Ljudkaraktär av switchande (PWM) förstärkare

[Richard]

Mycket intressant, när sker det, enligt dig, Pabo?

[Erik]

Jag har tillsammans med en kompis jämfört ICEpower 1000ASP mot Aleph5, jag är förvånad hur lika dessa tekniskt väldigt olika förstärkare låter. De högtalare vi använde var Magnepan 1.6 och SEAS Thor.

Om det finns intresse av ett seriöst lyssnings/jämförningstest av olika pwm och linjära förstärkare deltar jag gärna med mitt ICE-steg, kompisens Aleph ställer säkert också upp. Jag är själv väldigt nyfiken på Hypex moduler.

Erik

[Pabo]

Teoretiskt sett finns det fördelar med högre switchfrekvens men i praktiken blir fördelen försvagad på grund av brus och brister i komponenternas uppbyggnad.

Det som händer när man höjer switchfrekvensen är följande.

- Ripplet på utgången minskar eller man kan ha mindre filtrering på ugången
- Om man minskar filtret så minskar även fasvridningen vilket medger högre gain i loopen som korrigerar olinjäriteter
- Verkningsgraden minskar på grund av ett ökat antal upp och urladdningar av parasitkapacitanser.
- RMS värdet av utstrålade störningar ökar i princip proportionellt med höjd switchfrekvens.

Det finns för övrigt många topologiberoende för och nackdelar.

Det högsta jag tror att man kommer upp i är en idle frekvens på ca 700kHz. Över det tar det nog ett antal år att nå. Det beror på komponenternas begränsningar.

[Hedlund_inaktiv]

Pabo:
Tack för din redogörelse.
Ungefärligen hur hög switchfrekvens skulle behövas för att man ska kunna ha ett utgångsfilter som ligger på minst 100 KHz ???

Eller rättare sagt, hur många oktaver behövs ungefär mellan utgångsfiltrets pol och switchfrekvensen för att uppnå en tillräckligt effektiv filtrering ???

Skulle man kunna använda brantare filter på utgången, eller blir frekvensgången för beroende av lasten då och kan skapa nya problem ?

[Pabo]

Hedlund

Du ställer intressanta frågor. Det låter som att du vet en hel del om ämnet.

Man kan nå 100kHz i bandbredd för en class d förstärkare med en switchfrekvens på ca 500kHz.

Brytfrekvensen i filtret är ju väldigt beroende av lasten och att få en brytfrekvens på 100kHz kräver väldigt små filtervärden (12uH/220nF) eller så och det ger en frekvensgång som är väldigt högtalarberoende. Om högtalaren innebär en kapacitiv last om 100nF i diskantområdet så förändras frekvensgången radikalt.

Däremot kan man få en modulator inklusive utgångsfiltret att få en brytfrekvens på 100kHz vilket faktiskt är ett krav för att klara THX Ultra 2 specifikationen. Tyvärr så blir denna bandbredd begränsad till lägre amplituder eftersom utgångsfiltret begränsar dv/dt. I verkligheten gör detta inget eftersom energin i diskantområdet är väldigt mycket lägre än i bas och mellanregister.

Din sista fråga var om man kan ha högre ordningens filter på utgången och i de fall man har fast switchfrekvens kan man med fördel notcha bort grundtonen i switchripplet. På så vis erhålls en sorts högre ordnings filtrering.

[Hedlund_inaktiv]

Smart att notcha bort switchripplet...

Tittade igenom era datablad lite nogrannare och ni verkar ha kommit långt.
600 KHz switchfrekvens är den högsta jag sett hittills.

Får tacka igen, för det är alltid uppskattat att få lite djupare insikt...

Vet att du kanske inte kan diskutera det eftersom du är part i målet så att säga eftersom du producerar PWM kretsar, men det skulle vara intressant att få höra din synpunkt på det som jag upplevt från dom PWM-förstärkare jag haft hittills.
D.v.s. bristen på stereoperspektiv jämfört med traditionella bättre förstärkare...
Är det relaterat till PWM tekniken i sig ???

[Pabo]

Hedlund

Jag har inte så ofta kunnat koppla olika ljudupplevelser till designval men jag har genom blindtest kunnat konstatera att mer distorsion låter sämre, oavsett vilken ordning den är av. Dock har högre ordningens distorsion ännu större menlig inverkan på ljudet. Många class d förstärkare har hög distorsion vid höga frekvenser men oerhört låg distorsion vid låga frekvenser. Detta beror på att utgångsfiltret försvårar designen av loopen och begränsar mängden global motkoppling vid höga frekvenser till ca 20dB vid bruk av hårt zobelfilter. Dessutom är det tyvärr så att motkoppling inte alltid minskar mängden olinjär distorsion (skapar nya toner) utan endast minskar den relativt oviktiga linjära distorsionen (skapar ej nya toner t.ex. fasfel, nivåfel). Det finns exempel på class d förstärkare som har 0,001% THD vid 1kHz men motsvarande 0,1% vid 6,67kHz d.v.s. 100 ggr högre. Detta måste ge fullt hörbara problem enligt mig men på vilket sätt det hörs måste jag lämna till lyssnaren att avgöra.

[Hedlund_inaktiv]

Intressant beskrivning av distortion och hur motkoppling påverkar den.

Skickar ett PM.

[BddB]

Utdrag ur datablad för TA3020:
TA3020 Basic Amplifier Operation
The audio input signal is fed to the processor internal to the TA3020, where a switching pattern is generated.
The average idle (no input) switching frequency is approximately 700kHz. With an input signal, the pattern is
spread spectrum and varies between approximately 200kHz and 1.5MHz depending on input signal level and
frequency.

[lilltroll]

Nu när vi är inne på ämnet så.

När man förser utgångsfiltret med ferriter, så kommer induktansen över dessa att moduleras av strömmen som passerar igenom. Vad jag förstår så blir denna induktansmodulering oberoende av strömmens riktning. Dvs 1 A ger samma induktanspåverkan som - 1A, och ger således jämna övertoner.

Hur stort problemet är beroende bland annat på hur stor magnetisk flödestäthet som generas i ferriterna.

De här blir inga vackra 6 dB asymtotiska lösningar för HF/RF, de blir 'non well behaived' med avseende på resistans och induktans. Detta behöver inte vara till ondo, då man kan stämma av dem så dämpningen får ett maximum runt 100 MHz, så att man t. ex. inte stör SR P3 dvs analog-radio mottagaren som kanske råkar ha sin antenn brevid.

Påstående från mig:

Detta blir inte ljudmässigt skrämmande om man spelar upp en ensam visslare, men med material bestående av många från början distade instrument så kan intermodulationsdistortionen bli betydlig.

[Hedlund_inaktiv]

Utdrag ur datablad för TA3020:
TA3020 Basic Amplifier Operation
The audio input signal is fed to the processor internal to the TA3020, where a switching pattern is generated.
The average idle (no input) switching frequency is approximately 700kHz. With an input signal, the pattern is
spread spectrum and varies between approximately 200kHz and 1.5MHz depending on input signal level and
frequency.

Kanske var det inte just TA3020 som satt i den Audio Research 150.2 jag hade innan, men väl en klass-T krets från Tripath så den använder samma teknologi med någon form av varierande switchfrekvens.
Var i och för sig den bästa PWM förstärkare jag haft, men det var ändå stora begränsningar vad det gäller storleken på ljudbilden.
Mikrodetaljeringen var inte så där hög precis.
Tack vare att switchfrekvensen kan vara ganska låg så sitter i.o.f.s. LP-filtret också ganska lågt, om det nu kan vara det som ger PWM förstärkarna deras karaktär...?

[BddB]

Om man nu vill kalla en switchfrekvens på upp till 1.5MHz (1500kHz) för låg i sammanhanget ?!

[Richard]

Utdrag ur datablad för TA3020:
TA3020 Basic Amplifier Operation
The audio input signal is fed to the processor internal to the TA3020, where a switching pattern is generated.
The average idle (no input) switching frequency is approximately 700kHz. With an input signal, the pattern is
spread spectrum and varies between approximately 200kHz and 1.5MHz depending on input signal level and
frequency.

Kanske var det inte just TA3020 som satt i den Audio Research 150.2 jag hade innan, men väl en klass-T krets från Tripath så den använder samma teknologi med någon form av varierande switchfrekvens.
Var i och för sig den bästa PWM förstärkare jag haft, men det var ändå stora begränsningar vad det gäller storleken på ljudbilden.
Mikrodetaljeringen var inte så där hög precis.
Tack vare att switchfrekvensen kan vara ganska låg så sitter i.o.f.s. LP-filtret också ganska lågt, om det nu kan vara det som ger PWM förstärkarna deras karaktär...?

Det kan kanske vara avsaknaden av ic:s och elektrolyter i signalvägen som gör att du tyckte class-d lät annorlunda.

[Hedlund_inaktiv]

Om man nu vill kalla en switchfrekvens på upp till 1.5MHz (1500kHz) för låg i sammanhanget ?!

Hur tänkte du nu ???
Utgångsfiltret måste anpassas för den lägsta möjliga frekvensen och den ligger på 200 KHz.

[BddB]

Output Filter Design
One advantage of Tripath amplifiers over PWM solutions is the ability to use higher-cutoff-frequency
filters. This means load-dependent peaking/droop in the 20kHz audio band potentially caused by the
filter can be made negligible. This is especially important for applications where the user may select
a 4-Ohm or hm speaker. Furthermore, speakers are not purely resistive loads and the
impedance they present changes over frequency and from speaker model to speaker model.
Tripath recommends designing the filter as a 2nd order, 100kHz LC filter.

[UrSv]

Det kan kanske vara avsaknaden av ic:s och elektrolyter i signalvägen som gör att du tyckte class-d lät annorlunda.

Hur menar du nu? Det är ju det nästan det enda som sitter i signalvägen ju...

Avsaknad av elektrolyter i signalvägen har väl dessutom inget med Klass D att göra? Tittar man t.ex. i databladen för vissa Tripath så sitter det elektrolyter på ingången i deras typkopplingar.

[Hedlund_inaktiv]

Output Filter Design
One advantage of Tripath amplifiers over PWM solutions is the ability to use higher-cutoff-frequency
filters. This means load-dependent peaking/droop in the 20kHz audio band potentially caused by the
filter can be made negligible. This is especially important for applications where the user may select
a 4-Ohm or hm speaker. Furthermore, speakers are not purely resistive loads and the
impedance they present changes over frequency and from speaker model to speaker model.
Tripath recommends designing the filter as a 2nd order, 100kHz LC filter.

Ja, jo, förvisso, men skillnaden är inte på något sätt dramatisk.
Här har du mätdata för en typisk Tripath baserad PWM förstärkare.
På tok för mycket udda övertoner, och framför allt precis som Pabo skriver dom är många...

[Richard]

Det kan kanske vara avsaknaden av ic:s och elektrolyter i signalvägen som gör att du tyckte class-d lät annorlunda.

Hur menar du nu? Det är ju det nästan det enda som sitter i signalvägen ju...

Avsaknad av elektrolyter i signalvägen har väl dessutom inget med Klass D att göra? Tittar man t.ex. i databladen för vissa Tripath så sitter det elektrolyter på ingången i deras typkopplingar.

Tripath är inte heldigital.

I Sonys s-master fungerar nästan allt i den digitala domänen.

http://products.sel.sony.com/es/technol ... ology.html

[Richard]

Utdrag ur datablad för TA3020:
TA3020 Basic Amplifier Operation
The audio input signal is fed to the processor internal to the TA3020, where a switching pattern is generated.
The average idle (no input) switching frequency is approximately 700kHz. With an input signal, the pattern is
spread spectrum and varies between approximately 200kHz and 1.5MHz depending on input signal level and
frequency.

Kanske var det inte just TA3020 som satt i den Audio Research 150.2 jag hade innan, men väl en klass-T krets från Tripath så den använder samma teknologi med någon form av varierande switchfrekvens.
Var i och för sig den bästa PWM förstärkare jag haft, men det var ändå stora begränsningar vad det gäller storleken på ljudbilden.
Mikrodetaljeringen var inte så där hög precis.
Tack vare att switchfrekvensen kan vara ganska låg så sitter i.o.f.s. LP-filtret också ganska lågt, om det nu kan vara det som ger PWM förstärkarna deras karaktär...?

Här är en länk hur det kan göras i den digitala domänen till stor del:

http://products.sel.sony.com/es/technol ... ology.html

Övergångsdistortion existerar ej i en class-d förstärkare. Detta är en stor hörbar fördel.

[UrSv]

Det kan kanske vara avsaknaden av ic:s och elektrolyter i signalvägen som gör att du tyckte class-d lät annorlunda.

Hur menar du nu? Det är ju det nästan det enda som sitter i signalvägen ju...

Avsaknad av elektrolyter i signalvägen har väl dessutom inget med Klass D att göra? Tittar man t.ex. i databladen för vissa Tripath så sitter det elektrolyter på ingången i deras typkopplingar.

Tripath är inte heldigital.

I Sonys s-master fungerar nästan allt i den digitala domänen.

http://products.sel.sony.com/es/technol ... ology.html

Nu fattar jag inte alls. Jag frågade bara vad du menade med "avsaknaden av ic:s och elektrolyter i signalvägen som gör att du tyckte class-d lät annorlunda" dvs ingen direkt koppling till varken heldigital eller nån antydan till S-Master. Kommentaren till Tripath var med avseende på att din kommentar gällde en Tripathbaserad stärkare. Ingen Klass D, som inte är diskret uppbyggd vill säga, saknar ju IC i signalvägen och det är nog tveksamt om de flesta saknar elektolyter. Som jag fattat det.

[Richard]

Djuplodande artikel om sonys s-masterteknik och hur den fungerar, mycket bilder också!


http://www.learningcenter.sony.us/asset ... _Final.pdf


Här kan man också se att sony försökt att adressera jitterproblemet.

Länk till tester:

http://www.smartson.se/test/receiver/so ... 7100es.htm

[UrSv]

Ny lyssnar jag på "The Artful Dodger - Rewind" via Klass AB. Låter bra.

[Morello]

Det kan kanske vara avsaknaden av ic:s och elektrolyter i signalvägen som gör att du tyckte class-d lät annorlunda.

Om du med "IC" menar koventionella småsigmal-OP så kan jag garantera att dess inverkan på signal är direkt försumbar i förhållande till hur många klass-D-maskiner kontaminerar signalen.
Förklaringen är alltså över huvud taget inte plausibel.

[Richard]

Det kan kanske vara avsaknaden av ic:s och elektrolyter i signalvägen som gör att du tyckte class-d lät annorlunda.

Om du med "IC" menar koventionella småsigmal-OP så kan jag garantera att dess inverkan på signal är direkt försumbar i förhållande till hur många klass-D-maskiner kontaminerar signalen.
Förklaringen är alltså över huvud taget inte plausibel.

OK.

Det var konventionella småsignal-OP jag menade.

Du kan ha rätt.

Har du testat någon sony s-master förstärkare?

[Richard]

Hedlund:

Enligt dina kurvor borde ljudkaraktären gå åt " rör" hållet, med tanke på den begränsade dämpfaktorn i diskantområdet.

Kanske är det därför det låter tilltalande.

[Richard]

Ny lyssnar jag på "The Artful Dodger - Rewind" via Klass AB. Låter bra.

Aj,aj,aj. Övergångsdisten gräver djupa sår i dina öron.

[UrSv]

Det kan kanske vara avsaknaden av ic:s och elektrolyter i signalvägen som gör att du tyckte class-d lät annorlunda.

Om du med "IC" menar koventionella småsigmal-OP så kan jag garantera att dess inverkan på signal är direkt försumbar i förhållande till hur många klass-D-maskiner kontaminerar signalen.
Förklaringen är alltså över huvud taget inte plausibel.

OK.

Det var konventionella småsignal-OP jag menade.

Du kan ha rätt.

Har du testat någon sony s-master förstärkare?

Aha, då får man inte blanda in Hypex då för där sitter det ju just en konventionell småsignal-OP i signalvägen. OPA2132 vill jag minnas i åtminstone en del versioner om man bortser från finutgåvan?

[Richard]

Det kan kanske vara avsaknaden av ic:s och elektrolyter i signalvägen som gör att du tyckte class-d lät annorlunda.

Om du med "IC" menar koventionella småsigmal-OP så kan jag garantera att dess inverkan på signal är direkt försumbar i förhållande till hur många klass-D-maskiner kontaminerar signalen.
Förklaringen är alltså över huvud taget inte plausibel.

OK.

Det var konventionella småsignal-OP jag menade.

Du kan ha rätt.

Har du testat någon sony s-master förstärkare?

Aha, då får man inte blanda in Hypex då för där sitter det ju just en konventionell småsignal-OP i signalvägen. OPA2132 vill jag minnas i åtminstone en del versioner om man bortser från finutgåvan?

Finutgåvan använder ett mer väljudande ( färgat? ) ic chip .
Hypex är kanske jättebra, men heldigitala är dom inte.

[Hedlund_inaktiv]

Hedlund:

Enligt dina kurvor borde ljudkaraktären gå åt " rör" hållet, med tanke på den begränsade dämpfaktorn i diskantområdet.

Kanske är det därför det låter tilltalande.

Då vete pipsvängen om du inte fått det helt om bakfoten.

En lägre dämpfaktor i diskanten har inget att göra med en "rör" karaktär.
Tittar du däremot på distortionen, så har rörförstärkare generellt sett mest jämna övertoner och transistor förstärkare har generellt sett mest udda övertoner = mätkurvan påminner mer om än transistorförstärkare än en rör dito.

[Richard]

Hedlund:

Enligt dina kurvor borde ljudkaraktären gå åt " rör" hållet, med tanke på den begränsade dämpfaktorn i diskantområdet.

Kanske är det därför det låter tilltalande.

Då vete pipsvängen om du inte fått det helt om bakfoten.

En lägre dämpfaktor i diskanten har inget att göra med en "rör" karaktär.
Tittar du däremot på distortionen, så har rörförstärkare generellt sett mest jämna övertoner och transistor förstärkare har generellt sett mest udda övertoner = mätkurvan påminner mer om än transistorförstärkare än en rör dito.

En rörförstärkare har väl rätt ofta dålig dämpfaktor i hela sitt verksamma område, inklusive diskanten, eller är jag ute och cyklar?

Övertonerna har du förstås rätt i.