Hva med noen chipamper?

[KJ]

^ Lar det seg ev gjøre å parallellkoble flere LM4780 uten å re-designe tilbakekoblingen ? dvs slik at den blir mer universal mht lavere laster.

Dersom det var mulig så kunne en lage et kretsutlegg med et «hovedkort» (std kretsen slik dere har planlagt - inngangstrinn, driver og en stk LM4780) med muligheter for å utvide med flere «datterkort» (med kun LM4780) etter behov for å drive lave laster. Noe a la det LC-audio gjorde med The End og ZAPsolute, der en kunne koble opp et nesten valgfritt antall utgangstransistorer på «datterkort».

mvh
KJ

 

[Asbjørn]

Jeg tror ikke det ville fungere å sette flere LM4780 i samme kontrollsløyfe. Det ville nokså sikkert bli en oscillator av den nokså oscillerende typen. Dessuten er det et poeng å holde kretsen så kompakt som overhodet mulig. Alle "features" inni kontrollsløyfen vil gi parasittiske reaktanser og uforutsette overraskelser.

Man kunne muligens ta et antall komplette forsterkerkort og koble dem i parallell slik at alle pluss-sider kom på den ene siden av høyttalerlasten og alle minussider på den andre, og med en liten effektmotstand (0,1-0,2 ohm) i serie med hver forsterkerutgang for å sikre at strømtrekket fordeles noenlunde jevnt mellom forsterkerkortene. I så fall ville tilgjengelig strøm og effekt skalere lineært med antall forsterkerkort, men de effektmotstandene ville øke utgangsimpedansen ganske kraftig. De må nødvendigvis komme etter feedback-punktet. Signal/støy-forholdet ville også forbedres med 3 dB for hver dobling av antall forsterkerkort.

Hvert forsterkerkort kan gi ca 11 A peak, så med f eks seks kort er det 66 A peak tilgjengelig, 47 A RMS. Impedansen må være ganske lav for å dra gjennom så mye strøm. U = RI, så R = U/I = 28/47 = 0,6 ohm. Det tilsier ca 28 * 47 = 1300 W. Da snakker vi sveiseapparat. I en mer sannsynlig 2-ohms last ville det kanskje bli I = U/R = 28/2 = 14 A, og P = UI = 28 * 14 = 392 W. Da holder det egentlig med to forsterkerkort og 7 A RMS på hvert.

Med tilstrekkelig kjøling kunne vi også øke forsyningsspenningene litt. En 150-watts versjon av Bifrôst i 8 ohm gir 35 V RMS på utgangene. Den vil knele på 8 A RMS strømtrekk et sted rundt 280 W i 4,4 ohm. To slike i parallell gir 16 A RMS og makser ut i 2,2 ohm med 560 W, men de kjøleflensene ville bli litt av et syn.

Det er ikke helt opplagt at tingen ville holde seg stabil i en slik parallellkoblet brokobling, og jeg ville regnet med ganske store sikkerhetsmarginer i tilfelle strømtrekket fordelte seg litt ujevnt mellom kortene, men i prinsippet er den skalerbar til hur mycket som helst på den måten. Bør simuleres og testes ved anledning.

 

[TAS]

Armand nevnte at det er en ny Halcro-forsterker som kan komme i nærheten av disse ytelsene. Det er nok Halcro Eclipse, priset til AUD 125.000 (ca NOK 760.000). Det er veldig bra å se at Halcro rører på seg igjen. Bruce Halcro Candy drev egentlig med metalldetektorer for malmleting og gruvedrift. Å bruke ideene i audio i stedet var kreativt. Deres DM88 var den første "superforsterkeren" for ca 20 år siden. Her ser det ut til at de har oppdatert denne uten de helt store endringene: https://halcro.com/product/eclipse-mono/

Vis vedlegget 541170

Det er litt interessant å sammenligne den der med Bifrôst, hvis man bare er nerdete nok. Halcro-patentene er offentlig tilgjengelig, så vi har i prinsippet kretsdiagrammet på den. Det ene patenten går ut i 2022. Det er kanskje en grunn til at Halcro vil komme seg tilbake i markedet før den går ut.
https://patentimages.storage.googleapis.com/de/4b/db/ee5bc2fe92b861/US6798285.pdf
https://patentimages.storage.googleapis.com/60/d7/92/737b1607e27b23/US5892398.pdf

Halcro skriver på produktsiden at "Specifications to be finalised", men de skriver tilstrekkelig til at vi kan sammenligne ganske mye. Det opplagte først: Halcro Eclipse er en 300-watter og Bifrôst er en 100-watter. Deretter blir det interessant. Halcro legger stor vekt på forvrengningstallene (THD) i markedsføringen, men sier ikke så mye om støy. Forvrengningen først:

• THD <-126dB (< 500 parts per billion) up to 20 kHz (100 kHz BW) at 550W into 4 ohms
• THD @ 1kHz is <-140dB (<100 parts per billion)
• For a sum of 19 and 20 kHz tones, each delivering 100W into 4 ohms = peak power 550W, intermodulation products each < -126dB relative to output.

Armand målte IMD ca -120 dB ved 19+20 kHz på Bifrôst-prototypen, eller 1000 ppb. Halcro har halvparten, -126 dB. Armand målte THD -123 dB ved 1 kHz, 700 ppb, mens Halcro oppgir hysteriske -140 dB. (Hvordan de kan måle det aner jeg ikke, men den patenten hadde også vært interessant å lese.) Derimot oppgir Halcro "bare" -126 dB THD 20 Hz - 20 kHz, så THD øker med 14 dB (5x) fra 1 kHz til 20 kHz. Den målingen har vi ikke ennå for Bifrôst, men den vil ligne ganske mye på IMD-tallet, så vi kan si -120 dB der også, altså det dobbelte av Halcro.

Det interessante med disse tallene fra Halcro er at forvrengningen stiger så fort med frekvens. Halcro-patenten er skrevet for å være obskur, men kjernen i den er en tredjeordens feedback-krets gjennom audiobåndet hvor tilgjengelig loop gain faller med 60 dB/dekade oppover. Det betyr formodentlig at Halcro begrenses av tilgjengelig loop gain øverst i audiobåndet, mens andre faktorer begrenser ved 1 kHz. Feedback-loopen i den er kapabel til å trykke THD mye lenger ned enn dette ved 1 kHz, teoretisk ned mot -200 dB, men det lar seg nok ikke realisere eller måle. Grunnen til at Halcro legger så mye vekt på strømforsyninger og skjerming er formodentlig å redusere disse "andre faktorene" og kunne vise best mulig tall ved 1 kHz.

Men det ville vi ikke ha. Erfaringen fra Hypex-forsterkere er at en forvrengningskarakteristikk som er flat med frekvens låter naturlig. Gamle muskelforsterkere med "høy NFB" har typisk hatt bøttevis av loop gain i bassen, men mistet taket oppover, så de har fått en litt sær lyd av superkontrollert bass og pløsete diskant. For noen assosieres det med "lyden av NFB", men det er egentlig lyden av en førsteordens loop gain-kurve som faller med 20 dB/dekade og gir forvrengning på hørbare nivåer rundt -70-80 dB. Halcros forskjell på -140 dB og -126 dB mellom 1 kHz og 20 kHz vil aldri bli hørbar, men det virket likevel helt feil for oss å gjøre loop gain-kurven så bratt i audiobåndet. Så vi ville ikke klone Halcro-patenten, selv ikke til eget bruk.

I stedet så vi nøye på Fletcher-Munson-kurvene for det menneskelige ørets høreterskel som funksjon av frekvens og forsøkte å forme tilgjengelig loop gain til å følge den kurven. Øret er mest følsomt ved 3-6 kHz, men følsomheten faller ganske bratt over 10 kHz. Eksakt hvordan vi gjorde det er vi fortsatt litt mystiske med, men det er ikke tilfeldig at Bifrôst har tilnærmet flat forvrengning med frekvens gjennom audiobåndet. Det er ett av designkriteriene fra åpningsinnlegget i tråden.

Det bringer oss fort over på temaet støy. Det jeg virkelig misliker med spesifikasjonene på Halcro Eclipse er at den har altfor høyt gain, 60x (36 dB) på de balanserte inngangene. Det er som Electrocompaniet AW180M med familie. Jeg mistenker at dette er nødvendig for å holde forsterkeren stabil med den bratte loop gain-kurven, men det fører til en gainstruktur hvor all støy fra tidligere i kjeden forsterkes opp med ganske mye. Hvis høyttalerne har lav effektivitet kan det likevel gå bra, men med effektive høyttalere (f eks 100 dB/W) vil man sjelden få volumkontrollen over "klokka ni" og kaster bort enormt mye signal/støy-forhold i avspillingskjeden. Dessuten vil all støy fra inngangstrinnet i effektforsterkeren også bli forsterket opp med 60x og levert på utgangene som susing.

Det ville vi heller ikke ha. I åpningsinnlegget i tråden står det "max 20 dB gain", dvs 10x. Det er for å få riktig gainstruktur i avspillingskjeden med effektive høyttalere. Det gjør også stabilitetsberegningene litt mer interessante. Databladet for en LM4780 sier at den bare er stabil med minst 10x gain, og de som bygger gainclones har lært på den harde måten at 11x eller 21x gir litt bedre sikkerhetsmargin mot parasittiske kapasitanser og lignende. Men proff-utstyr har gjerne høyere linjenivå og lavere gain enn konsumentutstyr, og vi syntes ikke vi kunne være noe dårligere enn det, så minimum gain på Bifrôst er nå 7 dB (2,2x) for å levere 100 W i 8 ohm ut med proff linjenivå på 12,5 V RMS (24 dBu) på inngangene. Da kan vi flytte gainet i kjeden til DAC, første analoge gaintrinn, og minimere støyen videre nedover. Det er basic noise engineering, selv om basic control engineering kanskje ble litt mindre basic av det.

Men, Halcro. Det eneste de sier om støy er en linje helt nederst, plassert under feil overskrift:

• The equivalent input noise at the input is 5nV/sqrt(Hz) for the voltage modes and 6pA/sqrt(Hz) for the current mode

Wow, nanovolt per kvadratrothertz. Låter smått. Det er det også, men hvis jeg setter gainet på Bifrôst til samme 36 dB som i Halcro og simulerer "input referred noise" får jeg denne kurven:

Vis vedlegget 541172

Kanskje 2,6 nanovolt per kvadratrothertz er enda mindre? Her ser man også vår lille "noise shaping" som prioriterer øvre mellomtone og nedre diskant. Jeg må innrømme at jeg etterhvert falt for fristelsen til å få litt bedre skrytetall ved 20 kHz og flyttet minimumspunktet opp mot 8 kHz heller enn de 4 kHz hvor det egentlig burde ligge. Men da tok jeg samtidig hammeren og banket hele kurven såpass flat at det ikke gjør noe. Forskjellen fra 2 kHz til 20 kHz her er ca 0,01 nV/sqrt(Hz). En tilsvarende kurve kommer Halcro aldri til å vise.

Men det er ikke så viktig med "input referred noise", spesielt ikke når man sammenligner dingser med helt ulikt gain. Det er støyen på utgangen som teller, etter alt gain. Med 60x gain i Bifrôst ville denne kurven for "input referred noise" integreres til 23 uV RMS på utgangen. Hvis vi går ut fra at Halcros oppgitte støy stemmer og at kurven har samme form som denne (det har den ikke), så vil den få omtrent det dobbelte på utgangene, ca 45 uV RMS. Som en 300-watter har den et spenningssving på ca 49 V RMS før klipping. Det blir en SNR på ca 121 dB, eller 19,2 bits oppløsning. Et annet sammenligningspunkt er Hypex NCore400 med 23 uV total støy og 124 dB SNR, Hypex UcD180HG med 30 uV og 120 dB SNR, eller Neurochrome Mod-186 med 40 uV og 113 dB SNR. Det høye gainet i Halcro har en tilsvarende høy pris, og da er det ikke antall australske dollar jeg tenker på. På lave volumer vil Halcroen suse mer enn en Hypex UcD-forsterker.

Hvis vi i stedet dropper gainet til det minimale 7 dB (2,2x) på Bifrôst og driver den til 28,3 V RMS på utgangene (100 W i 8 ohm) får vi 5 uV total støy og en signal/støy-kurve som ser slik ut. Det tilsvarer en oppløsning på 22,6 bits. Da har vi fortsatt 1 dB headroom før klipping med de forsyningsspenningene jeg brukte her. En tilsvarende kurve kommer Halcro heller aldri til å vise.

Vis vedlegget 541177

OK, så Halcro Eclipse til kr 759,000 har ca halvparten av forvrengningen sammenlignet med forrige prototype av Bifrôst, og det kommer vi sikkert tilbake til etter neste prototype, men vi kan tørke gulvet med den mht støy og gainstruktur uten å måtte bruke en to-etasjes strømforsyning med bedre skjerming enn Norges Bank. En Connex SMPS til $65 i samme boks holder i massevis. Det lille frimerket av et kretskort er en sofistikert liten rakker. Hvor mye bør vi ta pr kretskort, syntes dere?

Utrolig bra jobba karer selv om Bifrost er i en tidlig fase som et kult nisje concept.

Ser Purifi kommet med nye produkter blant annet “The Eigentakt” og har nylig inngått samarbeid med NAD Electronics.
I henhold til målinger fra PURIFI forventes Eigentakt-kretsen å overgå enhver kjent lydforsterker, uavhengig av teknologi eller klasse, med THD og IMD sitert som under 0,00017% ved alle frekvenser og effektnivåer, og frekvensresponsen i lydbåndet forblir innenfor +/- 0,01 dB under alle belastningsforhold....
Asbjørn, hvordan står Bifrost seg mot Eigentakt?

Links...
PURIFI
NAD

 

[Asbjørn]

Interessant, skal finlese den. Det er åpenbart en klasse D-forsterker. Dette er vel Bruno Putzey's nye prosjekt. Han er en av de veldig få i audio som er i stand til å gjøre noe slikt. Jeg hørte at han hadde sluttet i Hypex og begynt med noe nytt, men jeg har ikke sett detaljene før nå. Fingeravtrykkene hans finnes nedover hele siden. https://www.purifi-audio.com/eigentakt/

 

[Asbjørn]

Eigentakt imponerer kanskje ikke så mye som jeg trodde de ville gjøre. Jeg hadde forventet noe som gikk ettertrykkelig utenpå NC400, men det er ikke det jeg ser. Mer en inkrementell forbedring. Her ligger det formodentlig et eller annet bak, siden NAD (så vidt jeg vet) har brukt Hypex-moduler til nå, og så hopper Bruno av og tar med seg kunden. Det får vi sikkert høre mer om etterhvert.

Teknisk er dette en blanding av substans og hype, synes jeg. De markedsføres som 450-wattere (i 4 ohm), men når man ser på målekurvene er det bare såvidt de greier å komme opp dit før de krysser 1 % THD+N. Disse begynner å trekke oppover fra ca 250 W og passerer 0,003 % som en rakett ved ca 350 W. Jeg ser mest på tallene for 8 ohm, og da ville jeg kanskje tenkt på denne som en 150-watter. Som NCore er denne langt mer strømsterk i lave impedanser enn Bifrôst. Det er tydelig at de ikke bruker NCore-patenten, ettersom NC400 "knocks out a couple of poles" og får økende forvrengning allerede fra ca 60 W før den klipper hardt ved 300 W. NCore har ca 0,0003 % THD+N like før det skjer, mens Eigentakt ligger noe lavere med ca 0,00015 % helt opp til 250 W i 4 ohm før den takker for seg.

Tallene er bra. -0,0003 % er -110 dB og 0,00017 % er -115 dB. Flat forvrengning med frekvens er bra, som på UcD og NCore. Dessverre oppgis støy og signal/støy-forhold bare som A-vektede tall, så jeg tror ikke helt på de 131 dB SNR. Kanskje 125-126 dB, litt bedre enn NCore. Sammenlignet med Bifrôst er det mer høyereordens komponenter i spektrumet, mest oddeordens, med både femte, sjuende og niende synlig allerede ved 10 W ut og enda mer ved 100 W. Bruno skriver her at Eigentakt har >75 dB loop gain i hele audiobåndet. Det er jo et steg opp fra NCore's 53 dB, men fortsatt et godt stykke under de 90 dB som vi håper Bifrôst vil tåle i den versjonen vi holder på med nå. Allerede i forrige prototype så vi stort sett bare andre- og tredjeordens forvrengning i Bifrôst, og det er ingen ting som tilsier at det skulle bli noe dårligere nå.

Båndbredden på Eigentakt er bra til å være en klasse D-forsterker. -3 dB er ved 60 kHz, omtrent som på NCore, men uten den resonante "krøllen" i frekvensgangen som utgangsfilteret på NC400 skaper omtrent ved 60 kHz. Bifrôst behøver ikke et slikt utgangsfilter, så vi kan i prinsippet sette båndbredden slik vi vil, men vi la -3 dB-punktet ved ca 100 kHz for å passe med 192 kHz hirez-innspillinger. Gamle Nyquist tilsier at den høyeste frekvensen som kan gjengis med 192 kHz sampling er 96 kHz og det er ikke mye poeng med større båndbredde i forsterkeriet enn det.

Jeg ville vel rakt opp hånden litt forsiktig hvis jeg var til stede på en AES-presentasjon hvor Bruno beskrev denne som "consistent ultra-high performance across the audio spectrum unmatched by audio amplifiers of any technology or operating class". Den fremstår som en bra "NCore v 2.0", men vi har blitt litt bortskjemte med måleresultater i det siste.

https://www.diyclassd.com/img/upload/doc/ncore/nc400/Documentation/NC400_04xx.pdf9

 

[roadrune]

"Konspirasjonsmodus på"

Kan det være at det er en uskreven regel innen bransjen at en skal ta små forbedringer fortløpende for å holde salget gående?

Lager en noe som er perfekt får du jo bare solgt en til hver kunde før markedet er mettet og konstruktørene står arbeidsledig...

"Konspirasjonsmodus av"

 

[Asbjørn]

Hvis man har lyst på litt mer enn 100W - kan bifrost brokobles..? Eller sliter dere med lastimpedansen da..?

Jeg var litt nysgjerrig på ideen om å parallelkoble dem i stedet, så jeg hektet opp to stykk i Tina-TI med to ohm resistiv last, begge pluss-sider på den ene siden og begge minus-sider på den andre med en 0,1 ohm motstand i serie med hver utgang. Denne versjonen hadde 7,1x gain, så jeg matet den med en 6 V sinus ved 1 kHz, dvs 4,25 V RMS. Det blir 30 V RMS på utgangen, tilsvarende 114 W i 8 ohm, og 456 W i 2 ohm. Snill som et lam.

Å parallellkoble fler brokoblede forsterkere er kanskje litt mindre intuitivt enn å brokoble to forsterkere med parallelle utgangstransistorer, men det blir vel mer som en sånn

enn som en slik

Fordelen er at det vil være mulig å parallellkoble mange, ikke nødvendigvis partall engang, mens man bare brokobler én gang med to forsterkerkretser, og det har vi allerede gjort.

 

[Bjørn.H]

Bare et spørsmål: har dere tenkt å selge disse som DIY som man selv kan montere forsterkere av?

 

[Asbjørn]

Vi har ikke tenkt ennå, langt mindre tenkt ferdig. Hvis du går tilbake til åpningsinnlegget var dette et forholdsvis moderat DIY-prosjekt med en idé om å brokoble et par chipamp-kompositter til eget bruk. Nå ser vi nivåer på THD+N og SNR som er 20-30 dB bedre enn de opprinnelige målsettingene. Vi er plutselig i "parts per billion"-landskapet og kan ha kommet i skade for å oppfinne noe i retning av verdens beste forsterker. Det må jo ha en verdi også for andre enn oss to DIY'erne, selv om det aldri var meningen å skape et kommersielt produkt.

Nå skal vi først få den til å fungere, så skal vi bygge de kanalene Armand og jeg hadde tenkt oss fra starten, og i mellomtiden tenker vi oss litt om. Ut fra interessen her de siste dagene bør vi finne en eller annen måte å gjøre den tilgjengelig for fler enn oss to.

 

[Naturlig]

Hvorfor ikke starte med et opplegg ala Neurochrome? Selge kort med et ferdig Mouser prosjekt (dele liste) og i tillegg et kort ferdig loddet og testet. Alt med en god bygge dokumentasjon. Jeg tipper det ikke er mange som har de nødvendige lodde kunnskapene til et kort som Bifrôst. HFS markedet for DIY amp kort er nok beskjedent, men dere kan høste erfaringer med en "slow start". Pris? Tja, dere har nok tenkt litt allerede. 2xMod-86 for kort, ferdigx5? Kanskje treet kan vokse til himmels etterhvert? Etter forstadiet/sonderingene kommer dere opp med en ny versjon som kan kommersialiseres for alvor. Noen "test kaniner" på HFS er garantert mer enn klare ....

edit: ferdig (2xMod-86)x5, var meningen

 

[Asbjørn]

I forlengelsen av spørsmålet om brokobling: Jeg koblet tre Bifrôst i parallell over en 2 ohm last. Det tilsvarer tre LM3886 på hver side av høyttalerlasten i en bridge/parallel-konfigurasjon. Hver kan gi 11,5 A peak, så vi har totalt 35,5 A strøm tilgjengelig. Så satte jeg en 7 V sinus på inngangene. Det er mer enn de 5,6 V som er nødvendig for å drive den i klipping med 17 dB gain og de forsyningsspenningene jeg brukte her. Den klipper ved 43,2 V på utgangene. Det tilsvarer 467 W i 2 ohm. Det gir et totalt strømtrekk på 43,2 / 2 = 21,6 A peak, eller 7,2 A for hver forsterkerkanal. Det ser sånn ut i simuleringen:

Her gir den nok en god del mer enn 467 W, men er såpass godt inne i klipping at det er vanskelig å si eksakt hvor mye. Totalt cray-cray, men den ser ut til å tåle det. Den klippede bølgeformen viser heller ingen tegn på ustabilitet eller andre ugreier:

Dette ville nok utvikle en kilowatt eller to med varme hvis man forsøkte å gjøre det med fysiske forsterkere, men det viser et potensiale for høyeffektsløsninger. Å kunne "brokoble" et vilkårlig antall forsterkere over lasten er en ny variant for meg. SNR på 136 dB er heller ikke så verst.

 

[cruiser]

Jeg kjøper gjerne kort om og hvis det blir tilgjengelig. Spennende prosjekt!

 

[Asbjørn]

Hvorfor ikke starte med et opplegg ala Neurochrome? Selge kort med et ferdig Mouser prosjekt (dele liste) og i tillegg et kort ferdig loddet og testet. Alt med en god bygge dokumentasjon. Jeg tipper det ikke er mange som har de nødvendige lodde kunnskapene til et kort som Bifrôst. HFS markedet for DIY amp kort er nok beskjedent, men dere kan høste erfaringer med en "slow start". Pris? Tja, dere har nok tenkt litt allerede. 2xMod-86 for kort, ferdigx5? Kanskje treet kan vokse til himmels etterhvert? Etter forstadiet/sonderingene kommer dere opp med en ny versjon som kan kommersialiseres for alvor. Noen "test kaniner" på HFS er garantert mer enn klare ....

Hjemmelodding er ikke et alternativ. Dette er knøttsmå overflatemonterte komponenter på et fire-lags kretskort. De færreste har utstyr for å lodde slikt tilgjengelig. Jeg er heller ikke veldig lysten på å fortelle eksakt hvilke komponentverdier som skal sitte hvor, siden dette ikke er dekket av noen patent eller lignende. I praksis må det være ferdig monterte kretskort som fra Hypex. Det gjør startstrekningen litt lengre, tror jeg, men vi får tenke litt.

 

[Asbjørn]

Siden noen er opptatt av store strømmer og høye effekter i lave impedanser fiklet jeg litt mer med det.

Dette er 800 W i 1 ohm. Kurvene for strøm og spenning over lasten ligger oppå hverandre, begge med 28 V eller A RMS, begge med 40 V eller A peak. Med "typical" verdier for IC'ene tåler den enda litt mer, men med minimumsverdien på 7 A pr forsterkerkanal vil den gi seg ved 784 W eller så. Med "typical" 11,5 A limit vil denne varianten først gi seg ved noe sånt som 1269 W i 0,6 ohm, om ikke noe annet smelter eller tar fyr først. Det er samme forsyningsspenning som før, så i 8 ohm gir den fortsatt 100 W + 1 dB headroom før den begynner å klippe. Deretter vil den doble i 4, 2 og 1 ohm.

Som en bivirkning av å doble opp dingser får vi også en ikke ubetydelig reduksjon i støynivået. Dette er støytettheten på utgangen (ikke inngangsreferert som for Halcro). Den ligger ganske flatt ved 20 nV/sqrt(Hz). Korrigert for 7,1x gain er det 2,8 nV/sqrt(Hz) inngangsreferert. Halcro oppga 5 nV/sqrt(Hz) inngangsreferert, men den har 60x gain, så det sammenlignbare tallet på utgangene for Halcro Eclipse er 300 nV/sqrt(Hz).

Total integrert støy 20 Hz - 20 khz blir 2,9 uV. Signalnivået ved "nominelle" 800 W i 1 ohm er det samme som ved 100 W i 8 ohm, 28 V RMS, så dette blir et signal/støy-forhold på småpene 140 dB, tilsvarende 23 bits. Dette begynner å nærme seg en "24 bit 192 kHz forsterker" i både oppløsning og båndbredde. I simuleringene, vel og merke.

 

[Snickers-is]

Dette er med 8 chipper i parallell? Er de da koblet sammen med en liten motstand på hver innenfor feedbackloopen?

Hva blir idle loss på noe slikt eventuelt?

 

[Asbjørn]

Det er fire Bifrôst-kort i parallell, tilsvarende åtte LM3886 i bridge/parallell med fire på hver side. Jeg satte en 0,1 ohm effektmotstand i serie med hver utgang, men etter NFB-punktet og sammen med Zobel-filteret.

Forsterkerne er klasse AB, så de har i prinsippet ingen idle loss. Hvis det ikke er noe signal sitter de bare der. Enkleste måte å bygge den på er med en separat SMPS per forsterkerkort («quad mono»?). De vil snurre også på tomgang. Connex oppgir ikke idle loss på sine SMPS300RE, men vi kan tippe et sted mellom 5 og 10 W. I så fall vil denne dra et sted mellom 20 og 40 W på tomgang.

Eventuelt kunne man bygget en felles lineær strømforsyning. Da ville det ikke blitt så mye idle loss der heller. Hvis vi bygger denne forsterkeren som en monoblokk med fire Bifrôst-kort i en boks, en lineær strømforsyning i en annen boks og en «umbilical» likestrømkabel mellom de to vil det bli en riktig interessant utfordring å forsøke å måle THD+N på den, men det blir litt av en DC-kontakt for å kunne tåle så høye strømmer. Det trengs noe i retning av en Type 2 ladekontakt for elbil.

Begrensningen vil være kjøling ved høy effekt over tid, f eks testing med sinuser eller diskotek hele natten. For audiofilt hjemmebruk behøver man strengt tatt ikke så mye kjøling hvis man bygger inn litt termisk masse, som Peter Daniels’ kobberklosser:

http://6moons.com/audioreviews/audiosector/patek.html
https://audiosector.com/docs/patek-amp/details

Det var egentlig Peter Daniels’ LM4780-kit som var utgangspunktet for dette prosjektet for min del. Jeg tenkte å bruke dem balansert brokoblet. Termisk og effektmessig ville det bli det samme som Bifrôst. Forskjellen er «bare» det som ligger foran IC’en. Jeg bestilte en haug kretskort og IC’er fra ham, men så tok det litt av med andre planer. Kit’et har ikke engang en inngangsbuffer, og jeg har mistet interessen for å finlytte etter eventuelle forskjeller mellom ledninger. De IC’ene ligger nå hos Armand og venter på kretskortene for Bifrôst. Kortene fra Peter Daniel og Black Gate-kondisene som fulgte med ligger vel fortsatt i en skuff hos meg.

 

[Snickers-is]

Ingen idle loss på klasse AB? Det er jo ikke akkurat vanlig... Jeg hadde en The End 2x180W i 4 ohm en gang. Husker jeg målte den til 49 grader på begge kjøleribbene, og de var vel ca 2x15x30cm hver. Nå kjørte jeg jo litt bias, men kjører du null bias er det jo pr def en ren klasse B.

Har dere sjekket hva dere klarer av PSRR? Vil for eksempel gain påvirkes noe av PSU-spenning?

 

[Asbjørn]

Ja, du har jo rett, men chipampen har ikke så mye klasse A biasstrøm at det gjør noe. Den er tilnærmet ren class B. I databladet står det "Total Quiescent Power Supply Current 50 mA (typical) 85 mA (max)", så jeg får det til å bli ca 2,6 milliwatt med +/-26 V rails. Med to dies i hver IC blir det 5,2 mW. Med en kjøleflens rundt 1 K/W vil kjølefinnene varmes opp til 0,005 grader over romtemperatur om forsterkeren står på konstant uten signal. SMPS'en vil formodentlig dra ca 1000 ganger mer enn det på tomgang. Du må spille ganske høyt for å varme opp huset med denne. Det hadde nok vært tydeligere om jeg hadde beskrevet den som en klasse B-forsterker.

Armand sjekket PSRR i en tidligere prototyp, https://www.hifisentralen.no/forume...78-hva-med-noen-chipamper-11.html#post2472504. Han fant noe sånt som 122 dB PSRR på -96 dB rippel, noe som ga strømforsyningsrelaterte artifakter ved -215 dB, og kom til at det ikke var verdt å bruke veldig mye penger på enda bedre spenningsregulatorer.

 

[KJ]

Ja, du har jo rett, men chipampen har ikke så mye klasse A biasstrøm at det gjør noe. Den er tilnærmet ren class B. I databladet står det "Total Quiescent Power Supply Current 50 mA (typical) 85 mA (max)", så jeg får det til å bli ca 2,6 milliwatt med +/-26 V rails. Med to dies i hver IC blir det 5,2 mW. Med en kjøleflens rundt 1 K/W vil kjølefinnene varmes opp til 0,005 grader over romtemperatur om forsterkeren står på konstant uten signal. SMPS'en vil formodentlig dra ca 1000 ganger mer enn det på tomgang. Du må spille ganske høyt for å varme opp huset med denne. Det hadde nok vært tydeligere om jeg hadde beskrevet den som en klasse B-forsterker. ...

+/- 3 komma plasser ? 50 mA X 52 V = 2,6 mW ?!? eller var det 2,6 W ?

Det er en standardfeil på jobben, men der regner vi i kroner. Det er ikke alltid like lett å holde styr på om det er hele kroner, 1000-kr, mill. kr eller mrd. kr. Som regel omtaler vil «mill. kr», men det er helt uhørt at det blir krøll i vekslingene.

mvh
KJ

 

[Asbjørn]

Ooops, korrekt. Sånn går det når man multitasker etter en lang dag på jobb.

Ja, det er milliampere. Det hadde sneket seg inn en mikro i stedet da jeg tastet på kalkulatoren. Da blir det 2,6 W på tomgang pr kort, og det er ikke helt ubetydelig, men en NCore400 på tomgang drar likevel det dobbelte.

Sitter egentlig og funderer over hvor mye effekt den egentlig har ved 1 % THD. Hittil har vi sagt at den er en 100-watter i 8 ohm, ut fra at den aldri skal komme i klipping. Tina-TI ser ikke ut til å kunne beregne det, så jeg forsøker å gjøre FFT i Excel.

 

[Asbjørn]

OK, fant ut av det, også i Tina-TI. (Fourier-analyse i Excel er usannsynlig trege greier. Ikke rart at de kaller det bare "Fourier" og ikke "FFT". "Fast" er den ikke.)

Slik ser bølgeformen ut med 1 % THD, alt opp til 20. harmoniske medregnet:

Tydelig klippet. I ett enkelt Bifrôst-kort med samme gain og forsyningsspenninger som i de siste simuleringene skjer dette ved 6,52 V på inngangene. Da blir effektkurven slik, også den tydelig toppkuttet:

Her er det vel det "vanlige" aritmetiske gjennomsnittet som gjelder og ikke en RMS-verdi, så (taadaaa!) den ser ut til å gi ca 130 W i 8 ohm og 260 W i 4 ohm ved 1 % THD i denne simuleringen.

Det er fortsatt ikke meningen å drive den i klipping, så den har fortsatt 100 W + 1 dB headroom før noen som helst klipping, men hvis man skal regne på sammenlignbar måte med kommersielle produkter kan den beskrives som en 130-watter.

 

[Snickers-is]

Ooops, korrekt. Sånn går det når man multitasker etter en lang dag på jobb.

Jeg håper ikke hele forsterkeren er konstruert ved multitasking etter lange dager på jobb?

 

[Asbjørn]

Det vil jo vise seg etterhvert... Nå var det vel mer at jeg prøvde å svare på ditt spørsmål litt på siden av det jeg egentlig prøvde å forstå, og da ble det deretter. Tilstede igjen nå.

 

[Asbjørn]

Quad-løsningen tok litt mer tid å simulere, men den ble ferdig til slutt. 947 W i 1 ohm ved 1 % THD. Da klipper den på +/- 42,5 V. Ikke helt 8x 130 W i 8 ohm, men burde likevel være tilstrekkelig f eks for sveising av karosseriplater.

Angående tomgangsvarme: Det er et godt spørsmål. Klasse D-forsterkere har blitt veldig gode, men hovedargumentet for dem er likevel energieffektivitet. En klasse D-forsterker har vesentlig høyere virkningsgrad enn klasse AB når det går unna. For klasse AB (egentlig B) er worst case halv effekt. En LM3886 med +/- 30 V forsyningsspenning som leverer 20-30 W i 8 ohm vil utvikle ca 25 W varme, i følge databladet. Brokoblet ser den halve impedansen. En enkelt LM3886 med samme forsyningsspenning som gir samme effekt i 4 ohm vil utvikle 40-45 W varme. Men det er to slike i en brokobling, og hvis hver av dem gir samme effekt blir det 80-90 W varme. Det er derfor man har kjøleflenser.

Ved full effekt blir virkningsgraden langt bedre. En enkelt LM3886 med +/- 30 V og 80 W i 4 ohm gir like under 40 W varme, så en brokobling som leverer 160 W i 8 ohm må kvitte seg med ca 80 W. Det skulle bli en effektivitet på 67 %.

Til sammenligning oppgir Hypex virkningsgrader rundt 92 % ved full effekt for deres klasse D-forsterkere. En UcD180OEM gir 120 W i 8 ohm og 180 W i 4 ohm, dvs 15-16 W varmeutvikling ved full effekt. Der ser vi kanskje også hvorfor Bruno spesifiserer sine forsterkere i 4 ohm i stedet for de vanlige 8: En 120-watter (8 ohm) som bare leverer 180 W i 4 ohm i stedet for de forventede 240 W fremstår som en strømsvak svekling, og det var kanskje ikke det inntrykket han ville gi.

Men UcD180OEM har altså idle losses på 4 W og den tilhørende SMPS400A180 har 7 W, tilsammen 11 W på tomgang. NC400 har 4,5 W og SMPS600N400 har 8 W. Mine dual mono NC400-forsterkere utvikler altså 25 W pr stk på tomgang. Det var en grunn til at jeg ikke ville drive seks-veis-høyttalerne mine bare med slike. Tre slike blokker på hver side ville tilsammen dratt 150 W.

https://www.hypex.nl/img/upload/doc/smps/smps400/Documentation/SMPS400Axx0_14xx.pdf
https://www.hypex.nl/img/upload/doc/ucd/ucd180oem/documentation/UcD180_OEM_R4.pdf
https://www.diyclassd.com/img/upload/doc/ncore/nc400/Documentation/NC400_04xx.pdf
https://www.diyclassd.com/img/upload/doc/smps/smps600n400/Documentation/SMPS600N400_05xx.pdf

Etter litt smerte regnet vi ut at Bifrôst har 2,6 W tomgangsvarme for utgangstrinnet. La oss si 3 W for hele kortet for å ta høyde for de andre opampene også. To slike kort blir 6 W. Vi vet ikke hvor mye varme Connex strømforsyning gir, men tipper ca 6 W. Bifrôst har så mye høyere PSRR enn klasse D-forsterkere at det holder med en 300-watts strømforsyning til to kort med 8-ohms høyttalere. Da blir det 12 W tomgangsvarme for en 2x130 W blokk tilsvarende de 2x200 W NCore-blokkene mine. Halvparten. Hvis de i stedet bygges som dual mono blir det 18 W, nesten 30 % mindre enn NCore-blokkene.

Vi får komme opp med en regnemodell som integrerer opp dette over et musikksignal, men for meg er det ikke opplagt at energiforbruket med «effektive» klasse D-forsterkere i praksis blir så mye mindre enn med low bias klasse AB-forsterkere. Kanskje tvert om, siden gjennomsnittseffekten i bruk er brøkdeler av en watt, mye nærmere tomgang enn full power.

 

[Snickers-is]

Vil man ikke kunne overstige 50% tap i klasse B ved reaktive laster?

Og er ikke nettopp det det viktigste argumentet for klasse D? Altså at klasse AB til sammenligning har en tendens til å knekke helt sammen ved reaktive laster over et visst nivå.

Sent fra min SM-G965F via Tapatalk

 

[Asbjørn]

Apropos idle losses: Jeg ser at Bruno har greid å redusere dem til 1,7 W i Eigentakt 1ET400A.
https://www.purifi-audio.com/eigentakt/

Det forklarer hvorfor THD+N ikke er enda mye bedre enn i NCore. Han har optimert switchingen for å redusere tomgangstapene, på bekostning av høyere støy og forvrengning i utgangstrinnet, og så har han økt NFB rundt kretsen fra 53 dB i NCore til 75 dB i Eigentakt for å korrigere. Netto resultat: Tomgangstapene redusert fra 4,5 W til 1,7 W, THD+N redusert fra -103 dB til -116 dB, og utgangsstøyen redusert fra 23 uV til 11,5 uV (riktignok A-vektet).

Smart fyr, denne Bruno. Det hjelper å ikke lide av NFB-angst. Dette er et godt eksempel på hvordan konvensjonell hifi-visdom om NFB'ens vederstyggelighet har hindret bransjen fra å utvikle langt bedre forsterkere enn de vi har hatt de siste 20-30 årene. Tryggest å holde seg til samme arkitektur som på en Sony fra 1978 og skryte av bedre internkabling.

 

[Asbjørn]

Vil man ikke kunne overstige 50% tap i klasse B ved reaktive laster?

Og er ikke nettopp det det viktigste argumentet for klasse D? Altså at klasse AB til sammenligning har en tendens til å knekke helt sammen ved reaktive laster over et visst nivå.

Ja, man behøver ikke engang en reaktiv last. Det holder å kjøre den på halv effekt. En LM3886 som gir 20 W ut og genererer 25 W varme har 56 % tap. Høyttalere med onde kombinasjoner av impedanser og fasevinkler kan nok gjøre det enda verre, men det tror jeg blir nokså likt uavhengig av forsterkerprinsipp. https://www.stereophile.com/reference/707heavy/index.html

Min erfaring med klasse D-forsterkere (Hypex UcD, NCore og Midgard ICE) er at de er riktig gode på å kontrollere vanskelige laster. Jeg er ikke helt sikker på hvorfor det blir slik, men selv en UcD400 har jerngrep på Euforiaene. At forvrengningen ikke endrer seg med lastimpedans kan være en viktig del av forklaringen.

En kompositt som Bifrôst burde i så fall bli minst like bra til det samme. Simuleringene tyder på at den ikke blir svett engang av laster som er så kapasitive eller induktive at de fleste andre forsterkere ville brent opp. Nesten litt ironisk, for jeg bygde høyttalerne med 16 ohms mellomtoner for at de skulle være lette å drive selv med chipamper. Og så viser det seg at chipampen gir blaffen.

 

[Fenalaar]

for jeg bygde høyttalerne med 16 ohms mellomtoner for at de skulle være lette å drive

Noe off-topic, men vesentlig høyere BI på 16 ohms-utgaven var vel hovedkriteriet, om jeg ikke husker leif?

Johan-Kr

 

[Asbjørn]

Det var den ene grunnen. Baktanken om chipamper var den andre. Jeg mener jeg nevnte det også.

 

[Asbjørn]

I anledning 17 mai tenkte jeg det passet å vise noen simuleringskurver for en 24 bit 192 kHz effektforsterker. De 192 kHz er enkelt. Nyquist-kriteriet gjelder fortsatt, så båndbredden med en samplerate på 192 kHz blir 96 kHz. Altså må forsterkerens båndbredde (-3 dB-punktet) være bedre enn 96 kHz.

102 kHz, check. Det er litt vanskeligere å si hva 24 bits oppløsning betyr. Den enkleste definisjonen er et signal/støyforhold på bedre enn 24 x 6,02 = 144.5 dB. En litt mer komplisert definisjon sammenligner med signal/støy-forholdet i en ideell n-bits DAC eller ADC. Den er n * 6,02 + 1,76 dB, hvor 1,76 dB er kvantiseringsstøyen. I så fall blir "24 bits oppløsning" 146,2 dB SNR. Det er denne definisjonen jeg har brukt for å regne på antall bits oppløsning hittil, så vi bruker den også her.

Vi gjør ingen endringer i Bifrôst-kretsen, bare konfigurerer den med gain og forsyningsspenninger. Vi forutsetter profesjonelt +4 dBu linjenivå, slik at full utstyring er ved 24 dBu (12,3 V RMS) på inngangen. Dette er et normalt maxnivå for proffutstyr som miksepulter etc. Kanskje proffene vet en ting eller to om gainstrukturer og signal/støynivåer. Vi setter gain til 9 dB (2,8x). Det gir 34,6 V RMS på utgangene, dvs 150 W i 8 ohm. Det går, men hver halvpart "ser" 75 W i 4 ohm og utvikler 60 W spillvarme ved dette nivået. Vi antar at det lar seg løse med tilstrekkelig store kjøleflenser og setter forsyningsspenningene slik at ingen ting klipper ved dette signalnivået. Vi er fortsatt innenfor maksimale forsyningsspenninger for IC'ene.

Vi sammenligner så total integrert støy på utgangene med utgangssignalet på 34,6 V RMS (+/- 48,9 V peak). Ett Bifrôst-kort får total integrert støy rundt 5,2 uV og SNR på 139,5 dB eller så. Lovende, men ikke helt der.

Hvis vi setter flere kort i parallell vil SNR forbedres med 3 dB for hver dobling av antallet, i tillegg til at strømtrekket fordeles over flere IC'er, så det opplagte er å prøve quad'en med samme konfigurasjon. Det ga en total integrert støy på 2,6 uV og en SNR på 145,6 dB. Close, but no cigar.

Jeg ville forsøke med seks kort, men det ble en større krets enn hva Tina-TI kan simulere, så det fikk bli med fem. Kjøretiden for å løse ligningssettet øker som tredje potens av antall noder i modellen. Dette tok sin tid, men det ble da ferdig til slutt, dette også. Resultatene viste støytetthet på utgangene rundt 18 nV/sqrt(Hz), total støy 2,3 uV og SNR 146,5 dB. Bingo.

Første kurve med frekvensgangen er også fra denne femsylindrede varianten. Egentlig burde forvrengningskomponentene også være med i dette regnestykket, dvs SINAD = 1/(THD+N) og ENOB = (SINAD - 1,76)/6,02. Tina-TI kan ikke simulere denne forvrengningen, bare grov klipping av bølgeformen, så disse tallene vet vi først når den er bygget og testet. Men støygulvet kan vi uansett redusere ved å bruke flere parallelle kort. https://www.analog.com/media/en/training-seminars/tutorials/MT-003.pdf

Det er noen ganske interessante muligheter her hvis Bifrôst-kortet er stabilt og fungerer omtrent som simulert og slike parallellkoblinger også fungerer uten å skape nye stabilitetsproblemer. Da er strømstyrke og SNR bare begrenset av varme og penger. Tidligere har ikke audiofile latt seg stoppe av noen av delene, så en quad Bifrôst monoblokk kan være realiserbar.

 

[MusicBear]

Svært så spennende greier, det dere holder på med, for å si det mildt. Er virkelig ikke Snickers-is involvert her?
Well, er han vel sikkert, om ikke annet indirekte med bekjentskap & meningsutvekslinger & annet i deres aktive kunnskaps-kretser.

Eneste jeg ikke skjønner med dette, dvs. noe av det jeg ikke skjønner ;D ...Er at dere ikke holder dette til brystet og sjokkerer verden med et ferdig produkt. Tenker jeg. Av tillit til at dere er gode for de ytelser som her har vært beskrevet. På deres vegne ville jeg vært litt redd for at dette er som å finne en gullåre, legge ut kartanvisninger på Finn.no før området er sikret på et stykke papir ;D

 

[Asbjørn]

Ser poenget, men dette er ikke helt enkelt å finne ut av på egen hånd. Ideen er der ute allerede, f eks Neurochrome. Å matche det Tom holder på med vil i seg selv være en hel liten utfordring. Jeg tror han har eksperimentert seg frem til komponentverdiene direkte i Spice og lab. Det må ha tatt årevis. Å gå fra det nivået, ca 50 dB NFB @ 20 kHz, til de ca 90 dB NFB som vi har i Bifrôst forutsetter at man først utleder transferfunksjonen for hver del av kretsen og for kretsen som helhet, finner ut hvordan man vrir på den for feilkorreksjon i audiobåndet og stabilitet ved radiofrekvenser, oversetter det til fysiske komponentverdier, finner ut av strømforsyning, regulering og avkobling, finner ut hvordan man håndterer klipping på strøm og spenning, gjør et kretslayout som fungerer ved noen megahertz uten å introdusere problemer med støy, forvrengning og parasittiske reaktanser, og så bygger tingen ekstremt kompakt med overflatemonterte komponenter samtidig som man passer på at den kan kvitte seg med varmen. Dessuten bruker vi en IC som er gått ut av produksjon. Værsågod, det er veikartet.

Vi deler ikke så mye mer enn hva Bruno og Tom gjorde på diyaudio mens de holdt på med hhv NCore og Modulus-86. Vi fikk noen tips av Tom i starten, hvor han hintet om hvilke temaer det ville være lurt å lese seg opp på. Brunos beskrivelser av NCore og forskjellen mellom den og UcD var også nyttige. En av forskjellene mellom Mod-86 og Bifrôst er nøyaktig den samme som forskjellen mellom UcD og NCore, men uten å komme i konflikt med NCore-patenten. Bruno forteller også i beskrivelsen av Eigentakt hva som er forskjellen på den og NCore og hva som skulle til for å gå fra NCores 53 dB NFB til Eigentakts 75 dB NFB. Som Bruno skrev et sted: "the hard part is figuring out how to do it." Tilbakemeldinger og spørsmål her på HFS har også vært nyttige for oss. Snickers-is er involvert i diskusjonene her, men ikke noe mer enn det. (Sånn sett var jeg involvert i utviklingen av NC400 også.) Om man skal tenke kommersielt er det en balansegang mellom å skape interesse og risikere kopiering.

Gullåren heter egentlig negativ feedback og ble oppfunnet av Harold Black på ferja mellom Hoboken og Manhattan den 2 august 1927. Oppfinnelsen ble skrevet ned i margen på avisen han tilfeldigvis hadde med seg. Det vi holder på med er bare å grave litt dypere i den gullåren. Straightforward rocket science applied to audio.
https://en.wikipedia.org/wiki/Negative-feedback_amplifier
https://linearaudio.net/sites/linearaudio.net/files/volume1bp.pdf
https://ntrs.nasa.gov/archive/nasa/casi.ntrs.nasa.gov/20070034948.pdf
https://ntrs.nasa.gov/archive/nasa/casi.ntrs.nasa.gov/20100040421.pdf

 

[Asbjørn]

^ Lar det seg ev gjøre å parallellkoble flere LM4780 uten å re-designe tilbakekoblingen ? dvs slik at den blir mer universal mht lavere laster.

Apropos det: Jeg ser at Tom Christiansen har en slik variant, Modulus-686. Det er tre LM3886 i en felles feedback-loop på hver side i en balansert brokoblet konfigurasjon. Kretsen er litt annerledes enn Bifrôst, men da er det i prinsippet mulig.

https://www.neurochrome.com/modulus-686/

Når jeg tenker etter er det kanskje litt input fra oss i den der. Vi diskuterte balansert brokobling av komposittforsterkere og Tom var skeptisk til at det ville gi nok strøm. Jeg ser at han fant en måte å løse det på, men han er fortsatt på -112 dB THD, 31,5 uV støy, -109 dB THD+N og 67 dB CMRR @ 20 kHz. Armand har allerede demonstrert THD på -123 dB i forrige prototype av Bifrôst. Competition improves the breed.

 

[emokid]

Du skriver tidligere at du enkelt kan justere gain og effekt, blir dette også eventuelt mulig å gjøre for en diy’er/sluttbruker? Har ikke behov for tilgang til dette i hverdagsbruk, men i tilpassing av gainstruktur før aktiv deling etc.

 

[Asbjørn]

Ja, å endre gain er bare å bytte en motstand. Armand har omtenksomt plassert den på et lett tilgjengelig sted på kretskortet. Det er meningen at gain skal kunne settes av sluttbruker.

Justering av utgangseffekt er omtrent like enkelt, men det er flere ting som skal passe sammen for å sikre at den fortsatt er stabil, så det må vi tenke litt på. Man kan lett rote seg ut på dypt vann der. Jeg heller nok mest mot "ikke rør". I prinsippet er det mulig å sette den til alt fra veldig lav utgangseffekt til opp mot 200 W @ 1 % THD i 8 ohm, men det termiske designet blir krevende ved høye effekter. Ca 100 W + 1 dB headroom (dvs 130 W ved 1 % THD) er safe i 8 ohm. Med 4 ohms høyttalere tror jeg at jeg ville strupet den litt ned til ca 80 W i 8 ohm og 160 W i 4 ohm. Bruno ville solgt det som en 200-watter.

 

[emokid]

Slike effekter er uansett mer enn nok hos meg, behøver kun til horn mellomtone og diskant, kanskje midbass

 

[Snickers-is]

Min erfaring med klasse D-forsterkere (Hypex UcD, NCore og Midgard ICE) er at de er riktig gode på å kontrollere vanskelige laster. Jeg er ikke helt sikker på hvorfor det blir slik...

Når en forsterker kobles til en ekstremt reaktiv last vil man for eksempel ha 0 volt ut i det øyeblikket høyttaleren trekker maksimal strøm. Det momentane tapet i forsterkeren blir da enormt, og effekttransistorer er jo, i en forsterker, gode på både spenningsfall og høy strøm, bare ikke samtidig. Når en transistor skal omsette veldig mye effekt går det ut over dens linjæritet, og dette skjer i korte øyeblikk, dynamisk modulert med musikksignalet.

Men når en klasse D-forsterker skal levere strøm er det alltid gjennom en helt åpen transistor. Det medfører selvsagt at de har lavt tap, men forsterkningen styres utelukkende av tidsfragmenter i en motkobling, og ikke av spenningsdelere som er i ferd med å bryte sammen.

Det er ingen tvil om at motkoblingen spiller en betydelig rolle i kontrollen av reaktive laster, men en hver elektrisk komponent har et punkt der den pakker sekken og takker for seg. Når ulinjæritetene er størst vil også motkoblede forsterkere få en økning i forvrengningen. Når en forsterker leverer 0V ut og masse strøm leverer den i prinsippet 0W ut. Dette er en situasjon der man normalt burde bruke begrepet VA, men siden vi er interessert i øyeblikket bruker jeg for ordens skyld Watt. Poenget med dette er altså at man trekker også masse effekt fra forsterkeren som er i utakt med selve signalet, og både forvrengningen og moduleringen av andre toner vil havne ute av fase med selve signalet. Når en forsterker er en klasse D kan den levere denne strømmen uten særlig mye effekttap, men i en klasse AB kan det ligge mange hundre watt over utgangstransistorene i det øyeblikket effekten ut allikevel er 0W. Dette medfører at strømforsyningen belastes enormt mye mer enn normalt. En klasse A vil på sin side shunte strøm fra strømforsyningen via utgangstransistorene slik at når man trenger mer strøm ut vil det gå mindre strøm i den motstående transistoren. Da får man langt mindre variasjon i strømtrekket fra strømforsyningen.

I tillegg til å kompensere for det som skjer i strømforsyningen vil også belastningen på utgangstransistorene være enorm når man beveger seg på grensen av hva de kan klare. I en klasse D endres ikke belastningen på utgangstransistorene nevneverdig av at det trekkes strøm ute av fase med signalet. I tillegg er det begrenset hvor avhengig man er av transistorens linjæritet i en klasse D, mens man i en klasse AB er veldig avhengig av dens linjæritet.

Bruno Putzeys var inne på, i forbindelse med Ncore, at man skal ikke være redd for motkobling i seg selv. Det man skal frykte er forsterkere som har dårlige egenskaper før man legger på motkobling. Han har påpekt at motkobling gjør forsterkere bedre, og at jo mer jo bedre, men at man ikke må glemme at det resultatet man har før man begynner å feilkorrigere også vil spille en rolle i det endelige produktet. Man ville for eksempel ikke brukt tid på å legge skyhøy motkobling på en klasse B når man i stedet kan gjøre det samme på en klasse AB, fordi sistnevnte vil gi bedre lyd. Det er heller ikke noe som tyder på at man kan ignorere modulering av strømforsyningen fordi man har teoretisk høy PSRR som følge av motkoblingen.

Nå er det jo en godt kjent sak at chippen dere bruker i Bifrost er en habil sak i utgangspunktet, men samtidig er jo ikke lastmarginen den helt store. Sagt på en annen måte, om man parallellkobler flere kretser slik at man for eksempel får 4-ganger strømkapasiteten, så vil jeg tro at det er mer enn bare støyen som går ned, også ved en livlig 8 ohms reaktiv last. Derfor er jeg også veldig spent på hva dere får til av lastmargin med denne kretsen, og ikke minst hvordan den oppfører seg når man begynner å gi den skikkelige reaktive laster.

Mange forsterkere er blitt beskrevet som særdeles vellydende, men har relativt høy utgangsimpedans og måler tildels høy forvrengning, spesielt ved reaktive laster. Dessverre er mange av disse forsterkerne bare veldig veldig dårlige. De har ikke høy utgangsimpedans fordi det er et designmål, men fordi de er for dårlig dimensjonert i alle ledd, og selges ofte som "særlig musikalske" eller "mer organiske" osv. Jeg tror mange finner disse forsterkerne vellydende fordi de får en fin klang i oppsettet, og får man litt for mye bass er det bare å flytte litt på høyttalerne så er det som regel løst. Men hifi er jo en balansekunst og i dette tilfellet en balansekunst mellom klangfarge og presisjon. En viss utgangsimpedans responderer også mange høyttalere godt på, og mange høyttalere er konstruert med nettopp dette som et designmål.

Det jeg vil frem til er at når man benytter seg av rene spenningsforsterkere er det veldig lett å måle hva man har av forvrengning da forvrengningen er en direkte funksjon av spenning. I en forsterker med en viss utgangsimpedans skal man forholde seg til at man har en smule spenning og en smule strøm som referanse, også skal man måle forvrengningen i reaktiv last som funksjon av litt spenning og litt strøm. I tillegg vet vi at, selv om man kan konstruere en fantastisk forsterker med litt utgangsimpedans vil også de fleste rene møkkaforsterkere ha litt utgangsimpedans, så hvordan skille klinten fra hveten når lastkontroll plutselig er blitt et definisjonsspørsmål?

Det er ikke enkelt. Men jeg vet at de som ikke har tilstrekkelig lastkontroll også vil miste det siste av dynamikk. Musikken blir mindre dramatisk og det blir vanskeligere og vanskeligere å holde oversikt over hva som foregår i lydbildet jo mer som skjer og jo mer energi som skal omsettes.

Så hvis Bifrost skulle vise seg å briljere på nettopp lastkontroll må den være tidenes kandidat for å legge en current drive-sløyfe rundt kretsen som kan mikses med en voltage drive-sløyfe (forhåpentligvis den som allerede finnes der) slik at man kan gjøre utgangsimpedansen justerbar.

 

[AAaF]

Sidan dette er ein nerdetråd, og Snickers bruker ordet motkobling. Ein liten uttrykks- digresjon:
Motkobling er vel ikkje 100% det same som tilbakekobling?
Eg har fått føre meg at:
1. Motkobling er det du har i feks eit felles emitter trinn; motstanden på emitter lager ei motspenning som inngangssignalet "må jobbe mot".
2. Tilbakekobling er ei tilbakekobling frå utgangen til tidlegare i kretsen, der korreksjonen blir utført.

Nokon som er uenig/enig i dette?

 

[Asbjørn]

^På engelsk skilles det mellom "degeneration" i et enkelt emittertrinn og "feedback" rundt flere trinn, men jeg er ikke sikker på om terminologien er like godt etablert på norsk.

Til innlegget fra Snickers-is: Det er noe interessant her som ihvertfall jeg ikke forstår fullt ut ennå. Mitt utgangspunkt for hele dette DIY-prosjektet bestående av høyttalere og forsterkere var et ønske om mer livaktig dynamikk og større stereoperspektiv. For å få til stereoperspektivet la jeg stor vekt på spredningskontroll i høyttalerne, bred og forsøksvis konstant direktivitet over et bredt frekvensbånd. En del av spredningskontrollen er også å unngå plateresonanser som sender en lobe sidelengs ved en eller annen frekvens. Tanken bak det var at refleksjonene skulle få samme klangfarge som direktelyden og ikke avsløre illusjonen. Det høres ut til å fungere helt utmerket.

Dynamikken er et vanskeligere område å få tak på. Hovedhypotesen er at høy effektivitet, lav mekanisk demping og kraftige motorsystemer gir god opplevd dynamikk. Derfor er høyttalerne basert på PA-elementer med de egenskapene og effektiviteter rundt 100 dB @ 2,83 V. Som nevnt fant jeg at 16-ohms versjonene av PHL 1130 og PHL 3430 hadde høyest BL/Mms-faktor og jevnt høy impedans i det tiltenkte arbeidsområdet. De er lettdrevne og behøver ikke så mye strøm, men de har spisse og høye resonanstopper i impedanskurvene. Det samme gjelder Beyma 12P80Nd bassene, og der havner impedanstoppene midt i arbeidsområdet.

Strømdrift vil beviselig redusere en del oddeordens forvrengingskomponenter fra høyttalerne, men det vil også skape en frekvensgang som følger høyttalerens impedanskurve. Det er forsåvidt løsbart, spesielt når jeg uansett lineariserer dem med høyttalerkorreksjon i DEQX, men den eksakte resonansfrekvensen vil variere litt med temperatur og muligens flytte seg litt avhengig av utsving. Med så spisse resonanser som disse elementene har mistenker jeg at det er en risiko for at et perfekt tilpasset korreksjonsfilter med kalde høyttalere ikke vil være så perfekt lenger etter at far har vært alene hjemme en kveld, og motsatt. Jeg har ikke funnet noen måte å kompensere for det på ennå. Strømdrift bør nok sees på systemnivå og kombineres med høyttalerelementer med langt høyere mekanisk demping enn disse.

Nå driver jeg høyttalerne med klasse D-forsterkere (NCore og UcD) i en hybrid-konfigurasjon, hvor bassene har hver sin DSP- og forsterkerkanal mens toppene deler en kanal via passive førsteordens delefiltre. Det låter veldig, veldig bra. Både fraværet av crossover-forvrengning og jerngrepet over elementene fra klasse D-forsterkerne bidrar nok til det. Men jeg synes fortsatt det mangler litt i "plutselighet" og attakk sammenlignet med levende lyd, selv om dette allerede er i en helt annen divisjon enn hva jeg har hatt tidligere. Jeg vet også at de førsteordens filtrene gir ganske mye lobing vertikalt og begrenser muligheten til høyttalerkorreksjon i DEQX'ene, men uten at det høres ut til å ha noen store konsekvenser for lydgjengivelsen.

Neste hypotese for opplevd dynamikk er basert på observasjonen om at øret er et ulineært system som har bedre oppløsning i tid og frekvens samtidig enn hva man skulle forvente av et lineært system. (https://www.researchgate.net/public...cuity_Beats_the_Fourier_Uncertainty_Principle) Så jeg vil sette separate forsterker- og DSP-kanaler på hvert høyttalerelement, korrigere dem enkeltvis for fase og amplitude, sette dem sammen med relativt bratte delefiltre (~100 dB/oktav) med lineær fase, og løpetidskorrigere hvert enkelt element slik at første bølgefront fra en transient treffer lytteposisjonen som en flat vegg med alle frekvenser samtidig. Systemet vil da ha konstant gruppeforsinkelse og lineær fase. Refleksjonene vil selvsagt hagle inn med roterte faser etter noen millisekunder, men her er det oppførselen i de første få millisekundene som er i fokus. Både mine egne erfaringer og andres tyder på at slik faselinearitet låter bedre. (http://www.linkwitzlab.com/Attributes_Of_Linear_Phase_Loudspeakers.pdf)

Det forutsetter nok også mer båndbredde enn hva som strengt tatt er hørbart. Her er jeg (igjen) på tynn is, men man kan tenke seg at ulineariteten i øret (som gir den høye oppløsningen i tid og frekvens samtidig) påvirkes av frekvenser som vi ikke er i stand til å oppfatte som en statisk tone. Jeg vet virkelig ikke, og det mistenker jeg at ingen andre gjør heller, men for å kunne teste det behøver jeg også effektforsterkere med tilstrekkelig stor båndbredde. Hypex NC400 har en power bandwidth på 35 kHz og UcD400 litt mer udefinerte "20-35 kHz". Det burde være tilstrekkelig, men jeg har kildemateriale med opptil 192 kHz samplingfrekvens (96 kHz båndbredde) og vil gjerne ha tilstrekkelig båndbredde til å kunne gjengi det, enten jeg er i stand til å høre det eller ikke. Chipamper er gode i den øvelsen, også for frekvenser som katter og flaggermus reagerer på.

6moons audio reviews: Audiosector Patek SE

Likevel, ~800 kHz båndbredde virker litt voldsomt, så vi valgte å begrense den til ca 100 kHz i Bifrôst med slakk avrulling (Q = ~0,5). Men jeg vil gjerne beholde renheten og kontrollen fra klasse D-forsterkeriet, og for meg virker det logisk å bruke den overflødige båndbredden (egentlig produktet av gain og båndbredde) til feilkorreksjon i stedet. Når man først har en overflod av GBwP å jobbe med, hvorfor ikke dosere den der den behøves mest ved de frekvenser hvor øret er mest følsomt? Ved 8,5 kHz har Bifrôst error gain på -110 dB, mens en standard 11x chipamp har -39 dB. Ved 5 kHz er det -114 dB vs -43 dB. Eventuell hørbar crossoverforvrengning i chipampen, f eks ved nivåer rundt -80 dB, vil bli undertrykket med mer enn 70 dB og havne under -150 dB. Det vil ikke være hørbart.

Det samme skjer med støyen fra utgangstrinnet. I forrige versjon (og i Modulus-86-familien) er det egentlig inngangstrinnet som definerer støygulvet. Støyen i komposittforsterkeren er langt lavere. Når forsterkeren har et forvrengningsspektrum som stort sett bare består av andre- og tredjeharmoniske på nivåer mellom -120 og -130 dB vil det aldri bli hørbart gjennom en høyttaler som på en god dag har andre- og tredjeharmonisk forvrengning rundt -50-60 dB. Derimot vil støygulvet være hørbart gjennom effektive høyttalere, i det minste når man går bort til høyttaleren, og det er lett å demonstrere lavere støy ved å sjekke hvor nær man må komme før man hører noe. Derfor er det litt rart at Halcro har lagt så stor vekt på minimal THD ved 1 kHz og tilnærmet ignorert støy. Det er en skjevprioritering som man skulle tro overentusiastiske DIYere med fokus på bare en parameter kunne gjøre. I den nyeste versjonen av Bifrôst har vi byttet opamper og gjort en del med gainstrukturen på kortet for å få ned støygulvet ganske mye. Det er støygulv og spenningssving som definerer oppløsningen.

Som nevnt handler "kontroll" også om utgangsimpedans og evne til elektrisk demping av høyttalerelementer med lav mekanisk demping. Det skulle tilsi lavest mulig utgangsimpedans. Bifrôst har en utgangsimpedans på noen brøkdeler av en milliohm og tilsvarende høy dempefaktor på mange tusen. I praksis vil nok utgangsimpedansen på høyttalerterminalene være gitt av seriemotstanden i utgangsfilteret og internkablingen fra forsterkerkort til høyttalerterminaler. 10 cm 1,5 mm2 ledning vil ha høyere impedans ved DC enn utgangsimpedansen fra forsterkerkortet. Det følger også av feilkorreksjonskretsen som styrer opp spenningen på utgangene hvis den registrerer at strømtrekket har fått den til å falle litt. Den gjør sitt ytterste for å opptre som en ideell spenningsforsterker.

Det er interessante refleksjoner om strømforsyningene i klasse A og D vs B. Grunnen til at Bifrôst er en balansert brokoblet konstruksjon er nettopp for å jevne ut strømtrekket over begge sider av strømforsyningen. Den idéen er så sentral at den gjenspeiles også i prosjektnavnet. Den vanlige forsterkerarkitekturen kobler lasten mellom forsterkerutgangen og jord. Ved positiv halvbølge trekkes strømmen fra positiv side av strømforsyningen, ved negativ halvbølge fra negativ. Strømtrekket i hver rail er rektifiserte kopier av signalet med mye oddeordens overharmoniske på grunn av "klippingen" ved 0 V. Returstrømmene går til jord, som også fungerer som signalreferanse. I en brokobling er det en speilvendt forsterker på motsatt side av lasten. Ved positiv halvbølge vil den ene forsterkeren trekke strøm fra positiv side av strømforsyningen og den andre fra negativ, og motsatt. Det går ingen store returstrømmer til jord. Returstrømmen går til motsatt side av strømforsyningen. Begge rails leder strøm på begge halvbølger. Strømtrekket blir ikke rektifisert til null mellom hver halvbølge. Et førsteordens blokkdiagram av Bifrôst ser slik ut:

Strømmene i den går slik, hhv positiv og negativ halvbølge:

Det betyr også at strømmene i positiv og negativ rail vil være like, men med motsatt fortegn. De elektromagnetiske feltene rundt lederne vil til en viss grad kansellere hverandre. Det kan være ganske nyttig, ettersom feedback-loopen vil få så lave forvrengningsnivåer at de viktigste kildene til forvrengning formodentlig vil være ting utenfor feedback-loopen som f eks induktiv kobling mellom signalledere og strømtilførsel. I denne versjonen av kortet tar vi også output-strømmene rett over på ledninger som står vertikalt på kortet allerede et par millimeter fra komponentbena på LM4780’en. Det minimerer også induktiv kobling derfra.

For mine formål ser dette såpass attraktivt ut at jeg kan leve med at hvert enkelt Bifrôst-kort har begrenset strømkapasitet (typical 11,5 A, minimum 7 A). Jeg skal bruke den i 8- og 16-ohms elementer. Som vi har sett er det enkelt å stable fler i parallell hvis man absolutt må ha større strømkapasitet i lave impedanser. Det har en parallell (!) i moderne CPU'er og grafikkort. Det var ikke mulig å få til høyere klokkefrekvenser uten at CPU'en smeltet, så man fikk fordele belastningen på flere sub-prosessorer i parallell. Intels prosessorer selges med ulikt antall kjerner etter behovet for regnekraft, og Nvidia grafikkort har et stort antall små CUDA-kjerner som prosesserer i parallell. At oppløsningen blir høyere (dvs støygulvet lavere) med et antall Bifrôst-kjerner i parallell tilsvarer også hvordan moderne teleskoper er bygget opp. Man kan ikke bygge en linse eller reflektor med en kilometers radius, så man bygger et insektøye av mange mindre teleskop i parallell. (Vi er visst moderne, men det var ikke med vilje, det heller.)

Et siste triks vi har i ermet er at disse chipampene har en tendens til å klippe asymmetrisk og oppføre seg litt uryddig når de nærmer seg klipping og er i ferd med å takke for seg. Det er ikke noen god ting i en komposittforsterker. Kjernen i NCore-patenten er en microcontroller som registrerer at forsterkeren nærmer seg klipping og da "slår ut et par poler" fra driverkretsen. Vi gjør dette på en annen måte, men sikrer også at utgangstrinnet ikke får lov til å gå for nær klipping selv om det skulle begrense utgangseffekten noe. Det må pent holde seg innenfor den opptrukne streken, selv om det både kan og gjerne vil gå over den. Lydkvalitet fremfor skrytewatt, siden det ikke er noen markedsavdeling som henger over skuldrene våre og sier at "Vi må kunne reklamere med 400 W i 4 ohm for å selge mange nok!! Bare fiks det!!"

Det ble kanskje et litt langt svar på et reflektert spørsmål, men også litt recap av hvorfor vi har tatt de valgene vi har tatt. Det som er mest spennende akkurat nå er om tingen vil vise seg å være stabil med OPA1612-opamper eller ikke. Det er noen hissige små rakkere som får en LM4562 eller LME49720 til å se snill ut i sammenligning, og de har open loop gain-kurver med en ekstra knekk der man helst ikke vil se den. Det er kanskje en grunn til at Neurochrome ikke bruker slike.

 

[Bx]

Har PhD-en din noe relevans ift forsterkerprosjektet, Asbjørn?