törmännyt. Hyvä näin.

Kompressiosta ja yliohjauksesta puheen ollen virtaohjaus avaa kuitenkin mahdollisuuden käyttää rinnakkaismuotoisia suojapiirejä, joilla tehoa voidaan säännöstellä kontrolloidusti transistoreja käyttäen, mikä ei jänniteohjauksessa oikein onnistu.
 
Lueskelin raporttia, jonka mukaan pietsoelementti muuttuu selvästi lineaarisemmaksi jos sitä ohjataan jännitesignaalin sijasta varauksella ts. virran integraalilla. Jotenkin täytyy varmaan takaisinkytkennässä ottaa huomioon ettei vahvistin aja pietsoa toiseen laitaan.

A review of the voltage, charge and capacitor insertion methods for driving piezoelectric actuators has been presented in this paper. Advantages and disadvantages of each method have been highlighted. Based on the review and the results obtained from the experiments performed, it can be concluded that:

• Although the implementation of a voltage amplifier to drive a piezoelectric actuator is the easiest of the methods, it leads to large amount of hysteresis and creep. Accurate modelling of hysteresis and creep followed by the design of a robust controller would be required if a piezoelectric actuator, driven using a voltage amplifier, was to be implemented in precise positioning applications.

• Using a charge amplifier leads to approximate linearisation of a piezoelectric actuator’s response. Since the sensing capacitor of the charge amplifier discharges quickly, a reduction in creep might not be possible while using a charge amplifier to drive a piezoelectric actuator. A charge amplifier is not readily available and would thus need to be designed. Moreover, to assure a reduction in hysteresis in static operations, precise calibration of the charge amplifier is required. As compared to a voltage amplifier, a charge amplifier is therefore complicated to implement.
J. Minase, T.-F. Lu, B. Cazzolato, S. Grainger: "A review, supported by experimental results, of voltage, charge and capacitor insertion method for driving piezoelectric actuators". Precision Engineering, 2010. doi:10.1016/j.precisioneng.2010.03.006

Tämähän ei ole enää sama asia kuin se virtaohjaus jota Esa Meriläinen on tuonut esille, koska pietsosähköisen elementin toimintaperiaate on aivan eri kuin sähködynaamisen. Mielenkiintoista on silti havaita, että molemmissa tapauksissa samankaltaisella parannuksella on mahdollista saada huomattava säröä vähentävä korjaus signaaliin.
 
Hieman selvennän tuota edellistä.

Jos pietsoelementti olisi ideaalinen kapasitanssi (mitä se ei koskaan ole), tällöin jännitesignaali olisi täsmälleen samanmuotoinen kuin sähkövaraus ja virran integraali. Pietsoelementin epälineaarisuuksista johtuen jännitesignaali ei noudata sähkövarausta ja virran integraalia vaan eroa on, ja tämä ero on käytännössä huomattava pietson särön aiheuttaja jos pietsoa ohjataan jännitesignaalilla.

Pietsoelementin ohjaaminen virran integraalilla tarkoittaa että viimeisen vahvistinasteen täytyy olla toiminnaltaan jonkinlainen transkonduktanssivahvistin, ja mukana täytyy olla myös jokin takaisinkytkentä joka poistaa DC-offsetin. Pelkkä pietson rinnalle kytketty vuotovastus tai putkivahvistimen tapauksessa audiomuuntajan toisiokäämi voivat toteuttaa offsetin poiston. Päätevahvistinta edeltävä lineaarinen suodatus tarvitaan taajuusvasteen oikaisemiseen.

Jännitevahvistimen voisi periaatteessa korvata derivaattorin ja transkonduktanssivahvistimen yhdistelmällä. Toisaalta, jos pietsokaiuttimen taajuusvasteen suoristamiseen tarvitsisi yhtä tai useampaa integraattoria, tällöin yksi derivaattori ja yksi integraattori tekisivät toisensa tarpeettomiksi.
 
Viimeksi muokattu:
Vs: Aperiodinen vai suljettu vai molemmat samassa paketissa?

Kokemusta ei ole, mutta jotkut asiat datalehdessä vähän kuulostavat epäilyttävältä: Eturipustus on niin ohutta, ettei se tue kartiota. Mikähän sitten tukee vai eikö ole väliä? Kielletään myös käyttämästä minkäänlaisia testisignaaleita. Paljastuisiko kenties jotain?

Pulpahti muuan ajatus. Esa käytti virtaohjauksen demoiluun puhdasvirta-laajakaistakaiuttimessaan Scan-Speakin basso-keskiäänistä 15W/8434G00, mikä oli tavallaan hieno valinta, koska sillä voi esitellä virtaohjauksen kykyä jatkaa kaiuttimen yläpään kaistaa. Tavallaan virtaohjaus tekee luonnostaan sellaisen taajuusvasteen korjauksen, joka jänniteohjauksen tapauksessa tulisi tehdä erikseen. Mutta, samaan tarkoitukseen voisi käyttää laajakaistaelementtiä, jonka suunnittelussa on alusta alkaen tähdätty myös korkeiden taajuuksien tasapainoiseen toistoon.

Myös laajakaistakaiuttimille normaalia on, että jos halutaan bassotoistoa, elementistä täytyy tulla suurehko, ja silloin diskanttipään toisto kärsii. Jos taas halutaan diskantti kunnolla kuntoon, elementti tuppaa jäämään pieneksi, jolloin bassoa ei paljon lähde. Ainahan järjestelmää voisi korjata subwooferilla tai superdiskantilla, mutta en aio käsitellä sitä vaihtoehtoa. Ajattelin enemmänkin toteutusta Esan antamaa esimerkkiä mukaillen: Otetaan jokin suurehko yhden kartion laajakaistaelementti, jonka toistovaste korkeilla taajuuksilla notkahtaa hieman ennenaikaisesti, ja sovelletaan virtaohjausta sen kanssa. Tällaisia elementtejä on markkinoilla useita, joten valinnanvaraa riittää. Goodmans Axiette on juuri sen kaltainen ja sen jälkeen kymmenien vuosien aikana on markkinoille tullut muita samantyyppisiä.

Basso-keskiäänisen suunnittelija tuskin on paljonkaan vaivannut päätään sillä, että joku joskus haluaisi käyttää kyseistä elementtiä myös audiokaistan yläpään toistoon, joten siihen liittyvät optimoinnit esimerkiksi kartion muotoon on jätetty tekemättä. Mutta laajakaistaelementin suunnittelijan tavoitteissa elementin toistokaistan venyttäminen on ollut alusta asti. Monissa tapauksissa kaistaa pitäisi jatkaa vajaan oktaavin verran.
 
Vs: Aperiodinen vai suljettu vai molemmat samassa paketissa?

Otetaan jokin suurehko yhden kartion laajakaistaelementti, jonka toistovaste korkeilla taajuuksilla notkahtaa hieman ennenaikaisesti

Tuollaisia tarkoittamiani laajakaistaelementtejä ovat esimerkiksi:
  • Goodmans Axiette (tuotanto loppunut useita vuosikymmeniä sitten)
  • Phy-HP useat elementit (varsin hintavia)
  • Visaton B200
  • Kaipa niitä on muitakin, eipä nyt muistu mieleeni.
 
Vs: Aperiodinen vai suljettu vai molemmat samassa paketissa?



Tuollaisia tarkoittamiani laajakaistaelementtejä ovat esimerkiksi:
  • Goodmans Axiette (tuotanto loppunut useita vuosikymmeniä sitten)
  • Phy-HP useat elementit (varsin hintavia)
  • Visaton B200
  • Kaipa niitä on muitakin, eipä nyt muistu mieleeni.
Tangband W8-1808 , Tangband W5-1880 , Tangband W8-2314 ja Seas FA22RCZ edukkaat laajakaista elementit. Sikakallis SEAS Exotic F8 laajakaista elementti.
 
Viimeksi muokattu:
Pari vuotta sitten esimerkiksi mainitsemani Visaton B200 ei kenties ole aperiodiseen kaiuttimeen parhaiten sopivia, kun siinä on aika iso QTS. Taannoin laadin luetteloa elementeistä, jotka saattaisivat paremmin sopia aperiodiseen koteloon ja sitä kautta myös virtaohjaukseen.

Siihen luetteloon tuli tällaisia laajakaistaelementtejä:

Tang Band W3-1878
Markaudio Alpair 12P
Tang Band W3-1318SA
Tang Band W5-1880
Tang Band W4-2142
Markaudio Alpair 12
Markaudio Alpair 10P g1
Tang Band W3-1285SG
Tang Band W3-1335SB
Tang Band W4-1337SDF
Tang Band W4-1320SIF
Jordan Eikona
Tang Band W4-1337SD
Markaudio CHR-120
Tang Band W4-1320SI
Tang Band W3-1320SJF
Tang Band W5-2143
Tang Band W3-881SJF
Markaudio CHN 110
Tang Band W5-1611SA

Tang Band näkyy olevan luettelossani hyvin edustettuna. Tämä johtunee vain kyseisen valmistajan malliston laajuudesta eikä sen ihmeellisemmistä syistä.

Jotkut elementit tuossa luettelossa eivät toista matalia taajuuksia hyvin, joten ne eivät siltä osin aivan vastaa alkuperäistä ideaa. Toisaalta niiden taajuusvaste ylettyy varsin hyvin korkeille taajuuksille, joten ne eivät siinäkään mielessä vastaa sitä ideaa. Kaikki suuret elementit muuttuvat korostetun suuntaaviksi korkeilla taajuuksilla. Siihen saattaisi auttaa itse tehty akustinen linssi. Linssin tarkoitus olisi levittää säteilykeilaa korkeilla taajuuksilla. Linssin voisi ehkä muodostaa pinoamalla muotoon leikattuja ohuita huopapaloja.

Woofer Assisted Wideband kiinnosti myös. Eniten kiinnosti sellainen rakenne missä on kaksi bassoelementtiä, yksi alhaalla ja toinen ylhäällä, ja laajakaistaelementti keskellä edellisten välissä. Siksi hahmottelin, mitä elementtejä voisi kokeilla yhdistellä. Tässä keksimiäni mahdollisia yhdistelmiä:

Aurum Cantus AC130F1 + Tang Band W3-1878
Scanspeak 15W/8434G00 + Jordan Eikona
Tang Band W6-1559S + Markaudio CHN 110
SEAS X2-08 EXOTIC W8 + Markaudio Alpair 12P

Elementit olisivat erillisissä aperiodisissa koteloissaan ja jakotaajuus olisi haettu alhaalta, jotain 200 Hz tjsp.
 
En sekaantus laajakaistoihin tässäkään vaihtoehdossa. Tavoitteena oli parantaa ääntä eikä huonontaa. Perinteisen subin käyttö olisi varmaan järkevää.
 
En sekaantus laajakaistoihin tässäkään vaihtoehdossa. Tavoitteena oli parantaa ääntä eikä huonontaa. Perinteisen subin käyttö olisi varmaan järkevää.
Laajakaistoista saa kyllä erittäin hyvää ääntä. Toimisi varmasti tällaisessakin sovelluksessa.

Lähetetty minun KB2003 laitteesta Tapatalkilla
 
Jos laajakaistakaiutin joutuu äärirajoilleen esimerkiksi matalilla taajuuksilla, kyllähän se tuottaa epämiellyttävää säröä. Myös tästä syystä WAW on warteenotettava vaihtoehto. Sitten on vielä tuo laajakaistaelementin ylimääräinen suuntaavuus korkeilla taajuuksilla, ja sitä voisi korjailla akustisella linssillä.

Edellä sanoin: "Elementit olisivat erillisissä aperiodisissa koteloissaan ..." Tällä tarkoitin sanoa sitä että jokaiselle elementille on oma muista erillinen akustinen tila saman kaiutinkotelon sisällä siten että elementit eivät mölise toisilleen siellä kotelossa. Ilmaisin ensin itseäni epäselvästi, joten päätin että minun on parasta hiukan tarkentaa.
 
Jos laajakaistakaiutin joutuu äärirajoilleen esimerkiksi matalilla taajuuksilla, kyllähän se tuottaa epämiellyttävää säröä. Myös tästä syystä WAW on warteenotettava vaihtoehto. Sitten on vielä tuo laajakaistaelementin ylimääräinen suuntaavuus korkeilla taajuuksilla, ja sitä voisi korjailla akustisella linssillä.

Edellä sanoin: "Elementit olisivat erillisissä aperiodisissa koteloissaan ..." Tällä tarkoitin sanoa sitä että jokaiselle elementille on oma muista erillinen akustinen tila saman kaiutinkotelon sisällä siten että elementit eivät mölise toisilleen siellä kotelossa. Ilmaisin ensin itseäni epäselvästi, joten päätin että minun on parasta hiukan tarkentaa.
Jokaisella elementillä on rajoituksensa. Jos sitten monitiessä paskotaan useiden elementtien yhteensopimattomuutta jakareilla ja tehdään kompromisseja eri taajuusalueiden sovitukseen... Saa sitten kuunnella alle 30hz ääniä lisänä ja "keskittyä" loistavaan ääneen muuallakin kuin spotissa... Onko parempi vai huonompi?

Ei siinä. Olen oikeasti sitä mieltä että molemmilla tavoilla voi saada erittäin hyvää ääntä. Tuo edellisen viestittelijän dissaus ja perustelemattomuus vain nosti niskakarvoja pystyyn.

Lähetetty minun KB2003 laitteesta Tapatalkilla
 
Tässä on eräänlainen ratkaisu tarjolla.
However, the pesky hysteresis distortion is in reality that Le changes abruptly with time as the current passes prior reversal points. This distoriton grows with frequency and we can benefit form adding more impedance in series with the driver towards higher frequencies, e-g- by adding an air cored inductor.
Lähde: https://www.diyaudio.com/community/...-for-loudspeakers.250272/page-39#post-7270162

Suomeksi: Dynaamisen kaiutinelementin särö tulee elementin epälineaarisesta induktanssista, joka onneksi ei ole suuri. Kytketään sarjaan ulkopuolinen lineaarinen induktanssi, siis ilmasydäminen kela, joka on edellä mainittuun kaiutinelementin omaan epälineaariseen induktanssiin verrattuna huomattavasti suurempi, ja siten dominoi kokonaisinduktanssia.

Bingo! Indeed, see below, this gives you effectively the same benefits as 5:1 current drive, but using a voltage amp:
Reduce_distortion_caused_by_nonlinear_inductance_of_driver.png
We don't need current drive, in fact we need to come up with solutions that don't require current drive. The above example with 8 Ohm driver will usually be -6dB at 3KHz. That 0.5mH is rather stable, it is the 0.1mH that is not. In fact it produces a voltage in the voice coil that leads to distortion, the much larger external inductor suppresses that.
Lähde: https://www.diyaudio.com/community/...-for-loudspeakers.250272/page-48#post-7452262

Ymmärrän idean siten että tässä ei virtaohjauksen periaatetta mitenkään kiistetä, mutta etsitään oikotietä särön vähentämiseksi. Ilmasydämisen kelan (todennäköisesti toroidin) kytkeminen sarjaan kaiutinelementin kanssa vähentää kaiutinelementin epälineaarisen induktanssin aiheuttamaa säröä. Sivuvaikutuksena sarjaan kytketty induktanssi aiheuttaa loivan alipäästösuodatuksen, joka voidaan kumota erillisellä loivalla suodattimella jossain edeltävässä vaiheessa, esimerkiksi ennen vahvistinta.
 
Tässä on eräänlainen ratkaisu tarjolla.

Lähde: https://www.diyaudio.com/community/...-for-loudspeakers.250272/page-39#post-7270162

Suomeksi: Dynaamisen kaiutinelementin särö tulee elementin epälineaarisesta induktanssista, joka onneksi ei ole suuri. Kytketään sarjaan ulkopuolinen lineaarinen induktanssi, siis ilmasydäminen kela, joka on edellä mainittuun kaiutinelementin omaan epälineaariseen induktanssiin verrattuna huomattavasti suurempi, ja siten dominoi kokonaisinduktanssia.


katso liitettä 269542

Lähde: https://www.diyaudio.com/community/...-for-loudspeakers.250272/page-48#post-7452262

Ymmärrän idean siten että tässä ei virtaohjauksen periaatetta mitenkään kiistetä, mutta etsitään oikotietä särön vähentämiseksi. Ilmasydämisen kelan (todennäköisesti toroidin) kytkeminen sarjaan kaiutinelementin kanssa vähentää kaiutinelementin epälineaarisen induktanssin aiheuttamaa säröä. Sivuvaikutuksena sarjaan kytketty induktanssi aiheuttaa loivan alipäästösuodatuksen, joka voidaan kumota erillisellä loivalla suodattimella jossain edeltävässä vaiheessa, esimerkiksi ennen vahvistinta.
Näitä virtaohjausjuttuja lukiessa annoin itseni ymmärtää, että kaikki elementin kanssa sarjaan kytketty impedanssi hyvälaatuisilla komponenteilla vähentää säröä. Sitä en kyllä osaa sanoa, että toimiiko tuo kela jotenkin paremmin kuin sarjavastus..
 
Näitä virtaohjausjuttuja lukiessa annoin itseni ymmärtää, että kaikki elementin kanssa sarjaan kytketty impedanssi hyvälaatuisilla komponenteilla vähentää säröä. Sitä en kyllä osaa sanoa, että toimiiko tuo kela jotenkin paremmin kuin sarjavastus..
Näissä molemmissa ratkaisuissa on molemmissa omat etunsa ja huonot puolensa.
  • Ilmasydäminen kela on lineaarinen induktanssi. Sen eduksi voidaan katsoa että kaiuttimen herkkyys on edelleen hyvä matalilla taajuuksilla, ja pieni induktanssi ei paljonkaan vaikuta matalilla taajuuksilla, joten bassoresonanssi tulee hoideltua kuten jänniteohjatuissa kaiutinratkaisuissa yleensä. Huonona puolena sitten taajuusvasteen korjaamisen tarve, kun induktanssi vaimentaa korkeita taajuuksia.
  • Vastus on oletetusti lineaarinen resistanssi. Sen eduksi voidaan katsoa taajuusriippumattomuus, joten erillistä taajuusvasteen oikaisua ei tarvita, ellei sitten nimenomaan bassoresonanssin vuoksi. Huonona puolena kaiuttimen herkkyyden osittainen menettäminen koko audiokaistalla.
Nämä nyt ovat sellaisia vaihtoehtoja, että pitää vähän tarkemmin tuumata. Erilaisia käytännön seurauksia tulee kummastakin.
  • Jos käyttää hyväksi kaiutinelementin kanssa sarjaan kytkettyä lineaarista induktanssia, kaiuttimen akustinen rakenne voi pysyä samanlaisena kuin perinteisesti jänniteohjatuilla kaiuttimilla muutenkin on. Mutta sitten joutuu laittamaan jonkinlaista taajuuskorjainta tai suodatusta jonnekin päin signaaliketjussa. Ehkäpä se ei ole mikään iso juttu, ja siinä tapauksessa tämä voi olla hyväkin vaihtoehto.
  • Jos käyttää hyväksi sarjavastusta, kaiuttimen rakenne on syytä saada aperiodiseksi, ja bassoresonanssin saa kuriin sillä tavoin. Sarjavastus laskee kaiuttimen herkkyyttä ja kasvattaa kuorman kokonaisimpedanssia, mutta jännitettä nostavalla audiomuuntajalla voi suurelta osin kompensoida herkkyyden menetystä. Aperiodisen kaiuttimen rakentaminen teettää töitä, ja jonkin valmiin kaiuttimen muuntaminen aperiodiseksi ei välttämättä onnistu.
Eiväthän nämä mitään täydellisiä ratkaisuja ole. Molemmissa on omat kompromissinsa.
 
Viimeksi muokattu:
joo, ihan sen mukaan hyödyntää mikä sopii milloinkin tilanteeseen, pääasiassa kyseessä on juurikin sarjaimpedanssin kanssa pelaaminen. Virtaohjausvahvistin ja vastus nostaa piirin impedanssin koko taajuuskaistalla, sarjakela vain ylätaajuuksilla, tai konkka matalilla. Passiivikaiuttimen suotimen voi rakennella enempi tai vähempi säröä pudottavaksi, ja tärkeintä onkin että osaa ajatella asiaa ja hyödyntää sopivalla tavalla kussakin projektissa. Tietotaito auttaa myös systeemisuunnittelussa ja elementtien valinnassa.
 
Back
Ylös