Пишем статью/FAQ по Э_ОС

[Nota Bene]

По форуму во многих местах разбросана информация по этой теме. Кроме того, она часто "замусорена" мелкими техническими деталями и оффтопиками. Предлагается совместными усилиями заинтересованных в конечном результате участников форума собрать и систематизировать эту информацию.

Для начала предлагается проект содержания этой ветки. Для обсуждения.

1. Замануха
2. Основные принципы. (последняя редакция 27 февраля 2008)
3. Разновидности Э_ОС

Рассмотрим подробнее, что же мы можем измерить у движущегося диффузора. Первое, что приходит в голову - его смещение относительно положения равновесия. Используя эту величину (выход OFFSET модели) в качестве сигнала обратной связи, мы получим ЭМОС по положению (смещению). Еще можно измерять моментальную скорость движения диффузора (выход VELOCITY) - и аналогично получить ЭМОС по скорости. Датчики, измеряющие ускорение (выход ACCEL), позволяют организовать ЭМОС по ускорению. А если учесть, что звуковое давление (SPL) на НЧ пропорционально ускорению движения диффузора вуфера, то сигнал обратной связи, полученный с микрофона, находящегося вблизи, также формирует ЭМОС по ускорению. Заметим, что А.Сырицо ввел термин ЭАОС (электроакустическая обратная связь) для такого подвида ЭМОС.
Деление на ЭМОС по положению, скорости, ускорению, несколько условно, так как эти физические величины связаны между собой математическими операциями дифференцирования/интегрирования. Например, скорость получается из смещения дифференцированием по времени, или же интегрированием ускорения по времени Но, постараемся все же придерживаться такой классификации разновидностей ЭМОС по наименованию регистрируемого физического параметра.

3.1. Э_ОС по ускорению (последняя редакция 5 марта 2008)
3.2. Э_ОС по скорости (последняя редакция 21 января 2008)
3.3. Э_ОС по положению (последняя редакция 21 января 2008)
4. Область и условия применения.
5. Мостовые схемы
6. Датчиковые схемы
6.1. ЭАОС
6.2. ЭМОС
6.3. ЭБОС
7. Практические конструкции
...
N. Вопросы унификации Э_ОС

Список литературы

По мере пополнения темы, содержание будет корректироваться, а разделы содержания будут пополняться ссылками на соответствующие посты. В общем, посмотрим, что из этого получится
Так как ftp сервер хотбокса перестал просто так отдавать фотки на показ, я сделал копию черновика FAQ тут - http://reanimator-h.narod.ru/faq_emos.htm

[Nota Bene]

ЭМОС по ускорению

Рассмотрим на нашей модели ФЧХ динамика по ускорению, фиксируемого акселерометром (красный график на рис.2). Видно, что при возрастании частоты, фаза изменяется (отстает) от нуля до величин, превышающих 180 градусов; причем на частоте резонанса/перегиба наблюдаем сдвиг фазы в -90 градусов. Если не использовать какой-либо коррекции в петле ООС, то станет понятно, что на ИНЧ практически нет запаса по фазе для обеспечения устойчивости ЭМОС, а на СЧ/ВЧ мы имеем избыток петлевого усиления, и фаза сигнала с акселерометра за счет временной задержки успевает достигнуть 360 градусов, прежде чем петлевое усиление упадет до значений менее 1 (вспоминаем критерий устойчивости ). Эти моменты можно рассмотреть на следующем рисунке, где моделируется поведение такой системы при увеличении петлевого усиления:



Рис.5.

Очевидно, что для правильного построения ЭМОС по ускорению нам необходимо в петлю ООС ввести корректирующее устройство, которое бы обеспечивало постоянный фазовый сдвиг в 90 градусов для создания запаса по фазе на ИНЧ, и имело спадающую к ВЧ АЧХ, чтобы обеспечить уменьшение петлевого усиления на верхней границе рабочего диапазона. На эту роль лучше всего подходит обычный интегратор . В этом случае получится вот так -



Рис.6.



Рис.7.

И устойчивость на ИНЧ значительно повысится, и условия для самовозбуждения на СЧ устранятся. Может быть, понятнее будет эти моменты посмотреть на модели с разорванной ООС:



Рис.8.

Подобное поведение АЧХ на ИНЧ (характерное АЧХ апериодического звена) соответствует применению датчиков типа ADXL, которые регистрируют абсолютную величину статического ускорения. Их выходной сигнал содержит даже информацию о гравитационном поле Земли (ускорении свободного падения (G) ) и зависит от ориентации датчика. Другие типы датчиков, как уже было отмечено, неявно содержат дифференцирующее звено, и его параметры влияют на устойчивость системы на ИНЧ. Наглядно это видно при моделировании -


Таким образом, раскачка диффузора ДГ при звуковоспроизведении может быть обусловлена недостаточным запасом устойчивости на ИНЧ, определяемым имеющимся запасом по фазе. Дополнительные полюсы на ИНЧ, еще больше осложняющие жизнь тем, что "отъедают" имеющийся запас устойчивости, появляются из-за неидеальности добавочного интегратор (корректор Z2), "закрытого" входа УМ (или УМ с ограниченной на ИНЧ полосой), поэтому желательно, чтобы эти полюсы были разнесены друг от друга по частоте и находились далеко за пределами рабочей полосы ЭМОС.

Under construction

Файлы моделей (MC8) -

[Nota Bene]

ЭМОС по положению

Для ЭМОС по положению в петлю ООС необходимо ввести дифференциатор, который оптимизирует ФЧХ системы. При увеличении глубины ЭМОС по положению с помощью элемента Х6 видим следующую картину -




И тут, опять видим, что глубина полученная ЭМОС соответствует глубине ЭМОС по скорости
Только опять необходимо ввести предкоррекцию во входной сигнал -12дБ/окт двумя интеграторами, чтобы получить горизонтальную АЧХ по SPL -

Under construction

Файлы моделей (МС8) -

[Nagema]

Дьявол :)
Я в воскресенье сидел и трудолюбиво бился о симулятор, стараясь понять, откуда возникает горб на 400 Гц и почему он увеличивается и "уползает" вверх по чатоте при увеличении ОС :)

Offтопик:
И я бы что-то таки-понял вчерашним вечером - нно произошло крупное "но", в результате которого я теперь похмельный дятел, а в квартире немножко живет второй мужчина, пока у него ситуация не устаканится. Ужас как дискомфортно. Никогда не приводите к себе мужчин.

Забрал прилагаемый файлик, спасибо, Наиль.

[gross]

Наиль, в посте 41 на графике emos_accel.CIR то, что нарисовано не есть ЭМОС по ускорению (в классическом смысле) Поэтому и получилссь одинаковая глубина. У тебя коррекция (я исхожу из графика) вынесена из петли ЭМОС наружу. Ты рассматриваешь фактически внутри петли ту же самую ЭМОС (условно) по скорости.

З.Ы. Поясню, что я называю классикой (не жигули, не музыка, не преферанс, не поза, и т.д.). Сигнал, пропорциональный скорости перемещения диффузора, подающийся на сумматор на вход усилителя - это ЭМОС по скорости. Сигнал, проп. ускорению дифф., подающийся так же на вход на сумматор - ЭМОС по ускорению. Классика для меня это потому, что такая терминология была в первых публикациях в "Радио".

[Nota Bene]

в посте 41 на графике emos_accel.CIR то, что нарисовано не есть ЭМОС по ускорению (в классическом смысле) Поэтому и получилссь одинаковая глубина. У тебя коррекция (я исхожу из графика) вынесена из петли ЭМОС наружу. Ты рассматриваешь фактически внутри петли ту же самую ЭМОС (условно) по скорости.

З.Ы. Поясню, что я называю классикой (не жигули, не музыка, не преферанс, не поза, и т.д.). Сигнал, пропорциональный скорости перемещения диффузора, подающийся на сумматор на вход усилителя - это ЭМОС по скорости. Сигнал, проп. ускорению дифф., подающийся так же на вход на сумматор - ЭМОС по ускорению. Классика для меня это потому, что такая терминология была в первых публикациях в "Радио".

Так классику мы и видим! На сумматор подается именно то, что измеряется (ACCEL->линейный усь Х6->сравнивающее устройство Х5). И вид ЭМОС также называется. Корректор в прямой ветви (интегратор Х7) задает нужную глубину коррекции в петле и исправляет фазу. Интеграторы Х2, Х3 - это неявные интеграторы, они относятся к модели ДГ, как условные устройства (но правильно функционирующие), демонстрирующие связь между ускорением, скоростью и смещением...

[gross]

Классики мы не видим. Еще раз по твоим схемам: В посте 40 у тебя интегратор нанесен вперед, до петли ЭМОС. В посте 41 ты интегратор переносишь внутрь петли ЭМОС. Это, последнее, не есть классика. Эта коррекция и приводит к одинаковому поведению кривых - отсутствию выбросов (задержку не считаем).

Смысл, по крайней мере у Салтыкова в статье, был именно в том, чтобы показать разное поведение АЧХ, и возникновение пиков, при разных способах ввода ЭМОС внутри ее петли. А у тебя внутри пели во всех случаях одно и то же - один интегратор, либо ряд приборов, сводимых к одному интегратору. Понятно, что в таких условиях глубина коррекции и устойчивость изменяться не будет.

[Nota Bene]

Смысл, по крайней мере у Салтыкова в статье, был именно в том, чтобы показать разное поведение АЧХ, и возникновение пиков, при разных способах ввода ЭМОС внутри ее петли. А у тебя внутри пели во всех случаях одно и то же - один интегратор, либо ряд приборов, сводимых к одному интегратору. Понятно, что в таких условиях глубина коррекции и устойчивость изменяться не будет.

И это - правильно! В этом ключе и пойдем. А статью Салтыкова я еще перечитаю.

[Александр К.]

... поворот фазы сигнала становится таким, что ООС из отрицательной переходит в положительную...

Спасибо.

ЭМОС по ускорению (#41) - прямо система подчинённого регулирования в неявном виде (?).
Интегратор не будет ограничивать полосу сверху?

[Nota Bene]

А статью Салтыкова я еще перечитаю.

Посмотрел. Это - совсем не классика.
Что-то О.Салтыков мне нравится все меньше и меньше...
Давайте лучше придерживаться настоящих классиков ЭМОС -

Беспалов И. Пикерсгиль А. "И снова об ЭМОС" Радио 1985 №7 с.33-36.



Комментарий к иллюстрации:

f0 - желаемая частота среза АЧХ системы.
f1 - нижняя граница поршневого диапазона.
f2 - частота, которую может воспроизвести головка с учетом максимального хода подвижной системы при заданной мощности в области НЧ.
f3 - резонансная частота ДГ.
f4 - частота, ниже которой нелинейные искажения резко возрастают.
f5 - верхняя граница поршневого диапазона
f6 - частота сопряжения НЧ/СЧ для ШП головки.

Рис.2 а. ЭМОС по ускорению:

(1) синий - АЧХ УМ+ДГ+датчик ускорения
(2) красный - желаемая АЧХ по SPL
(3) зеленый - петлевое усиление
(4) сиреневый - АЧХ корректора
(5) голубой - коррекция АЧХ для уменьшения внеполосных помех
(6) морковный - АЧХ входного сабсоник фильтра.

Рис.2 б. ЭМОС по скорости:

(1) синий - АЧХ по скорости УМ+ДГ+датчик ускорения
(2) красный - желаемая АЧХ по скорости
(3) зеленый - петлевое усиление
(4) сиреневый - АЧХ корректора
(5) голубой - коррекция АЧХ для уменьшения внеполосных помех
(6) морковный - АЧХ входного фильтра-корректора.

ЭМОС по ускорению (#41) - прямо система подчинённого регулирования в неявном виде (?).

?????????? Ничего не понял

Интегратор не будет ограничивать полосу сверху?

Посмотрите выше в этом же топике.

Меня вот какой еще вопрос занимает - если для различных ЭМОС получается одинаковая реализуемая глубина ООС, то какая из них даст минимальные искажения по SPL?
Соображения тут такие - ЭМОС по смещению следит за точностью движения диффузора. SPL же - вторая производная от перемещения (т.е. ускорение).
ЭМОС по скорости обеспечивает точность соблюдения скорости перемещения диффузора. SPL - первая производная от нее. Все эти параметры (и смещение, и скорость) являются косвенными, а не прямыми, в отличие от ускорения, факторами, определяющими точность воспроизведения звука (SPL). Взглянем на следующие графики - моделирование прохождения сигнала последовательно через две дифференцирующие цепи, обеспечивающие взятие первой и второй производной от сигнала. Имитация искажений входного сигнала производится введением 2% второй гармоники и 1% третьей гармоники. Что же мы видим на выходе?



Вот и получается, что с точки зрения обеспечения минимальных искажений, ЭМОС по ускорению - лучший выбор...

[gross]

Меня вот какой еще вопрос занимает - если для различных ЭМОС получается одинаковая реализуемая глубина ООС

Я с этим не согласен. Можем отвлечься от любых авторитетов и исходить из здравого смысла. ЭМОС по некоему праметру - это головка, охваченная ОС по данному параметру, и стабилизирующая этот параметр. К тебя же получается, что головка всегда охвачена одной и той же ОС и стабилизируется один и тот же параметр. У тебя разница в том, что на узел сравнения подается различный сигнал. На мой взгляд, какой сигнал туда подается (читай - как устроено внутри) - не имеет значения. значение имеет - что регулируется. А у тебя всегда регулируется одно и то же - скорость.

Добавлено через 4 минуты

Вот и получается, что с точки зрения обеспечения минимальных искажений, ЭМОС по ускорению - лучший выбор

Я вот подумал - пусть будет по твоему. Дальше я спорить не в силах.

Добавлено через 23 минуты

Интегратор не будет ограничивать полосу сверху?

Полоса ЭМОС всегда ограничена поршневой областью работы диффузора. Это немного на самом деле. Поэтому ограничение сверху в том или ином виде ДОЛЖНО быть.

[Nota Bene]

А у тебя всегда регулируется одно и то же - скорость.

Я тоже спорить не буду Замечу, что следование статье Салтыкова (по ложному пути, ИМХО) отняло у меня примерно полтора года пока я не прочитал (и не разобрался с его интеграторами) статью Имаса А. "Усилитель с ЭМОС по ускорению диффузора" Радио 1981 №9 с.42-44, а позже разобрался с диаграммами Боде в статье Беспалова и Пикерсгиля.
Ключ к пониманию - предкоррекция сигнала до сравнивающего устройства. Музыкальный сигнал представляет из себя регистрацию звукового давления (SPL) в точке записи. Ставим в тракт один интегратор - входной сигнал для ЭМОС из сигнала SPL превращается в сигнал по колебательной скорости для диффузора, ставим два интегратора - получается, что на сравнивающее устройство подается аналог колебательного перемещения диффузора.
Что касается разных петель ЭМОС - в них должно быть одинаковое количество дифференциаторов и интеграторов, чтобы "загнать" базовую ФЧХ динамической головки в диапазон +90...-90 градусов... Тогда получается максимальная глубина ЭМОС для каждого случая.
Реализуется это правильным выбором типа корректора в прямой ветви ЭМОС, что я и показал.

[gross]

Ключ к пониманию - предкоррекция сигнала до сравнивающего устройства

Ключ к пониманию чего? Понимание было бы, если бы после сравнивающего устройсва не было никакой коррекции до самой головки. А если ты после сравнивающего устройсва ставишь дополнительную произвольную коррекцию, то какая разница, что подавать на сравнивающее устройство? И почему сравнивающее устройство - это ключ? Такого устройства в явном виде вообще может не быть.

[EUGENE]

Привет
Я тут маненько подсматриваю за процессом (вставить свои 5 копеек не хватает знаний и опыта).
У меня к Вам, может быть, простенький вопрос...
Напряжение на динамике (ток через него) определяет положение диффузора?
Тогда всё определяется типом датчика
- если он меряет скорость - то один интегратор в цепи ОС
- если ускорение - два ????
На входе усилителя нужно же сравнить одинаковые параметры?
С уважением
ES

[gross]

Напряжение на динамике (ток через него) определяет положение диффузора?

Нет, к сожалению. Иначе не нужно было никаких систем регулирования, типа ЭМОС.

[EUGENE]

Нет, к сожалению. Иначе не нужно было никаких систем регулирования, типа ЭМОС.

Естественно, с большой погрешностью. Но именно положение (как стрелка в вольтметре), а не скорость или ускорение или ещё чего.
ES

[Nota Bene]

Ключ к пониманию чего?

С ЭМОС какого типа мы имеем дело

А если ты после сравнивающего устройсва ставишь дополнительную произвольную коррекцию, то какая разница, что подавать на сравнивающее устройство?

Вот именно, что после сравнивающего устройства. И там не произвольная коррекция - а вполне согласованная с теорией САР и позволяющая получить оптимальный результат для целевого параметра, который заводится непосредственно на второй вход сравнивающего устройства. Смешаные типы ЭМОС получаются, если в этой (возвратной) цепи ЭМОС использовать какие-то частотные корректоры. Например, если скорректировать сигнал с акселерометра (ускорение) так, что начиная с какой-то частоты он станет сигналом по скорости. Было это уже, тут - https://forum.vegalab.ru/showpost.ph...&postcount=529

Offтопик:
Пока все эти моменты мы не уточним - двигаться дальше нет смысла

[gross]

Вот именно, что после сравнивающего устройства

Это уже наше (твое) добавление.

Изначально никакой коррекции нет. Вообще нигде, ни в одном звене. В этом случае будет работать фактор, о котором говоришь ты - вид сигнала на входе сравнивающего устройства. Здесь все прозрачно и не нужно никаких теорий САР - вот в чем прелесть.
Подаешь туда сигнал ускорения - имеешь регулирование по ускорению. Подаешь "по скорости" - имеешь соответственно. Получились разные устройства, с разными выходными параметрами.

В твоем случае, ты добавляешь коррекцию в различные точки, в итоге получается регилирование всегда по одному параметру, а выходные характеристики устройства не меняются. То есть сам смысл создания разных схем теряется.

[Александр К.]

...?????????? Ничего не понял ...

После интегратора (#41) имеем сигнал скорости. Получается, что "внутренний контур", т.е. система усилитель - динамик, работает как бы по скорости, а внешний - ЭМОС - по ускорению .

[gross]

После интегратора (#41) имеем сигнал скорости. Получается, что "внутренний контур", т.е. система усилитель - динамик, работает как бы по скорости, а внешний - ЭМОС - по ускорению

Вот поэтому, чтобы не было путаницы, я и предлагаю о виде ЭМОС говорить только по способу охвата ею головки, того элемента, который управляется. Во всех схемах Наиля этот способ - "по скорости".

[Nota Bene]

о виде ЭМОС говорить только по способу охвата ею головки

в плане электрического аналога физического параметра движущегося диффузора, поступающего на сравнивающее устройство с датчика

Во всех схемах Наиля этот способ - "по скорости".

По виду сигнала, поступающего на динамическую головку -