ЭМОС/ЭБОС. Вторая серия

[Nota Bene]

Ну вот, летние каникулы закончились, можно продолжать.
Незнакомые с первой серией, могут познакомиться с ней тут - https://forum.vegalab.ru/showthread.php?t=7001
или в сокращенном варианте - тут - http://reanimator-h.narod.ru/forum_baro.htm
Была разработана конструкция бародатчика - http://reanimator-h.narod.ru/baro_sens.html
Определены функциональные схемы ЭБОС для УМ типа ИНУН и ИТУН (по ускорению и скорости). Произведены замеры параметров для ЭБОС по ускорению и скорости.
В качестве дальнейшей базовой конфигурации остановимся на ЭБОС по скорости с УМ типа ИНУН.
Цель - создать полнофункциональный активный сабвуфер с ЭБОС. В качестве полигона выбрана АС типа S70 (35АС-013) - доработанная - уменьшена высота ящика до размеров гриля, заглушено отверстие от СЧ-динамика, дополнительно укреплена передняя панель. Из электронной начинки оставлен блок питания и усилитель мощности. Динамик 30ГД-2 (он же 75ГДН1-4). Никаких датчиков в динамик не встраивалось. Внутренность колонки оклеена синусным поролоном, в нижней части находится х/б вата. Бародатчик укреплен на боковой стенке АС. В верхней части внутри находится блок питания и размещен изолированный отсек для электроники. Внутренние размеры (ШхГхВ) = 29х17х44см. Объем АС - примерно 19л.
На первой стадии планируется рассмотреть влияние положения датчика на его АЧХ. В первую очередь будем оценивать влияние стоячих волн внутри АС.

[dvm]

Попробую продолжить описание того, что получается при охвате ЭМОС дешевого 16 см. автодинамика. Наконец-то сварганил ящик, теперь можно продолжить эксперименты. В посте #1336 приведена характеристика датчика, установленного на этой головке, снятая с высокоомного предусилителя без коррекции (схема – пост #1340). Конструкция датчика не совсем удачная, т.к. есть влияние компоненты смещения диффузора на пьезодатчик (в области ниже 10 гц), но датчик приклеен намертво эпоксидкой и тут ничего не поделать. Однако Nota Bene ,который и указал на эту проблему, предложил выход - попробовать ввести электронную компенсацию, которая , кстати, очень помогла. Сейчас сделал ящик и вставил туда динамик. Объем – около 14 литров. Собрал такую схему тракта ЭМОС (приложение 1). Измерительный усилитель мощности – ИТУН на TDA 2050. Предусилитель-корректор датчика DA3 вынесен на корзину динамика. Цепочка R12, R16 – как раз осуществляет электронную компенсацию компоненты смещения диффузора на пьезодатчик, без которой при введении ЭМОС возникает возбуждение на частоте около 4 Гц.
В приложении 2 приведены графики:
- синий – АЧХ корректора DA5
- красный - сигнал с датчика (выход DA2) - без ЭМОС, ЗЯ около 14л
- розовый - сигнал с датчика (выход DA2) – ЭМОС оптимальная (ИМХО), тот же ЗЯ
- желтый - сигнал с датчика (выход DA2) – ЭМОС максимальная, близко к возбуждению.
Резистором R11 регулировал глубину ЭМОС, резистором R8 - линейность на НЧ конце диапазона.
Можно ли оценить возможность работы такой системы как НЧ звена в диапазоне 40 – 400 Гц и какие корректоры в цепи сигнала нужны в практической конструкции? (Я не имею в виду САБсоник, разделительный ФНЧ и лимиттер, это само собой.)

[Nagema]

Offтопик:
dvm, очень чистое воплощение и очень четко, удобно подан материал, спасибо. Идеально.

[dvm]

Offтопик:
Nagema, в твоем стиле, к сожалению, не дано. Но постараюсь, чтобы на примере конкретной конструкции, которую физически делает кто-то другой, учитель Nota Bene наставлял бы нас и дальше на путь истинный! Во всяком случае очень на это надеюсь.

[Nota Bene]

Можно ли оценить возможность работы такой системы как НЧ звена в диапазоне 40 – 400 Гц и какие корректоры в цепи сигнала нужны в практической конструкции?

Замечательнный результат для системы с основным механическим резонансом на 90Гц! Желтый график можно попробовать подправить в области выше 5КГц - увеличив постоянную времени цепочки R15C6, например подключая к С6 добавочные емкости, в пределах 2...5нан. При этом может возрасти горбик на частоте 1.7КГц, так что лучше не переборщить
А диапазон 30...400Гц система должна отыграть на ура. Даже если ее сверху порезать только вторым порядком. Но лучше конечно на макете отслушать стыковку НЧ/СЧ и вторым и 4-м порядками.

предложил выход - попробовать ввести электронную компенсацию, которая , кстати, очень помогла.

Это мы обязательно в FAQ внесем - предложение по компенсации было чисто теоретическое, а тут - отличная проверка практикой К тому же лишняя верификация модели динамика не помешает.
По лимитеру - есть пара вариантов реализации (проверено только в симуляторе пока) - скоро озвучу.

[dvm]

Замечательнный результат для системы с основным механическим резонансом на 90Гц!

Nota Bene, спасибо за поддержку! Ваш совет по корректору (R15C6) обязательно попробую.
По фильтрам НЧ/СЧ я сам собрался сделать "лабораторную" схему, в которой можно менять порядок и частоты среза фильтров. Даже печатку нарисовал. Вот только бы постараться по времени не затянуть...

предложение по компенсации было чисто теоретическое, а тут - отличная проверка практикой

Хотел, но забыл привести графики при разных уровнях электронной компенсации (R12 - var). Для наглядности обязательно сделаю.

И еще вот какой вопрос сам собой возник по ходу изготовления конструкции. ЗЯ получился большим и подумалось - а не вставить ли в этот ЗЯ (14 л) два таких динамика, каждый с ЭМОС. Так вот можно ли их помещать в общий объем (какова в этом случае методика настройки), или лучше все-таки перегородкой каждому выделить свой объем? Но это так, чисто теоретически.
А вообще надо будет попробовать уменьшить объем для одного динамика, чтобы почувствовать одну из основных прелестей систем с ЭМОС - правильную работу в компактном оформлении.

[dvm]

ОЙ-ОЙ-ОЙ!!!
По моей невнимательности в посте #1481 красный график - вранье, т.к. получен с другой калибровкой! Вот правильные графики. (Ямочки на частоте 620 Гц. - на одном уровне.)
Так что в действительности все несколько похуже.

Пробовал С6 увеличивать аж до 15нФ. При этом горбики в диапазоне от 1 до 4 кгц чуть подрасли, а выше 4 кгц стали ниже. Однако резистор R11 теперь можно выкручивать на максимум без возбуждения.
Прошу совета, каким критерием руководствоваться при установке оптимальной глубины ЭМОС ?

Насчет графиков при разных уровнях электронной компенсации. Получается ненаглядно, т.к. при возбуде на ИНЧ ( в моем случае это 7-8 гц., а не 4, как я говорил раньше ) из-за перегрузки УМ график сигнала весь искажается.

[Nota Bene]

Хотел, но забыл привести графики при разных уровнях электронной компенсации (R12 - var). Для наглядности обязательно сделаю.

Было бы интересно сравнить с результатами симуляции в МС. Но, если сложно и похоже на теорию, то, наверное, можно не возвращаться к этому этапу.

ЗЯ получился большим и подумалось - а не вставить ли в этот ЗЯ (14 л) два таких динамика, каждый с ЭМОС. Так вот можно ли их помещать в общий объем (какова в этом случае методика настройки), или лучше все-таки перегородкой каждому выделить свой объем? Но это так, чисто теоретически.
А вообще надо будет попробовать уменьшить объем для одного динамика, чтобы почувствовать одну из основных прелестей систем с ЭМОС - правильную работу в компактном оформлении.

Ну, я не считаю, что 14 литров очень много
По поводу двух динов в одном ящике - можно сначала попробовать, если уж очень хочется, их использовать в режиме мастер/слейв (ведущий/ведомый), то есть один дин с ЭМОС, а второй - без датчика, со своего ИТУНа, по входу соединенного с ЭМОС-овским ИТУНом. Это возможно сделать, так как два динамика в одном ЗЯ представляют собой сильносвязанную систему. Перегородки, конечно, не нужно ставить.

Прошу совета, каким критерием руководствоваться при установке оптимальной глубины ЭМОС ?

Найти максимальную глубину ЭМОС, потом её уменьшить на 3...5Дб. Запас нужен для уменьшения влияния дестабилизирующих внешних факторов и старение, а также на учет того обстоятельства, что динамик - нелинейное устройство, и есть вероятность возникновения параметрических возбудов (подсвистывание) при большой экскурсии диффузора.
Насчет красного графика - ничего страшного

[dvm]

Nota Bene, спасибо за советы. Пошаманю, что получится - выложу...

Найти максимальную глубину ЭМОС, потом её уменьшить на 3...5Дб.

А тогда, извиняюсь ,что такое максимальная глубина ЭМОС - это когда свистеть начинает или высота "свистящего" пика равна высоте пика на F рез (90Гц) или когда присвиста еще не слышно или еще как?

[Andrey Orloff]

то есть один дин с ЭМОС, а второй - без датчика, со своего ИТУНа, по входу соединенного с ЭМОС-овским ИТУНом.

Тут недавно пробовал немного другой вариант: левая колонка с ЭМОС, правая без ЭМОС. Усилитель одноканальный ИТУН. А т.к. очень хотелось помасштабнее НЧ а времени в обрез было, да и второй датчик разломал, то решил параллельно на выход ИТУН подвесить еще один динамик, т.е. подключил правую колонку параллельно динамику с ЭМОС слэйв-режиме. Вылезло заметное бубнение и гундение, очень непонравилось, хотя не совсем понятно, почему так получилось. Боксы разные у динамиков, а запитка общая Не догадался снять АЧХ по микрофону с правого динамика, который в слэйве.

Offтопик:
Щас в командировке, но скоро приеду и наверное все же доделаю еще один вариант датчика, кажись 6-ой по счету... но на этот раз, думаю, что окончательный

[dvm]

подключил правую колонку параллельно динамику с ЭМОС

Может для ИТУНа надо было не параллельно, а последовательно подключать?

[Andrey Orloff]

Может для ИТУНа надо было не параллельно, а последовательно подключать?

О! Спасибо, это идея, приеду - попробую такой вариант.

[Nota Bene]

Поглядите на ЭМОС-кит от Rythmik Audio
Кстати, датчик по скорости выполнен в виде дополнительной обмотки на ЗК. Мы так еще не пробовали Хотя такой вариант озвучивался. Недостатки, естественно, имеются, поэтому, как я понял, глубина ЭМОС у них не более ~10...12дБ.
Интересно разобраться с их технологией Smart Q, позволяющей расширить ДД.



Есть информация по искажениям, и не только нелинейным, но и типа Memory effects - термическим и механическим (гистерезис подвеса).

[Nagema]

максимальная глубина ЭМОС

это "когда свистеть начинает".

Кстати, "уровень возникновения свиста" ты уменьшишь еще и фильтрацией, полагаю. Так что основной проблемой у тебя вскоре будет автогенерация на суб-НЧ и, как следствие, начнутся приятные заморочки с гашением/фильтрацией/ликвидацией всего, что ниже ~15 Гц. :)

[dvm]

Выкладываю результаты того, что я все-таки попробовал "пощупать" по вопросу влияния компоненты смещения диффузора на пьезодатчик и его электронной компенсации. Смотри пост #1337 и ссылки далее от Nota Bene. Старался сделать понаглядней.
Исходные данные: все тот же 16 см. автодинамик, схема ЭМОС из поста #1481 с небольшим изменением реализации введения электронной компенсации (см. ниже).

Рис. 1. Сначала при R8 = 0 и отсутствии электронной компенсации (движок R12 внизу) приведены сигналы на выходе DA2 для различной глубины ЭМОС.
Красный – ЭМОС отсутствует,
Желтый – предельное значение глубины ЭМОС (дальнейшее её увеличение приводит к генерации на ИНЧ около 5 Гц.)
Розовый и синий – промежуточные значения глубины ЭМОС.

Nagema, не Ваш ли это случай? Мне вот как раз помогло избавиться от возбуждения на ИНЧ введение электронной компенсации, см. ниже.

Рис 2. Приведены сигналы на выходе DA2 при R8 = 0 для различного уровня электронной компенсации (регулируется R12) при фиксированной глубине ЭМОС - такой, как на желтом графике рис.1
Красный – электронная компенсация отсутствует (движок R12 внизу)
Желтый – «перекомпенсация» (движок R12 вверху)
Розовый, синий и голубой – промежуточные положения .

Постоянная времени R13C3 выбрана несколько ниже Fрез=90Гц и составляет в данном случае 1/ (6,28*R13C3) = 72 Гц. «Опытным» путем установил, что регулировкой R8 корректора DA3 наиболее ровный ход графика на НЧ получается при уровне электронной компенсации, соответствующей голубому графику на рис.2. На этом графике высота «горба» на ИНЧ ( около 3,5 Гц ) примерно равна высоте «полки» в рабочем диапазоне. Для этого значения уровня электронной компенсации на рис.3 приведены графики сигнала на выходе DA2 при различной величине R8. ( Графики АЧХ на рис.3 имеют другой масштаб по вертикали)

Надеюсь, что не зря экспериментировал , авось пригодится...

[Nagema]

Nagema, не Ваш ли это случай?

Буду разбираться попозже, когда кураж вернется. :) Там у меня непонятки, то ли сменённый микрофонный капсюль НЧ генерит /то есть полевик в капсюле/, то ли и впрямь вклад смещения отрабатывается. По электрическому напряжению АЧХ без горба на ИНЧ, в общем. По давлению -- с горбом да еще и завалена.

Очередной спасиб за материал, мне всё понятно. Только "Рис. 3" напиши, а то систематика несколько страдает. :)

Буду думать насчет компоненты смещения. Почти всё в голове понятно, кроме осознания картинки смещения, которое подложкой к ускорению идет.

[dvm]

Я понял, что Direct Servo - это то, что NAGEMA называет "каменной стенкой". Так это любая Э_ОС не позволяет диффузору двигаться никак иначе, только следуя за входным сигналом и противится всяким внешним воздействиям, в том числе и отраженной волне внутри корпуса.
Измерительная катушка намотанная сверху силовой - очень нетехнологична, даже на заводе-изготовителе. Она должна быть , ИМХО, подлиннее силовой, чтобы на сигнале с такого датчика нелинейность МС сказывалась бы в меньшей степени.
Что касается искажений, вызываемых изменением температуры катушки в процессе работы, а также нелинейностью подвеса диффузора, то пьезодатчик с этим прекрасно справляется, и у меня лично никакого желания пробовать такой геморройный в изготовлении датчик нет.

Про Smart Q - может, кто по-русски,популярно, на пальцах расскажет? Я подожду...

[Viktor S]

Измерительная катушка намотанная сверху силовой - очень нетехнологична, даже на заводе-изготовителе. Она должна быть , ИМХО, подлиннее силовой, чтобы на сигнале с такого датчика нелинейность МС сказывалась бы в меньшей степени.

Гораздо хуже то, что катушки имеют тесную индуктивную связь и форма сигнала в датчиковой секции обусловлена не только перемещением катушки в зазоре а ещё наведена электрически. Выделить сигнал ошибки в таком случае не получается. Для правильной реализации электромагнитного датчика нужна отдельная катушка и отдельная МС.

[Nagema]

Nota Bene, если я цепляю резисторный делитель напряжения входом к усилителю-корректору пьезодатчика, а выходом -- на звуковую карту, то какие номиналы должен иметь делитель, чтоб не влиять на обвязку усилителя-корректора?
На данном этапе у меня 1k последовательно и 300 Ohm на землю.

[dvm]

хуже то, что катушки имеют тесную индуктивную связь

Ну в этом случае можно ввести компенсирующее напряжение.

[Nota Bene]

Я понял, что Direct Servo - это то, что NAGEMA называет "каменной стенкой". Так это любая Э_ОС не позволяет диффузору двигаться никак иначе, только следуя за входным сигналом и противится всяким внешним воздействиям, в том числе и отраженной волне внутри корпуса.

Замыкается "силовая" обратная связь, но в отличие от приводов ЧПУ контроль ведется за ускорением движения диффузора, а не за его координатами. Поэтому эта "каменная стенка", как вода - удариться можно больно, но на поверхность не обопрешься

Ну в этом случае можно ввести компенсирующее напряжение.

Если учесть, что получившийся трансформатор на НЧ - дифференцирующее устройство. Похоже, в Rythmik Audio это учитывается.

Про Smart Q - может, кто по-русски,популярно, на пальцах расскажет? Я подожду...

Пока особо не вникал - похоже, это они просто так обозвали свой вид аппроксимации НЧ-звена. Типа фирменной фишки Покурил еще их сайт - я бы назвал эту технологию "сам дурак" - есть на выбор слушателя два набора регулируемых параметров - частот среза (14, 20 и 28Гц) и добротностей аппроксимаций (0.9, 0.7 и 0.5)... Получишь клиппинг - сам виноват

пьезодатчик с этим прекрасно справляется, и у меня лично никакого желания пробовать такой геморройный в изготовлении датчик нет.

Direct Servo uses a very thin sensing coil which is wound adjacent to the voice coil. The coil acts as a custom made microphone which creates a signal which is then used to correct any difference from the original signal. Any non linearities are instantly corrected.

Катушечка из очень тонкого провода намотана смежно (рядом) со звуковой катушкой.

Кстати, ребятки-маркетологи из Rythmik Audio проанализировали и другие методы введения ЭМОС и так все расписали, что по сравнению с ихним творением - все остальное - полный АЦЦтой
Например - по пьезоакселерометрам:

In this type of servo system, the feedback from the accelerometer needs to be amplified by a factor of at least 100. Therefore it is very common for these subs to exhibit so-called servo noise (hiss).

Another problem is the material at the heart of accelerometer, which is piezo, does not react directly to velocity. Instead, it reacts to "deformation". Therefore, it needs a mechanical assembly to concert "acceleration" to linear amount of "deformation". It is most commonly implemented with a mass attached to a piezo film. As the accelerometer moves with the voice coil, the mass will press against the piezo film and generate an acceleration signal.

There are other issues for accelerometers used in speakers. Any variation of air pressure inside the enclosure can act on the casing of the accelerometer and create a false acceleration signal. This can lead to an unwanted parasitic effect. Another problem is that accelerometers can pick up acceleration information in all three axes. However, because the cone can only move in one direction and only be corrected in one direction, picking up acceleration in the other two directions can lead to incorrect feedback. Therefore, although they produce low distortion on paper, the dynamic sense of the music from these subwoofers is normally not as good as the best non-servo subwoofers.

Another disadvantage of accelerometer-based servos is that mass is added to the cone. In addition, the servo has a response time so the feedback is not as instant as Direct Servo.

Раз так много расписано недостатков - значит пьезо-акселерометр - их основной конкурент

то какие номиналы должен иметь делитель, чтоб не влиять на обвязку усилителя-корректора?
На данном этапе у меня 1k последовательно и 300 Ohm на землю.

Параметры отечественных ОУ гарантировались при сопротивлении нагрузки не менее 2кОм. Из этого и исходи.
dvm, как бас-то (на слух) поживает - получился? Есть отличия от традиционного?