13.07.2005, 08:41 PM
So, ich bin wieder da und die Reissäcke in China fallen wieder ohne mich um.
Über den Ausgangsfilter wurde im HiFi-Forum im Thread Audiophiler Class-D Verstärker schon unendlich viel geschrieben. Da kann man alles wichtige darüber nachlesen, was natürlich einige Mühe macht. Ich will also mal einiges zusammenfassen:
Die Aufgabe besteht darin, die NF bis zur oberen Grenzfrequenz von 20kHz linear durchzulassen und die HF, also die PWM-Schaltfrequenz so gut wie dabei möglich zu dämpfen. Das funktioniert natürlich um so besser, je weiter diese Frequenzen auseinander liegen. Da man aber zum verlustarmen Schalten die Schaltfrequenz nicht beliebig hoch legen kann, muss man hier Kompromisse machen.
Üblicher Weise verwenden Hersteller von Class-D-Verstärkern einstufige LC-Filter, also Filter 2. Ordnung. Für die EMV-Anforderungen muss das deshalb offenbar ausreichend sein. Ob darüber hinaus der Klang durch den HF-Rest beeinflusst wird, wie Rumgucker vermutet, ist noch unklar.
Je näher man an die obere NF-Grenzfrequenz kommt, desto größer wird der Einfluss der Filteranpassung an die Anschlussimpedanz (Lautsprecher) auf den Frequenzgang. Diesen Einfluss hat Beobachter in #877 und #883 dargestellt.
Ist nun die Lautsprecherimpedanz bei der oberen Grenzfrequenz bekannt, kann man die Filter optimal anpassen. Schwieriger wird es, wenn die Impedanz am Frequenzende schwankt oder unbekannt ist, wenn z.B. unterschiedliche Lautsprecher angeschlossen werden können sollen.
Um die Schaltung universeller zu machen, also DIY-geeignet, besteht die Möglichkeit, Filter höherer Ordnung vorzusehen. Z.B. 3-Stufig = 6. Ordnung, 2-Stufig = 4. Ordnung.
Da Gegentakt uns gezeigt hat, dass ein mehrstufiges Filter nicht mit gekoppelten, also angezapften Spulen realisierbar ist, benötigt man also getrennte Kerne für jede Filterstufe. Dafür kann man aber bei symmetrischen Filtern in Vollbrücken die Spulen einer Stufe auf einen Kern wickeln, z.B. bifilar. Man kann also einen symmetrischen Filter 4. Ordnung für einen Vollbrückenverstärker mit 2 Kernen realisieren.
In #1737 habe ich die Filter 4. Ordnung mal in verschiedenen Ausführungen simuliert:
[Bild: filter4ov4beobachter2gv.gif]
Schaltung 1 ist unsymetrisch (Halbbrücke).
Schaltung 2 ist mit 4 Kernen, die Induktivitäten werden einfach aufgeteilt.
Schaltung 2 ist mit 2 x 2 gekoppelten Spulen (2 Kerne). Die Induktivität halbiert sich nochmals, die Gesamtwindungszahl ist damit wie in Schaltung 1.
Wenn man die Spulen bifilar wickelt bilden sich an den dicht aneinander liegenden Wicklungsenden Schaltkapazitäten. Das habe ich in Schaltung 4 mit je 1nF mal übertrieben dargestellt. Erst bei höheren Frequenzen sinkt die Dämpfung etwas. Bei 100pF (halte ich für realistischer) ist kaum etwas zu sehen. Ich denke, man kann die Spulen bifilar wickeln und damit günstiger Weise hinstellen, da alle Wickelenden dann auf einer Seite liegen.
In #1741 habe ich gezeigt, dass die Bauelementetoleranzen bei den Filtern ziemlich unkritisch sind: [Bild: filter4ov5sybeobachter0nd.gif]
Diese Filterkombination hat bereits eine beträchtliche Dämpfung der HF und relativ wenig Einfluss der Anpassung bei oberer Grenzfrequenz auf Frequenzgang und Phasendrehung.
Nur der SODFA soll da eine Ausnahme machen, und eventuell noch der UcD. Deshalb ist es natürlich nicht ausgeschlossen, dass der HF-Rest dabei eine Rolle spielt. Ich hätte da noch ein anderes Beispiel:
Wenn man eine Modelleisenbahn mit Gleichstrom betreibt, muss man die Spannung erheblich aufdrehen, ehe die Lock sich ruckartig in ziemlich schnelle Bewegung setzt. Dann erst hat sie nämlich ihre Haftreibung überwunden. Betreibt man sie mit PWM, kann man sie super langsam anfahren lassen, selbst mit langem Zug dran. Es könnte also schon was dran sein, nur dass es beim Lautsprecher keine Haftreibung geben sollte.
Dennoch bin zumindest ich bestrebt, den HF-Rest möglichst niedrig zu halten, schon um festzustellen / nachzuweisen, dass es einen solchen Effekt nicht gibt.
Zum Thema Güte:
Die Schwingkreisgüte ist um so höher, je weniger ein Schwingkreis von ohmschen Reihen- oder Parallelwiderständen bedämpft wird. Unser Ausgangsfilter wird von der angeschlossenen Last, der Lautsprecherimpedanz, ohnehin erheblich bedämpft. Deshalb spielt die Güte der am Filter direkt beteiligten Bauelemente Praktisch überhaupt keine Rolle (lediglich der DC-Widerstand der Spulen sollte natürlich so niedrig wie möglich sein).
Wichtig sind dagegen die magnetischen Eigenschaften der Spule(n). Sie sollen eine lineare Kennlinie haben und weit von der magnetischen Sättigung entfernt betrieben werden. Am besten, jedoch schwierig abzuschirmen, sind Luftspulen. Beobachter hat Ferritkerne mit vollständig herausgeschliffenem Innenschenkel als Abschirmung für Luftspulen verwendet. Kerne sollten einen definierten Luftspalt besitzen. Im Bereich des Spaltes darf sich jedoch keine Wicklung befinden. Ampericher hat beste Ergebnisse mit Amidon Eisenpulver-Ringkernen erzielt. Bei denen ist der Luftspalt quasi über den Umfang des Kernes verteilt.
Über den Ausgangsfilter wurde im HiFi-Forum im Thread Audiophiler Class-D Verstärker schon unendlich viel geschrieben. Da kann man alles wichtige darüber nachlesen, was natürlich einige Mühe macht. Ich will also mal einiges zusammenfassen:
Die Aufgabe besteht darin, die NF bis zur oberen Grenzfrequenz von 20kHz linear durchzulassen und die HF, also die PWM-Schaltfrequenz so gut wie dabei möglich zu dämpfen. Das funktioniert natürlich um so besser, je weiter diese Frequenzen auseinander liegen. Da man aber zum verlustarmen Schalten die Schaltfrequenz nicht beliebig hoch legen kann, muss man hier Kompromisse machen.
Üblicher Weise verwenden Hersteller von Class-D-Verstärkern einstufige LC-Filter, also Filter 2. Ordnung. Für die EMV-Anforderungen muss das deshalb offenbar ausreichend sein. Ob darüber hinaus der Klang durch den HF-Rest beeinflusst wird, wie Rumgucker vermutet, ist noch unklar.
Je näher man an die obere NF-Grenzfrequenz kommt, desto größer wird der Einfluss der Filteranpassung an die Anschlussimpedanz (Lautsprecher) auf den Frequenzgang. Diesen Einfluss hat Beobachter in #877 und #883 dargestellt.
Ist nun die Lautsprecherimpedanz bei der oberen Grenzfrequenz bekannt, kann man die Filter optimal anpassen. Schwieriger wird es, wenn die Impedanz am Frequenzende schwankt oder unbekannt ist, wenn z.B. unterschiedliche Lautsprecher angeschlossen werden können sollen.
Um die Schaltung universeller zu machen, also DIY-geeignet, besteht die Möglichkeit, Filter höherer Ordnung vorzusehen. Z.B. 3-Stufig = 6. Ordnung, 2-Stufig = 4. Ordnung.
Da Gegentakt uns gezeigt hat, dass ein mehrstufiges Filter nicht mit gekoppelten, also angezapften Spulen realisierbar ist, benötigt man also getrennte Kerne für jede Filterstufe. Dafür kann man aber bei symmetrischen Filtern in Vollbrücken die Spulen einer Stufe auf einen Kern wickeln, z.B. bifilar. Man kann also einen symmetrischen Filter 4. Ordnung für einen Vollbrückenverstärker mit 2 Kernen realisieren.
In #1737 habe ich die Filter 4. Ordnung mal in verschiedenen Ausführungen simuliert:
[Bild: filter4ov4beobachter2gv.gif]
Schaltung 1 ist unsymetrisch (Halbbrücke).
Schaltung 2 ist mit 4 Kernen, die Induktivitäten werden einfach aufgeteilt.
Schaltung 2 ist mit 2 x 2 gekoppelten Spulen (2 Kerne). Die Induktivität halbiert sich nochmals, die Gesamtwindungszahl ist damit wie in Schaltung 1.
Wenn man die Spulen bifilar wickelt bilden sich an den dicht aneinander liegenden Wicklungsenden Schaltkapazitäten. Das habe ich in Schaltung 4 mit je 1nF mal übertrieben dargestellt. Erst bei höheren Frequenzen sinkt die Dämpfung etwas. Bei 100pF (halte ich für realistischer) ist kaum etwas zu sehen. Ich denke, man kann die Spulen bifilar wickeln und damit günstiger Weise hinstellen, da alle Wickelenden dann auf einer Seite liegen.
In #1741 habe ich gezeigt, dass die Bauelementetoleranzen bei den Filtern ziemlich unkritisch sind: [Bild: filter4ov5sybeobachter0nd.gif]
Diese Filterkombination hat bereits eine beträchtliche Dämpfung der HF und relativ wenig Einfluss der Anpassung bei oberer Grenzfrequenz auf Frequenzgang und Phasendrehung.
Zitat:Rumgucker schrieb:Die meisten D-Amps klingen eben nicht sensationell, sondern eher Sch...
Die austretende HF ist tatsächlich ein wesentlicher Unterschied zu einem analogen Verstärker. Da alle D-Amp-User einvernehmlich berichten, daß sich D-Amps sensationell anhören (egal, nach welchem Prinzip er arbeitet) kann das nun meines Erachtens einerseits bedeuten, daß die 100 Jahre Analogentwicklungen alle Schrott waren oder andererseits, dasß das Geheimnis des Wohlklangs genau in dieser HF liegt.
Jeder kenn die HF-Vormagnetisierung eines Tonbandsprechkopfs. Ohne HF hört sich die Aufnahme schaurig an. Mit HF sonnenklar und Hifi. So in dieser Richtung denke ich.
Vielleicht wird genau andersrum ein Schuh draus: je mehr HF rauskommt, desto besser hört sich alles an?
Nur der SODFA soll da eine Ausnahme machen, und eventuell noch der UcD. Deshalb ist es natürlich nicht ausgeschlossen, dass der HF-Rest dabei eine Rolle spielt. Ich hätte da noch ein anderes Beispiel:
Wenn man eine Modelleisenbahn mit Gleichstrom betreibt, muss man die Spannung erheblich aufdrehen, ehe die Lock sich ruckartig in ziemlich schnelle Bewegung setzt. Dann erst hat sie nämlich ihre Haftreibung überwunden. Betreibt man sie mit PWM, kann man sie super langsam anfahren lassen, selbst mit langem Zug dran. Es könnte also schon was dran sein, nur dass es beim Lautsprecher keine Haftreibung geben sollte.
Dennoch bin zumindest ich bestrebt, den HF-Rest möglichst niedrig zu halten, schon um festzustellen / nachzuweisen, dass es einen solchen Effekt nicht gibt.
Zitat:Rumgucker schrieb:Is' schon wieder so ein Gerücht.
Wir wissen es jedenfalls nicht. Beobachter und Tillg haben alle Fragen in dieser Ritchung regelrecht sabotiert.
Zitat:Rumgucker schrieb:Auch bei Spotnick beruht die HF-Dämpfung ausschließlich auf Filterwirkung 4. Ordnung. Er hat nur die Filterfrequenzen erheblich tiefer gelegt, und den Frequenzgangabfall durch Gegenkopplung (post-filter-feadbeck nach der ersten Stufe) kompensiert. UcD-Prinzip eben. Dabei bleibt die Phasendrehung jedoch erheblich, und man weiß nicht, wie dabei der Einfluss auf den Klang ist (Stichwort Impulsverhalten oder Sprungantwort).
Und Spotnick hat sich um nahezu perfekte Auslöschung der HF bemüht.
Zum Thema Güte:
Die Schwingkreisgüte ist um so höher, je weniger ein Schwingkreis von ohmschen Reihen- oder Parallelwiderständen bedämpft wird. Unser Ausgangsfilter wird von der angeschlossenen Last, der Lautsprecherimpedanz, ohnehin erheblich bedämpft. Deshalb spielt die Güte der am Filter direkt beteiligten Bauelemente Praktisch überhaupt keine Rolle (lediglich der DC-Widerstand der Spulen sollte natürlich so niedrig wie möglich sein).
Wichtig sind dagegen die magnetischen Eigenschaften der Spule(n). Sie sollen eine lineare Kennlinie haben und weit von der magnetischen Sättigung entfernt betrieben werden. Am besten, jedoch schwierig abzuschirmen, sind Luftspulen. Beobachter hat Ferritkerne mit vollständig herausgeschliffenem Innenschenkel als Abschirmung für Luftspulen verwendet. Kerne sollten einen definierten Luftspalt besitzen. Im Bereich des Spaltes darf sich jedoch keine Wicklung befinden. Ampericher hat beste Ergebnisse mit Amidon Eisenpulver-Ringkernen erzielt. Bei denen ist der Luftspalt quasi über den Umfang des Kernes verteilt.