Membranregelung über Optoelektronik?

[Ralph Berres]

Dann ist diese Doktorarbeit eine Fälschung (soll ja vorkommen) :

http://www.opus.ub.uni-erlangen.de/opus ... arbeit.pdf

... und die zug Patentanmeldung DE 102 56 033.1 gleich mit...

Ich habe diese Arbeit auch gelesen. Der Sensor ist ein interessanter Ansatz. Doch kommt die Regelung letztendlich auch auf eine Geschwindigkeitsgegenkopplung hinaus.

Wir können uns ja mal die drei Gegenkopplungen betrachten.

Aber zunächst muss man mal eine Gegenkopplung an sich betrachten.

Unter dem Überbegriff Rückkopplung gibt es zwei Arten Die Gegenkopplung. Da wird das Ausgangssignal dem Eingangssignal um 180° phasengedreht hinzuaddiert ( also subtraiert ) bei einer Mitkopplung mit einer Phasendrehung von 0° hinzuaddiert. Wenn die Schleifenverstärkung ( also die Verstärkung der kompletten Rückkopplungsschleife ) = oder Größer 1 wird, fängt das Gebilde an ´zu schwingen, und wir haben einen Oszillator. Erst bei diesen Beiden Bedingungen zusammen tritt Selbsterregung ein. ( Verstärkung >1 bei 0° )

Wie verhält sich ein Integrierglied bzw Differenzierglied. Ein Integrierglied ist grob betrachtet nichts anderes als ein Tiefpass 1. Ordnung ( 1 Ordnung, weil nur ein Energiespeicher in Form eine´s Kondensators oder Spule vorhanden ist ). Es hat eine bestimmte Frequenz ab wo der Pegel um 6db/ Oktave mit ansteigen der Frequenz abfällt. Befindet man sich weitgenug von dem Knickpunkt entfernt, ist die Phase des Ausgangs gegenüber dem Eingang um +90° frequenzunabhängig verschoben.

Bei einen Differenzierglied handelt es sich um einen Hochpass 1.Ordnung. Hier fällt der Pegel unterhalb des Knickpunktes mit abfallender Frequenz um 6db/Oktave und die Phasenverschiebung ist -90°

Merke bei einen KondensaTOR eilt der Strom VOR
bei einer InduktiviTÄT kommt der Strom zu SPÄT.

Ein Lautsprecher ist ein schwingungsfähiges System ähnlich eines Feder-Masse systems.

Unterhalb der Resonanzfrequenz ist die Auslenkung unabhängig von der Frequenz. Die Geschwindigkeit steigt mit 6db/Oktave ab ( 1mal differenziert ) und die Beschleunigung mit 12db/ Oktave ab ( 2 mal differenziert ).

Oberhalb der Resonanzfrequenz ist die Beschleunigung frequenzunabhängig. Und die Geschwindigkeit nimmt gegenüber der Auslenkung um 6db /Oktave ab ( 1mal integriert ) und die Auslenkung u´m 12db/Oktave ( 2mal Integriert ).


Wir regeln die Beschleunigung. Oberhalb der Resonanzfrequenz funktioniert das auch solange, bei der Resonanzfrequenz der Gegenkopplungsgrad 1 nicht überschritten hat. Wird die Gegenkopplung stärker, wird unterhalb der Resonanzfrequenz die Phase um 2*90° = 180 Grad gedreht, und aus der Gegenkopplung wird eine Mitkopplung.

Wir regeln die Auslenkung oder auch Weg.

Dieses funktioniert unterhalb der Resonanzfrequenz. Auch hier dreht sich die Phase jetzt überhalb der Resonanzfrequnz um 2*90° aber jetzt anders rum. Auch hier wird aus der Gegenkopplung eine Mitkopplung wenn der Gegenkopplungsfaktor größer 1 wird.

Wir regeln die Geschwindigkeit

Sowohl unterhalb der Resonanzfrequenz als auch überhalb der Resonanzfrequenz dreht sich die Phase um 90°
( Unterhalb zurück, oberhalb vor ). Den Gegenkopplungsgrad kann man jetzt soweit erhöhen bis bei einer Frequenz sich die Phase um weitere 30° ( bedingt durch Laufzeiten ) gedreht hat, und die Schleifenverstärkung von 1 erreicht hat. Die verbleibende Sicherheitsreserve bis zu Mitkopplungsbedingung nennt man Phasénrand.

Mit zunehmender Geschwindigkeitsgegenkopplung wird die Resonanzüberhöhung immer kleiner dafür immer breiter. Irgendwann ist der aperiodische Grenzfall eingetreten, und der Lautsprecher besitzt keine Resonanzfrequenz mehr.

Ich habe jetzt versucht den Zusammenhang ohne Mathematik bewust leienhaft zu erklären.

Man möge mir bitte nachsehen wenn ich manche langweile , oder manche es trotzdem noch nicht verstehen.

Herr Müller hatte in den 70ger Jahren zu der damaligen Monitor5 eine Abhandlung geschrieben, wo auch die mathematischen Zusammenhänge aufgezeigt wurden.

Ralph

[KSTR]

Dann ist diese Doktorarbeit eine Fälschung (soll ja vorkommen) :

http://www.opus.ub.uni-erlangen.de/opus ... arbeit.pdf

... und die zug Patentanmeldung DE 102 56 033.1 gleich mit...

Ich habe diese Arbeit auch gelesen. Der Sensor ist ein interessanter Ansatz. Doch kommt die Regelung letztendlich auch auf eine Geschwindigkeitsgegenkopplung hinaus.

Nein, kommt es nicht, sie regelt hart und direkt die Lage, obehalb und unterhalb von Fs, da gibt es doch nicht den geringsten Zweifel. Siehe Abbschnitt "6.7.2 Führungsgrößenformer" (S.83pp) das sind die zwei "Integrierer" VOR der Regelung, dann später Abb. 84 (S.85) -- Regelung bei 0.1Hz --, schießlich vor allem Abschnitt "5.4 Geschlossenes System" (S.54), besonders Abb.50.

Wo soll da nun die "versteckte" Geschwindigkeitsgegenkopplung sein? Bitte gern exakte mathematische Analyse (deine oder die von Herrn Müller), das ist diskutierfähig und unmissverständlich, laienkompatible Prosa nicht. Und das schickst du dann dem Herrn Geiger und postest seine Entgegehaltung, ja? Irgendeiner muss also eine Fehler in der Betrachtung haben, und da Exemplare funktierender Lautstprecher mit Lageregelung vorliegen (ich hab selber eines gebaut, mit einem anderen Sensor-Prinzip, aber auch Lage messend), liegt die Vermutung nahe wer das ist (und das ist nix schlimmes, die Welt entwickelt sich weiter).

Desweiteren führt eine zuätzliche Phasenverschiebung von 180°in einer Gegekopplung nur dann zu Schwingen, wenn dass bei HF (bei der Schnittfrequenz) der Fall ist (und bei DC, da führt es zum Latch-Up), solange man genug Loopgain hat, sind 180° Phase für die Gegenkopplunggröße (== 40dB/Dec Abfall des Openloop gain) kein Problem : http://www.ti.com/general/docs/lit/getl ... er=SBOA015
(siehe Abschnitt "Phase only matters at the Intercept")
Wenn dem nicht so wäre, würde zB two-pole compensation niemals funktionieren.

[Fortepianus]

Hallo Jungs,

keine Aufregung, da liegt sicher nur ein kleines Missverständnis bei Ralph vor. Friedrich Müller hat nämlich selbst viele Jahre auf die Lageregelung gesetzt - in seinen kapazitiven Gegenkopplungen. In der BM5 waren alle Systeme so geregelt, später nur noch die Hoch- und Superhochtöner, was beim 38mm-Hochtöner Bestand bis ans Ende der Classik-Line hat. Und so regele ich auch die 38mm-Kalotte der AGM 8.4. Bei BM wird das Signal zweimal integriert, einmal in einem Integrierer, der früher aus drei Transistoren bestand und ab Prozessorgeneration aus einem OP-Integrierer, und das zweite Mal im HV-Verstärker, der bei genauem Hinschauen nochmal ein Integrierer ist (@Ralph: Der C in der Gegenkopplung des HV-Verstärkers!). Der Verschiebestrom, den man an der innen liegenden Elektrode mit dem nachfolgenden I/U-Wandler messen kann, ist proportional zum Abstand der beiden Elektroden (=Lage). Also, das funktioniert, und das hat Friedrich Müller sicher nie bestritten, sondern selbst gebaut. Ich auch.

Viele Grüße
Gert

P.S. Hallo Klaus, oben schwingt's und unten pumpt's, das tägliche Geschäft jedes Lautsprecher-Gegenkopplers . Um der unangenehmen Phasenverschiebung unten, die das Pumpen bewirkt, entgegenzutreten, muss das System eine extrem niedrige untere Grenzfrequenz besitzen, bei den Bässen gehe ich da weit unter 1Hz in der Regelschleife, dann klappt's.

[Ralph Berres]

Hallo Jungs,

keine Aufregung, da liegt sicher nur ein kleines Missverständnis bei Ralph vor. Friedrich Müller hat nämlich selbst viele Jahre auf die Lageregelung gesetzt - in seinen kapazitiven Gegenkopplungen. In der BM5 waren alle Systeme so geregelt, später nur noch die Hoch- und Superhochtöner, was beim 38mm-Hochtöner Bestand bis ans Ende der Classik-Line hat. Und so regele ich auch die 38mm-Kalotte der AGM 8.4. Bei BM wird das Signal zweimal integriert, einmal in einem Integrierer, der früher aus drei Transistoren bestand und ab Prozessorgeneration aus einem OP-Integrierer, und das zweite Mal im HV-Verstärker, der bei genauem Hinschauen nochmal ein Integrierer ist (@Ralph: Der C in der Gegenkopplung des HV-Verstärkers!). Der Verschiebestrom, den man an der innen liegenden Elektrode mit dem nachfolgenden I/U-Wandler messen kann, ist proportional zum Abstand der beiden Elektroden (=Lage). Also, das funktioniert, und das hat Friedrich Müller sicher nie bestritten, sondern selbst gebaut. Ich auch..

Gert, die Ursprungsversion der Monitor 5 hatte noch keinen Hochspannungsverstärker, und keinen 2ten Integrierer.

Der Integrierer im HS Verstärker ist deswegen notwendig weil das Signal über die Kapazität der Membran eingekoppelt wurde und dieser als Differenzierer wirkt. Dies wurde später deswegen praktiziert, weil es zu Verzerrungen mit der ersten Oberwelle kommt, da die Änderung des Ladestromes pro mm Lageänderung stark vom Abstand der Gegenelektrode zur Membran abhing. Das hatte man dann mit dem Trick über die Membran einzukoppeln vermieden. Anfangs wurde das 1 mal Integrierte Signal der Weiche direkt am DifferenzVerstärker in welcher auch das Sensorsignal eingekoppelt wurde einfach überlagert.

Auch die Monitor5 war rein Geschwindigkeitsgeregelt und nicht lagegeregelt. Es wurde ja auch nicht die Ladung konstant gehalten und die Spannung gemessen , dann wäre es tatsächlich eine Lageregelung gewesen, sondern der Ladestrom wurde gemessen, eben um die Dynamikprobleme beim Vergleich der Geschwindigkeit zu vermeiden. Wenn ich das Schrifttum von Herrn Müller finden sollte maile ich dir die gerne mal. Aber lieber wäre es mir eigentlich wenn Herr F.Müller das Schriftum von damals selbst rausrückt. Er ist ja schlieslich der Urheber, und ich verstoße ungern gegen das Urheberrecht. Es sei denn er gibt mir explizit die Erlaubnis dazu, es zu verbreiten.

Ich habe die Blütezeit der Monitor5 Live und in Farbe als damaliger Mitarbeiter miterlebt, und glaube deswegen ein wenig mitreden zu können.

Übrigens der Verschiebestrom ist Geschwindigkeitsproportional . Deswegen hat man es so gmacht. Sonst hätte man auch wie bei Kondensatormikrofone üblich, die Ladung konstant halten können und die Spannung messen können.

Ralph

[Fortepianus]

Hallo Ralph,

Wenn ich das Schrifttum von Herrn Müller finden sollte maile ich dir die gerne mal. Aber lieber wäre es mir eigentlich wenn Herr F.Müller das Schriftum von damals selbst rausrückt. Er ist ja schlieslich der Urheber, und ich verstoße ungern gegen das Urheberrecht.

Keine Aufregung, frag doch einfach Herrn Müller selbst mal zur Funktionsweise. Ich habe schon viele Stunden mit ihm darüber diskutiert.

Viele Grüße
Gert

[Ralph Berres]

Gert,

keine Sorge.

Wie der Monitor5 funktioniert, weis ich ziemlich genau. Ich habe nämlich das Schrifttum gelesen und auch hinreichend mit ihm diskutiert.

Dazu hatte ich über 2 Jahre Zeit.
Ralph

[Fortepianus]

Hallo Ralph,

sorry, ich wollte Dich nicht der Unwissenheit bezichtigen, das kam jetzt irgendwie falsch an. Für mich ist eben klar, dass ich vor der Regelschleife zweimal integrieren muss, wenn ich einen linearen Frequenzgang mit einem kapazitiv gegengekoppelten BM-Hochtöner hinkriegen will. Das könnten wir dann doch Lageregelung nennen, was sich in der Regelschleife abspielt, oder?

Viele Grüße
Gert

[Ralph Berres]

Hallo Gert

Ich will auch nicht deine Kenntnisse anzweifeln. Das du großartiges geleistest hast, hast du ja mit der AMG auf dem Forum bewiesen, und deine Art wie du komplizierte Dinge erklären kannst, ist auch nicht jedem gegeben.

Aber bleiben wir mal bei der Monitor5 , welche auf alle drei Wege ein kapazitive Abtastung hat.

Ich habe praktisch den kompletten Weg fast von Anfang an bis zum Ende der Monitor5 mitverfolgen dürfen, und mit viel Improvisationskunst ( wenigstens bei den ersten Exemplaren ) auch komplett gebaut und in Betrieb genommen.

Du hast zurecht festgestellt, das in dem Hochspannungsverstärker ein zweites Integrierglied sitzt. Aber danach folgt direkt ein Differenzierglied. Dieses findet man in Form der Kapazität zwischen Membran und Gegenelektrode.
Die Membran liegt hier heute auf der modulierten Hochspannung. Bei den ersten Monitor war hier eine konstante Spannung von 400V direkt aus dem Netzteil. Hinter dem Differenzierer ( Mikrofonkapazität nenne ich das mal ) liegt direkt der Stromeingang des Differenzverstärkers. Es wird als genau an dieser Stelle hinter der Mikrofonkapazität das Signal mit der durch den Ladestrom selbst erzeugte Sensorspannung subtraiert.
Früher wurde das einmal integrierte Signal der Frequenzweiche direkt hier in den Differenzverstärker eingekoppelt. Das mit dem Hochspannungsverstärker hat man deswegen gemacht, weil bei dem älteren Verfahren auf Grund der Ladestromabnahme Verzerrungen mit K2 entstanden sind, die von Grundsätzlicher Natur waren. ( Auch das hat er im Script dargelegt ). Mit dem Verfahren das Signal über die Mikrofonkapazität einzukoppeln, wurden diese Verzerrungen rausgekürzt.
Hätte man die Ladung , statt die Spannung konstant gehalten, wär es tatsächlich eine Lageregelung und man hätte die Geschichte mit dem Hochspannungsverstärker nicht gebraucht.

Der zweite Integrierer ist notwendig, um die Wirkung des nachfolgenden ( parasitären ) Differenzierer zu kompensieren. In dem Script von Herrn Müller ( ich wünschte , ich könnte das einfach hier so veröffentlichen ) hat sich Herr Müller genau auf die Monitor5 bezogen. Der induktive Sensor kam erst viel später nach meiner Zeit. In diesem Script hat Herr Müller auch mathematisch dargelegt, warum eine Lage und Beschleunigungsregelung wenn überhaupt nur bei sehr kleinen Gegenkopplungsgrade ( das heist, wo die mechanischen Kräfte noch bestimmend sind ) funktionieren kann, und bei höheren Gegenkopplungsgrade unweigerlich schwingen muss. Er hat auch dargelegt, warum es nur mit der Geschwindigkeitsregelung funktioniert, und wie sich das auf das Feder-Masse-System auswirkt.

Zugegebn er hat es anders erklärt als ich es hier versucht habe. Bei ihm sind in der Erklärung die Rückstellkräfte , bzw die Masse bei zu großen Gegenkopplungsgrade in den ungeeigneten Gegenkopplungsarten negativ geworden. Da das aber für einen Leien schwer nachvollziebar ist, habe ich es über einen anderen Weg versucht zu erklären.

Vielleicht meldet sich Herr Müller ja mal zu Wort, der kann die Dinge wohl am besten klar stellen. Er war es ja letztlich, der diese ganze Sache auf theoretische physikalische Grundlagen gestellt hat.

So jetzt muss ich gleich im EMV Labor den Studenten was erzählen.

Bis bald.

Ralph

[uli.brueggemann]

Nu hab ich mir mal die Diss angeschaut. Alles prima, alles klar.

Nur am Ende, beim Ausblick, hab ich mich dann doch gefragt, was das nun alles wert ist.

- Über Partialschwingungen zu lamentieren hilft eben nicht. Man merzt sie entweder aus (Sache des Herstellers) oder man betreibt ein Chassis eben genau nicht in diesem Bereich. Das Thema Frequenzweiche kommt hier ja nicht vor.
- warum sind bei geregelten LS weiche Aufhängungen nötig? Kann die Regeleung mit einer harten Aufhängung nicht anfangen?
- der letzte Schritt: die volldigitale Regelung. Hört sich phantastisch an. Der Sensor kann ja auch bis 100 kHz, muss er auch, wie in der Arbeit erläutert. Die Treiber-Beispiele gehen so bis max. 600/800 Hz. Und nun frag ich mich: wie läuft das mit den Totzeiten beim digitalen Betrieb? Und was ist denn mit der Regelung von Mitteltönern und Hochtönern?

Seufz, wenn ich mir mal einen geregelten LS leisten kann, dann frag ich doch lieber bei Gert nach.

Grüsse, Uli

[Ralph Berres]

Uli

Ich weis jetzt nicht, ob eine Regelung ausschlieslich nur mit weich aufgehängter Membran funktioniert.
Vermutlich macht das prinziepiell zunächst mal keinen Unterschied. Was für wirkliche Gründe dahinterstecken, warum man weich aufgehangene Chassis verwendet, würde mich auch mal interessieren.

Aber bei einen hart aufgehangenen Chassis werden die Rückstellkräfte dann ja nicht nur durch die Zentrierspinne bewerkstelligt, sondern auch durch die Aufhängung. Die letztere läst aber bei einer harten Aufhängung nur einen geringen Hub an der Stelle zu. Das heist der Hub ist bei großer Aussteuerung an der Schwingspule viel größer als am Membranende. Dadurch wird sich die Membran sicherlich verformen und ein reges Eigenleben führen.

Bei kleinen geschlossenen Lautsprecher sind sicherlich die Rückstellkräfte des Luftvolumens auch von starken Einfluss. Man ist ja bestrebt die Membran selbst so steif wie möglich zu halten, und gleichzeitig so weich wie möglich aufzuhängen, um die Membran zu einer reinen Kolbenbewegung zu zwingen.

Hart aufgehangene Lautsprecher sind sicherlich bei Hörnern von Vorteil, weil dort die Membran nur einen extrem geringen Hub verrichten muss.

Aber eine Regelung regelt auch den Klirrfaktor in einer kleinen ´geschlossenen Box aus, der durch das Luftpolster entsteht.

Ralph

[uli.brueggemann]

Ich weis jetzt nicht, ob eine Regelung ausschlieslich nur mit weich aufgehängter Membran funktioniert.
Vermutlich macht das prinziepiell zunächst mal keinen Unterschied.

Es bedeutet schlichtweg nichts anderes als eine geänderte Regelstrecke.

Vermutlich kann hier nun Klaus viele viele Argumente für eine harte Aufhängung ins Feld führen, mag er doch gerne PA-Chassis, wo dies eher üblich ist.

Eine harte Aufhängung mag z.B. auch die Membranbewegung besser unter Kontrolle halten, wohingegen das Herumschlabbern einer weichen Aufhängung optimalerweise einer Regelung befarf, um das Schlabbern zu unterdrücken

Mir ist das eigentlich egal, ein Chassis soll vor allem in dem Bereich spielen, wo es aufgrund seiner Eigenschaften auch gerne spielt. Dazu noch etwas Nachregelung und prima ist es. Wie das Chassis dabei gebaut ist, spielt m.E keine Rolle. Es sei denn, es will einer ein Vollbereichschassis stricken. Dann geht es richtig ins Eingemachte, ob ohne oder eben auch mit Regelung.

Ansonsten klink ich mich wieder aus hier, bin mit LS-Chassis nicht so bewandert, dass ich die TSP- oder Geiger-Parameter von 150 Treibern im Kopf hätte. Meine regelungstechnischen Einsichten sind nach Beschäftigung mit Regelungstheorie und Zustandsgrössenbeobachtern wieder eher pragmatischer Natur. Aber auch in der Dissertation kommt letztlich der gute alte PID-Regler zum Einsatz. Abstimmen nach Gefühl und mit etwas Messtechnik bringt schon 99%.

Grüsse, Uli

[KSTR]

Vermutlich kann hier nun Klaus viele viele Argumente für eine harte Aufhängung ins Feld führen, mag er doch gerne PA-Chassis, wo dies eher üblich ist.

Eine harte Aufhängung mag z.B. auch die Membranbewegung besser unter Kontrolle halten, wohingegen das Herumschlabbern einer weichen Aufhängung optimalerweise einer Regelung befarf, um das Schlabbern zu unterdrücken

Kurz und knackig, hier ein optimal passendes Paper von JBL, von vor 30 Jahren: http://www.audioweb.cz/down/moving-coil ... bility.pdf

"PA-Chassis" (die Pro-Audio Chassis genannt werden wollen, bitte) sind in diesen 30 Jahren nicht schlechter geworden insbesondere als dass die Ansprüche und Möglichkeiten extrem gestiegen sind und die Klangqualität heute tatsächlich überprüft wird und nachgewiesen werden muss, bevor eine Anlage in Betrieb genommen werden darf.

[Ralph Berres]

Nu hab ich mir mal die Diss angeschaut. Alles prima, alles klar.

Nur am Ende, beim Ausblick, hab ich mich dann doch gefragt, was das nun alles wert ist.

- der letzte Schritt: die volldigitale Regelung. Hört sich phantastisch an. Der Sensor kann ja auch bis 100 kHz, muss er auch, wie in der Arbeit erläutert. Die Treiber-Beispiele gehen so bis max. 600/800 Hz. Und nun frag ich mich: wie läuft das mit den Totzeiten beim digitalen Betrieb? Und was ist denn mit der Regelung von Mitteltönern und Hochtönern?

Seufz, wenn ich mir mal einen geregelten LS leisten kann, dann frag ich doch lieber bei Gert nach.

Grüsse, Uli

Wenn man einen Lautsprecher voll digital regeln will, sind die Totzeiten schon sehr hinderlich.

Bei einen Tieftöner mag das vielleicht noch funktionieren.

Gerade bei einen Hochtöner, welcher bis 20KHz ( Periodendauer dann ja 50uSek , 90° sind nur noch 12,5uSek. ) regeln soll, dürfen die Totzeiten sich nur noch im untersten Mikrosekundenbereich abspielen. Ansonsten kommt die Regelung immer zu spät, und das System wird irgendwann anfangen zu schwingen. Das ist mit ein Grund warum Herr Müller immer noch auf eine voll analoge Regelung setzt.

Die Latenzzeiten in einer digitalen Frequenzen sind dazu im Gegensatz geradezu unkritisch.

Ralph