Forsterkere, tall og teknikk vs lyd.

[Snickers-is]

Hei!
Er det slik at forvrengningen vil øke dersom det switches på et høyere frekvensnivå?

En klasse D har følgende syklus:
Positiv transistor åpen.
Begge lukket (dødtid).
Negativ transistor åpen.
Begge lukket (dødtid).

Den beregnede dødtiden er et kompromiss mellom sikkerhet, effektivitet, komponentkvalitet og konstruksjonens switchepresisjon på den ene siden og forvrengning og HF-støy på den andre. (HF-støy følger ikke slavisk dødtiden).

Dødtiden utgjør en fast prosentvis andel av den totale perioden, men for å klare å håndtere de ikke variable problemene den er der for må den spesifiseres som en tidskonstant. Det vil si at den er for eksempel 25ns selv om switchefrekvensen er det ene eller det andre. Det vil også si at doboer man switchefrekvensen øker man også hvor stor del av denne perioden som er dødtid.

Et eksempel viste at med 25ns dødtid fikk man i en gitt konstruksjon 0,18% THD. Man økte så dødtiden til 40ns og fikk en økning i THD til 2,1%.

Om man har en switcfrekvens på 500kHz vil 25ns være det samme som 1/40 av den totale switcheperioden. Øker man switchefrekvensen til 1Mhz (det dobbelte) øker man dødtiden fra 1/40 til 1/20 av signalperioden.

Snakkes det da om distorsjon?

Distortion er engelsk for forvrengning.

Jeg kikket på sidene til M-blokkene og fant ikke data hverken om stigetid,distorsjon eller bandbredde, er dette stort sett uviktige data, satt f.eks. opp mot damping factor som jo står oppgitt.

Dersom det er Oberon du sikter til så skulle jeg gjerne oppgitt mer data, men det betinger også at folk kan få noe ut av å lese dem. Ikke bare bruker mange produsenter ulike skjulte forutsetninger for målingene men mange av dem lyver også kraftig når de oppgir tekniske data.

Når det gjelder dempningsfaktor så er dette den delen av en klasse D som av natur får den til å minne mest om en transistorforsterker. Dette gjelder da spesielt i bassen.

Jeg tenker da på et helt generelt grunnlag.

Generelt skulle man hatt en etablert standard for å oppgi måledata på audioprodukter. Det er alt for lett å skjule vesentlig informasjon og slippe unna med det. Man måler for eksempel noen ganger ikke frvrengning over 4. orden, og det er jo den over 4. orden som begynner å bli skikkelig hørbar. En annen ting er at man slår sammen all harmonisk forvrengning til THD, og man aner ikke noe om det er hørbar eller ikke hørbar forvrengning.

Det er fort gjort for mange av oss med mindre teknisk innsikt å gå seg litt vill i "datajungelen"
F.eks. vil mange være av den oppfatning av at jo høyere dempefaktor jo bedre, mens jeg har observert (i tidligere tråd om akkurat dette) at dempefaktor særlig over 100-150 ikke har alt for stor betydning.

Dempningsfaktoren er i seg selv ikke så betydningsfull. Det er derimot måten man har klart å oppnå den på. En del teknikker gir høy dempningsfaktor men i praksis mindre kontroll. Det er også vesentlig hvordan den beholder sin karakteristikk ved høye effekter.

Det er mange forsterkere som mister sin linearitet fullstendig ved høye effekter. Mange motkoblingsfrie forsterkere lider under dette. Dette er også den typiske rørforsterker sin store akilleshel, men untak finnes det også en del av.

Dempningsfaktoren er jo et tall for hvilken motstand som ligger mellom det forsterkede signalet og selve høyttalerteminalene. Her finnes det forsterkere som måler laver motstand på terminalene enn hva som faktisk er i kablene fra forsterkerens kretskort og frem til terminalene. Du kan sikkert selv tenke deg hvor uvesentlig motstanden i 10cm tykk kobberkabel egentlig er?

Et annet vesentlig poeng er forsterkerens dempningsfaktor mot rekative laster. Det som er så spesielt med en reaktiv last er at den trekker strømmen den skal ha enten før eller etter at forsterkeren er forberedt på å levere den. I en klasse AB-konstruksjon betyr det at man har høy utgangsimpedans når høyttalerne vil ha strøm. På en klasse A har man en slags "strømdeling" som gjør at man normalt router strømmen ut i transistorene, men når høyttalerne ber om den så router den strømmen dit i stedet. Dette betinger imidlertid at man har en godt balansert motkobling. En klasse D på sin side vil av natur ha omtrent samme utgangsimpedans i hele signalperioden. Dette er en teknikk man også utnytter til motorstyringer og andre reaktive laster.

THD er det jo veldig mange som verdsetter lavest mulig verdier og hevder at dette er av største betydning.

1% 2. harmonisk kan være vanskelig å høre. 0,01% 11. harmonisk kan være enkelt å høre, ja til og med plagsomt. THD er summen av alle forvrengningsordner, og derfor en av de minst interessante parametre man kan lese av.

Rørforsterkere og klasse D-forsterkere domineres av 2. og 3. harmonisk forvrengning. Untak finnes, men det er en ganske god regel. Transistorforsterkere har ofte lav forvrengning, men domineres av høye harmoniske som 7. 9. og 11. harmoniske. (Jeg har sett forsterkere som har vesentlig 17. harmonisk forvrengning, noe som gjør at en tone på 100Hz følges av en overtone på 1,7kHz). Ulike type transistorer, ulike motkoblingsmetoder og mye annet er med på å bestemme hva det totale forvrengningsmønsteret blir.

Stigetid Mv/s (er det vel?) er også verdi som den ene eller andre bruker å sette opp i databladet sitt, her er størst mulig tall best.

Stigetid er interessant på en klasse AB. Man kan oppgi den i Mv/s men det er det samme som den mer brukte v/
µs.

Det eksempelet jeg kommer på i farten er Pass Labs X600. Denne har en høy båndbredde (lurer på om det er 1MHz.) Stigetiden er imidlertid som alltid på klasse AB en mer begrensende faktor. Ved full effekt mener jeg den har en båndbredde på ca 40kHz. Med andre ord er stigetiden det som begrenser båndbredden ved høye effekter.

En klasse D vil alltid ha en stigetid som er raskere enn forsterkerens maksimale båndbredde. Dermed er reell stigetid for forsterkeren det samme som båndbredden og ferdig med det. Man har langt bedre stigetid tilgjengelig, men det er altså andre faktorer som setter båndbredden lavere.

 

[Snickers-is]

Bandbredde er også så langt jeg har skjønt bedre jo større den er.

Båndbredden skal være stor nok, men en del konstruksjoner kan bli ustabile ved for høy båndbredde. Man begrenser båndbredden gjennom forsterkerens motkoblingssløyfe, eller i forwardsløyfen på en forsterker uten motkobling. Denne begrensningen må da legges lavere enn der selve forsterkerkretsen kan gå i selvsving.

Den beste grunnen til å lage en forsterker med høy båndbredde er fordi det ofte er fenomener som ligger så og så langt under selve maksgrensen, og man ønsker å få dem tilstrekkelig langt over det hørbare området.

Klasse AB har ikke store problemer med dette, det har imidlertid klasse D. Noen velger å løse dette ved å motkoble kraftig mens andre velger å løse dette ved å la den "puste mer fritt" og ikke ha like mye kontroll, altså mer som en rørforsterker.

Typiske motkoblingsfrie forsterkere (gjerne med MosFET), rørforsterkere og klasse D med naturlig utgangsimpedans får tilsvarende dominerende mønster av lave harmoniske forvrengningskomponenter. Det ser ikke så flott ut på papiret, men de vinner ofte popularitet for en varmere klang enn omvendte konstruksjoner.

For meg kan det virke som de forskjellige(produsenter) tar med/ lar være alt etter hvordan deres eget produkt kommer ut rent målemessig i forhold til div. konkurenter.

Definitivt, men i blant funderer jeg på om alle sitter med kompetansen som skal til for å gi mening til forvrengningskurvene. Et annet problem er at man skulle gjerne målt forvrengning med alle ordner fra 2. til 20. isolert fra hverandre for hver frekvens, ulike laster, ulike effekter og hele veien fra +60 til -6+ grader elektrisk fasevinkel. I tillegg til at dette er en mengde informasjon skal man i tillegg både forstå hva det betyr og hvordan det påvirker den subjektive opplevelsen.

Rørforsterkere liker vanligvis ikke å "briefe" for mye med dempefaktordata heller ikke THD.

De kan ha ganske imponerende data fra 4. harmonisk og oppover, altså det som er veldig hørbart.

Transistor liker gjerne å komme med THD og gjerne stigetid dersom dataene er gode nok det samme med dempefaktor.

Tallene kan være lave selv om den har vesentlig forvrengning ved høyere harmoniske. Et annet poeng er at selv om disse ligger prosentvis ganske lavt til tross for at de er ganske hørbare har man en lei vane med å ikke måle så veldig høye harmoniske.

Ice f.eks Midgaard kun dempefaktor.
Det er sikkert mer nyansert enn jeg her fremstiller.
Hva er THD på Mblokkene, hva er Mv/s. og hva er bandbredden.

Jeg vet sannelig ikke hvordan man skal kunne fremstille målinger som gir et sannhetsbilde av hvordan de fungerer i praksis. Problemet er å gjøre det på mindre enn 20-30 sider OG gjøre det forståelig for meningmann.

Hvilke faktorer er viktigst for oss amatører opp mot hva vi kan forvente å høre, med andre ord hva vil de fleste av oss lettest kunne oppfatte av generelt dårligere lydgjengivelse de forskjellige parametere satt opp mot hverandre?

Det letteste å høre er:
Dynamisk kompresjon.
Store avvik i frekvensgang når man skal drive en høyttaler.
Problemer med å kontrollere reaktive laster.
Mye forvrengning i de høyere harmoniske.

Ingen av disse faktorene vil komme frem i normale måledata.

Jeg veit jo at vi er forskjellige og vektlegger forskjellig, noen vil jo muligens foretrekke en viss farging av lyden (dårligereTHD?) enn andre o.s.v

De fleste ender vel opp på et felles "nullpunkt" der vi kan enes om at ting er veldig bra. Problemet er vel at vi ofte befinner oss så utrolig langt fra dette, og da er det veldig smaksavhengig hva vi er villige til å gi avkall på først.

Kan det rimelig enkelt og forståelig forklares hvordan de forskjellige måledataene (som oftest) sannsynlig vil påvirke den gjengitte lyden etter hva de hevdes å være?

Nei, dette vil variere veldig fra høyttaler til høyttaler som er koblet til forsterkeren. Det finnes en del grunnleggende effekter, og som regel vil en forsterker med veldig høy dempningsfaktor i bassen kreve en annen plassering av høyttalerne enn en med veldig lav dempningsfaktor i bassen. Men igjen, det spørs hvordan denne dempningsfaktoren oppfører seg med reaktive laster, og det spørs hvordan man har oppnådd dempningsfaktoren.

Er det mulig at de forskjellige produsentene tat med/ikke tar med data alt etter hvorvidt de føler at det ene eller det andre oppleves som positivt/negativt av mottaker (kunden)?

Dessverre så er det nok sånn. Man kan vel kanskje heller si: Man tar med data som egentlig er ganske uinteressante og legger stor vekt på dem. Med andre ord er ofte de dataene man tar med ganske uinteressante, men det er nok også tilfellet for dem man velger å ikke ta med.

Da jeg vurderte hva jeg skulle ta med i den første brosjyren tenkte jeg litt sånn: Man må jo ha med noe i hvertfall selv om det i praksis ikke sier stort. Derfor utelot jeg stort sett det meste av det som ikke er entydig.

De mest interessante dataene er nok faktisk effekt, gain, strømforbruk i hvile og inngangsimpedans i tillegg til eventuelle konkrete features.

Min klasse D forsterker har en bandbredde på 1hz-80khz +-3db
Hva er vanlig på klasse D forsterkere og har dette sammenheng med hvilken frekvens det blir switchet på?

Det har delvis sammenheng med switchefrekvensen. Det er utgangsfilteret som bestemmer båndbredden, og det må ligge så og så langt under switchefrekvensen.

Klasse T (slik som dine) har ganske høy switchefrekvens. Den har høyere båndbredde enn for eksempel Oberon 6.1, mens 2.1 og 4.1 har omtrent tilsvarende båndbredde. Imidlertid er det hva som skjer under 20kHz som betyr noe, og der vet jeg både ICE-power og Tripath (klasse T) bruker det kompromisset som gir det beste kompromisset i det hørbare området. Om man bruker et filter på 6.1 som gir 80kHz båndbredde balanserer ikke lenger konstruksjonen og den oppfører seg ikke som den skal.

Nye Chapter skal visstnok switsche på veldig høy frekvens og akkurat her og nå husker jeg ikke hvilken frekvens min switcher på med det er også veldig høyt (mener jeg å huske)

Den har en quad-rail strømforsyning. Det er en konstruksjon fra Linear Devices. Det er rett og slett en strømforsyning med 4 kretser som summerer sine frekvenser til en 4dobbel frekvens. Denne har imidlertid ikke noe med selve forsterkertrinnet å gjøre, kun strømforsyningern.

Har dette noe med økt bandbredde å gjøre?

Med en switchfrekvens på 400kHz eller 100kHz i strømforsyningen påvirker man ikke båndbredden på forsterkeren. Husk at de fleste forsterkere har bare 50Hz. Imidlertid kan man bruke mindre kondensatorer jo høyere switchfrekvens man har.

Jeg har snakket med et firma vi samarbeider med om å gjøre et forsøk med å lage en strømforsyning rundt en quad-rail prosessor, men det er først og fremst for å få en veldig effektiv strømforsyning, og fordi man kan lage en 2kW strømforsyning med 500W trafoer som er veldig lette å få tak i. Ulempen er selvsagt at det krever fler komponenter, men tar man med komponentdimmensjonene i beregningen er jeg ikke så sikker på om det påvirker prisen.

 

[kbwh]

Utmerket! Takk for både spørsmål og svar!

 

[OMF]

Veldig Veldig BRA

Mvh
OMF

 

[knutinh]

Konklusjonen din er at for å lese noe særlig ut av forsterker-spesifikasjoner så må man nesten være forsterkerdesigner selv, og samtidig vriste målingene rett ut av hendene på konstruktøren (før markedsavdelingen får maltraktert den)?

Hvis thd er et meningsløst mål fordi lavere ordens harmoniske er mindre hørbare, finnes det noen perseptuell vekting av overharmoniske som gir et enkelt meningsfyllt tall? Evt oppgi thd som en sum av 1) thd opp til f.eks 4. harmoniske og 2) resten ?

Er det andre andre egenskaper ved forsterkere som har betydning enn lineære og ulineære egenskaper ved en gitt last?

-k

 

[nex_86]

Elektronikkprodukter i dag oppføres med  SVÆRT mangelfulle tekniske opplysninger, noe som gjøre det svært vanskelig for den gjennomsnittelige forbruker å anvende av disse opplysningene.

Det er skamfullt.. !!!

For å kunne nyttiggjøre seg av visse tekniske spesifikasjonene må man ofte vite testbetingelsene/ eller i forhold til hva som er referanse..

Mulig jeg setter høye krav fordi jeg jobber i elektronikkbransjen, men det skulle IKKE vært lov å oppgi mangelfulle opplysninger...

Bedre med færre tekniske spesifikasjoner, enn direkte feilledende opplysninger!!!

 

[Snickers-is]

nex_86: Jeg tror ikke vi kan forvente fullstendige opplysninger. I beste fall kan man opprette en utvidet standard til en viss grad beslektet med den gamle DIN-normen.

Vi må ha en måte å oppgi forvrengning på som kan fremstilles helst på en halv A4-side og gi et ganske fullstendig svar. Slik det er i dag må man ha minst 18 harmoniske ordner i hvert sitt diagram, man må ha minst 6 ulike effekttrinn for hver av dem, og man må igjen ha minst 20 ulike last tilstander. Det betyr over 2000 kurver. Det eksisterer ikke mange forsterkerkonstruksjoner der alt dette faktisk er gjort.

 

[Snickers-is]

Hvis thd er et meningsløst mål fordi lavere ordens harmoniske er mindre hørbare, finnes det noen perseptuell vekting av overharmoniske som gir et enkelt meningsfyllt tall? Evt oppgi thd som en sum av 1) thd opp til f.eks 4. harmoniske og 2) resten ?

GeddLee har et slikt system de utviklet tidligere. Om man hadde to kurver som viser hhv hvilke frekvenser som emitterer forvrengning og hvilke frekvenser selve energien ligger hadde man i det minste dekket alle forvrengningsordner og gitt et inntrykk av hvor hørbare de er. Det som da gjenstår er å sette dette i et diagram som viser kapasitiv----resistiv----induktiv. Med 6 slike diagrammer får man ett 0,1W punkt, ett 1W-punkt, ett 10W punkt, ett 100W, ett punkt for maks oppgitt effekt, og ett for klippegrensa.

Det vi da mangler er støy, som er en viktig parameter inntil den er innenfor et visst nivå. Og vi mangler alle de andre forvrengningsformene.

Som sagt tror jeg ikke det gjøres så mange målinger at konstruktøren sitter med et helt fullstendig bilde av hvordan det hele står til.

Det som er en stor fordel med å konstruere klasse AB er at man kan forutsi mye av det som skjer basert på hva andre har gjort tidligere. Dermed må jeg legge til at behovet for dokumentasjon er mindre når en konstruksjon er basert på mindre brukt, eller helt ukjent teknologi.

Det man tidligere ikke hadde som en utfordring kan plutselig ha blitt et fundamentalt tema. Et eksempel på dette er jo HF-støy fra klasse D. Heldig vis gjøres det tester på dette av sertifiserte organer, noe som gjør at man ikke trenger å bekymre seg for akkurat det som forbruker. Klasse D kom jo også på banen før transistoren så det er bare den relativt begrensede utbredelsen som har gjort at det ikke fantes like mye erfaring å falle tilbake på.

 

[KW]

Hei!
Takker for et virkelig omstendelig svar (litt av en jobb vet jeg)
Ganske smart også å legge svaret her og bare linke hit i svaret til meg i den andre tråden, da kan jobben du har nedlagt være av verdi for flere og sannsynligvis i tillegg få et "lengre" liv
Tusen takk!
Jeg har faktisk ikke fått med meg ditt svar før nå.

Mvh.KW