Kopfhöhrerverstärker

Ist doch nicht schwer. Strom korrespondiert mit Kraft (und damit mit Beschleunigung), wobei Dämpfung und Rückstellkraft Gegenkräfte liefern, Spannung mit Schnelle, wobei der Strom über den Ohmschen Widerstand der Spule einerseits und ihre Induktivität andererseits zur Spannung beitragen. Diese Beiträge sind _klein_ gegenüber der Induktionsspannung von der Bewegung.

F ~ i l x B

u ~ v l x B

Bei der Schallabgabe haben wir Schalldruck (Kraft mal Membranfläche) und Schallschnelle synchron. Die Kraft hat erheblich größere systematische Gegenspieler.

Genauer, vom Augenblickswert des Stromes.

Zitiere mich mal selbst. Findet sich weiter oben,

Bedingung für Stromquellen: Ri(Stromquelle) >>> Zi(Lautsprecherimpedanz)

Was ich auch nie bestritten habe. Mir gings um die Bedingungen des Verstärkers als Stromquelle.

Was ich nie bestritten habe. Ich habs ja auch explizit geschrieben.

Und hier zeigt die Stromsteuerung ihre Vorteile. Die Lastimpedanz kann innerhalb bestimmter Grenzen jeden konjugiert-komplexen-Wert annehmen. Selbst der Stromanstieg wird ausschließlich von der Quelle her bestimmt. In gewissen Grenzen trifft das auf Röhrenendstufen mit Trafo zu.

Habe ich auch nie bestritten.

War das jetzt nur ein riesen Tohuwabou mit viel Rauch? ;-) ;-)

Anscheinend bist Du eher daran interessiert, eine präzise steuerbare Ohrenheizung als eine präzise steuerbare Schallquelle zu implementieren.

Viel Spaß dabei.

Ob das eine Rauchbombe sein sollte, um einen initialen Patzer zu verschleiern oder echtes Unverständnis der Materie, ist tatsächlich nicht sonderlich klar. Klar ist jedoch, daß man sich mindestens so produktiv ein Loch ins Knie bohren und Milch reingießen kann als mit Dir zu diskutieren.

Mir

nichts

Danke, aber aber was du da sagst ist schlicht Unsinn. ;-)

Du kannst es nicht lassen, selbst bei eigentlich streng technischen Sachverhalten, ins persönliche abzutreifen. Selbst wenn sich dir in einer Wand ein Loch bieten sollte, gehörst du wohl unbedingt zu der Kategorie, die durch die Wand wollen. Davon gibs leider viel zu viele. ;-)

Horst-D.Winzler wrote on Thu, 11-09-29 21:15:

Das fragst du ernsthaft? Zweck der ganzen Sache ist, den Spannungsverlauf auf Line-In in einen gleichen Positionsverlauf der Membran umzusetzen, und die hier diskutierte Teilfrage, wie dazu der Lautsprecher am besten anzusteuern sei.

Im statischen Fall sind Strom und Spannung gleich. Im dynamischen Fall ist bei Stromsteuerung klar, daß Kraft und Position nicht dasselbe sind. Aber was passiert bei Spannungssteuerung?

Wenn sich das Sollsignal ändert sollen Strom und Spannung folgen. Durch die Selbstinduktion der Spule folgt der Strom aber langsamer. Stromsteuerung wäre besser.

Wenn die Position der Spannung nicht entspricht, bewegt sich die Membran. Die von der Bewegung induzierte Spannung wirkt der externen entgegen, der Strom und die Bewegung hin zur Sollposition wird also kleiner als mit dem statischen Innenwiderstand. Zweiter Vorteil für Stromsteuerung.

Entweder ich habe gerade zwei Vorzeichenfehler gemacht, oder aber die Stromsteuerung ist zwar falsch, Kraft statt Position, aber die Spannungssteuerung ist dynamisch noch falscher.

Selbstverständlich. Ich habe ja bewusst keine Vokabel wie "Effektivwert" o.ä. verwendet. Die Stromstärke ist eine Funktion der Zeit.

Und was willst Du damit ausdrücken? Ich sage "ideale Stromquelle: Ri(Stromquelle) -> unendlich". Das ist aber eine Selbstverständlichkeit, die in den ersten 14 Tagen des ersten Semesters des E-Technikstudiums gelehrt wird. Du hast nur die Näherung für eine reale Stromquelle genannt. Die gilt aber immer, nicht nur bei Audioverstärkern.

Roland schrieb in , dass Kopfhörer angeblich für den Betrieb an Stromquellen optimiert seien. Daraufhin wies Marte darauf hin, dass die Auslenkung der Membran vielmehr der Spannung und nicht dem Strom folge . Darauf zitiertest Du den Physikschuluntericht, dass die Kraft proportional zum Strom sei . Das hat nie jemand bestritten, ist aber überhaupt kein Gegenargument gegen Martes Aussage (die von David bestätigt worden ist). Und jetzt versuchst Du, Dich da irgendwie rauszuwieseln. :-)

Gruß Henning

Hängt davon ab, was Du als "falsch" betrachtest. Verzögerungsfrei ist eh nicht drin. Die Frage, die man deswegen beantworten muß, ist die des Frequenzganges. Die Impedanz ist frequenzabhängig. Wenn der Lautsprecher in der Nähe seiner Resonanzen mechanisch unterstützt wird, muß er weniger Kraft aufbringen, mithin weniger Strom. Der Schalldruck, den er weitergibt, muß abzüglich der Rückstellkraft und abzüglich des Bewegungswiderstandes gerechnet werden. Die sind aber abhängig vom mechanischen Zustand des Lautsprechers, der der Elektronik nicht bekannt ist.

Deswegen ist eine Steuerung der Schnelle (= Spannungssteuerung) deutlich sinnvoller als der Kraft (= Stromsteuerung).

Es mag Wandler geben, bei denen das anders aussieht. Der typische elektrodynamische Wandler ist einfach zu indirekt im Stromverhalten.

Geht es Dir um Schallübertragung oder um elektrodynamische Einkopplung ins Hörgerät?

Am 30.09.2011 08:49, schrieb Axel Berger:

Du nennst Kraft und Membranposition in einem Atemzug. Das wird zu Mißverständnissen führen. Es wird vorteilhafter sein, den Wandler und die Anpassung an die Luft, also die Membrane, getrennt zu betrachten.

Bei Stromsteuerung ist die an der Last liegende Spannung eine Funktion des Sollstromes. Oder anders ausgedrückt, die Spannung wird so hoch "gedreht" bis der Sollstrom erreicht ist. Und das innerhalb der kürzesten vom System möglichen Anstigszeit. Das sollte eigentlich eine schnellere Aktion des Lautsprechertantriebs bewirken als bei Spannungssteuerung.

Prinzipiell ist das meiner Ansicht nach so.

Wie ich oben schon schrieb, ist es mM vorteilhafter Antrieb und Anpassung, also das was die Membrane dann macht zu trennen. Selbstverständlich beeinflußt die Last auch die Impedanz. Was allerdings bei Stromsteuerung keinen Einfluß hat. So gesehen, sollte die Stromsteuerung besser sein. Ob sie es ist, darüber findet sich leider nicht viel. Bei Röhrenendstufen mit Ausgangstrafo gibt es systembedingt einen Kompromiss zwischen Strom- und Spannungsquelle. Was auch betrachtet werden muß, ist das Ein- und Ausschwingverhalten des Lautsprechersystems sowie seine Intermodulation. Für die Intermodulation dürfte ausschließlich die Membrane verantwortlich sein.

Ich kann mich an zwei Schalldruckkurven erinnern bei denen das Intermodulationsverhalten eines Trichterlautsprechers untersucht wurde. Einmal als direkt strahlender Lautsprecher mit den Übliche Summen- und Differenzfrequenzen. Dann diesen Lautsprecher in ein Klipschhorn eingebaut. Es waren ganz wenige und dazu schwache Linien zu sehen. Also das Horn als Transformatoionsglied wirkt offensichtlich ausgesprochen dämpfend auf nichtlineare Verzerrungen.

Ich habe damit das ausgedrückt, was du verbalisiert hast. Innenwiderstand der Stromquelle muß reell und wesentlich größer als die Impedanz der Last sein. Die Last kann jeden konjugiert komplexen Wert annehmen. So, das ist in disem Tread das letzte Mal daß ich das wiederhole.

Die Kraft bzw "Auslenkung" der Schwingspule ist Proportional dem Strom und der Drahtlänge (Spule). Für Stromsteuerung ist die Impedanz(Änderung) unwesentlich. Das war mein Hinweis. Bei Spannungssteuerung ist der Strom eien Funktion der Spannung und der Impedanz. Diese Impedanz ist Frequenz wie auch lastabhänging. In geringem Maße auch austeuerungsabhängig.

Mißverständnisse jetzt ausgeräumt?

Kopfhörer werden an Spannungsquellen betrieben. In den Vollverstärkern werden allerdings Schutzwiderstände eingeschleift. Und je nach Höhe der Impedanz des Kopfhörers wird er annähernd Spannung- bzw Strom gesteuert. Ich hatte auch schon einen Kopfhörer mit 8_ohm. Es wäre allerdings denkbar, das niederohmige Kopfhörer unter diesen Voraussetzungen etwas anders optimiert werden. Aber das kann nur der jeweilige Hersteller sagen.

Was ich natürlich anders sehe. ;-) Ich vermute mal, daß das Mißverständnis(?) hauptsächlich darin begründet liegt, weil ich Schwingspule, also Antrieb, und Membrane getrennt betrachte.

Was vollkommen unsinnig ist, wenn es nicht um eine induktive Kopplung in Hörgeräte geht.

Die Stromsteuerung "hat keine Ahnung" von der Position und speziell der momentanen Schnelle der Membrane, weil sie die Induktionsspannung als Rückmeldung vollständig ignoriert. Die Gegenkopplung über die Induktionsspannung ist es aber erst, die eine _Regelung_ der Schnelle verursacht und damit auch den wechselnden Impedanzverlauf kompensiert.

Das ist bei elektrodynamischen Wandlern nun einmal weitgehend unvermeidbarer Teil des Wirkprinzips.

Kannst du so machen, aber ich sehe darin eher Nachteile. Denn das Antriebssystem bestehend aus Topfmagnet, Schwingspule und Zentrierspinne bildet auch konstruktionsmäßig eine Einheit. Innerhalb des Arbeitsbereichs ist die von der Schwingspule gelieferte Kraft und Schnelle streng proportional dem Augenblickswert des Stroms. Egal ob I oder U Steuerung.

Der Begriff Gegen-EMK ist schon mal genannt worden.

Das kann bei eingeschwungenem Zustand so betrachtet werden, also Betrieb an Sin-Generator oder E-Orgel. Was ist aber mit dem Impulsverhalten? Das was du beschreibst funktioniert mehr oder weniger ideal bei direktem Anschluß an eine Endstufe mit gegen "0" tendierendem Ri. Die Wirklichkeit sieht Weichen mit Impedanzen und Leitungen. Das notwendige Boucherot-Glied in der Endstufe ist auch nicht ohne. Deshalb könnte die Stromsteuerung vorteilhaft sein? Deshalb ist es wohl besser, wie bei Röhrenendstufen, mit einem Kompromiss zu arbeiten.

Zumal das eigentlichen Problem des Lautsprechers, die nichtlinearen Verzerrungen weder von "I" noch "U" Speisung berührt werden. Philips hatte mal bei Tieftönern die Membrane in die Gegenkopplung des Verstärkers mit einbezogen. Funktioniert aber eben nur beim Tieftöner einigermaßen zufriedenstellend. Unter Umständen werden sogar nichtlineare Verzerrungen durch dieses System verstärkt. Wäre die Einbeziehung der Membran in die Gegenkopplung wirklich das Ei des Kolumbus, wäre sie verbreiteter. Die Nawi-Membrane hat schon eine erhebliche Verbesserung gebracht aber der Lautsprecher produziert eben noch zu viele Verzerrungen. Wobei kleine Boxen auf Pseudobässe "gezüchtet" werden. Sind aber auch nur Verzerrungen.

Nur hat diese Wirkprinzip auf nichtlineare Verzerrungen der Membran keinen Einfluß.

Das ist schon soweit klar. Da der Innenwiderstand eines Kopfhörers mit der Frequenz wohl eher ansteigt, wird der Strom bei spannungsgesteuerten Verstärkern mit zunehmender Frequenz immer kleiner. Bei Stromeinprägung müsste er konstant bleiben. Vermutung: Das Klangbild wird heller. Ideal wäre eine Schaltung, bei der man stufenlos zwischen Ri = 0 und Ri -> unendlich regeln könnte. Dann könnte man das schön untersuchen und einen optimalen Wert finden.

Irgendwelche Ideen?

Roland

Erstaunlich, wieviele Fehler man in so wenigen Worten unterbringen kann. Die von der Schwingspule gelieferte Kraft ist proportional zum Strom. Die Schnelle hingegen ist das _Integral_ der insgesamt vorhandenen Kräfte (Proportionalitätsfaktor Schwingmasse), zu denen die Zentrierspinne _positionsabhängig_ und die Membrane über den momentanen Abstrahlungswiderstand beitragen.

Das schmeißt Du alles lustig durcheinander.

man Fourier. Solange man im linearen Bereich bleibt, ist die Kenntnis des eingeschwungenen Zustand in allen Frequenzen repräsentativ für das Impulsverhalten.

Bei einem Kopfhörer?

"Ich habe keine Ahnung, deswegen ist ein Kompromiß angebracht".

Was nichts, aber auch gar nichts mit Strom- oder Spannungssteuerung zu tun hat.

Was wird der nächste Strohmann sein, den Du auspackst?

David Kastrup wrote on Fri, 11-09-30 11:46:

Schall und Lautsprecher. Und meine Prämisse, bei der ich mangels Kenntnissen der Akustik nicht sicher bin, ob sie wirklich stimmt, ist, daß die Position der Membran (nicht Beschleunigung, nicht Geschwindigkeit) das ist, was dem Eingangssignal optimal, verzögerungsfrei und linear folgen sollte.

Wenn die Prämisse falsch ist, werden die Überlegungen sinnlos, aber das ist ja nicht neu.

Am 30.09.2011 18:42, schrieb Roland Krause:

Hallo,

bei meinen Experimenten mit einem stromgesteuerten Kopfhörerverstärker gab es gleichzeitig Klangverbesserungen aber leider auch Klangverschlechterungen. Das Impulsverhalten (z.B bei den Bässen oder Schlagzeug) war positiv aber zugleich war der Klang in den Höhen auch "zischeliger" da vermute ich als Ursache die Auswirkungen der Resonanzen des Kopfhörers im oberen Bereich.

Diese Resonanzen sind abhängig vom Kopfhörer (u.A. von dessen Induktivität) und die müsste man dann individuell kompensieren für jeden Kopfhörertyp - daher bin ich dann davon abgekommen das weiter zu verfolgen. Die Hersteller fertigen und optimieren die Kopfhörer auch für den Betrieb an Spannungsverstärkern.

Ich bin aber überzeugt davon (auch aus der Erfahrung mit den stromgesteuerten Galvonmeterverstärkern) dass der Betrieb von Kopfhörern mit einem stromgesteuerten Verstärker optimaler wäre.

Ein Verstärkerschaltung mit einstellbarem Verhalten zwischen Strom- und Spannungssteuerung lässt sich sicher aufbauen, auch wenn ich gerade auf die Schnelle nix parat habe.

Von Apex (Hersteller von Poweropamps - mittlerweile bei Cirrus) gibt es interessante Appnotes zur Stromansteuerung von induktiven Wandlern. Gerade wieder gefunden: "Precision Magnetic Deflection":

"Using a power op amp in the conventional voltage to current conversion circuit, the negative feedback forces the coil current to stay exactly proportional to the control voltage. The resulting accuracy makes many new applications feasible."

Bernd Mayer

Bernd Mayer

Ein kleine Zusammenstellung deiner "Höflichkeiten" die bei wWeitem nicht den Anspruch, auch nur annähernder Vollständigkeit, beansprucht.

Deine herabwürdigende Ausdrucksweise ist exemplarisch für einen ausgeprägten Minderwertigkeitskomplex. Ein sachliche Auseinandersetzung ist mit solchen Zeitgenossen nur sehr eingeschrängt führbar. Bei diesen Charakterzug ist eine Gruppe, die vorzugsweise das eigen Ego "streichelt" eigentlich vorteilhafter für dich?

Am 30.09.2011 18:42, schrieb Roland Krause:

Hallo,

bei meinen Experimenten mit einem stromgesteuerten Kopfhörerverstärker gab es gleichzeitig Klangverbesserungen aber leider auch Klangverschlechterungen. Das Impulsverhalten (z.B bei den Bässen oder Schlagzeug) war positiv aber zugleich war der Klang in den Höhen auch "zischeliger" da vermute ich als Ursache die Auswirkungen der Resonanzen des Kopfhörers im oberen Bereich.

Diese Resonanzen sind abhängig vom Kopfhörer (u.A. von dessen Induktivität) und die müsste man dann individuell kompensieren für jeden Kopfhörertyp - daher bin ich dann davon abgekommen das weiter zu verfolgen. Die Hersteller fertigen und optimieren die Kopfhörer auch für den Betrieb an Spannungsverstärkern.

Ich bin aber überzeugt davon (auch aus der Erfahrung mit den stromgesteuerten Galvonmeterverstärkern) dass der Betrieb von Kopfhörern mit einem stromgesteuerten Verstärker optimaler wäre.

Ein Verstärkerschaltung mit einstellbarem Verhalten zwischen Strom- und Spannungssteuerung lässt sich sicher aufbauen, auch wenn ich gerade auf die Schnelle nix parat habe.

Von Apex (Hersteller von Poweropamps - mittlerweile bei Cirrus) gibt es interessante Appnotes zur Stromansteuerung von induktiven Wandlern. Gerade wieder gefunden: "Precision Magnetic Deflection":

"Using a power op amp in the conventional voltage to current conversion circuit, the negative feedback forces the coil current to stay exactly proportional to the control voltage. The resulting accuracy makes many new applications feasible."

und: "Voltage to Current Conversion"

Bernd Mayer