Pilotaggio in potenza: Pout=(Vin)^2

[UnixMan]

Salve a tutti,

apro un nuovo thread per chiudere il lungo OT in cui siamo sconfinati alla fine di quello su
"Trasformatori, alimentazioni & suono.":

http://www.audiofaidate.org/forum/viewtopic.php?t=662&whichpage=3

Nel corso della discussione, che si e` "allargata a ventaglio" su un gran numero di questioni diverse, tra le altre cose siamo finiti a discutere della possibilita` di "pilotare in potenza" gli altoparlanti, utilizzando cioe` al posto del "solito" amplificatore di tensione un "servocontrollo" che, anziche` produrre una tensione di uscita proporzionale alla tensione di ingresso, produce ('forza" nel carico) una potenza di uscita proporzionale al quadrato della tensione in ingresso, cioe`:

Pout=K*(Vin)^2

Su un carico puramente resistivo questo produrrebbe esattamente gli stessi effetti di un comune amplificatore in tensione:

Pout=(Vout)^2/R

ma, per definizione (se abbiamo un ampli in tensione ~ ideale) Vout = K*Vin (con K costante), per cui:

Pout=(K*Vin)^2/R

=> Pout = K'*(Vin)^2

Ma un altoparlante NON somiglia affatto ad un carico resistivo, ma piuttosto ad una relativamente complessa rete RLC con risonanze multiple ed e` quindi fortemente reattivo.

Se pilotato "in tensione" (od "in corrente"), in generale la potenza "reale" assorbita (e quindi, in prima approssimazione, quella convertita in potenza acustica) non e` affatto proporzionale al quadrato di Vin.

Questo fatto ha molte possibili implicazioni...

Per quanto ne so`, il primo a suggerire l'importanza del pilotaggio in potenza ed alcune delle sue conseguenze e` stato, nel lontano 1952, Stanley White con il suo "White Powtron Amplifier":

http://www.cosmos2000.org/audio/

http://www.stan-white.org/



Ciao,
Paolo.

[UnixMan]

Originariamente inviato da plovati - 25/08/2006 : 00:02:02 - nel trhead su "Trasformatori, alimentazioni & suono."

I link sono quelli. Ho l'articolo originale, se non c'è in bibliteca lo metterò.

ok, grazie!

White è un personaggio incredibile, quando l'ho sentito anni fa aveva abbondantemente passato gli 80. Ho i dati del TU per replicare il suo ampli ma non ho mai fatto.

che fosse un personaggio incredibile lo avevo intuito dal suo "curriculum"...

interessante il fatto di avere i dati del TU: potresti mettere anche quelli in biblioteca?
(magari insieme ad uno schema un po` piu` leggibile di quello che c'e` nel sito, se lo hai...)

Non è un moltiplicatore (dovevo metterlo tra virgolette) ma due loop di reazione, uno di tensione e uno di corrente.

ieri sera sono riuscito a leggermi anche i suoi articoli a commento di Williamson & Dynaco... curiosamente, cosa intenda per pilotaggio in potenza nel suo Powrtron si capisce meglio da quelli che non da quelli sul Powtron stesso.

Fondamentalmente, si affida alla caratteristica dei pentodi/tetrodi a fascio usati in UL che (proprio come accennavo nel "botta e risposta" con Mauro) ha un comportamento del genere... peccato pero` che la cosa sia gia` di per se` piuttosto approssimativa, e se poi ci aggiungi il NFB "lineare", ancorche` "misto" tensione/corrente, alla fine il comportamento complessivo credo che sia sostanzialmente quello di un ampli "qualsiasi" con impedenza di uscita ~= alla impedenza nominale del carico (i.e. DF~=1).

Buona anche l'idea di replicarlo a IC, magari con un moltiplicatore integrato Analog Devices.

hai qualche idea in proposito?

Quando mi venne l'idea avevo provato a cercare qualcosa, ed avevo visto il AD633 (fondamentalmente perche` era l'unico disponibile su RS ad un prezzo possibile). Se non ricordo male avevo provato anche a fare qualche simulazione.


Ciao,
Paolo.

[drpaolo]

Io che sono sempre un po' rozzo nelle analisi tecniche, ritengo che quello che tu citi non è altro che una differente prospettiva di esame delle curve di pilotaggio dei diffusori acustici da parte degli amplificatori.

Se al posto di Z uscita e W uscita si realizzano i grafici in termini di V uscita e I uscita, come suggerito da Nuti e Gandolfi alla metà degli anni '80 si hanno le Caratteristiche di Carico limite (CCL) o i grafici con i coefficienti di extracorrente (degli amplificatori) che rendono appunto conto della capacità dell'amplificatore di pilotare carichi reali e di essere più o meno soggetto a intermodulazione dinamica in presenza di carichi difficili.

Io ritengo che la maggior parte degli amplificatori odierni, almeno quelli di primaria Marca e Hi-End, siano costruiti così, cioè approssimando il più possibile l'amplificatore ideale: con impedenza interna tendente a zero ( o ad un valore costante in tutta la banda di potenza) e capacità di erogare corrente in regime permanente fino alla massima tensione di uscita.

I tempi delle protezioni foldback, a potenza dissipata costante e cioè attive sia su corrente che su tensione, sono passati e spero non tornino più.
Quegli ampli erano sicuramente inferiori al Powertron, in termini di capacità di pilotaggio; così non è per gli ampli moderni.

Ora le protezioni sono in corrente o non ci sono addirittura: i piccoli ampli di Aloia -ad es.- affidano la loro salute alla resistenza interna del trasformatore, alla robustezza dei finali e al fusibile.
Molti colossi dello s.s. hanno alimentazioni stabilizzate che garantiscono curve CCL "quasi" verticali.

L'argomento è comunque interessante.

Saluti.

Paolo Caviglia

[plovati]

interessante il fatto di avere i dati del TU: potresti mettere anche quelli in biblioteca?

(magari insieme ad uno schema un po` piu` leggibile di quello che c'e` nel sito, se lo hai...)

(...) Quando mi venne l'idea avevo provato a cercare qualcosa, ed avevo visto il AD633 (fondamentalmente perche` era l'unico disponibile su RS ad un prezzo possibile). Se non ricordo male avevo provato anche a fare qualche simulazione.

Originally posted by UnixMan - 25/08/2006 : 12:45:28

da una mail di Stan:

RE: the OT--The OT is an 18 section transformer, with
bifllar secondary. Unless you need the 16 ohm secondary,
I suggest you eliminate it.
The primary inductance is around 30 hny minimum and the leakage is
arunnd 3 ppfs. Insulation-nomex or similar. Steel-3x audio.

Le 18 sezioni sono per ciascun semiavvolgimento, non si è mai chiarito cosa fossero i 3ppfs citati.
Il risultato dipende troopo dal trafo, se lo fai e non ti soddisfa è il progetto o il trafo? Mi hanno chiesto unmilioneduecentomila lire per farli così. Questo mi ha scoraggiato dal provare a realizzarlo anche se resta la curiosità.
Quindi mi sono rivolto al MPY634 equivalente al AD633 con uno stadio di potenza a BUF634, ma ci sono dei problemi di fase. se tocchi l'ingresso Z i segnali si sfasano in maniera da rendere instabile il tutto. Posso mandarti dei campioni se ti servono, ormai li ho comprati.
da qualche tempo ci sono dei moltiplicatori analogici molto più veloci come AD834, forse con quelli va meglio.

Ho mandato copia dell'articolo a Danilo, se trovo uno scanner serio la rifaccio ad alta risoluzione. Questione di tempo...



_________
Piergiorgio

[mauropenasa]

Paolo, mi puoi spiegare quale sia il "nocciolo della questione potenza costante", visto secondo la tua intuizione, non tanto in termini di diatribe o teorie esterne ?

Io leggo questo concetto, leggo Paolo Caviglia e francamente ho la tentazione di associarmi al suo approccio con la situazione, ossia che alla fine non si risolva tutto in una mera questione di "dimensionamento energetico" legato all'ampli....
Ma dai precedenti discorsi intuisco che ti ci vedi dietro un potenziale miglioramento prestazionale nei diffusori, ma, perdonami, sinceramente non riesco ad identificarlo. Forse dovremmo cominciare a vedere un modello di altoparlante, analizzarne le componenti (dividere quelle utili al movimento da quelle parassite, come le varie Re, che dissipano solo in calore l' energia ), e vedere se su un sistema elettromagnetico con efficienze bassissime sia poi cosi determinante ragionare "in potenza".....

Altra cosa, il ruolo delle forze contro elettro motrici.
Faccio un esempio da "uomo della strada":
quando un altoparlante mi oppone una impedenza istantanea elevata, in zona di risonanza, significa che meccanicamente il sistema diventa più "efficiente", per cui per eseguire una certa corsa si accontenta di meno corrente (energia magnetica) a parità di escursione. Un sistema "in potenza" lavorerebbe contro questo principio, forzando la stessa energia che genera in zona di non risonanza.
Un sistema "in tensione" invece adatterebbe di buon grado la corrente alle mutate condizioni di movimento. Sbaglio qualche cosa, secondo te ?

ciao




Mauro
http://www.webalice.it/mauro.penasa/index.html

[UnixMan]

The primary inductance is around 30 hny minimum and the leakage is
arunnd 3 ppfs. Insulation-nomex or similar. Steel-3x audio.[/i]

Le 18 sezioni sono per ciascun semiavvolgimento, non si è mai chiarito cosa fossero i 3ppfs citati.

potrebbe essere la capacita` parassita, appena 3 pico-pico-farad!? (per spira?) boh...

Il risultato dipende troopo dal trafo, se lo fai e non ti soddisfa è il progetto o il trafo? Mi hanno chiesto unmilioneduecentomila lire per farli
così. Questo mi ha scoraggiato dal provare a realizzarlo anche se resta la curiosità.

Urka...

Quindi mi sono rivolto al MPY634 equivalente al AD633 con uno stadio di potenza a BUF634, ma ci sono dei problemi di fase. se tocchi l'ingresso Z i segnali si sfasano in maniera da rendere instabile il tutto.

infatti, perfino nelle simulazioni mi ero sbattuto contro il problema della (in)stabilita` del tutto...

da qualche tempo ci sono dei moltiplicatori analogici molto più veloci come AD834, forse con quelli va meglio.

se c'e` un modello spice disponibile, si potrebbe cominciare a provare a costo zero con qualche simulazione...

Ho mandato copia dell'articolo a Danilo, se trovo uno scanner serio la rifaccio ad alta risoluzione. Questione di tempo...

Tnx, grazie!



Ciao,
Paolo.

[UnixMan]

Paolo, mi puoi spiegare quale sia il "nocciolo della questione potenza costante", visto secondo la tua intuizione, non tanto in termini di diatribe o teorie esterne ?

sostanzialmente e` lo stesso principio sostenuto da White! (per questo sono rimasto sorpreso quando ho letto i suoi scritti...).

Se guardiamo le cose da un punto di vista fisico, abbiamo a che fare con un dispositivo che converte energia elettrica in energia meccanica (il fatto che abbia una efficienza pessima poco importa, significa solo che la maggior parte dell'energia fornita sara` convertita in calore anziche` in energia meccanica, ma questo non cambia la sostanza dei fatti).

Sempre considerando le cose da un punto di vista fisico, mi sembra evidente che l'energia acustica prodotta non possa che essere uguale ad una frazione dell'energia elettrica assorbita dall'altoparlante.

Poiche` le "perdite" dell'altoparlante (e dell'eventuale cross-over) sono, almeno in prima approssimazione, costanti, e` evidente che anche la "frazione" di cui sopra (cioe` il rendimento energetico) possa considerarsi altrettanto costante.

Ora, dall'elettrotecnica di base sappiamo bene che, quando si ha a che fare con tensioni/correnti "alternate" e carichi reattivi, l'unica potenza "utile" che viene "assorbita" dal carico (cioe` quella in grado di trasferire energia) e` la "potenza attiva" (o parte reale che dir si voglia).

Quindi, la sola energia a poter essere convertita in energia meccanica (e da qui` in suono) ovviamente non puo` che provenire solo da una piccola frazione (costante) della potenza attiva. Tutto il resto contribuisce solo a scaldare e stressare inutilmente i nostri poveri altoparlanti (oltretutto con il risultato di produrre distorsioni varie).

(e ovviamente di scaldare e stressare inutilmente anche l'amplificatore, producendo altre distorsioni... ma questo, ancorche` x vari motivi io non sia troppo daccordo, se ci vogliamo porre nell'ottica dell'amplificatore "ideale" di drpaolo potremmo anche trascurarlo).

Ora (intuitivamente e fino a prova contraria), su un carico come un altoparlante (peggio ancora se sono piu` di uno connessi attraverso un cross-over passivo) non e` affatto detto che la potenza attiva assorbita sia necessariamente proporzionale alla tensione applicata ai suoi capi. Anzi, in generale mi viene da pensare che sia vero il contrario.

Se questo e` vero, significa che se pilotiamo l'altoparlante in tensione (o in corrente), la "potenza sonora" (istantanea) prodotta NON sara` piu` proporzionale al quadrato del segnale di ingresso:

Re(Vout*Iout) =/= K (Vin)^2

ma se questo e` vero, stiamo generando distorsione sull'uscita "acustica" del sistema! :o

Se invece costruiamo un servocontrollo che "forzi" la suddetta relazione, e quindi facciamo in modo che la potenza attiva fornita all'altoparlante sia sempre proporzionale al quadrato della tensione di ingresso, ci assicuriamo che la nostra _vera_ uscita, cioe` quella acustica, segua nel migliore dei modi possibili il nostro segnale di pilotaggio.

Magari mi e` sfuggito qualcosa e/o ho detto qualche castroneria, pero` a quanto pare sono in ottima compagnia... ed indubbiamente da un punto di vista personale molte delle affermazioni di White trovano ampie conferme da varie esperienze di ascolto, x cui forse sotto sotto qualcosa di vero potrebbe/dovrebbe anche esserci...



Ciao,
Paolo.

[UnixMan]

Un sistema "in tensione" invece adatterebbe di buon grado la corrente alle mutate condizioni di movimento.

vero... o forse no? com'e` che nella risposta in frequenza i picchi di risonanza si vedono comunque, nonostante l'altoparlante sia pilotato in tensione?



Ciao,
Paolo.

[Giaime]

Perdonatemi se mi intrometto,

dal basso della mia ignoranza. Sto seguendo da un po' le vostre interessanti discussioni sul pilotaggio in corrente o in potenza: vorrei fare qualche osservazione, probabilmente sono fesserie le mie, per cui abbiate pazienza

• ok, che bello il pilotaggio in potenza: ma i crossover dei diffusori più diffusi non sono studiati per il pilotaggio in tensione? Se così fosse, non si può parlare di distorsioni e problemi dei crossover, poichè questi in un'ottica di pilotaggio diverso andrebbero completamente rivisti.
• poi: visto che il crossover l'abbiamo tolto di mezzo, guardiamo il diffusore. UnixMan parla di un dispositivo che converte una frazione dell'energia immessa in energia acustica: ma fatemi ritornare alle basi . Un altoparlante non è una bobina che si muove in un campo magnetico? La forza che si genera sulla bobina non è proporzionale alla corrente che vi passa attraverso? Non si menziona la tensione: ovvio che la tensione seguirà la corrente, e il suo modulo sarà definito dall'impedenza del diffusore, mentre il suo sfasamento dalle componenti reattive.
• Detto questo, a me sembra più logico parlare di pilotaggio in corrente: probabilmente la domanda che dovrei pormi è "siccome non stiamo pilotando un elettromagnete ma un altoparlante, non è che tutti gli altoparlanti di questa Terra (almeno quelli moderni) non siano stati progettati espressamente per un pilotaggio in tensione?"

Insomma, da quel poco che capisco, mi pare che "il diffusore" sia di per sé pensato al pilotaggio in tensione: se cambiamo tipo di pilotaggio, mi sa che dobbiamo progettarci pure i diffusori





Saluti termoionici


Giaime Ugliano

http://giaime.altervista.org

[drpaolo]

Vorrei rispondervi, solo che sono un po' stanco e poco lucido e non vorrei dire castronerie, comunque ci provo.

Ora (intuitivamente e fino a prova contraria), su un carico come un altoparlante (peggio ancora se sono piu` di uno connessi attraverso un cross-over passivo) non e` affatto detto che la potenza attiva assorbita sia necessariamente proporzionale alla tensione applicata ai suoi capi.

Diciamo che la potenza "utilizzata per compiere il lavoro" dalla macchina amplificatrice è sempre quella. In un amplificatore ideale, qualunque sia il carico e qualunque sia lo sfasamento, data una tensione corrispondente alla potenza massima e un modulo del carico, il modulo della corrente sarà sempre legato a V/Ohm, sia che la potenza si dissipi nella bobina mobile dell'altoparlante, sia che sia sprecata nelle giunzioni del transistor (supponendoo una SOAR robusta).

n un amplificatore "reale", ma non protetto alla giapponese, in tensione e corrente, può paradossalmente succedere che la potenza massima indistorta misurata ai morsetti di un carico reale (altoparlante) - essendo gli altoparlanti dispositivi concepiti per essere pilotati in tensione - sia superiore in condizioni di massimo sfasamento rispetto a quelli di sfasamento nullo.
Questa affermazione ovviamente non è farina del mio sacco, ma è il risultato di un ampia casistica di misure eseguite vent'anni fà o giù di lì da AudioReview su batterie di amplificatori collegati a carichi reali (sistemi di altoparlanti commerciali ).

Da tali misure risultava che alcuni amplificatori a stato solido particolarmente ben progettati erano in grado di fornire qualche frazione di W in più e quindi un corrispondente aumento di pressione sonora se accoppiati a diffusori con impedenza tormentata, rispetto al dato di potenza fornito su resistenza da 4/8 Ohm, ovviamente a parità di modulo di impedenza alla frequenza di misura (4 o 8 Ohm).

Ciò non è tanto strano se si tiene in conto lo sfasamento tra tensione e corrente su carico reattivo e la corrispondente diminuzione della caduta di tensione su resistenze di emettitore, cablaggio interno dell'ampli e cablaggio dei diffusori quando la tensione è in anticipo sulla corrente, che causa un aumento della tensione disponibile ai morsetti dell'altoparlante (ricordo che stiamo parlando di definizione della potenza massima di amplificatori reali, ma ben progettati)

L'aumento di pressione sonora, in questo caso (ammesso che AudioReview l'abbia effettivamente misurato e non stimato - non lo ricordo bene - ) confermerebbe che i diffusori commerciali sono nati per essere pilotati in tensione.

L'unico diffusore commerciale di mia conoscenza nato (forse) per essere pilotato in corrente è quello dell'Ing. Creazzo (Ultrasound ?!) anche se ad una mia precisa domanda su come ciò sia stato possibile, dato che la customizzazione di una serie di altoparlanti in grado di compiere "il miracolo" costerebbe cifre spropositate, il progettista si è arrampicato un po' sugli specchi (e all'ascolto gli altoparlanti non facevano mirabilie).

Anche la buonanima di Canini, molti anni fa, aveva concepito un sistema di altoparlanti a due vie completamente senza crossover interno, con limitazione di banda degli altoparlati effetuata per via meccanica e anche una ditta scomparsa, chiamata Modulo aveva realizzato qualcosa di assimilabile, su cui sarebbe stato interessante capire di più, in termini di pilotaggio in tensione e/o corrente.

Cordialmente

Paolo Caviglia

[mauropenasa]

mhmm, Unixman (uso il tuo nick per non creare confusione con gli altri Paolo... ), secondo me si continua a buttare troppa carne al fuoco, ed urge una analisi del sistema altoparlante dal punto di vista elettrotecnico....
Alcuni semplici commenti miei al volo:

Quindi, la sola energia a poter essere convertita in energia meccanica (e da qui` in suono) ovviamente non puo` che provenire solo da una piccola frazione (costante) della potenza attiva. Tutto il resto contribuisce solo a scaldare e stressare inutilmente i nostri poveri altoparlanti (oltretutto con il risultato di produrre distorsioni varie).

ehmm, scusami, io "la sapevo" opposta, la cosa....
Come sostenuto anche da Giaime, la "potenza attiva" è un parametro che tiene conto esclusivamente della "componente resistiva" del "sistema misto", mentre quella reattiva, che è l'unica fonte di energia magnetica (quindi di movimento), è considerata solo entro le sue componenti definite "reattanze" (resistenze a sfasamento di + o - 90° a seconda della loro componente capacitica od induttiva) che a loro volta entrano a far parte della "potenza attiva" esclusivamente quando si è in presenza di "lavoro" o di "rifasamento elettrico", per una semplice ma intrigante combinazione vettoriale delle tensioni o correnti. Come ho detto più volte, le dinamiche di bilanciamento energetico di questi sistemi si chiamano "back emf" o "forze contro elettromotrici indotte", che con la loro azione eseguono di fatto un adattamento energetico proprio mediato dalla legge di ohm (come dal mio esempio del post precendente).

Ora (intuitivamente e fino a prova contraria), su un carico come un altoparlante (peggio ancora se sono piu` di uno connessi attraverso un cross-over passivo) non e` affatto detto che la potenza attiva assorbita sia necessariamente proporzionale alla tensione applicata ai suoi capi. Anzi, in generale mi viene da pensare che sia vero il contrario.

Se questo e` vero, significa che se pilotiamo l'altoparlante in tensione (o in corrente), la "potenza sonora" (istantanea) prodotta NON sara` piu` proporzionale al quadrato del segnale di ingresso:

Re(Vout*Iout) =/= K (Vin)^2

...

Guarda "che se questa affermazione fosse vera..." vorrebbe dire che è la legge di ohm a non essere corretta !!
La "potenza attiva" assorbita da qualsiasi carico, a prescindere dalla sua composizione, è PER DEFINIZIONE sempre dipendente dalla tensione e dalla corrente !! (ovviamente se sono rigorosamente in fase tra loro, altrimenti leggi più avanti....)

vero... o forse no? com'e` che nella risposta in frequenza i picchi di risonanza si vedono comunque, nonostante l'altoparlante sia pilotato in tensione?

?!:o
Forse mi sono perso qualcosa, ma io un "picco di risonanza residuo" direttamente attribuibile a questo meccanismo non lo ho mai visto, se parliamo di ampli in tensione molto efficienti (come descritto da Drpaolo)....
Evidentemente non ti riferisci a quello ma alle risonanze dei filtro passivi, ma credo che per mantenere cerente il discorso convenga per il momento non coinvolgerli...

Io credo di capire dove vorrebbe parare questo concetto, ma credo che servirà un contributo grafico sulle dinamiche elettrotecniche per poter capirci.
Anticipo solo che i sistemi RLC si basano sulla semplice combinatoria vettoriale (reattanze varie), mediante la quale il sistema mantiene equilibrata la situazione. La presenza di sfasamenti definisce la dissipazione di potenza reattiva (Q) , che si combina con quella attiva (P) vettorialmente formando la generazione della famosa "potenza apparente" (S) che è quella incriminata nei tuoi esempi, ossia data da V*I (dove V è la tensione applicata ed I la corrente totale assorbita dal sistema).

In ogni caso, un motore elettromagnetico (cuore del altoparlante) sfrutta esclusivamente le back-emf per equilibrare la potenza attiva con quella reattiva in funzione del lavoro che gli viene imposto dal circuito meccanico-elettrico. Quando il lavoro diventa "facile" (risonanza) predomina la contrapposizione da back-emf, impedendo l' assunzione di energia (movimento nel nostro caso) eccessiva, mentre quando il lavoro diventa gravoso esse quasi scompaiono lasciando piena strada alla corrente indotta dalla tensione applicata.
E' singolare la concezione che un "sistema motore" debba in qualche modo lavorare in modo "costante ed immutabile" sia da un punto di vista energetico che meccanico.....

Riguardo White, io credo che il tutto giri più intorno a ricerche topologiche che legate alla dinamica del movimento elettromeccanico, ma posso anche sbagliarmi.

La mia sensazione è che si confonda la potenza apparente, ossia quella prodotta dalla legge di ohm misurando separatamente tensione e corrente di un sistema (quello che faresti tu con un moltiplicatore), senza tenere conto dello sfasamento tra le due forze (leggi coseno, nel nostro caso), e la potenza attiva, ossia quella prodotta dalle stesse componenti RIGOROSAMENTE in fase tra loro...

ciao


Mauro
http://www.webalice.it/mauro.penasa/index.html

[mauropenasa]

OK, questo è una semplice simulazione di un pilotaggio in tensione di un woofer (adattamento da studi di Ingrast...).

Schema:



e plot simulato di impedenza (verde) e fase relativa (fucsia). Diciamo che collima abbastanza con la risposta di un normale woofer....



Situazione:

Cmes= simula la massa meccanica equivalente
Res= resistenza meccanica (perdita meccanica del sistema)
Lces= simula la cedevolezza delle sospensioni (e sistema di movimento meccanico in aria in generale....)
Re ed Le sono le componenti elettriche interne della bobina

Vesw= tensione equivalente alla velocità del cono (traslazione in tensione dell' equivalente meccanico....)

In pratica il gruppo RLC in parallelo simula la situazione meccanica (traslata su un piano elettrico), mentre il resto è il normale circuito elettrico tipico delle nostre discussioni.
La "sezione meccanica" in zona di risonanza riesce a simulare abbastanza bene la condizione di sfasamento e contrapposizione di impedenza tipica dell'azione da back_emf. Più è alta la velocità del cono (Vesw) più la sezione meccanica opporrà una impedenza elevata di risposta, o se vogliamo, più è alta la velocità del cono più è alta la tensione back-emf equivalente che si opporrà alla corrente che genera il movimento.....

Forse ora sarà possibile andare a vedere DOVE sono queste non linearità presunte da Paolo (o White o chi per lui....), e se volete anche analizzare graficamente perchè si può sostenere che un pilotaggio in corrente (o moderatamente in corrente) sia più lineare di quello in tensione, ma non sia applicabile nella pratica senza prevedere una forma di compensazione inversa della risposta dell' altoparlante (hawksford ed affini...)

ciao


Mauro
http://www.webalice.it/mauro.penasa/index.html

[mauropenasa]

Questa è la simulazione delle variazioni della velocità del cono Vesw in funzione delle variazioni di tensione del generatore, a gradini di 300mV (0.5-2V):


La risposta, ovviamente ampia maggiormente in zona di risonanza, non presenta affatto andamenti non proporzionali, quindi è lineare (versus tensione di input).
Immagino che se la velocità è proporzionale a V (in modo lineare), e la velocità è direttamente proporzionale alla pressione sonora, per una legge transitiva la V^2 resta proporzionale alla pressione sonora.
Ma posso anche sbagliarmi...

ciao


Mauro
http://www.webalice.it/mauro.penasa/index.html

[UnixMan]

Io che sono sempre un po' rozzo nelle analisi tecniche, ritengo che quello che tu citi non è altro che una differente prospettiva di esame delle curve di pilotaggio dei diffusori acustici da parte degli amplificatori.
[...]
il più possibile l'amplificatore ideale: con impedenza interna tendente a zero ( o ad un valore costante in tutta la banda di potenza) e

mmmh... non vorrei che ci sia stato un fraintendimento. L'idea non era pensata per evitare i sovraccarichi dell'ampli ed i problemi relativi, anche se ovviamente anche questo potrebbe essere un possibile vantaggio da considerare.

BTW: gli ampli "normali" (in tensione) quasi "ideali" di cui parli tu ci sono, ma quanti sono e soprattutto quanto costano? anche tra i marchi Hi-End piu` "quotati" io ne conosco ben pochi che veramente possono vantare caratteristiche simili, e tutti sono praticamente inavvicinabili per la maggior parte dei comuni mortali. Per di piu`, sono quasi tutti dei mostri capaci di diverse centinaia di Watt di cui una frazione sostanziosa "in classe A" (traduzione dalle panzane commerciali: con alta polarizzazione a riposo... ), che consumano (e scadano!) come stufe...

Comunque sia, dicevo, il punto non e` questo.

Ancorche` finora in questo 3D abbia cercato di "inquadrare" la questione sul piano tecnico (verosimilmente non senza dire anche qualche castroneria ) l'idea di provare a vedere cosa succede (all'ascolto!) pilotando "in potenza" gli altoparlanti nasce da considerazioni diverse, fondamentalmente di natura empirico/intuitiva.

Come ho gia` detto piu` volte nel corso di altre discussioni, personalmente ho una sorta di "idiosincrasia" per il "suono solid-state". Tranne -forse- qualche rarissima (quanto inavvicinabile) eccezione, per qualche motivo -alle mie orecchie- il suono che viene prodotto da quasi tutti gli ampli SS (ma anche da quelli a tubi fortemente retroazionati), anche quando apparentemente perfetto, dettagliato, dinamico, privo di "grana", etc., in qualche modo ha sempre quacosa di per cosi` dire "fasullo", "artificiale", "meccanico", "morto". Manca di naturalezza ed in un certo senso di "vita". Inoltre, forse per questi e/o per altri motivi, a parita` di altre condizioni (musica, ambiente e livello di ascolto, umore, etc...) gli ampli SS non riescono a "coinvolgermi" ed "emozionarmi" quanto riescono a fare (alcuni di) quelli a tubi.

Ora, anche se vivo perfettamente felice e contento con le mie amate valvole (e vederle accese al buio crea anche una bella atmosfera romantica, calda e piacevole - una sorta di "effetto caminetto" che non guasta! ), la mia innata curiosita` tecnico/scientifica mi ha sempre spinto a cercare di capire il perche` delle cose... ed in questo caso, anche a pensare se non fosse possibile ottenere risultati simili (o magari anche migliori) utilizzando tecnologie diverse.

In questa ottica, ho cercato di "indovinare" quali potessero essere le differenze maggiori tra un ampli SS ed uno a tubi, ed ovviamente la prima e piu` scontata che viene in mente e` l'interazione con il carico... (di questo abbiamo parlato altre volte con Mauro, ancorche` non sia mai riuscito a venirne a capo in maniera del tutto soddisfacente ).

Comunque sia, per farla breve, io ho ipotizzato che quel "qualcosa" che non mi piace negli ampli SS possa essere non solo / non tanto legata a difetti di implementazione, quanto magari anche o soprattutto ad un difetto di fondo legato al pilotaggio in tensione.

Cosi`, ormai diverso tempo fa` provai a fare un piccolo esperimento e realizzai un piccolo ampli di test con un LM3875 e NFB "misto" tensione/corrente con impedenza di uscita variabile.

I risultati all'ascolto sono stati piuttosto interessanti...

per cominciare, IMHO si puo` sfatare la convinzione che i diffusori convenzionali non possano funzionare bene se pilotati con impedenze (relativamente) alte. Ovviamente il discorso e` limitato e non tutti si comportano allo stesso modo (ad esempio una coppia di "Proac" ha cominciato ad esibire problemi da "scarso smorzamento" gia` con DF~2), ma ho avuto modo di sperimentare che molti diffusori del tutto convenzionali funzionano benissimo anche se pilotati con DF<1. Al piu` basta aggiustare un po` il posizionamento per evitare una eventuale esuberanza nei bassi...

Al di la` di questo, la "sorpresa" (si fa` x dire, visto che me lo aspettavo) e` che con DF simili a quelli tipici degli ampli a tubi, anche il suono ha perso alcune delle caratteristiche "solid-state" per diventare in qualche modo molto piu` "vivo" ed "interessante". Certo, niente a che vedere con un buon ampli a tubi (oltretutto, per quache motivo quell'oggetto si "mangia" una quantita` di "dettagli" inimmaginabile), ma ciononostante all'ascolto quel giocattolo e` per molti versi molto piu` "gradevole" ed "interessante" di molti altri ampli SS.

Fatta l'esperienza di pilotaggio in tensione, "misto" (basso DF) e (quasi) in corrente, mi e` venuta l'idea... e se provassi a pilotare "in potenza"?



Ciao,
Paolo.

[UnixMan]

Originariamente inviato da Giaime - 25/08/2006 : 20:22:43

ok, che bello il pilotaggio in potenza: ma i crossover dei diffusori più diffusi non sono studiati per il pilotaggio in tensione? Se così fosse, non si può parlare di distorsioni e problemi dei crossover, poichè questi in un'ottica di
pilotaggio diverso andrebbero completamente rivisti.

in linea di principio e` vero. In pratica, pero`, se questo fosse veramente necessario... allora non potremmo utilizzarli neanche con i nostri cari ampli a tubi! :o

Mi spiego: su un carico resistivo costante, pilotare "in potenza" significa niente altro che pilotare un carico Rc con un generatore (di tensione) che ha una resistenza interna (serie) Ri = Rc (oppure uno di corrente in parallelo con Ri, che e` esattamente la stessa cosa). E` quello che si fa` normalmente ad es. in RF per pilotare antenne, linee di trasmissione, etc.

Nel nostro caso, se il trasduttore offrisse un carico resistivo costante, pilotarlo in potenza significherebbe quindi niente altro che usare un ampli con impedenza di uscita (che nel caso ideale dovrebbe essere perfettamente resistiva) pari a quella del carico (DF=1).

Nel caso di un carico variabile (e reattivo), se non vado errato quello che dovrebbe succedere e` che il ns. servocontrollo (parlare di amplificatore in questo caso e` piuttosto inappropriato) aggiustera` dinamicamente la sua impedenza interna per "inseguire" costantemente quella del carico.

Poiche` l'impedenza di un (buon) diffusore ha escursioni limitate, questo significa che, dal punto di vista del cross-over, la situazione non e` molto diversa da quella che si ha con DF=1, che e` un valore tipico di molti ampli a tubi (senza NFB).

In definitiva, quindi, se un diffusore funziona bene con un monotriodo, "a naso" non dovrebbe avere problemi neanche se pilotato in potenza.

UnixMan parla di un dispositivo che converte una frazione dell'energia immessa in energia acustica: ma fatemi ritornare alle basi . Un altoparlante non è una bobina che si muove in un campo magnetico? La forza che si genera sulla bobina non è proporzionale alla corrente che vi passa attraverso?

si`, ma la forza da sola non e` energia, se non compie un lavoro... (e` come avere tensione senza corrente). E` solo il movimento del cono sotto l'effetto della forza che provoca traferimento di energia. Di questa energia "trasferita", solo quella (ben poca...) successivamente "trasmessa" all'aria costituisce lavoro utile, cioe` suono.

Tutto il resto (la quasi totalita`, purtroppo) in parte e` dissipato in calore a causa della resistenza della bobina ed in parte "rimbalza" avanti e indietro tra l'ampli ed il diffusore (l'energia cinetica impressa al cono che, diminuita delle perdite meccaniche e della (misera) parte trasferita all'aria viene riconvertita in energia elettrica: e` la famosa "back-EMF" di cui si parla tanto. Da un punto di vista prettamente elettrico, questo e` del tutto equivalente a dire che l'altoparlante e` un carico reattivo, ed infatti il sistema meccanico massa-molla-smorzatore con cui puo` essere modellata la parte meccanica dell'altoparlante stesso puo` essere modellata altrettanto bene con i suoi equivalenti elettrici L-C-R.

Quello che spesso manca nei modelli elettrici, xche` di solito trascurato (!) in quanto di entita` molto modesta rispetto alle altre grandezze in gioco e` proprio l'effetto "smorzante" (cioe` la componente resistiva) dovuta al trasferimento di energia dalla membrana all'aria. In altre parole, quello che spesso viene omesso dai modelli e` proprio l'unica cosa che produce suono! :o

P.S.: incidentalmente, con questo credo di aver risposto indirettamente anche a drpaolo ed a Mauro...

La potenza attiva che ci interessa controllare e` proprio quella frazione minima dovuta alla componente resistiva prodotta dal lavoro di pompaggio, i.e. quella effettivamente "assorbita" dall'altoparlante e da questo trasferita all'aria sotto forma di "suono".

La componente reattiva (cioe` quella "fuori fase") non compie lavoro (sul carico) in quanto rappresenta energia elettrica "accumulata" dall'altoparlante sotto forma di energia cinetica e da questo successivamente "restituita" all'amplificatore (che di solito si trova a doverla dissipare in calore).

Questo e` il famoso nocciolo della questione.

Detto questo, a me sembra più logico parlare di pilotaggio in corrente:

ragionamento molto logico, ed in effetti e` stato anche dimostrato (da Hawksford) che il piotaggio in corrente offre numerosi vantaggi rispetto a quelli in tensione. Ma questa e` un'altra storia.

probabilmente la domanda che dovrei pormi è "siccome non stiamo pilotando un elettromagnete ma un altoparlante, non è che tutti gli altoparlanti di questa Terra (almeno quelli moderni) non siano stati progettati espressamente per un pilotaggio in tensione?"

"sni"... si` e no, anzi, piu` no che si`. Ovviamente, i progettisti di altoparlanti lo sanno bene e cercano di "fare i salti mortali" per ridurre i problemi causati dal pilotaggio in tensione, ma non possono certo sovvertire i principi fisici di funzionamento, a meno di non fare un trasduttore completamente diverso... che so`, quacosa come un pannello elettrostatico...


Ciao,
Paolo.

[UnixMan]

Se questo e` vero, significa che se pilotiamo l'altoparlante in tensione (o in corrente), la "potenza sonora" (istantanea) prodotta NON sara` piu` proporzionale al quadrato del segnale di ingresso:

Re(Vout*Iout) =/= K (Vin)^2

...

Guarda "che se questa affermazione fosse vera..." vorrebbe dire che è la legge di ohm a non essere corretta !!
La "potenza attiva" assorbita da qualsiasi carico, a prescindere dalla sua composizione, è PER DEFINIZIONE sempre dipendente dalla tensione e dalla corrente !! (ovviamente se sono rigorosamente in fase tra loro, altrimenti leggi più avanti....)

ovvio... ma leggi bene quel che ho scritto!

non ho detto che "Pout =/= Vout*Iout", ci mancherebbe... ho detto che la la parte reale di Pout (cioe` la potenza attiva) potrebbe non essere uguale a K(Vin)^2.

Mi spiego: se chiamiamo Rc la "componente resistiva" del carico, ovviamente vale che:

Re(Pout) = (Vout)^2/Rc

se pilotiamo in tensione con un ampli ideale, detto K' il suo guadagno, ovviamente vale Vout=K'Vin per cui

Re(Pout) = (K'Vin)^2/Rc

e quindi sembrerebbe che hai ragione tu... posto K''=(K'^1/2)/Rc => Re(Pout) = K''(Vin)^2

...ma forse no.

infatti, l'ultima relazione e` vera solo se Rc e` costante!

pero`, per una sia pur piccolissima -ma fondamentale!- parte, Rc comprende anche la componente resistiva dovuta all'energia trasferita all'aria (l'energia acustica, il lavoro utile del nostro trasduttore).

A priori (ne so` troppo poco di acustica per tentare di fare un'analisi teorica) nessuno ci dice che questa componente sia costante... e se Rc non e` costante, allora (K'Vin)^2/Rc puo` benissimo essere diverso da K(Vin)^2 senza violare alcun principio fondamentale.

Afferrata l'idea?

Comunque, ovviamente non so` se o quanto questo possa essere rilevante... ci sono molte altre cose in gioco, come ad esempio lo smorzamento... se non vado errato pilotando in potenza si dovrebbe avere smorzamento critico costante su tutto lo spettro, ed anche questo potrebbe giocare un ruolo importante dal lato acustico.

Insomma, io vedo il problema delle interazioni ampli-diffusore non solo limitatamente all'accoppiamento elettrico ed alle relative problematiche dell'amplificatore, ma lo estendo al dispositivo trasduttore nel suo complesso; quindi "ribalto" il punto di vista e considero principalmente e fondamentalmente l'uscita acustica, che d'altronde e` l'unica cosa che ci interessa veramente.

In altri termini, anziche` cercare di fare un amplificatore "perfetto" sul piano elettrico sperando poi in un trasduttore altrettanto "ideale" sul piano della conversione elettroacustica, come sostanzialmente si e` fatto fino ad oggi, penso piuttosto che sarebbe il caso di provare a fare qualcosa di diverso e tentare di realizzare un servocontrollo che sfrutti al meglio (dal punto di vista dell'uscita acustica) i trasduttori reali che abbiamo a disposizione (se poi questo coincida o meno con il pilotaggio in potenza piuttosto che con qualcosa di completamente diverso ovviamente e` tutto da dimostrare...).

In effetti, per capirci veramente qualcosa IMNSHO bisognerebbe fare delle misure (di distorsione, intermodulazione, risposta all'impulso, etc.) da questo lato, con un bel microfono, variando le condizioni di pilotaggio (ad es. con ampli diversi, di diversa tecnologia, etc). Ho la sensazione che avremmo qualche sorpresa...

La mia sensazione è che si confonda la potenza apparente, ossia quella prodotta dalla legge di ohm misurando separatamente tensione e corrente di un sistema (quello che faresti tu con un moltiplicatore), senza tenere conto dello sfasamento tra le due forze (leggi coseno, nel nostro caso), e la potenza attiva, ossia quella prodotta dalle stesse componenti RIGOROSAMENTE in fase tra loro...

ovviamente, un po` di confusione c'e` stata. Mea culpa. Purtroppo dire semplicemente "pilotaggio in potenza" e` generico, e si possono intendere entrambe le cose, cioe` pilotaggio a potenza apparente costante o a potenza attiva costante... ovviamente, i miei discorsi "energetici" si riferivano al secondo caso.


Ciao,
Paolo.

[Giaime]

Grazie della spiegazione Unixman, devo dire che ho afferrato gran parte di quanto stai scrivendo.

Continuate così

Saluti termoionici


Giaime Ugliano

http://giaime.altervista.org

[mauropenasa]

ehmmm, Paolo unixman, capisco le tue recriminazioni psico-intuitive, ma guarda che nel modellino semplice che ti ho postato la resistenza delle sospensioni e dell' aria c' è ed è in bella mostra..... (Res)

Quindi se ti riferisci a quello vorrei vederlo plottato, il tuo ragionamento....

Ribadisco che io mi trovo in territorio assolutamente neutro, su questo discorso, voglio solo capire PERCHE' dovrei pensare un sistema in potenza, dato che io amo fare le cose solo se credo di avere un problema davanti, e non solo perchè credo che "suonino meglio"...

Riguardo la tua disamina ampia sulle prestazione acustiche presunte dei sistemi, io non voglio più entrare nel merito perchè non porta da nessuna parte. Dico solo che se vuoi, per peggiorare un sistema SS fino ad avere tutte le variabili negative dei tuoi sistemi di riferimento non ci vuole molto, con tanto di piacevolezza auditiva.

Tecnicamente, però, non si può dire che un DF=1 non cambia il suono dei diffusori e non crea degli evidenti variazioni di livello localizzato in risposta in frequenza..... basta un simulatore qualsiasi per vedere gli effetti, calcolabili in diversi dB. Un conto è che "non si senta" o "tu non lo senta", un conto è cercare di fare dei sistemi lineari.
Un passa basso LC, progettato per un carico di 8ohm con un generatore di tensione a monte, RADDOPPIA la sua frequenza di taglio se il generatore assume una impedenza di 8ohm !!
**aggiunta (ovviamente in base alla struttura del filtro, può modificare il solo Q nel caso di LC di ordine elevato o composito oppure radoppiare la frequenza nel caso di unico elemento reattivo come un primo ordine....)

E questo vale a prescindere da cosa porti il DF=1.

Vedi, se non si dividono i campi di competenza, non si va da nessuna parte. Io penso ai sistemi linearizzati, tu al suono.
Il nostro modo di percepire il suono è assolutamente inaffidabile rispetto alla parte tecnica.
Io ti dissi da tempo di dimostrare che i miglioramenti che tu associ al pilotaggio misto corrente tensione non siano frutto di una semplice equalizzazione derivata dal lavoro anomalo dei filtri nei diffusori, dato che a tavolino è dimostrabile che cambi di diversi dB la risposta localizzata, verosimilmente intorno alle frequenze di incrocio e in vicinanza dell' accordo di taglio basso del woofer. Basta chiedere al nostro amico audiofanatic quanto una risposta in frequenza "a sella" possa essere "ruffiana" e piacevole rispetto ad una precisa e diretta, come quella dei monitor....

Ora, torniamo su un piano scientifico, e vediamo cosa non va nella simulazione, e da quale angolo sia meglio osservare la situazione.

Io resto scettico, e non leggo argomenti diversi dai miei sopra per giustificare "le tue sensazioni di ascolto".
Non dovrò mica simulare un diffusore completo e dimostrarti anche dove e come cambia la risposta in frequenza ?

Questione Res costante o non costante:
Non puoi girare intorno al problema di continuo. Se ti fa piacere, nel sistema modellato NESSUNA DELLE COMPONENTI E' ASSOLUTAMENTE COSTANTE:
Re -> subisce variazioni discrete a causa del regime termico elevato
Le -> varia a causa del non costante flusso magnetico al variare della velocità del cono e delle deformazioni meccaniche

Il parallelo RLC che simula la meccanica -> pressione e temperatura ambiente, regime termico, variazioni di intensità magnetica al variare del movimento ecc....

In una parola: non linearità = THD.
Ma che un altoparlante esibisca THD progressive nell' ordine di diversi punti percentuali, e che esse siano riflesse regolarmente nel sistema elettrico non credo sia un mistero. Lo stesso Hawksford ha prodotto interi documenti analizzando parte di questi problemi e dimostrando strumentalmente che un pilotaggio localizzato e dedicato (in corrente) può mitigare molto questi aspetti. dallo stesso studio però emerge UN RUOLO DEL TUTTO MARGINALE di Res nel sunto distorsivo complessivo, mentre la parte del leone la fanno altri elementi, in particolare quelli serie come Re ed Le, oppure mi verrebbe da dire, in base a studi Kef, legati al complesso magnetico quindi a tutto fuorchè a Res....
D' altronde, se analizzi la posizione di Res, posizione condivisa da tutti gli analisti del problema, essa ha escusivamente un ruolo "smorzante" essendo in parallelo al sistema risonante, e non rappresenta in nessun caso un "problema" rilevante che non sia legato al puro smorzamento. In pratica in quella posizione anche se variasse del 200% l' unica conseguenza sarebbe un maggiore o minore smorzamento della risonanza, ma pochissima rilevanza su un piano di "potenza attiva", perchè esso è SEMPRE contollato da Re per una percentuale elevatissima. Prova ne è che lontano dalla zona di risonanza la parte meccanica diventa una specie di "corto circuito" e l' unico carico visto dal generatore resta poco più che Re....

ciao



Mauro
http://www.webalice.it/mauro.penasa/index.html

[mauropenasa]

Questo grafico dimostra come cambia la velocità del cono al variare di Rg (resistenza del generatore). Si noti come il Q del sistema risonante aumenti in modo proporzionale ad RG, per cui già con un DF=1 (RG=8ohm) si ha un Q di circa 2-3 volte quello previsto con un generatore di tensione puro.
Questa situazione definisce una risposta in frequenza "naturale" palesemente alterata a favore di una zona limitata (quella di risonanza del sistema) e si potrebbe misurare agevolmente anche sul sistema reale. Questa situazione diventa macroscopica in presenza di pilotaggio in corrente pura, perchè viene a mancare lo smorzamento di Re+Rg alla cella risonante, ed unica opposizione è la famosa Res, ossia la resistenza delle sospensioni+ aria....
Ecco perchè se si usa un pilotaggio in corrente (o ibrido), da una parte si eliminano gli effetti negativi causati da Re+Le+Rg (tutte più o meno non lineari) ma dall' altra serve una "equalizzazione preventiva" della intensità di corrente nella zona di risonanza (in pratica costruire una variazione di intensità di corrente inversa rispetto alla campana di impedenza che si nota nel grafico...)




Mauro
http://www.webalice.it/mauro.penasa/index.html

[Giaime]

E in tutto questo caro Mauro, cosa cambierebbe se andassimo a considerare quelle celle che si mettono ogni tanto in parallelo al woofer, per abbatterne il picco di risonanza?

Se ho capito qualcosa, le tue obiezioni verrebbero a cadere, o sbaglio?

Saluti termoionici


Giaime Ugliano

http://giaime.altervista.org