Э_ОС - набираемся опыта, вопросы и ответы по существу дела.

[Nota Bene]

В связи с закрытием долгоживущей темы "ЭМОС/ЭБОС. Вторая серия" прошу обсуждение вопросов реализации Э_ОС производить тут.
В личке у меня нет времени отвечать на частные вопросы. А тут, надеюсь, всем "миром" как-нибудь разберемся. Желательно, чтобы вопросы были конкретными Тогда и ответы будут более конструктивными.

Наиль

[Nota Bene]

Если очень хочется на оптическом датчике

Можно попробовать сделать дифференциальный оптический датчик снимающий сигнал смещения одновременно с фронтальной и тыловой стороны диффузора.
Чтобы компенсировать нелинейность. Возможно...

[Николай С]

Можно попробовать сделать дифференциальный оптический датчик снимающий сигнал смещения одновременно с фронтальной и тыловой стороны диффузора.
Чтобы компенсировать нелинейность.

Мне понадобилось пару месяцев экспериментов, что бы прийти к такому же решению. Для компенсации нелинейных искажений датчики нужно поставить в одинаковые условия. При использовании дифференциальных усилителей появится возможность подстройки по минимуму нелинейных искажений. Рассматривал вариант применения двух динамических головок в одной акустической системе с расположением датчиков спереди по центру. Одна головка располагается магнитной системой наружу и включена в противофазе. Должно сработать, в “железе” ещё очередь не дошла.

[Всеволод А.Д.]

так как расстояния от светодиода до фотодиода r и смещение диффузора r max – r min практически имеют один порядок, то и нелинейные искажения здесь будут очень большими. Ни о какой линейности говорить не приходится.

Поэтому вы первоначально привели значения, исходя из расстояние фотодиода 1м до измеряемого объекта?

надо измерять время между посланным и отражённым импульсами света. Частота следования импульсов выбирается намного выше верхней сигнала. Чтобы сигнал в датчике не зависел/мало зависел от амплитуды и внешних шумов, необходимо иметь достаточно высокую интенсивность лазера и применять ограничение после фотодатчика. Можно саму систему кодека (модулятор/демодулятор) выбрать любую фазововую/угловую (ЧИМ, ФИМ, ШИМ и их производные). Достижима очень низкая нелинейность преобразования.

Можете подробнее описать собственно материальную часть? Как луч лазера должен попадать стабильно на фотодиод? Мне кажется что реализация такой системы требует специфичного и качественного подбора комплектующих, надеюсь это от моего профанства в вопросе. Опять же, это кажется вроде вовсе не реализуемым на базе дсп.

Проблема не столько кривую получить (КНИ), сколько обеспечить при этом низкие шумы.

Прошу прощения, но вроде как данная кривая относиться к линейным искажениям. По крайней мере с тчк зрения того как она взаимодействует с АС - искажения будут вроде именно что амплитудные.

Если очень хочется на оптическом датчике, то надо делать на изменении потока света при перемещении диффузора. Ещё полезно синхронное детектирование.

Те перманентная засветка ( я предполагаю ик диапазон для снижения шумов) диодом и далее как в "ЭМОС по смещению" Ракитского?
А синхронное детектирование обязательно в виде снятия сигнала дифференциально - с двух сторон диффузора, или можно просто продублировать 2\3\4 датчика аля те что у Ракитского?

дифференциальный оптический датчик снимающий сигнал смещения одновременно с фронтальной и тыловой стороны диффузора

Звучит рабоче, но не очень красиво.

М Рассматривал вариант применения двух динамических головок в одной акустической системе с расположением датчиков спереди по центру. Одна головка располагается магнитной системой наружу и включена в противофазе.

А подобное решение вовсе предполагает использование 2ух головок. И кажется мне что из-за немного разных условий работы, разброса параметров динов и тд подобное не сработает.

[Alex]

Прошу прощения, но вроде как данная кривая относиться к линейным искажениям. По крайней мере с тчк зрения того как она взаимодействует с АС - искажения будут вроде именно что амплитудные.

А толку с малых икажений, если все в шумах датчика и его обвязки утонет?
Я писал выше - "кривую" я получал приемлимую, но или шумы и/или задержка, не позволяли использовать на практике.

[Николай С]

Для определения оптимального акустического оформления динамической головки в системе ЭАОС произвел несколько измерений. Динамическая головка: 15 дюймов, Qts=0,57, Vas=51l, Fs=53Hz. Акустическое оформление:
1. закрытый ящик optimum Qtc=0,7 - красный график
2. закрытый ящик Qtc=0,63 - зеленый
3. ящик фи optimum - синий
SPL. Здесь явное преимущество у закрытого ящика с Qtc=0.63

Искажения. Здесь опять лучше у закрытого ящика с Qtc=0.63

Импульс. Вывод неоднозначный. Первый ящик был без заполнения, на графике вероятно реверберация. Что бы сделать правильный вывод нужны дополнительные измерения.

Выводы делать самим.

---------- Сообщение добавлено 11.04.2021 в 10:24 ---------- Предыдущее сообщение было 10.04.2021 в 18:14 ----------

Заполнил частично звукопоглащающим материалом оптимальный корпус с Q=0.7. Положительный эффект есть, но не такой большой как при увеличении объёма.

[Всеволод А.Д.]

Я правильно понимаю что для ЭАОС тут не раз применяли микрофон WM-034CY, и его можно устанавливать без доработок?

[Николай С]

Я правильно понимаю что для ЭАОС тут не раз применяли микрофон WM-034CY, и его можно устанавливать без доработок?

Применял WM-034 и многие другие, например: нормально работают китайские SG9765, EM9745. WM-034 как бы гарантировал ровную АЧХ в низкочастотной области. Все микрофоны применял с доработкой по Линквицу (трёхпроводное включение).

[Всеволод А.Д.]

Все микрофоны применял с доработкой по Линквицу (трёхпроводное включение).

Можете поделиться конкретной схемой и её реализацией? ТК в соответствующей теме бесконечно множество вариантов и споров о них.

[Николай С]

Можете поделиться конкретной схемой

Такая конфигурация схемы получилась в связи с удалением микрофона от основной платы на 60-70см. В итоге дополнил стабилизаторами, симметричным выходом и переносом интегратора на плату микрофонного усилителя. Плата расположена рядом с микрофоном. Микрофон соединен с платой обыкновенными проводами 50-70мм.

Схема основной платы ЭАОС (без описания пока)

[Всеволод А.Д.]

Такая конфигурация схемы получилась в связи с удалением микрофона от основной платы на 60-70см.

Что править если не 60-70 а плата буквально на корзине, и провод получается 5-10см?
Правильно понимаю что кондёры 100мкФ - керамика?

[Николай С]

Правильно понимаю что кондёры 100мкФ - керамика?

Конденсаторы C1, C2 100мкФ - эпектролиты (схему исправил).

Что править если не 60-70 а плата буквально на корзине, и провод получается 5-10см?

???

[semimat]

Такая конфигурация схемы получилась в связи с удалением микрофона от основной платы на 60-70см.

Мне кажется, что такое схемное решение на входе портит идею следящей обратной связи наличием "медленной" ООС через резистор R15 на исток полевика капсюля (см. рисунок).
В этом случае следящая ПОС через конденсатор C2 перестает выполнять свою функцию.
Чтобы это почувствовать, достаточно представить, что резистор R15 равен не 4,7 кОм, а имеет величину, допустим, 100 Ом или вообще ноль. Становится понятным, что тогда следящая ПОС в исток через С2 будет вообще заболокирована.
Но и при резистре R15, равном 4,7 кОм, эффект от следящей ПОС в исток будет практически отсутствовать. Ведь следящая ПОС через С2 делает эквивалентоное (динамическое) сопротивление R2 равным почти бесконечности, превращая его в генератор тока, что и нужно для снижения искажений входного полевика. Но это треряет смысл, если в истоке всё равно остается низкоомный резистор R15 с сопротивлением 4,7 кОм (на самом деле, из-за ООС даже еще намного меньшим). Мне кажется, что ничего не изменится, если убрать C2 и в истоке оставить один резистор сопротивленем 20 кОм (R2+R3).
Что-то похожее здесь уже обсуждалось, и Nota Bene придумывал доработку подобной схемы, чтобы уменьшить эффект "обесценивания" следящей ПОС в исток.
А в этом варианте работающей остается только следящая ПОС в сток. Но этого мало. Ситуацию, может быть, возможно исправить заведением ООС в другую точку, как показано зеленым пунктиром. Но я бы в любом случае проверил работу схемы в симулятрое.

[Николай С]

Но я бы в любом случае проверил работу схемы в симулятрое.

Симуляция схемы по постоянному току показала неработоспособность предложенного Вами варианта(зеленый график).

[Andrey Orloff]

Симуляция схемы по постоянному току показала неработоспособность предложенного Вами варианта(зеленый график).

В реальности то оно работает (завод выхода интегратора через резистор в точку соединения R2-R3), у меня несколько макетов так работало, но при прямом сравнении через микрофон на реальных бурстах у варианта "в исток" получается ЛУЧШАЯ переходная характеристика, по крайней мере в моих экспериментах по реакции системы ЭАОС на бурс-тон вариант "интегратор в исток" был всегда лучше.
Кстати, в данной архитектуре интегратор играет чуть ли не определяющее значение в формировании АЧХ/ФЧХ на ИНЧ требует в каждом конкретном случае индивидуальной настройки (резистор последовательно с интегрирующей емкостью тут обязателен, его номинал лежит в диапазоне 1/5...1/20 от входного сопротивления интегратора (R16), без этого резистора в моих экспериментах схема вела себя сильно неустойчива на ИНЧ (хотя возможны варианты и без него).
Еще есть вариант подавать напряжение с интегратора прямо на нижний вывод R3 (я не пробовал, но в планах есть такой эксперимент - что то подсказывает, что это - наилучший вариант

[semimat]

Симуляция схемы по постоянному току показала неработоспособность предложенного Вами варианта(зеленый график).

Ну, что же, я так и указал, что ситуацию "может быть, возможно исправить". Увы, нет... Получается, что простой перепайкой точки подключения R15 (без подстройки номиналов компонентов) ситуацию не исправить.
Но еще раз повторюсь. Я акцентировал внимание на том, что в исходном схемотехническом решении следящая ПОС через конденсатор С2 оказывается обесцененной. В принципе это не страшно - до появления здесь на форуме в 2014 году схем предусилителей (для электретных капсюлей), использующих следящие ПОС, в системах ЭАОС прекрасно работали и обычные схемы. Но искажения у схемы со следящими ПОС меньше, если только эти ПОС не обесценены.
Я бы советовал проверить мои опасения (про обесценивание ПОС через C2 при заведении R15 в исток), сравнив искажения на больших сигналах частотой 20...100 Гц для двух вариантов - исходного и такого, в котором низкочастотная ООС разорвана. То есть, в исходной схеме надо разорвать цепь резистора R15, а режим по постоянному току восстановить, подобрав напряжение на нижнем конце резистора R3. Так, как на рисунке ниже.

Это очень похоже на то, о чём написал Andrey Orloff в #1294. Естественно, симулировать с емкостью источника сигнала в 5пФ. Сам я это промоделировать в LT Spice не могу, так как не владею данным симулятором.
Но если вопрос искажений не сильно важен, или мои опасения кажутся надуманными, то можно и ничего не симулироать. Просто раньше этому вопросу в другой теме было уделено много внимания.

---------- Сообщение добавлено 03:44 ---------- Предыдущее сообщение было 01:41 ----------

Всё-таки решил сам отмоделировать влияние резистора R15 на снижение эффективности системы следящих ОС. Моделировал в Мультисиме только входной каскад, естественно, со своими компонентами. Но уверен, результат у исходной схемы в итоге будет почти столь же плачевный.
Итак, вот классическая схема со следящими обратными связями. На вход капсюля подается сигнал частотой 1 кГц (для меньшего времени моделирования) и амплитудой 5 В. На выходе имеем минимальные искажения.

А теперь добавим в эту схему тот самый резистор R15 (4,7 кОм), прямо в исток. Но чтобы не нарушить режим по постоянке, закоротим (по переменке) другой вывод этого резистора конденсатором на землю (это почти то же, что и его подключение к низкомному выходу интегратора в оригинальной схеме).
В итоге даже при ампитуде входного сигнала всего 1 В, искажения превышают 1%! При бОльших сигналах искажения катастрофически растут.

Таким образом, включение сравнительно низкоомного резистора R15 в исток может обесценить работу следящих обратных связей.

В посте #1293 автор уже увеличил этот резистор до 20 кОм. Но и этого мало. Нужно искать более правильное решение. Уверен, что оно есть.
Возможно, следует попробовать предложение от Andrey Orloff из #1294, но там тоже существует риск возникновения генерации , и надо оптимизировать компоненты (на самом деле, это практически то же самое, что предложил попробовать я, но с другими эквивалентными номиналами). Есть и другие более сложные варианты.

Кому интересно повторить моделирование, прилагаю файл Мультисима-14: убиваем следящие связи.zip

[Andrey Orloff]

semimat, не поленился и просимулировал с интегратором и без оного. В варианте с интегратором гармошки заметно менее оказались. Частота сигнала 50Гц.
Схемка с включенным интегратором:


Схемка - интегратор отключен:


Да, в предусилителе из отсюда ИМХО неправильные номиналы резисторов R1-R3. R1 надо 10...12 кОм, а сопротивления R2-R3 надо брать вдвое больше, чем R1. потому что есть следящая связь через конденсаторы С1 и С2 по 100мкФ - и дабы получить по обоим ветвям одинаковые постоянные времени (С1*R1 = С2*R2||R3) а конденсатор С2 видит суммарное сопротивление, как параллельно соединеyные R2 и R3, ведь выходное сопротивление истока можно считать близким к нулю, а сопротивление стока - наоборот, большое (ну это грубо).

---------- Сообщение добавлено 21:51 ---------- Предыдущее сообщение было 21:42 ----------

А вот схемка, где интегратор питает минус, все работает, только питание "минуса" стало -33Вольта :


---------- Сообщение добавлено 21:55 ---------- Предыдущее сообщение было 21:51 ----------

Для любознательных прицепляю мультисимовскую модель:СРАВНЕНИЕ_Mic_Pred_G201_Integrator-MINUS.zip

[Николай С]

Да, в предусилителе из отсюда ИМХО неправильные номиналы резисторов R1-R3.

Всё верно. У меня на схеме резистор R1 22k - это опечатка, уже исправил, правильно 4.7k. Номиналы резисторов R1,R2,R3 уменьшены в два раза в связи с пониженным напряжением питанием +/-8В. Первоначально схема входного каскада была предложена Андреем Орловым, спасибо.

[semimat]

semimat, не поленился и просимулировал с интегратором и без оного. В варианте с интегратором гармошки заметно
менее оказались. Частота сигнала 50Гц.

Andrey Orloff, спасибо за моделирование! Это как раз то, о чем я говорил: нельзя резистор обратной связи подключать к истоку полевика. И хорошо, что ты сравнил варианты подключения этого резистора в другие рекомендованные точки, изменив одновременно номиналы деталей так, чтобы избежать риск возникновения генерации.
Теперь искажения соответствуют тому, что можно ожидать от каскада со следящими связями.
Но мне показалось интересным, почему у тебя интегратор заметно уменьшил искажения. Это было для меня неожиданным. Я считал, что интегратор при таких включениях может в основном поддерживать режим по постоянке и влиять на АЧХ на сверхнизких частотах, а также способен лишь чуть-чуть ухудшить искажения. Но произошло, наоборот, снижение искажений. Почему?
Я решил, что этот эффект больше связан с изменением режима входного полевика по постоянке - ведь теперь ток через него и напряжения на нем стали совсем другие (существенно больше) за счет подачи напряжения обратной связи через интегратор. А в варианте без интегратора при минусовом питании 15 Вольт напряжение сток-исток полевика было всего 0,35 В!
Чтобы проверить, благодаря чему уменьшились искажения, я в твоей модели для классического варианта (без интегратора) выставил минусовое напряжение питания равным тому, какое, автоматически установилось в схеме с интегратором - 39.2 В. Поскольку я ожидал, что разницы в искажениях после этого почти не должно быть, то чтобы её разглядеть, я частоту генератора снизил до 15 Гц (по моему мнению - чем ниже частота - тем сильнее должно проявиться отрицательное влияние интегратора).
Вот что получилось в результате после 21 секунды отмоделированного времени.

Увы, для таких частот и емкостей нужно брать большое время моделирования, чтобы все переходные процессы, влияющие не измерения, закончились.
Для классического варианта без интегратора искажения встали "по нулям" уже после 10-й секунды моделирования, а с интегратором продолжали "гулять" от полного нуля до 0,005% даже после 20-й секунды.
Лишь через 40 секунд они вышли на 0.000-0.001%. Это говорит о том, что всё-таки полностью устранить долгий переходной колебательный процесс в схеме с интегратором не получается.
Тем не менее, после правильного подключеня резистора обратной связи, результаты стали ожидаемыми и очень хорошими!

---------- Сообщение добавлено 02:07 ---------- Предыдущее сообщение было 00:55 ----------

P.S. И всё-таки, я не совсем понимаю, зачем здесь вообще нужна цепочка отрицательной обратной связи с интегратором. Схема со следящими обратными связями допускает вариации напряжения сток-исток и, сооветственно, температуры полевого транзистора в очень широких пределах, сохраняя при этом коэффициент передачи максимально близким к единице и обеспечивая широчайший диапазон допустимых входных напряжений. Ей не требуется какая либо стабилизация.
Если же интегрирующая ООС нужна принципиально для формирования какой-то определенной формы АЧХ, или чтобы на выходе по постоянке был хороший ноль, то мне кажется, что это лучше сделать уже отдельно после входного каскада, а не в нём. Тогда не возникнет проблемы с ухудшением переходных характеристик и искажениями. Например, чтобы на выходе усилителя не было постоянки, не было долгого колебательного переходного процесса, и одновременно были малые искажения, я бы изменил схему из поста #1289 вот таким образом (заведя ООС не в каскад со следящими связями, а сразу после него):

Конечно, надо подобрать оптимальные прараметры интегратора для получения желаемой АЧХ снизу.
Рекомендую сравнить два этих варианта в симуляторе. Мне кажется, что улучшение всех параметров после доработки будет заметным.

[Николай С]

Конечно, надо подобрать оптимальные прараметры интегратора для получения желаемой АЧХ снизу.
Рекомендую сравнить два этих варианта в симуляторе. Мне кажется, что улучшение всех параметров после доработки будет заметным.

Анализ работы схемы по постоянному току показал, что схема рабочая, но при условии подбора резисторов R1, R2, R3. Причем при применении микрофонов разных производителей номиналы резисторов R1, R2, R3 будут разные. С таким же успехом можно подобрать режим работы первого каскада по постоянному току и увеличить сопротивление R15 до 1 Meg, чтобы исключить влияние интегратора.
Во-первых, поведение системы ЭМОС бывает не всегда предсказуемым, например, как она поведет себя в отношении ПОС на C1 и C2 (проигнорирует или пронивелирует). Здесь нужны изменения при работе всего тракта, а не отдельного каскада. Позже проведу измерения.
На данном этапе "вылизывания" искажений до сотых долей процента считаю нецелесообразным, так как в ЭАОС не решены основные проблемы. А основная, как я думаю, это эффект "открывания дверей". Даже при применении очень жесткой динамической головки ход диффузора динамической головки считаю недопустимым, тем более он влияет на качество звука. И это при мощности усилителя порядка 200 вт и мощности динамика под 1 квт. Частично проблему решить удалось: выделил сигнал, но до его обработки дело еще не дошло. Второй нюанс - это перегрузка системы на больших мощностях. Хотелось бы нормальную работу системы во всех диапазонах мощностей. Ранее этот вопрос решался применением лимиторов, но, как я считаю, нужно найти другой способ.

[semimat]

Анализ работы схемы по постоянному току показал, что схема рабочая, но при условии подбора резисторов R1, R2, R3. Причем при применении микрофонов разных производителей номиналы резисторов R1, R2, R3 будут разные.

Подбор номиналов деталей требуется почти всегда - один только ток капсюля, согласно паспортным данным, может меняться от модели к модели в 10 раз и от экземпляра к экземпляру более чем в 2 раза. В этом плане схема со следящими ОС оказыватется одной из самых неприхотливых. У Andrey Orloff в симулировании напряжение на полевике в этой схеме было всего 0,35 В, и тем не менее, схема при 5 В входной амплитуды дала искажения в две сотые доли процента.
Но у схемы со следящими связями есть эффект подъёма АЧХ на низких частотах для капсюлей со встроенным в полевик резистором утечки. Этот подъем устраняется подбором величины конденсатора следящей обратной связи в исток. Его можно менять в очень широких пределах, вплоть до удаления - ведь при удалении конденсатора мы просто возвращаемся к схеме Линквица - тоже очень хорошей (но следящие связи делают её еще лучше).

С таким же успехом можно подобрать режим работы первого каскада по постоянному току и увеличить сопротивление R15 до 1 Meg, чтобы исключить влияние интегратора.

Интересно, какой смысл тогда будет в этой ООС, если резистор станет 1 МОм?!!! На что тогда она сможет повлиять?

На данном этапе "вылизывания" искажений до сотых долей процента считаю нецелесообразным, так как в ЭАОС не решены основные проблемы. А основная, как я думаю, это эффект "открывания дверей".

Дело не только в вылизывании искажений, а в улучшении ВСЕХ параметров схемы - и АЧХ, и максимальной допустимой амплитуды входного сигнала. Эти параметры важны и при устранении эффекта "открывания дверей".

Чтобы показать, как улучшается схема после доработки, я промоделировал оригинал и его модификацию.
Вот как выглядят основные характеристики оригинала (пост #1289) в Мультисим 14. Здесь как раз видна необходимость подстройки и этой схемы после замены некоторых активных компонентов и переноса её в другой симулятор (в частности, используемая модель полевика примерно соответствует полевику 2SK3372 из капсюля WM-61), поскольку АЧХ на низких частотах в данном случае оказалась плохой.

Мы видим также, что искажения при 1В амплитуды входного сигнала составляют почти один процент!

А теперь посмотрим на доработанную схему. При доработке я изменил точку подключения и величину резистора цепи ООС, увеличил емкость в интеграторе и уменьшил емкости в цепях следящих ОС. Резисторы R1, R2, R3 оставил без подстройки, хотя надо бы их увеличить, поскольку при моделировании я в обоих случаях взял более стандартное напряжение питания +- 12 Вольт.

В результате АЧХ стала лучше, коэффициент усиления входного каскада стал в точности равен единице, а искажения стали нулевые даже при амплитуде входного сигнала 3 В. Они бы остались такими и при намного большем входном сигнале, но поскольку следующий (второй) каскад имеет усиление чуть менее четырех, то при подаче на вход более трех Вольт (при питании +- 12 Вольт), в данной схеме наступает ограничене по выходу второго каскада.
И все эти параметры устанавливаются уже через 2,5 секунды от начала моделирования, то есть, схема очень быстро выходит на режим после включения.

Я постарался дать свои аргументы в пользу необходимости доработки схемы. Дальше каждый сам решает, стоит ли ему это делать...