Попытка анализа действия ОС в усилителях

[Владимир R-V-A]

Нужно немного усовершенствовать генератор и все подсчитать.

Согласен, все мы иногда ошибаемся... если бы вы первыми уели на весь мир производителей 4562, то вам бы не было цены - ваша звуковая карта стала бы платиновой звуковой картой, сделанной в Китае!

[Карабас]

если бы вы первыми уели на весь мир производителей 4562

У меня нет такой цели, но перспектива заманчивая. Кстати на симуляторе я получил для своего усилителя для наушников КНИ равный 2*10-⁵% в диапазоне частот на нагрузке 50 Ом. Правда это было еще год назад. Думаю над там, как удостовериться в точности этой цифры. Заодно испытаю на динамические искажения и свой усилитель.

[Владимир R-V-A]

Думаю над там, как удостовериться в точности этой цифры. Заодно испытаю на динамические искажения и свой усилитель.

Вы для начала посмотрите искажения на мультитоне, например как я сделал это при исследовании УНЧ для АС Edifier R - 1100 https://www.hiend-audio.pro/showthre...9603#post19603

Там есть и мультики в зашифрованном виде - чтобы было понятней, что из себя представляет этот УНЧ.

[Владимир R-V-A]

Провел сегодня исследования УНЧ D класса на разных микросхемах. Есть информация на кандидатскую как минимум...

Если кратко - говно - для маленьких детей и прочих ушлепков. Но слушать, если нет мозгов или слуха - можно.

https://www.youtube.com/watch?v=vHxaO7m9GV8



Вот, только TDA 7293 более менее соответствует моим требованиям по искажениям и шумам к УНЧ High-End класса - 90 дБ и ниже. Да и то, на ВЧ уже не совсем вписывается... Но, это уже не так критично, просто я еще не встречал ни одного ВЧ динамика (доступного по цене) с искажениями ниже -70 дБ. Так, что 7293 можно ставить смело.

Обнаружил интересный эффект при измерении интермодуляционных искажений в УНЧ D класса. Его и новую методику измерения качества работы УНЧ, я бы скромно назвал в свою честь - определение возможностей временного и частотного разрешения в УНЧ.

Суть очень простая. Подаете мультитон с очень близкими частотами. и чем они ближе и ниже частота генератора в составе компаратора УНЧ D класса, тем раньше. в плане близости частот, начинаются искажения с очень странным число гармоник и на частотах, которые не свойственны аналоговым усилителям класса АВ и А. и которые никак не следуют из формулы для комбинационных частот двух генераторов на нелинейном элементе. Вот примеры, что происходит с разными УНЧ D класса.



И этот эффект характерен для разных УНЧ D класса.



Когда два сигнала мультитона расходятся на определённую величину по отношению к их частоте, то картина изменяется и начинает походить уже на аналоговую работу УНЧ.

Дополнительную информацию по вопросу, как может меняться картина, можно посмотреть по этой ссылке и за дополнительную плату.

https://www.youtube.com/watch?v=7YHPri2sPBo

У аналоговых усилителей, на мой взгляд (это еще надо проверить их в разных классах))), не может быть такого и ярко выраженного эффекта - как бы обрезания суммарного из двух компонентов сигнала биения двух частот по амплитуде с очень острыми углами. И еще как бы в зоне линейного режима в плане ограничения сигнала по питанию. Биения в линейных УНЧ аналогового типа выглядят совсем по другому. На мой взгляд, именно в этом и заключается высокий уровень шумовой полки, растущей как бы с опережающим темпом роста по отношению к сигналу. и главная суть моей критики в адрес современных УНЧ D класса.

И особенно "сложным" для УНЧ D класса, товарищи доценты с кандидатами, будет музон с очень большим числом компонентов - типа забойного рока или сложных симфонических треков где много скрипок и каждая норовит спеть по своему, и не всегда точно в ноту.

Моя версия - вся фишка в низкой частоте работы опорного генератора, высоких его фазовых шумах, в низком уровне входного сигнала, поступающего на компаратор и в низком быстродействии ключевых, выходных транзисторов, которые и "срут" тут, в основном.

Ну, как?

https://www.youtube.com/watch?v=IS7Go--dPVk

[Карабас]

Для 5462 я кое-что измерил

Собрал усилитель сигнала ошибки на AD 8032. Первый каскад - дифференциальный усилитель, второй усиливает сигнал ошибки примерно в 50 раз.
На первом рисунке входная пила 1 кГц, 0,2 В/дел. На втором сигнал на выходе усилителя ошибки при подаче этой пилы на оба входа (самоконтроль) - 0,02 в/дел. На третьем рисунке сигнал ошибки после ОУ 4562 - 0,02 В/дел. На следующем сигнал ошибки на прямоугольных импульсах - 0,05 в/дел. На двух последних - шумы на выходе собственно усилителя ошибки и после подачи на один из его входов сигнала с ОУ 4562 при закороченных входах - 0,02 В/дел.


Сигнал ошибки при входном сигнале в виде отрезков синусоиды напоминает сигнал ошибки при пилообразном входном сигнале, но не такой наглядный. Про прямоугольные импульсы все вроде бы понятно (или не все?). Но почему сигнал ошибки на пиле имеет вид, изображенный на рис 3? Частота всего 1 кГц! Пила не имеет скачка напряжения. Скачок имеет первая производная напряжения по времени, как и у напряжения в виде отрезков синусоиды. Сигнал ошибки в момент этого скачка меняет полярность. Объясните этот график пожалуйста. Вот вам и динамическая ошибка ОУ.

[Владимир R-V-A]

Вот вам и динамическая ошибка ОУ.

От нашего стола - вашему. Искажения формы сигнала УНЧ Edifier по отношению к опорному сигналу во временной области по различным тест-сигналам.



Но, тут нужно делать поправку на коррекцию АЧХ УНЧ - она нелинейная - кривоватая под конкретную АС R-1100.

Кстати, в Edifiere АЧХ УНЧ П и ЛК отличаются. Похоже учли изменение внутреннего объема АС, где плата и ИБП, от второй АС без этих блоков.
То же самое делал с 3116 - уже получше. То ли за счет линейной АЧХ, то ли за счет более продвинутой микросхемы. Искажения тоже есть по форме сигналов различных импульсов, но уже не такие аномальные - терпимо, но не High-End даже по этим параметрам. Нужно было смотреть на аналоговом осц. - лень было включать на ВЧ. Да и нормальный генератор прямоугольных импульсов так еще и не собрал, а гуманитарная помощь из Миннауки запаздывает...

По измерению сигнала ошибки.

В схеме (балансного) преобразователя противофазного сигнала из двух каналов в один выходной сигнал, его схему и схему установки для измерения искажений УНЧ класса D, я тут выкладывал месяц назад.

Там удавалось получить противофазное подавление одного и того же входного сигнала (на 4562 и 4580 - разницы практически нет) до -70 дБ.

Для этого пришлось в качестве делителей 10к/1к поставить подстрочный делитель с верньером.

Тут очень важно точно подогнать амплитуды противофазных сигналов или коэфф. усиления в каналах с разной фазой, поскольку речь идет уже о прецизионных измерениях параметров.

Еще лучше, если в делитель напряжения, последовательно включить два подстрочных резистора с номиналом отличающимся в 10-100 раз с тем, чтобы можно было предельно точно подогнать амплитуду.

Тогда, я думаю, точность настройки можно будет повысить до - 90-110 дБ.

На графиках видно, что у УНЧ D класса есть задержка относительно опорного сигнала - с компа.

Она разная в разных УНЧ D класса.

У Edifiera порядка 200 мкс, а у 3116 меньше - порядка 20 мкс, если не перепутал.

На графиках для Edifiera видно - там графики с задержкой и частота повторения импульсов 100 Гц.

При измерениях перепутал полярность проводов в преобразователь балансного сигнала в небалансный. Если их переключить, то графики по форме будут уже не так сильно отличаться.

[Владимир R-V-A]

Но почему сигнал ошибки на пиле имеет вид, изображенный на рис 3? Частота всего 1 кГц! Пила не имеет скачка напряжения. Скачок имеет первая производная напряжения по времени,

Сдвиг половинок пилы или меандра обусловлен не точной установкой амплитуды в противофазных каналах.

Для того, чтобы очень точно подогнать уровни, надо использовать высокоточные подстрочные резисторы, задающие либо коэффициент усиления в ОУ либо балансирующие более точно уровни сигналов на входе вычитающего устройства.

У вас как бы разъезжаются по амплитуде синфазный и противофазный сигналы.

Если бы вы поточней сбалансировали сигналы, то остаточный сигнал по форме был бы похож на оригинал но очень низкого уровня.

В идеале он бы просто утонул в шумах. Но поскольку любой реальный, физически реализованный ОУ имеет конечную полосу усиления, собственные шумы и искажения, то всегда будет хоть и очень маленький, но остаточный, зашумленный, и искаженный сигнал.

Выбросы на углах меандра и разностного сигнала происходят по той же причине - ограниченная полоса работы ОУ и резкое снижение точности воспроизведения высокочастотных компонентов "угловатых" сигналов на высоких частотах.

Вот именно поэтому метод вычитания сигналов очень нагляден в плане визуализации как бы всех видов искажений УНЧ или любого другого линейного устройства.

Если таким методом анализировать работу УНЧ класса D , то легко убедиться, что они существенно проигрывают аналоговым усилителям АВ и А классов. И главная беда таких усилителей, это сильные искажения на ВЧ и достаточно высокий уровень собственных шумов под нагрузкой. Причем шумы очень неприятные - призвуки в виде присвиста или целой какофонии непонятных гармоник очень высокого уровня.

Фактически тот же результат имеет и метод расчета СКО, где все виды искажений представляются в виде одного числа - СКО.

Чем меньше СКО, тем более точно работает УНЧ. Но тут надо работать с одними и теми же тест - сигналами, потому, что от их вида реализации может быть разное значение СКО. И, для высокоточного расчета СКО, желательно иметь хороший АЦП и высокий семплинг.

А в методе вычитания сигналов, можно работать по сигналам произвольной формы, даже по реальным музыкальным трекам в качестве тест-сигналов.

Делаете переключатель с выходов двух сравниваемых УНЧ, которые также нужно сбалансировать по уровню до минимума разностного сигнала. Или сигнал с выхода исследуемого УНЧ сравниваете с выходом звуковой карты, и визуально видите величину общей ошибки или интегральные искажения при работе УНЧ.

При использовании метода вычитания сигналов ошибки по стационарным тест-сигналам типа пила, меандр или пачки сигналов разной амплитуды с подобным заполнением также можно получать единственное число (напряжение) - величину интегральной ошибки, если сигнал ошибки про детектировать и проинтегрировать.

Постоянную времени интегратора выбирают так, чтобы за время интеграции умещались не менее 3-5 полных циклов тест сигналов и чтобы показания выходного напряжения не менялись, допустим через 0,5-2 с с начала измерения.

[Карабас]

Сдвиг половинок пилы или меандра обусловлен не точной установкой амплитуды в противофазных каналах.

Этот эффект может иметь место. Это первое, что приходит в голову. Баланс, как вы и говорите достигался двумя подстроечными резисторами. Ступенька не исчезает, меняется только наклон восходящей и нисходящей частей сигнала ошибки. Скорее ступенька связана с конечной скоростью изменения сигнала на выходе 5462 и глубокой ОС. На частоте 100 Гц сдвиг фазы у этого ОУ должен быть практически нулевой. Но спектр треугольного сигнала широкий и полностью усилиться ОУ не может. Растет с частотой и фазовый сдвиг. А во временной области - просто недостаточна скорость изменения сигнала на выходе. С ростом частоты треугольного сигнала величина ступеньки тоже растет.

[Владимир R-V-A]

С ростом частоты треугольного сигнала величина ступеньки тоже растет.

Все верно. С ростом частоты в ОУ падает усиление с разомкнутой ООС и следовательно растут искажения и падает точность операции вычитания.

[Карабас]

С ростом частоты в ОУ падает усиление с разомкнутой ООС

Я сделал расчеты и пришел к выводу, что причина той ступеньки, которую я наблюдал - корректирующий конденсатор в операционном усилителе. Для того чтобы напряжение на выходе усилителя изменялось со скоростью со скоростью 2 В/мсек через конденсатор емкостью 30 пФ (типичное значение для корректирующего конденсатора) должен протекать ток 60 нА. А при смене знака этого изменения ток должен скачком измениться на 120 нА. Этому изменению соответствует изменение баланса токов дифференциального каскада примерно на 0,01%. И скачок дифференциального напряжения на 20 нВ. Этот скачок, усиленный в 20*50 =1000 раз мы и видим на выходе усилителя сигнала ошибки! Остается только удивляться, что такие малые изменения токов и напряжений в схеме удается легко измерить. А так же стоит задуматься к каким еще искажениям реального сигнала может привести наличие такого маленького корректирующего конденсатора.

[Владимир R-V-A]

А так же стоит задуматься к каким еще искажениям реального сигнала может привести наличие такого маленького корректирующего конденсатора.

Это эффекты высшего порядка. На слух все эти эффекты не слышно. Люди в возрасте уже не слышат гармоники и искажения сигналов на частотах выше 12-14 кГц.

[Владимир R-V-A]

Я сделал расчеты и пришел к выводу,

Вот вам несложна схемка - попробуйте на досуге её про симулировать...



https://forum.vegalab.ru/showthread.php?t=87520&page=7

тоже хочу попробовать

[Карабас]

Вот вам несложна схемка

Я бы рад вам помочь, но к сожалению в моей библиотеке нет модели 2030. А сам я такую модель вряд ли построю. Можно заменить ее каким-нибудь мощным ОУ с током примерно 5 А, если вас устроит такая симуляция.

Это эффекты высшего порядка

согласен - эффекты невелики, но если амплитуда входного сигнала ОУ увеличится до 0,25 В, а частота до 20 кГц, Эффект возрастет в ln(20*5)+1 =5,6 раза. Это если не учитывать снижения петлевого усиления с частотой.

[Владимир R-V-A]

Я бы рад вам помочь, но к сожалению в моей библиотеке нет модели 2030.

Тут https://www.hiend-audio.pro/showthre...9690#post19690 я поднял ряд интересных вопросов. Если будет желание, можете высказать свою позицию. Мнение Константина тоже будет интересно прочитать.

- - - Добавлено - - -

Можно заменить ее каким-нибудь мощным ОУ с током примерно 5 А, если вас устроит такая симуляция.

Попробуйте 2050, 1875 и на входе 2134, 4562, 4580, 071.

- - - Добавлено - - -

согласен - эффекты невелики, но если амплитуда входного сигнала ОУ увеличится до 0,25 В, а частота до 20 кГц,

Чтобы избавиться от этих эффектов можно измерения делать после фильтра (ФНЧ или даже полосового, например от 20 до 9000-20000Гц - программным способом, например с использованием программы Equalizer EPO 1.2.1). Все равно большинство людей не слышат уже даже 2 гармоники с частот выше 9000 Гц, а третью с частоты выше 6000 Гц.

[Карабас]

Такие системы называются системами многоканального звука с большим число каналов и соответствующих им АС, расположенных с разных сторон и по высоте - над головой слушателя или слушателей.
У меня только одно возражение против такого подхода - излишняя сложность. По поводу акустического винегрета. В силу своей малой осведомленности и отсутствия практического опыта, я не могу иметь каких либо мнений по поводу позиции тех, кто давно работает в области акустики. Хотя позиция доктора наук Крамара по поводу питания акустики с помощью ИТУН вызывает у меня некоторые сомнения.

- - - Добавлено - - -

Попробуйте 2050, 1875 и на входе 2134, 4562, 4580, 071.

. Попробую смоделировать на досуге. Хотелось бы знать, какую цель вы преследуете, применяя такую схему.

[Владимир R-V-A]

У меня только одно возражение против такого подхода - излишняя сложность.

С таким счастьем вам жить тут легче всех.

[Карабас]

Попробую смоделировать на досуге.

Анализ показал, что схема возбуждается

- - - Добавлено - - -

С таким счастьем вам жить тут легче всех.

Я стараюсь не высказывать поспешных суждений

[Владимир R-V-A]

Анализ показал, что схема возбуждается

Увеличьте кондеры в ОС С2 с 4 до 30-47 пФ и С параллельно R6. У меня есть кпкм - 8-30 пФ - почти коробка.

[Владимир R-V-A]

Я стараюсь не высказывать поспешных суждений

Шифруетесь?

- - - Добавлено - - -

У меня только одно возражение против такого подхода - излишняя сложность.

Зато получается реалистичная реализация КИЗ в пространстве относительно головы и ушей человека. Даже есть функция автоматического смещения КИЗ в зависимости от положения головы (её наклона, поворота и т.д.)

Но самое смешное, что практически во всех современных DSP процессорах, их настройки нужно проверять на слух и, если что-то не нравится, все настройки надо корректировать самому в рамках идеологии ручного эквалайзера.

Вот ведь...их мать - дикий запад - сумасшедшие ученые и их алчные маркетологи всему мирозданию мозги засрали снова, на века...



Карабас, я пошить просто хотел.

[Карабас]

Увеличьте кондеры в ОС С2 с 4 до 30-47 пФ и С параллельно R6.

Я поиграл конденсаторами. Чтобы не было возбуда С2 д.б. не менее 20 пФ. С4 (параллельно R6) нужно не менее 10 пик. Без него будет горб АЧХ на частоте выше 30 кГц. Искажения порядка 0,2% при макс. амплитуде вых. сигнала на частоте 10 кГц.

[Владимир R-V-A]

Я поиграл конденсаторами.

А как же результаты сталкера по искажениям под -110 дБ и его схемой?



Та, что слева - проверьте на 2050 для начала без конденсаторов. На 1875 надо ставить кондюки побольше и микросхему включать не в режиме повторителя, а в режиме усилителя с К=2-3 и в ООС можно влепить 30 пФ параллельно резистору.

На 2030 и без всяких выкрутасов бывают до 1 Вт искажения под 0,002-0,005%.

[Карабас]

Зато получается реалистичная реализация КИЗ в пространстве

Так ли уж важна точная локализация КИЗ в пространстве? Для кого-то это становится самоцелью. Может быть это очередной маркетинговый ход?

- - - Добавлено - - -

На 2030 и без всяких выкрутасов бывают до 1 Вт искажения под 0,002-0,005%.

Я же пишу про мощность примерно 25 Вт. На 1 Вт, конечно меньше - менее 0,01%. Это ведь симулятор. Константин говорил, что искажения он считает неточно.

[Владимир R-V-A]

До кучи.





https://disk.yandex.ru/d/4CBM1eIm609DIQ

Понятно, что D класс и АС тоже бывают разными. И если прислушаться, то разницу сразу по двум параметрам уловить можно. А вот если только анализировать разницу в звуке между УНЧ на одних и тех же АС хотя бы с искажениями -60-50-40 дБ. это уже почти нереально учитывая способности слуха человека. При таких искажениях в АС уже слышны не искажения УНЧ, а косяки в записях.

А вот если сюда подмешать в качестве еще одной переменной саму КП и конкретно её АЧХ в точке прослушивания, то тут звук может отличить уже любой.

https://disk.yandex.ru/d/WWR9jCpyAI18VA

Вывод: с хорошими АС можно слушать даже УНЧ класса D по цене 1-5$ за два канала мощность до 10- 20-50 Вт. А в ближнем поле, при мощности порядка 0,1-1 Вт, разницу вообще услышать нельзя. У самого дешевого D класса искажения на таких мощностях порядка 0.05 - 0.1% во всей полосе частот. А, вот, если навалить 10-20 Вт., то да, там уже искажения подбираются к порогу слышимости искажений у человека в 1 %. И самое неприятное - появляются шумы, присвисты и прочие помехи уже на явно заметном для слуха человека уровне - выше -40-30 дБ.

А вы говорите, Карабас, что весь секрет в золотом ключике - УНЧ с низкими искажениями...

[Карабас]

что весь секрет в золотом ключике

На первой записи разницу в D и AB все-таки слышно. Я не совсем понял, последний трек на первой записи - это что записано? Для сравнения записи должны быть все-таки посложнее. Например инструментальный концерт. Или какой нибудь квартет (квинтет). Я привык к тембрам реальных инструментов. На таких записях оценить трудно.

[Владимир R-V-A]

это что записано?

Специально не отбирал треки - что было в реальном времени или в записи, то и включал методом случайного тыка.

А вот продавцы всякого говна на выставках High-End поделок, обычно ставят те треки, которые явно выигрывают по психологическому воздействию на слушателей, чем случайные треки или тест-сигналы из компьютерных программ.

А чем вам собственно не понравилась последняя запись? Если нет разрешения, то я и АС не виноваты - такая запись была сделана изначально.