Controreazione e distorsione temporale

[rusval]

Ciao a tutti,
mettiamo un pò di carne al fuoco, anche se solo sul piano teorico. L'argomento non è nuovo e spesso già toccato su questo forum. Cercando di dare forma organica, possiamo partire da questo link:
http://www.royaldevice.com/WhitePaperIt ... Distortion

Roberto Delle Curti è una vecchia conoscenza del forum di TNT-Audio. Ha un modo di presentare le cose un pò suo, a mio avviso fantasioso (basta guardare il sito, non è propriamente ordinato...), spesso condivisibile, altrettanto spesso no.

Nota: cerchiamo di non scadere nel solito valvole vs stato solido: cerchiamo di andare oltre il tema dell'interfaccia ampli-diffusori, incidenza della controreazione su questa e possibili casue di distorsione che non vengono fuori su misure "quasistatiche" con carichi resistivi.

Parto con un mio commento: personalmente condivido diverse cose dette sui diffusori a proposito di backEMF, non ne condivido il modo di presentare. Abbandonando un attimo il tema principale, che è quello dell'interfaccia ampli-diffusori, non condivido affatto il modo di progettare diffusori: lo ritengo lacunoso sotto diversi aspetti. Ne cito uno solo come esempio: il woofer viene lasciato libero di esprimersi fino all'estremo alto, al limite ne viene controllata la dispersione con un ogiva a forma di fungo (che probabilmente riflette anche le altissime frequenze e quindi presumo faccia un pò da cross "meccanico"). Viene cioè quasi ignorato un controllo del breakup (fatta eccezione per l'ogiva di cui sopra), il che può significare peggiore smorzamento delle frequenze medie (alla faccia della riduzione della distorsione temporale!); inoltre non essendoci cross, l'andamento delle prime riflessioni e del campo riverberato è tutto demandato alla dispersione naturale del woofer: difficile parlare di timbrica omogenea (vedi risposta in ambiente e CSD), nessun controllo sulle fasi acustiche se non quello dettato dalla naturale disperisone del woofer. L'incrocio acustico difficilmente è a fase minima (se pure l'andamento acustico delle due vie fosse simmetrico sarebbe almeno molto approssimativamente del secondo ordine, molto più realisticamente del terzo), il che sarebbe un pò insieme la chimera e il fallimento del minimalismo, ovvero un cross a fase minima che non viene mai fuori.

Tutto questo era per sottolineare un pò quello che non mi piace di questa impostazione. Tralasciamo quanto sopra e concentriamoci invece sull'interfaccia ampli-diffusori. Secondo me vengono dette cose importanti, e mi piacerebbe che ne parlassimo.

Che ne dite?

Ciao!
Valerio

[mauropenasa]

Secondo me, Quei discorsi sono un bel esempio di come si possano tirare conclusioni sbagliate da osservazioni (grossomodo) giuste.
Fermo restando che non amo le "dialettiche forzate", quando si espongono tematiche tecniche, per cui filtrare gli "slogan" dai ragionamenti coerenti già è un bel lavoro (esempio, le manie di persecuzione dalle "lobbie NFB", che sembra sia una specie di loggia massonica che ha come obbiettivo far suonar male a tutti i costi le elettroniche mondiali, a costo di perseguitare fisicamente chi è per il "bel suono"....).

Se vogliamo entrare nel merito delle tesi di Delle Curti, diciamo che manca, fondamentalmente, una serie di test espliciti (e riproducibili) a riprova di molti elementi considerati chiave.

Per esempio, la questione della "corrente di ritorno sfasata", che potrebbe essere in qualche misura associata ad alcuni concetti di first cicle di Graham Maynard, è molto complessa e parzialmente inesatta.
Uno degli elementi che non convincono sono il fatto che esiste realmente l' inerzia meccanica, ma essa è rappresentabile facilmente come un elemento reattivo composito, la cui risultante di eccitazione si risolve in un "semplice" sfasamento temporale tra tensione e corrente, seppur con tutte le dinamiche elettriche che questo comporta (sovraccorrenti o sovratensioni istantanee).
Condivido invece parzialmente la necessità di tenere in considerazione questi "ritardi temporali" (quando esistono), specie in ottica filtri cross, distorsione e parametri di interfaccia, ma possibilmente in un' ottica meno assolutista e più pragmatica.

Ovviamente non condivido affatto quasi tutte le analisi sugli effetti del NFB sul suono e relative dinamiche elettriche di trasferimento, in molti casi semplificate e parzialmente errate. Non si può ragionare su fenomeni del genere con un approccio (modello) cosi elementare e sommario.
La cosa strana è che molti fenomeni indiretti descritti da Delle Curti sono reali, mentre è l' attribuzione al NFB l' elemento concettualmente sbagliato (facile dimostrare la presenza degli stessi fenomeni anche in sistemi non reazionati globalmente, se opportunamente isolati...).

bah... argomento enorme e non di facile approccio in un forum.
Servono semplicemente una serie di ampli molto diversi, come strutture e suono, una serie di "setup di isolamento problemi", basati però su analisi teoriche condivisibili, poi fare i confronti tra i risultati in modo organico ed analitico.
Il metodo "reverse driven" aiuta molto a definire i comportamenti reali di un ampli "visto dal altoparlante", ma non certo perchè le dinamiche reali siano esattamente analoghe.
se il DF é lineare e "resistivo" avremo un comportamento "neutro" verso eventuali "fenomeni temporali" di risposta dell' altoparlante, quali essi siano.
Al contrario, si avranno variazioni nel "modo di controllo", enfatizzando il problema a certe frequenze o attenuandolo ad altre.

Stabilito questo, bisogna ribadire che le eventuali "dinamiche di distorsione temporale" non vengono neccessariamente annullate o migliorate, da un ampli con buone prestazioni di DF. L' unica certezza che si ottiene è di un comportamento "neutro vs frequenza", ne più ne meno.
Starà nella struttura dell' ampli, specie nelle sezioni di uscita e nelle modalità di NFB, fare fronte in modo maggiormente attivo a fenomeni di sfasamento temporale ecc....

Ribadisco questo concetto perchè credo che si tenda spesso a pensare che un "test inverso" serva a "sdoganare" tesi come quelle di Delle Curti...

ciao


Mauro

[rusval]

Ciao Mauro,
contavo sulla tua partecipazione a questo 3D. Effettivamente non è facile parlarne in un forum, sebbene insistendo insistendo, stai a vedere che l'autocostruttore inizia a porsi più domande...
Ho avuto la tua stessa impressione: concetti di fondo veritieri, applicazioni tanto fantasiose quanto estremiste (nel senso buono, parliamo del gioco dell'hifi). Gli assunti mi sembrano buoni e "moderni" ma l'esposizione, almeno lato casse mi sembra del tipo : correggo questo, sballo altre 1000 cose. Proprio per questo avevo iniziato il 3D, per vedere se anche lato elettroniche il discorso poteva ripetersi oppure se era più giusto anche analiticamente. Sembra di no, allora.

Se vogliamo entrare nel merito delle tesi di Delle Curti, diciamo che manca, fondamentalmente, una serie di test espliciti (e riproducibili) a riprova di molti elementi considerati chiave.

Da qualche parte credo di aver visto qualche grafico, sebbene non abbia ben capito le condizioni al contorno, che poi sono le più importanti
Ecco il link: http://www.royaldevice.com/controreazio ... ZA%20PARTE

Uno degli elementi che non convincono sono il fatto che esiste realmente l' inerzia meccanica, ma essa è rappresentabile facilmente come un elemento reattivo composito, la cui risultante di eccitazione si risolve in un "semplice" sfasamento temporale tra tensione e corrente, seppur con tutte le dinamiche elettriche che questo comporta (sovraccorrenti o sovratensioni istantanee).

Perfetta sintesi di una cosa che si poteva intuire ma che solo ora inizia a fare capolino. Io c'ho provato analiticamente, coi miei strumenti (queli della meccanica razionale), ed è venuto fuori una cosa strana, probabilmente ho fatto un errore. Quello che so è che usando i modelli elettrici si fa molto prima, anche perché puoi infilarli in un simulatore. Proverò a seguire questa strada.

Stabilito questo, bisogna ribadire che le eventuali "dinamiche di distorsione temporale" non vengono neccessariamente annullate o migliorate, da un ampli con buone prestazioni di DF. L' unica certezza che si ottiene è di un comportamento "neutro vs frequenza", ne più ne meno.

Ne parlavamo in altra sede, di mezzo c'è il crossover e lo smorzamento inverso Aloiano. D'altro canto eliminare il crossover è una via facile per impiccarsi. Sono del tuo stesso avviso, cioè usare un maggiore pragmatismo e guardare l'insieme, solo così si arriva al risultato.

Comunque, e qui concludo, a parte l'esempio di Delle Curti (nè buonissimo nè cattivo abbiamo detto), a me sembra che il progettista di elettroniche che "sa fare" o che perlomeno "ha compreso" anche i diffusori abbia una marcia in più. Si parla anche di cavi, andando a cercare il pelino nell'uovo, però difficilmente si parla di interfaccia ampli-diffusori. E' qui che gli ampli suonano differenti secondo me (certamente vi sono anche le problematiche classiche, ma che spesso non spiegano in modo evidente), inutile andare a cercare il decadimento armonico sul segnale statico e sul carico fittiziomaisfasantecheresituiscel'energiaaltempoesattoincuiglieladai che è la resistenza. Osservazione azzardata perlomeno per me che pur non conoscendo i principi profondi cerco di capire o solo carpire.

Esempio, a costo di dire una enorme cappellata: perché spesso lo stadio finale di guadagno in corrente di un ampli SS viene tenuto fuori dall'anello di reazione globale? Questioni di stabilità? Meno stadi da controllare = più margine di stabilità? Oppure c'entra qualcosa sulla tematica di interfaccia con gli altoparlanti?

Ciao!
Valerio

[MBaudino]

Una domanda banale. Ma la tensione di 'ritorno' dal woofer sul finale è veramente del 50% come dice il link? L' altra domenica ho trovato mezz' ora libera e ho tentato una brevissima prova.
Ho pilotato un midwoofer in aria libera con un ampli con Rout circa 2,5 ohm. Mandando al driver una quadra 500 hz 1v, mi aspettavo di vedere una coda al termine del gradino, che non ho visto. Poi con l' ampli acceso, mi sono messo a urlare dentro il cono ed ho misurato tensioni dell' ordine dei -50 -60 dbV. Prova buttata lì, perche il tempo era pochissimo, ma se il 50% indicato da Royal device fosse l' ordine di grandezza giusto, penso che avrei dovuto vedere qualche cosa in modo piu' evidente (a stima la pressione sonora della voce era molto superiore a quella dei diffusori). A spanne mi aspetterei quindi una controtensione pari a -40 -50dB del valore applicato ai morsetti.
Come si può misurare correttamente la controtensione di un driver ( con scheda audio e simili) ?
Mauro

[mauropenasa]

Discorso test con quadra 10Khz 10Vpp inversa:
Semplicemente lasciamo cadere il metodo, e passiamo oltre.
Ho già posto le mie impressioni su quel test in altri forum, e sostanzialmente il discorso è questo:

1. In base alle misure di iniezione inversa sul DF, sappiamo che la resistenza interna di un circuito SS classico, ma pure di tutti gli ampli, ad alta frequenza, tende ad aumentare con il crescere della frequenza. Per controbattere una iniezione energetica di quelle dimensioni, servirebbe una DF molto elevato ed invariato almeno fino a 500Khz, data la grande quantità di armoniche ad alto contenuto energetico che forma un quadra centrata a 10Khz
2. Al di la delle disquisizioni tecniche sul DF ecc...., un ampli deve essere in grado di fare fronte alle energie che esso stesso genera, e una energia di ritorno da un "sistema passivo" non può essere uguale o maggiore di quella in uscita, sarà sempre e comunque inferiore. Non esiste una energia di ritorno, nella realtà, neanchè vagamente confrontabile con quella iniettata in quel test
3. Esistono delle precise relazioni tra tensione e corrente "del generatore" e back-emf di un "sistema magnetico". In particolare, si tende a dimenticare che un woofer non "genera toni a caso", ma risponde esclusivamente ai toni posti in uscita dall' ampli. Magari la risposta è sfasata, questo può essere oggetto di discussione, ma di certo una "back-emf sfasata" non assume energie paragonabili a quelle di stimolazione.

Cerchiamo di centrare il problema:

Le back-emf, di per se, non sono ne energie che vagano per gli altoparlanti ne onde quadre, non sono correnti parassite o altre scempiaggini.
Alla base della loro generazione c' è la elementare legge che regola pure la reattanza induttiva, e il principio per la quale le dinamo (o gli altoparlanti) sono dei generatori di tensione (o EMF o forza elettro motrice indotta).
Nello specifico:
- Durante il funzionamento, un altoparlante viene indotto a muoversi da una corrente.
- Il movimento genera una variazione di intensità di flusso nella bobina. Questo fenomeno genera una tensione proporzionale al movimento stesso.
- Abbiamo generato una back- emf ( o forza contro elettro motrice indotta). Essa, per definizione si oppone alla forza che genera il movimento, che nel nostro caso è la corrente. Essa sarà quindi in fase con la corrente di induzione, e genera, dato che il circuito è chiuso, una corrente inversa che "assorbe" parzialmente quella di movimento

Risultante:
A parità di tensione del generatore, nel punto in cui l' altoparlante tende a muoversi di più (risonanza) la corrente del generatore tenderà a diminuire progressivamente.
Signori, ebbene si, siamo in presenza del picco di risonanza del driver, il cui modulo di impedenza assume il valore massimo, nel caso del woofer si trova in gamma bassa.

Come facciamo a misurarle ?
Beh, di massima, è semplicissimo risalire al valore di corrente da back-emf, per cui pure alla tensione (almeno come ordine di grandezza generale).

Prendete un modulo di impedenza di un driver.
Se il valore minimo di esso è di 6 ohm, ad esempio, e nel picco di risonanza a 50 Hz l' impedenza equivalente arriva a 36 ohm, avremmo una diminuzione di corrente di 6 volte quella nominale (a parità di movimento).
Se la corrente nominale a 6 ohm è di 120mA (per semplicità), alla risonanza sarà di 20mA, quindi le back-emf stanno generando una corrente inversa di 100mA. dato che il circuito equivalente è chiuso tra generatore (bassissima impedenza) Re e generatore di Back-emf (esemplificato come un generatore interno), grossomodo la tensione back-emf sarà di 0.6V (Rminima*I).
Ricapitolando:

L' ampli genera 120mA su 6 ohm = 0,72V

A 50 Hz si ha la risonanza = massima produzione di Back-emf. La corrente scende a 20mA

Le tensioni di Back-emf generate in queste condizioni sono di circa 0.6V, cioè solo 5/6 della tensione dell' ampli....

ciao




Mauro

[rusval]

Ciao Mauro,
l'esempio analitico è stata la ciliegina sulla torta.
In estrema sintesi vorrei aggiungere, se ho capito bene...che senza backEMF il sistema meccanico viscoelastico non avrebbe alcun mezzo....per "riflettersi" sull'impedenza elettrica. Ovvero, senza backEMF non avremmo una campana nell'impedenza elettrica alla risonanza.
Insomma, misuriamo l'impedenza perché c'è la backEMF. Da questo dovrebbe essere chiaro che la backEMF non dev'essere trattata, come sottolineava Mauro P, come un segnale del tutto "scoordinato" da quello che muove la bobina, e che quindi la genera.

A cappello (ma forse come scarpe andrebbe meglio:-) a quanto detto da Mauro P aggiungo che la backEMF può essere distorta se e solo se i parametri che la generano sono distorti, ovvero B*L e velocità del cono. Per ampie escursioni abbiamo capito che anche la backEMF è distorta. Se la velocità con cui si muove il cono è distorta, idem.

Ciao!
Valerio

[DWX]

si ma credo il problema sia il delay temporale sulla somma dei segnali in-out
e forse dico forse una eventuale inversione di fase che si presenta quando il ciclo di ritorno si somma in ritardo al segnale in uscita...
forse sono cavolate, ma fatto stà che nel caso di valvolari c'è da considerare
il vantaggio del alta impedenza del primario del TU che abbatte notevolmente
il problema di ritorno nel circuito di amplificazione della EMF, che quindi questo vantaggio verrebbe scavalcato grazie al anello di controreazione preso al uscita del TU,
quindi anti nfb o pro nfb alla fine credo che se la si usa localmente negli stadi di guadagno senza includere lo stadio finale si risolverebbero un sacco di problemi, quindi poter usufruire dei vantaggi della nfb e eludere i veri svantaggi della stessa...
ok ho finito di dire baggianate..
ciao D

[mauropenasa]

Valerio, mi stai superando, in intuizione.
A breve mi servirai come referente analitico....

NOn solo condivido, ma guarda caso, se dai una occhiata a questo link, in cui si trova una bella (a mio avviso) trasposizione di sistemi da meccanico ad elettrico, proprio la tua affermazione sulle back-emf come elemento di collegamento meccanico-elettrico trovano fondamento analitico....

Dal documento cui si nota anche la relativa complessità teorica delle dinamiche di azione-reazione magnetica, da me descritta in modo molto "maccheronico"...

http://www.geocities.com/SunsetStrip/St ... eaker.html

e qui si trova una spiegazione semplificata (ma pure non del tutto) sulla mia esposizione precedente...

http://en.wikipedia.org/wiki/Electrical ... oudspeaker

http://www.lenardaudio.com/education/05_speakers.html


Riguardo alle distorsioni delle back-emf, non solo è veritiero, il concetto, ma fin dagli anni 20 alcuni hanno pensato di usare la back-emf come misuratore di movimento del cono, per fare sistemi di controllo stile "motional feedback". In realtà, elementi come la temperatura della bobina ecc... tendono a sfalsare questa situazione in senso assoluto (cioè la tensione back-emf non è sempre perfettamente uguale alla escursione in tutte le situazioni), ma per quel che riguarda le THD esse sono semplicemente analoghe a quelle che trovi sul microfono....

Se usi un ampli in tensione, le THD le trovi sotto forma di modulazione di corrente, se usi un ampli in corrente le trovi (affiancate alla fondamentale proporzionale al movimento) in tensione.

Per rilevarle, basta usare un FFT prima e dopo una resistenza di qualche decina di ohm in serie tra un ampli di tensione e l'altoparlante. Se misuri la THD (in tensione) sui morsetti del ampli vedi quella dell' ampli (molto bassa). Se la misuri dopo la resistenza (che disaccoppia la bassa impedenza dell' ampli), leggi una THD molto maggiore, che altro non è che quella del tuo altoparlante, riflessa dalle back-emf sulla tua resistenza che fa da "monitor di corrente"....


Questo tipo di modulazioni interne al circuito dell' altoparlante, oltre alle eventuali combinatorie che esse possono generare nel filtro cross, sono, secondo me, la vera causa del degrado di prestazioni del sistema ampli- diffusore.
In questo senso, alcune condizioni di distorsione di interfaccia, simili a quelle ipotizzate da Delle Curti, possono anche essere realistiche.
La cosa importante è non perdere di vista le reali dinamiche in gioco....

E qui mi posso collegare alle tesi di molti su come deve essere uno stadio finale. Io terrei conto della totale "sordità" che la maggior parte degli ampli, specie SS, ha nei confronti delle THD presenti nella corrente modulata del altoparlante.
Se il finale fosse in grado di leggere le THD presenti nella corrente ed elaborarle, si otterrebbe una compensazione parziale delle prestazioni degli altoparlanti, specie in gamma bassa.
Invece di porsi il problema della NFB, invito a meditare su queste semplici dinamiche, oltre a pensare perchè io opto per soluzioni ad alta impedenza di uscita (anello aperto) o perchè molti amano sistemi "in corrente" o con trafo di uscita.
Un sistema SE con trafo infatti, subisce una ovvia modulazione di tensione anodica dalle THD presenti nelle correnti di ritorno, e la modulazione anodica spinge in parte il tubo a reagire, a causa del cambio di polarizzazione che contraddistingue i trodi.
Sarà mica questo che genera "il mito" ?
Guarda caso, un sistema sempre a trafo ma con dispositivi non sensibili alla tensione anodica "suona peggio".....

ciao



Mauro

[rusval]

Ciao Mauro!
Passata Buona Pasqua?
Troooooooooooooppo buono! Ovviamente non è mica tutta farina dell' intuito (Magari!!!): qualche libro l'ho letto...
Che dire? Non posso aggiungere niente, se non il fatto che alcuni concetti lato amplificatore iniziano a diventare più chiari, o perlomeno si possono individuare alcune strade di intervento. Bisogna pensarci su:-)

Ciao!
Valerio