Mikrofonregelung (bei Backes & Müller Beta)

wgh52
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Beitrag von wgh52 »

Hallo Ralph,

ein Diskurs sollte, bei aller Gegensätzlichkeit, sachlich bleiben, was ja hier passiert und dann ist's kein Streit, zumindest lernt jeder was dabei. Also nix für ungut. :cheers:

Zur Schallgeschwindigkeit in Medien lässt sich sagen, dass diese mit höherer Dichte von Materialien korrelierend ansteigt. Siehe "Beispiele für Schallgeschwindigkeiten in verschiedenen Medien" (etwas herunterscrollen). Pappe ist zwar nicht aufgeführt, aber sicher dichter als Luft und weniger dicht als Holz und so bleibt es dabei, dass Alu (Schwingspulenträger) und Holz (Pappmembran) auf jeden Fall weit schnellere Schallausbreitung erlauben als Luft. Daß die longitudinale Ausbreitung an Grenzen stößt (Partialschwingungen), darüber besteht jeden falls Einigkeit, und dass spätestens deren Auftreten dann die Mikrofonregelung (so, wie andere Regelungsarten auch) "endgültig killen" auch.

Gruß,
Winfried

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dietert
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Beitrag von dietert »

Ich habe eine ziemlich klare Vorstellung, und was ich geschrieben habe, bedarf eigentlich keiner weiteren Interpretation durch die "Experten". Z. B. habe ich genau geschrieben, was ich mit "klein" meine, nämlich 1/2 des Membranradius. Aber für Theorien und physikalische Modelle ist hier nicht der richtige Platz.
Man kann nur jeden, der sich mit der Thematik Mikrofonregelung beschäftigen möchte, zu eigenen Experimenten bei verschiedenen Mikrofonpositionen ermutigen.

Heute habe ich herzlich über den Vorschlag mit den 1 + 6 Mikrofonen gelacht und überlegt, ob das Design vielleicht an den Manger-Stern angepasst werden kann. Spaß beiseite, ein zweites Mikrofon zu Hilfe zu nehmen, ist ja eigentlich naheliegend. Sowas ähnliches habe ich neulich im Web gesehen: Es war eine Prozessorplatine mit zwei Drucksensoren, als Kit für die nachträgliche Regelung von Bassreflexboxen im PA-Bereich. Dabei kommt ein Sensor in die Box, der andere auf die Schallwand. Vielleicht kriegt man damit auch das Problem der Zimmertür in den Griff.

Hier wird manchmal so getan, als ob B&M die Thematik damals erschöpfend bearbeitet hätte. Das ist natürlich Unfug. Das meinte ich, als ich weiter oben von meiner Enttäuschung bei der Untersuchung der AFB 5 Boxen schrieb.
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wgh52
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Beitrag von wgh52 »

Dieter,

Am B&M Sockel zu rütteln ist ja OK - geschenkt! Aber: Sprich mit Fakten und nimm die Leser mit!
dietert hat geschrieben:Hier wird manchmal so getan, als ob B&M die Thematik damals erschöpfend bearbeitet hätte.
Anderen etwas in den Mund zu legen finde ich unfair! Kläre uns doch lieber auf und gib Quellen an, wo man sich über weitergetriebene Entwicklungen und Forschungen informieren kann! Das fände ich konstruktiv, dem Selbstverständnis und Anspruch dieses Forum entsprechend!

Deine Beiträge hören sich so an, als hättest Du dieses Thema selbst eingehend praktisch beackert. Teile doch Dein Wissen mit uns! Aber bitte ohne diesen etwas eigenartigen, negativ erscheinenden Unterton! Wir sind hier keine B&M Sekte, sondern neugierig! Wenn Du wirklich was Besseres hast, bauen wir's vielleicht...

Gruß,
Winfried

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dietert
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Beitrag von dietert »

Hier eine Box mit feststehendem Mikrofon:

http://www.meyersound.com/products/stud ... /index.htm

Hier der Link für den Differenzdruck-Servo:

http://www.powersoft-audio.com/en/amp-m ... mod#series

Diese Technologie wird anscheinend auch bei Fohn eingesetzt, z.B. PS-9
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Ralph Berres
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Beitrag von Ralph Berres »

Dieter

Beide von die zitierten Lautsprecher machen in erster Linie das, was Backes & Müller leider heute auch zunehmend machen. Eine Vorabentzerrung um die Lautsprecherparameter abzubilden, und damit die Regelung zu ersetzen. Die Regelung wird wohl nicht besonders stramm sein können. Sofern es überhaupt eine echte Membrangegenkopplung ist, und nicht nur ein Versuch den Frequenzgang ein wenig zu korrigieren.

Nebenbei bemerkt ist es überhaupt extrem schwer bis fast unmöglich das Eigenleben eines Bassreflexsystemes stramm zu regeln, bzw. überhaupt vollständig zu erfassen.

Außerdem vergleichst du Lautsprecher im PA Bereich mit dem Hifi Bereich. Im PA Bereich geht es um ganz andere Kriterien. Dort ist hoher Wirkungsgrad mit einen einigermaßen akzeptablen Sound gefordert, gepaart mit Betriebssicherheit und Transportierbarkeit.

Du kannst ja mal den Versuch machen. Stelle ein Kondensatormikrofon vor dein Tieftöner, gebe das Sensorsignal von mir aus über einen 6db/ Oktave Tiefpass und subtrahiere es von deinen Eingangssignal.
Du kannst uns ja mal berichten, ab wann es anfängt zu pfeifen. Im Mittelton oder gar Hochtonbereich wird das Verfahren wohl ganz versagen.

Bei einer wirklich funktionierenden Gegenkopplung wird die Membran bretthart. Du kannst sie von Hand kaum noch bewegen. Ob das mit der Míkrofon vor dem Lautsprecher postiert auch so möglich ist?

Nur mal eine Frage am Rande. Kann es sein, das du irgendwas mit PAs zu tun hast? Eventuell auch zu Hause als Hifianlage im Einsatz hast? Das soll jetzt keine Kritik sein. Ich hatte mich eine Zeitlang auch mal mit sowas befassen müssen.

Ralph
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dietert
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Beitrag von dietert »

@ Ralph

Von anderen Forumsteilnehmern wurde ich darum gebeten, meine Informationen zu teilen. Ich meine, solche Sachbeiträge sind in jedem Falle nützlich. Jeder macht halt draus, was er meint. Manchmal (selten) bedankt sich sogar jemand. Ich danke erstmal für deine aufmerksame Verfolgung meiner Beiträge.
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Ralph Berres
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Beitrag von Ralph Berres »

Hallo Dieter

Auch wenn wir mitunter recht unterschiedliche Meinungen haben, so sind die Diskussionen doch auch für mich interessant und lesenswert.

Ich wünsche dir trotz allem für deine Vorhaben viel Erfolg. (Auch ich muss manchmal hinzu lernen.)

Halte uns bitte weiterhin auf den laufenden, was deine Projekte betrifft.

Ralph
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dietert
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Beitrag von dietert »

Ein Beispiel:

"Bei einer wirklich funktionierenden Gegenkopplung wird die Membran bretthart. Du kannst sie von Hand kaum noch bewegen. Ob das mit der Míkrofon vor dem Lautsprecher postiert auch so möglich ist?"

Bei der Regelung des Schalldrucks mit dem Mikrofon muss man das etwas differenzierter betrachten, denn die Lautsprechermembran wird gleichzeitig bretthart und federleicht und bewegt sich mit der Luft davor. Sie folgt z.B. wenn ich mit der Hand vor dem Lautsprecher wedele, ohne die Membran zu berühren. Warum: Weil der Regler versucht, die Luftdruckschwankungen, die ich mit der Hand erzeuge, zu beseitigen. Sie sind in dem Audiosignal nicht enthalten. Ich meine, das Experiment macht man am besten ohne Audiosignal, aber mit eingeschaltetem Lautsprecher. Dieses Folgen der Membran ist ein gutes Zeichen, dass der Regler funktioniert.

Bretthart wäre die Lautsprechermembran nur, wenn man aus der Distanz mit einem Stab möglichst geräuschlos gegen die Membran drückt. Sowas habe ich ehrlich gesagt noch nie gemacht.
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dksp
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Beitrag von dksp »

Hallo an alle Teilnehmer. Als absoluter Laie folge diesem Thema aus der Ferne, und finde es sehr interessant. Also bitte weitermachen!

Gruß
Stephan
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Ralph Berres
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Beitrag von Ralph Berres »

dietert hat geschrieben:Bei der Regelung des Schalldrucks mit dem Mikrofon muss man das etwas differenzierter betrachten, denn die Lautsprechermembran wird gleichzeitig bretthart und federleicht und bewegt sich mit der Luft davor. Sie folgt z.B. wenn ich mit der Hand vor dem Lautsprecher wedele, ohne die Membran zu berühren.
Das habe ich noch nicht ausprobiert. Es gibt aber in der Tat ein Problem, wenn die Grenzfrequenz in der Regelschleife zu hoch liegt (was praktisch bei allen BM Lautsprecher der Fall ist). Dann passiert genau dieser von dir beschriebene Effekt, dass der Lautsprecher sogar bei einem Impuls asymptotisch mit einer sehr niedrigen Frequenz ausschwingt.

Man kann allerdings nicht die Endstufe mit seiner vollen Verstärkung bis DC runter betreiben, wegen der Offsetprobleme der Endstufe (sie würde dann eine unzulässig hohe Gleichspannung am Ausgang liefern). Man kann diese Probleme aber mildern, wenn man die Endstufe wenigstens im Frequenzgang bis ca. 1Hz runter gehen lässt (Koppelelcos und Elco im Gegenkopplungszweig erhöhen).

Der Roman hat diesbezüglich einige Versuche hinter sich, wenn auch nicht mit der Mikrofonregelung, sondern schon mit der induktiven Regelung. Mit der Mikrofonregelung hatte er in der Tat jeden Windzug im Raum registriert, und der Lautsprecher hatte entsprechende Bewegungen gemacht. Bei der induktiven Regelung war das aber nicht mehr zu beobachten. Bei der Beschleunigungsgegenkopplung wird in der Tat mit zunehmender Gegenkopplung die Masse immer kleiner, bis sie negativ wird. Ab da fängt das System an zu schwingen. Deswegen funktioniert eine Beschleunigungsgegenkopplung auch nur überhalb der Resonanzfrequenz mit relativ kleinen Gegenkopplungsgrade.

Stand der Technik ist seit langen die Geschwindigkeitsgegenkopplung. Hier wird nicht die Masse verändert, sondern die Güte der Resonanzfrequenz. Das heißt, mit zunehmender Gegenkopplung wird die Resonanzüberhöhung immer kleiner, dafür aber breiter, bis das System irgendwann aperiodisch wird. Hier funktioniert die Gegenkopplung sowohl unterhalb als auch überhalb der Resonanzfrequenz. Die Grenze wird erreicht, wenn (meistens durch Laufzeit oder der erste Partialschwingung) die Phase der Sensorsignals zusätzlich um 90° gedreht wird. (Der Phasenrand beträgt nur 90° weil die Geschwindigkeit schon eine Phasenverschiebung von 90° gegenüber der Beschleunigung besitzt. Die Gegenkoppelbarlkeit ist hier deutlich höher als bei der Beschleunigungsgegenkopplung.)

Da alles ist ein hochkomplexes und interessantes Thema, wo man viel forschen und probieren kann. Es gibt auch nicht all zu viele Lautsprecherhersteller, die sich an diese Thematik wirklich dran trauen.

Ralph
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dietert
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Beitrag von dietert »

Nein, Ralph, das ist wieder so eine eigenartige Uminterpretation, dass es sich bei dem Folgen der Membran eines AFB-Reglers um ein "Ausschwingen" oder eine "Störung" handelt.

Vielleicht wäre es für dich nützlich, zwischen AFB und MFB zu unterschieden:
a) MFB-Boxen, MFB = Motion Feedback, d.h. Bewegungsgegenkopplung mit einem Bewegungssensor (Doppelschwingspule, Moving coil, Piezo, Kapazitiv...)
b) AFB-Boxen, AFB = Acoustic Feedback, d.h. akustische Gegenkopplung mit einem Mikrofon oder zwei Drucksensoren

a) Lautsprechermembran bretthart
b) Lautsprechermembran bewegt sich mit der Luft wie eine Daunenfeder
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RPWG
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Beitrag von RPWG »

Hallo zusammen,

Ich schlage folgendes Experiment vor:

a) Tieftonsektion der Beta/Delta o.ä. in Spice aufbauen, also Summierstelle, Integrator als Regler, Endstufe als vereinfachtes Modell mit Eingangshochpass und RC-Netzwerk in der Gegenkopplung
b) Als Wandler ein passendes Thiele-Small-Modell 3. oder 4. Ordnung eines Tieftöners verwenden
c) Den Strom durch Cmes als Steuerstrom für eine stromgesteuerte Spannungsquelle verwenden (soll in erster Näherung den registrierten Schalldruck darstellen), evtl. noch über RC-Glied die relevanten Charakteristika des Mikrofons (untere Grenzfrequenz) annähern
d) Die so gewonnene Spannung über eine korrekt abgeschlossene Leitung mit variabler Laufzeit (Totzeit) schicken und das als Sensorsignal verwenden, bzw. an diesem Punkt den offenen Regelkreis betrachten

Dann müsste sich (unter Annahme idealisierter Verhältnisse) bei gegebener Kreisverstärkung über die variable Totzeit eine Phasenreserve x einstellen lassen, die die Größenordnung des möglichen Mikrofonabstands zumindest näherungsweise bestimmen lässt (also ob es um Zentimeter oder Millimeter geht). Ich komme nämlich rechnerisch bei irgendwas um die 5-10 cm heraus, für einen echten Tieftöner in einem 3-Weg System, plus 2 Oktaven Reserve oberhalb der Weichentrennfrequenz.

Kann es sein, dass nicht der Abstand in erster Linie der limitierende Faktor ist, sondern diffus vom Mikrofon aufgenommener Sekundärschall? Ich hatte einmal den Fall, dass mit gegebener Kreisverstärkung das System zwar stabil war, sobald man jedoch ein Blatt Papier oder die Handfläche vor die Membran gehalten hat, hat sich langsam über mehrere Sekunden hinweg eine Oszillation von 2 kHz aufgeschwungen, die nach Entfernen des Objekts wieder abgeklungen ist.

Interessant in dem Zusammenhang auch die Einsicht der Patente DE3429147, DE3137747 zum Thema.

Hallo Dieter,

genau so sehe ich das mit der Unterscheidung AFB und MFB auch.

Viele Grüße,
Roman
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dietert
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Beitrag von dietert »

Nachtrag: Bei den MFB-Boxen hatte ich den am weitesten verbreiteten "Sensor" vergessen: Die Gegen-EMK in der Antriebsspule.

@ Roman
Ja, ein AFB-Regler reagiert auf Fremdschall, ein MFB-Regler praktisch nicht. Das ist Fluch und Segen zugleich. Fluch in Bezug auf die Zimmertür, Segen in Bezug auf die Anregung von Raummoden.
Auch bei meinen AFB-5 konnte ich durch Vorbeigehen Regelschwingungen (Pfeifen) provozieren, wenn ich die Regelverstärkung knapp eingestellt hatte. Da muss man ein wenig experimentieren und die Variation des Bode-Plots mit einberechnen, d.h. man nimmt den ungünstigsten Bode-Plot als Grundlage für die Dimensionierung. Ich meine, die Wiedergabe kann sowieso nicht normal funktionieren, wenn jemand vor dem Lautsprecher steht.
Wie man an den von mir angegebenen Links erkennen kann, sind AFB-Regler durchaus ein aktuelles Tätigkeitsfeld in den einschlägigen Firmen.
Für einen DSP-Experten wäre es eine interessante Aufgabe, den Bode-Plot während der Wiedergabe mitzurechnen und die Parameter des Reglers langsam und fortwährend anzupassen.
Sowas ähnliches gibt es z.B. in den Aktivsäulen von Bang und Olufsen. Wenn die kleinen Tieftöner für die Bässe mal nicht reichen, weil der Pegel gerade zu hoch ist oder im Heimkino, dann ändern die heimlich die Übertragungskennlinie, so dass es wieder einigermaßen passt. Ich glaube, solche anpassungsfähigen Systeme sind "Stand der Technik".
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bob_lage
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Beitrag von bob_lage »

dietert hat geschrieben:Ja, die Darstellung dieser Modifikation ist wie ein Patent geschrieben, möglichst unverständlich. Soweit ich es verstehe, ist es aber eine einfache und altbekannte Methode, die Kennlinie einer Röhren-/Transistorstufe zu linearisieren. "Ganz früher" nannte man das einen Kathodenwiderstand.

Der N-Fet in solchen Mikrofonkapseln hat einen vernünftigen Arbeitspunkt bei 0 V am Gate, bei einem Drainstrom von rund 1 mA. Der lineare Aussteuerbereich am Gate ist dann aber gering, z.B. 0,1 V. Mit einem Sourcewiderstand 2K2 kriegt man die Gatespannung auf -1 V, bei einem Drainstrom von rund 0,5 mA, der lineare Aussteuerbereich steigt dann sinngemäß auf 1,1 V. Gleichzeitig reduziert der Sourcewiderstand auch die Exemplarstreuung in der Steilheit der FETs. Die zusätzlichen 20 dB kann man bei Messungen im Nahbereich von Lautsprechern gut gebrauchen. So habe ich es gemacht.

Natürlich kann man das Ganze auch mit einer negativen Hilfsspannung machen, dann kann der Sourcewiderstand noch größer werden und der FET arbeitet dann nicht mehr als invertierender Verstärker, sondern als Sourcefolger. Nachteile:
- Die Polarität des Audiosignals ändert sich, wenn ich das Signal an Source abnehme.
- Und ich brauche statt einem Koax-Anschluss ein Kabel mit 3 Adern und Schirm.
- Und ich habe den vorhandenen FET nicht mehr als Verstärkerstufe, also deutlich kleineres Audiosignal.
Deswegen habe ich diese Methode vermieden.
Hallo Dieter,
hallo Aktive,

kannst Du oder könnt Ihr mir dies näher erklären? Lötet Du (Dieter) einfach den Widerstand in die Zuleitung des Mikrofons bzw. an die entsprechende Stelle der Steckplatine?

Bitte bin gerade dabei die Hochton und Mitteltonfraktion der AFB Delta zu optimieren (siehe mein Vorstellungsthread). Ich denke, im Bassbereich kann an auch noch etwas machen.

Weitere Vorschläge sind natürlich auch willkommen.

Beste Grüße

Thomas
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dietert
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Beitrag von dietert »

Hallo Thomas,

ich habe den Sourcewiderstand hinten an den Mikrofonkapseln eingebaut, unter dem Stereo-Mikroskop. Es ist ein SMD-Widerstand 2,2 KOhm.

Eigentlich gibt es auf der Rückseite des Mikrofons nur zwei Lötpunkte (außer den beiden für das Kabel). Ein Lötpunkt ist Source, der andere Drain des Feldeffekttransistors. Source und Masse sind außen am Gehäuse, und das Gehäuse stellt auch die Masseverbindung der Elektretzelle her. Die Verbindung zwischen Elektretzelle und Gate des FET ist innen im Mikrofon, die sieht man nicht.

Man trennt mit einer Rasierklinge die Leiterbahn zwischen Lötpunkt des Source-Anschlusses und Masse auf. Über die Trennstelle habe ich den Widerstand gelötet (0805 hochkant). Das muss so schnell gehen, dass die Mikrofonkapsel sich nicht über 50° oder so erhitzt, ist also nur was für Geübte. Danach das ganze mit den Zuleitungen an der Vorderseite der Tieftöner-Membran verbunden. Dann habe ich das Mikrofon mit UHU-Plus in die Kerbe zwischen Konus und Dustcap "liegend" eingeklebt, genau wie es vorher war.

Nach dem Aushärten habe ich die Rückseite des Mikrofons mit den Lötstellen mit Pattex abgedeckt, um das Mikrofon rückseitig abzudichten. Pattex bildet einen Film, und bringt wenig Gewicht dazu. Wie Hans-Martin weiter oben schon geschrieben hat: Wenn das Mikrofon undicht ist, liefert es im Tiefbass zu wenig Signal und die Regelung wird falsch (Lautsprecher zu laut). Es kann natürlich auch auf der Vorderseite undicht werden. Dieselbe Prozedur habe ich aber mit drei Messmikrofonen gemacht, die seitdem mehrmals kalibriert wurden und im Bass bis etwa 7 Hz herunter gleichmäßig arbeiten. Die Empfindlichkeit so einer modifizierten Mikrofonkapsel ist etwas geringer, aber das wird beim Abgleich der Regelung kompensiert.

Grüße,
Dieter T.
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