Вариант ЭМОС - ЭООС

[bondar100]

Не пинайте, если что - просто тихо перенесите ветку в "для начинающих".

Итак, ЭООС - электро оптическая обратная связь.

Когда-то я сконструировал систему для измерения формы поверхности поского кремневого диска из которых делают чипы. Так вот, эту систему можно применять и для регистрации движения диффузора диманической головки. Чувствительность прибора на уровне на уровне десятков мкм смещения поверхности, быстродействие определяется быстродействием ОУ.

В прикрепленном файле схематическое решение. Лазерный луч падает на поверхность, отражается от нее, и падает в позиционно чувствительный датчик, который анализирует текущее положение поверхности. Величина ЭДС датчика есть функция от координаты поверхности, на которую падал луч лазера. Именно координаты поверхности, а не ее скорости или ускорения.
ЭДС меняется в диапазоне примерно 0-1 Вольт, т.е. это вполне заметные величины.


На динамик придется наклеить маленькое легкое зеркальце из кусочка CD-диска, размером примерно около 1х4 см в зависимости от угла падения луча, и максимального хода диффузора. Но такое увеличение массы диффузора не должно сказаться на качестве, если само положение диффузора мы сможем контролировать с точностью нескольких микрон.
По крайней мере для НЧ-звена точности позиционирования за глаза должно хватить.

К сожалению, я не нашел материалы на форуме про такое устройство. Возможно искал не по тем ключевым словам. Так, что если что, извините.

В моем понимании, сравнение величины ЭДС от такого датчика с эталонным сигналом от музыкального источника должно исключить влияние всех промежуточных звеньев на достоверность звука.
Т.е. движение диффузора будет повторять форму первоначального сигнала.
Будет влиять акустическое оформление. ИМХО в этом случае лучше будет система ОЯ, забитый козьей шерстью, чтобы звуковое излучение от тыльной стороны динамической головки там и погибал.

Уровень шума такой системы в основном определяется тем, что динамическая головка движется от внешних звуков. Но правильно настроеная система должна эти изменения компенсировать. Т.е. если подойти и нажать пальцем на диффузор - он должен ответить тем же, ведь сравнение с входным сигналом выявит несанкционированное отклонение положения диффузора.



Я буду благодарен, за высказанные мнения, если эта тема вообще заслуживает внимания уважаемого комьюнити.
А также, если кто-то мне подскажет, как правильно организовать сравнение сигнала от датчика с входным сигналом от источника?
Возможно ли эту ЭДС прямо завести на ОС в УМ (например на инвертированный вход диф.каскада), но как-то так, чтобы он не возбуждался?
Может, сделать комбинированную ОС? По ВЧ - обычную ООС, а по сч/нч - через ЭООС?

Спасибо.

[bondar100]

mr-marlen, работа микрофона, как и ДГ, больше описывается уравнениями вынужденных колебаний. Однако вопрос больше касается сопряжения колебательной системы с давлением воздуха.
Мне порой кажется, что звуковое давление в акустике и давление газов в физике несколько разные понятия.
Я уже с таким сталкивался, когда под одним понятием скрываются разные определения в разных областях техники (не могу вспомнить более корректные примеры, но, вот например, под "теор. механикой" у Ландау-Лифшица названа совсем иной раздел, нежели чем то, что проходят во многих технических ВУЗах).


Решение уравнения вынужденных колебаний приведено здесь.
Для выражения координаты видно, что координата получается пропорциональна давлению. Давление (вынуждающая сила) находится в члене Фо*cos(Омега*t) с точностью до параметров (частота вынуждающей силы, собственная частота системы и т.д.). Соответственно скорость (то, что порождает ток в катушке) будет пропорциональна производной давления по времени.
А за наклон АЧХ отвечает как раз множитель перед членом Фо*cos(Омега*t), который содержит Омега^2 в знаменателе.
Следовательно, для ровной АЧХ требуется измерять ускорение.

Ну, и последнее: ЭДС катушки есть первая производная тока по времени. Таким образом, измеряя ЭДС, мы будем измерять 2-ю производную от смещения диафрагмы.
И при взятии второй производной член вынуждающей силы снова обретет вид Фо*cos(Омега*t) - то есть вид давления.

Таким образом, измеряя ЭДС с катушки мы получаем ровную АЧХ, поскольку вдали от резонанса системы множитель частоты вынуждающей силы, то есть Омега^2 сокращается.
Ну, а вблизи с резонансом мы видим подъем АЧХ, что связано с влиянием собственной частоты системы (стоит в знаменателе).
Наверное, это все.

[Orion33]

А чем не устраивает дифференциальное уравнение свободных затухающих колебаний?

Это то же самое, только с более "продвинутым" мат. аппаратом. Суть одна и та же.

При подаче напряжения после достижения максимальной позиции все поданное напряжение будет уходить в тепло.
При приложении постоянного давления по достижении максимальной позиции все приложенное давление будет уходить в тепло.

Если в первом случае это еще как-то понятно, хотя пока рассматривался идеальный случай, когда деформация была абсолютно упругой и идеальный проводник, то во втором случае совсем не понятно: давление не может переходить в тепло. Тепло - это энергия.

---------- Добавлено в 12:59 ---------- Предыдущее сообщение в 12:47 ----------

Следовательно, для ровной АЧХ требуется измерять ускорение.

Стоп-стоп. Это уже пахнет подгонкой результатов в лабораторной работе Вопрос в том, не что нужно измерять, а что конкретно на выходе микрофона.

Ну, и последнее: ЭДС катушки есть первая производная тока по времени.

Разве? А я считал, что ток - это первая производная напряжения...

Но в данном случае это не важно, т.к. измеряется величина (ЭДС), которая непосредственно порождается явлением (индукция)

измеряя ЭДС, мы будем измерять 2-ю производную от смещения диафрагмы.

Измеряя ЭДС, мы измеряем первую производную от смещения:

[bondar100]

Orion33, возможно Вы правы. Возможно с микрофона мы снимаем скорость.

Однако в реальном звуковом тракте всегда есть разделительные конденсаторы, которые дифференцируют напряжение.
К примеру, постоянная скорость диффузора не может быть записана на носителях, поскольку постоянная скорость - это постоянное напряжение. Конденсаторы это дифференцируют.

Из приведенных мной формул прямо следует, что если бы мы записывали скорость на носителе, то АЧХ имела бы наклон - с повышением частоты АЧХ бы спадала.
И корректировка АЧХ (с виниолвых взукоснимателей) - это и есть операция дифференцирования, насколько я понимаю.

[mr-marlen]

то во втором случае совсем не понятно: давление не может переходить в тепло. Тепло - это энергия.

Так никто уравнение Менделеева-Клапейрона не отменял.
Может проблема кроется в том, что мы измеряем не абсолютные величины, а их изменения?
Частиц перед мембраной микрофона стало меньше, частицы за мембраной микрофона сдвигают его вперед и уравнивают давления (силы), частиц стало больше, давление на мембрану увеличилось и объем за мембраной уменьшился. Но в любом случае движение мембраны происходит по причине неравенства сил. Следовательно меняется ускорение, а раз меняется ускорение, значит меняется скорость, а раз меняется скорость, значит меняется и координата.

Измеряя ЭДС, мы измеряем первую производную от смещения:

Какой-то непонятный вывод. В каких велечинах ЭДС записывается? Вольт/метр? Ньютон/Кулон?
Где вы видите первую производную от смещения?

[Orion33]

Однако в реальном звуковом тракте всегда есть разделительные конденсаторы, которые дифференцируют напряжение.

Если ФВЧ эквивалентен дифференцированию, то

И корректировка АЧХ (с виниолвых взукоснимателей) - это и есть операция дифференцирования, насколько я понимаю.

в фонокорректоры электродинамического звукоснимателя интегрируют, ибо они являются ФНЧ (характеристику для пьезокерамических не знаю). Но тут все просто: на пластинку записывается какой-то сигнал, предварительно дифференцируется, а потом при воспроизведении интегрируется по обратному закону.
В случае же микрофона я не понимаю, что записывается изначально...

Конденсаторы это дифференцируют.

Один RC-фильтр = 1 производная? А если в тракте их несколько?

В каких велечинах ЭДС записывается?

ЭДС измеряется в вольтах.

Где вы видите первую производную от смещения?

Скорость - это первая производная от перемещения.

Что-то мне кажется, за 6 лет после ВУЗа я отупел...

[bondar100]

Один RC-фильтр = 1 производная? А если в тракте их несколько?

Насколько я разобрался, если фильтр обеспечивает наклон АЧХ с крутизной 6 Дб/окт, то это эквивалентно одной производной. Если 12 Дб/окт - то это второй порядок дифференцирования.
Соответственно, какой порядок будет - зависит от конкретной схемы, которая определяет не только порядок, но и т.н. частоту среза. Т.е. выше этой частоты дифференцироваться сигнал не будет - он будет проходить как бы в неизменном виде.
Посему, пожалуй, мое утверждение, что скорость мембраны потом будет дифференцироваться электронно - ошибочно.
Разделительные конденсаторы имеют довольно низкую частоту среза (т.е. большое время дифференцирования), поэтому они отрезают постоянку, но не влияют на основной звуковой сигнал.

Я думаю, что Вы можете создать отдельную тему по этому поводу. Возможно есть кто-то, кто кода-то считал это все.

[scsichnik]

[OFF]Покажите "героя" !

T+A SOLITAIRE OEC-1000/OEC-2000. Активная четырех-полоска, на каждую полосу свой усилитель. Оптическая ОС на НЧ и мид-басе, емкостная на СЧ и ВЧ.

[Ясен Пень]

T+A SOLITAIRE OEC-1000/OEC-2000. Активная четырех-полоска, на каждую полосу свой усилитель. Оптическая ОС на НЧ и мид-басе, емкостная на СЧ и ВЧ.

Вот тут есть немного сведений от обладателя этого чуда.

А вот узел оптодатчика:

[scsichnik]

Ну, это чудо (ОЕС-1000) у меня есть. По ссылке, у человека самая первая ревизия колонок. Не знаю сколько точно было ревизий у 2000-ой модели (минимум две), а 1000-х было три основные ревизии. Первая ревизия была обкаточная (не самая лучшая). Во второй поменяли динамики на более лучшие, в третьей изменения коснулись усилительной части.

[vitt]

А вот узел оптодатчика:

Че-та я не соображу сходу, какова должна быть форма у этого "конуса"? Что-то сложно-патентованное?
А, вижу, там окно квадратное. Уже легче.

[bondar100]

какова должна быть форма у этого "конуса"?

Я почти уверен, что это обычный линейный конус. В этом-то и смысл - поток света на фотодатчике линейно зависит от координаты диффузора.
Отсюда и фотоЭДС - прямая функция положения диффузора с точностью до линейности датчика. Но линейность фотоприемника - это не проблема.

Мы тут в ветке где-то посчитали, что такой сигнал надо дифференцировать пару раз, чтобы сравнивать его с исходным музыкальным. При этом шумы будут сильно возрастать.
Ну, и в виду хронической нехватки времени и теоретической сомнительности успеха (из-за предполагаемых шумов), я забросил эту тему.

Но вот люди все-таки сделали рабочую конструкцию.

[_Сам_]

Мы тут в ветке где-то посчитали, что такой сигнал надо дифференцировать пару раз, чтобы сравнивать его с исходным музыкальным. При этом шумы будут сильно возрастать.
Ну, и в виду хронической нехватки времени и теоретической сомнительности успеха (из-за предполагаемых шумов), я забросил эту тему.

Но вот люди все-таки сделали рабочую конструкцию.

Так вроде не было особых сомнений, что можно сделать ОС по перемещению. Сомнения касались оправданности такого решения. Там где ход диффузора большой нет проблем два раза продифференцировать сигнал фотодатчика и сравнить его с сигналом от источника. В порядке гипотезы могу предположить, что в данной конструкции механическая ОС и работает именно в этой узкой области вблизи нижней границы полосы динамика, а с ростом частоты глубина ОС корректора быстро падает, и становятся не важными проблемы соотношения сигнал/шум после двукратного дифференцирования.

[Nota Bene]

нет проблем два раза продифференцировать сигнал фотодатчика и сравнить его с сигналом от источника.

В общем-то, нет необходимости производить двойное интегрирование сигнала с датчика положения. Достаточно однократного дифференцирования, чтобы превратить его в сигнал скорости, реализовать Э_ОС по скорости, а входной сигнал в требуемой полосе проинтегрировать.
Напомню: http://reanimator-h.narod.ru/faq_emos.htm

[_Сам_]

Nota Bene, можно и так сделать, как вы говорите: сигнал источника проинтегрировать, а сигнал датчика положения продифференцировать. С точки зрения математики будет то же самое.

[bondar100]

_Сам_, Я сейчас имел в виду, что эти люди добрались с такой конструкцией до области мидбаса.
В сообщении #127 упоминается, о реализации данной конструкции на мидбасе. Амплитуды мидбаса все-таки меньше, хотя неизвестно, что именно у них есть мидбас.

Мне же поначалу идеи вообще казалось, что такая жесткая оптическая ООС позволит контролировать движение поршня во всем поршневом диапазоне (фактически до уровня порядка кГц). Однако я не знал, что звуковой сигнал - это ускорение и не понимал, что дифференцирование так повлияет на точность измерений. Думал, что основная загвоздка в построении точного датчика координаты. А оказалось, что немалый враг - шумы полупроводников.

механическая ОС

Что Вы имеете в виду?
Мне казалось, что тут электронная ОС. В сообщении #129 упоминается о том, что усилители входят в систему.

Там где ход диффузора большой нет проблем два раза продифференцировать сигнал фотодатчика и сравнить его с сигналом от источника.

Ну, вот, по ощущениям кажется, что мидбас в домашних условиях, на небольшой громкости имеет ход диффузора - доли мм. Хотя на таких громкостях, возможно, искажения подвижной системы динамика и без того малы?
Может, у них фактическая оптическая коррекция "подключается" при амплитудах, на которых искажения растут из-за этих амплитуд?

Как я понял, один раз проинтегрировать исходный и один раз продифференцировать обратный сигнал даст ту же ошибку, что и двойное дифференцирование ОС. Так?

[_Сам_]

А оказалось, что немалый враг - шумы полупроводников.

да, все оптопары прилично шумят, даже монолитные интегральные.

Что Вы имеете в виду?

неудачно выразился. Имел в виду оптоэлектронную ОС. Просто механическая подвижная часть динамика входит в эту цепочку.

Ну, вот, по ощущениям кажется, что мидбас в домашних условиях, на небольшой громкости имеет ход диффузора - доли мм. Хотя на таких громкостях, возможно, искажения подвижной системы динамика и без того малы?

Пока нет измеренных данных по нелинейным искажениям бесполезно гадать снижены они ЭООС или нет. Возможно там больше маркетинга, чем реального уменьшения искажений. Колонки стоят под 6 килобаксов.

Как я понял, один раз проинтегрировать исходный и один раз продифференцировать обратный сигнал даст ту же ошибку, что и двойное дифференцирование ОС. Так?

Да. Соотношение сигнал шум в любом случае будет одинаковым. Даже если дважды проинтегрировать сигнал источника, а сигнал датчика положения взять как есть.

[scsichnik]

У ОЕС-1000, действительно, есть небольшой шум в каждой полосе. Если приложить ухо вплотную к динамику (к любому), то слышно шум (при отсутствии сигнала и закороченном входе), но с расстояния полуметра уже ничего не слышно, как ни старайся. Я на этот шум "забил", т.к. его не слышно, если не обниматься с колонкой, а звучат они отлично)))

---------- Добавлено в 15:51 ---------- Предыдущее сообщение в 15:11 ----------

_Сам_, Я сейчас имел в виду, что эти люди добрались с такой конструкцией до области мидбаса.
В сообщении #127 упоминается, о реализации данной конструкции на мидбасе. Амплитуды мидбаса все-таки меньше, хотя неизвестно, что именно у них есть мидбас.

Ну почему же неизвестно? От 150 до 850 Гц.
Вообще, можно назвать эти колонки трехполосными с интегрированным сабом, т.к. первая частота раздела всего 150Гц.

[bondar100]

Ну почему же неизвестно? От 150 до 850 Гц.

Да, выглядит впечатляюще - контролировать оптикой до 850 Гц .

[scsichnik]

Я думаю, что чем ближе к верхней границе, тем менее эффективна ОС. Максимальный контроль внизу, что, в общем то, разумно.

[Ясен Пень]

Да, выглядит впечатляюще - контролировать оптикой до 850 Гц .

Там не только оптика. Вот здесь пишут, что на НЧ и НЧ/СЧ оптоэлектронные датчики, а на СЧ - емкостной датчик.