Thermische Kompression bei Lautsprechern - Ursachen und Symptome

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Cpt._Baseballbatboy
Inventar

#1 erstellt: 15. Dez 2008, 21:41

Moin,

wegen meinem Hör-Erlebnis auf der HMW, deren Anerkennung Harry immer noch verweigert, bin ich mal so langsam mit meinen Gedanken in Richtung thermischer Kompression vorgestoßen. Bisher habe ich das eigentlich immer für ein Problem aus der PA-Szene gehalten, aber inzwischen bin ich da etwas anderer Meinung.

Zuerst mal zu diesem Hör-Erlebnis: Harry hatte dort einen zierlichen 3-Weger vorgeführt, mit 4" Breitbänder als Mitteltöner. Beschaltung laut seiner Aussage 500 Hz bis 4 kHz, Flankensteilheit weiß ich nicht mehr. Sollte also mechanisch nicht mal ansatzweise Probleme haben, und auch die üblichen Klirrmessungen sind nicht so übel. Dann kam mein Teststück, "Million Miles Away" in einer Liveaufnahme von Toto (Album "Livefields"), das relativ ruhig ist, aber zwischendurch doch sehr laut wird, vor allem, weil Bobby Kimball ordentlich ins Mikro reinkräht, und das alles aber unverzerrt und ohne (oder nur verschwindend geringer) aufnahmeseitiger Kompression. Also sehr starke Belastung des Mitteltonbereiches. Und in meinen Ohren hat das den Mitteltöner an den Rand des Wahnsinns gebracht. Wollte Harry mir aber nicht glauben.

Nun gut, ich bin der Sache mal nachgegangen. Ich hatte damals schon vermutet, dass elektrische Kompression die Ursache ist, also weniger ein mechanisches Problem oder IMD durch erhöhte Verzerrungen des Antriebs. Bei mir auf Arbeit habe ich dann mal die Gelegenheit genutzt, und ein paar Kollegen einem ähnlichen Test unterzogen. Wir haben dort die B&W 703 und die kleinste mit dem Diamanthochtöner (803D?) als Hörreferenz (ist nicht auf meinem Mist gewachsen), und da habe ich die beiden dann mal vorgesetzt und das gleiche Stück abgespielt. An der gleichen Stelle sofort die gleichen Reaktionen wie bei mir.

OK, was haben Harrys 3-Weger und die B&W gemeinsam? Einen Mitteltöner mit ziemlich kleiner Schwingspule. Also nicht gerade etwas, dass viel Wärme abtransportieren kann.

Da war für mich der Zeitpunkt gekommen, mich auch mal theoretisch mit der thermischen Kompression auseinanderzusetzen.

Erstaunt hat mich die Tatsache, dass es nicht allzuviel - frei verfügbare - Literatur darüber gibt. Bei Klippel gibt es interessantes Paper (http://www.klippel.de/pubs/Klippel%20papers/Nichtlineare_Modellierung_W%E4rmefluss_03.pdf), auf diyaudio.com zwei Threads (davon einer mit prominenter Beteiligung, Geddes und John K.), aber ansonsten ist die allgemeine Aussage eher: "sie ist vorhanden". Es mag sein, dass ich nicht gründlich genug gesucht habe, also wer was findet oder hat, immer her damit.

Fangen wir mit der Ursache an, die ist ganz einfach, nämlich: der für die Antriebskraft zuständige Strom fließt durch die Schwingspule, die hat einen ohmschen Widerstand, dadurch erwärmt sie sich, der Strom wird bei gegebener Eingangspannung schwächer, das heißt, 3 dB mehr Eingangsspannung werden nicht in 3 dB mehr Lautstärke umgesetzt. Das wars eigentlich schon, inklusive erstem Symptom.

Machen wir mit denen weiter:

1.) wird die Eingangsspannung erhöht, dann erhöht sich die Lautstärke nicht proportional. Ist ja klar, weil die Schwingspule immer wärmer wird steigt der Antriebsstrom nicht proportional zur Spannung. Trivial.

2.) Der Magnet wird erwärmt, dadurch ändert sich seine Feldstärke und die in ihn induzierten Ströme (wie groß sind diese Effekte?)

3.) Jetzt wird es schon komplizierter: weil die Kühlung der Schwingspule auch von ihrer Geschwindigkeit abhängt, ist die Erwärmung frequenzabhängig, selbst wenn man nur ein einzelnes Chassis betrachtet. Und noch besser, wenn man einen relativ tiefen Ton (mit hoher Schwingspulen-Geschwindigkeit) und einen hohen Ton abspielt, dann wird die Kompression des hohen Tons durch die des tiefen Tons beeinflusst.

4.) Die Wärmekapazität - die Eigenschaft eines Stoffes, eine bestimmte Wärmemenge aufzunehmen, vergleichbar mit der elektrischen Kapazität eines Kondensators - und die Wärmeleitfähigkeit sind temperaturabhängig. Das betrifft vor allem die Luft, die als Kopplungsmedium zwischen Schwingspule und Magnetmaterial wirkt. Beides wird mit zunehmender Temperatur kleiner, was dazu führt, dass mit höhere Belastung immer weniger Wärme abgeführt werden kann.

Fasst man 1.) bis 4.) zusammen erhält man folgendes: Chaos.

Oder besser: ganz fiese Verzerrungen, die sich saumäßig anhören. Aber wie messen?

In der Norm für Lautsprecher IEC 268-5 steht nichts davon. Die übliche Methode, die thermische Kompression zu erfassen, ist, dem Lautsprecher ein Messsignal zu verpassen, das in der Leistung variiert wird. Die Kompression ist dann der Unterschied zwischen der Soll- und der Ist-Lautstärke. Ich muss aber zugeben, dass ich nicht weiß, welches Signal benutzt wird. Es gibt wohl einen AES-Test mit rosa Rauschem, der liegt mir aber nicht vor. Im übrigen ist rosa Rauschen eigentlich grundfalsch. Besser ist das Programmaterial simulierende Rauschen nach IEC 268, das viel näher an der Wahrheit liegt. Das Prinzip ist aber das gleiche. Weiterhin kenne ich noch die Möglichkeit, statt dem Rauschen einen einzelnen Sinus zu nehmen. Das geht aber völlig in die Hose, weil, wie oben geschrieben, die Kompression sehr frequenzabhängig ist (Punkt 3.)).

Das größte Problem an dieser Methode, unabhängig vom Signal, ist jedoch, dass die Beurteilung nur im eingeschwungenen Zustand gemacht wird. Mit Musik im eigentlichen Sinne hat das nichts zu tun.

Ein interessanter Ansatz ist, aus dem abgekühlten Zustand heraus das breitbandige Rauschen einzuschalten, und dann die Hüllkurve des Rauschens aufzunehmen. Das ist dann die "Sprungantwort" der thermischen Kompression, und aus der lässt sich dann der "Frequenzgang" ableiten, oder eben sämtliche anderen Schweinereien wie das Zeitverhalten bei verschiedenen Frequenzen. Das größte Problem bei der Messung ist, dass man ein Rauschen braucht, dessen Leistung auch in kleinen Zeitabständen konstant ist (das meiste Pseudorauschen ist nämlich gerade das nicht) und einen geringen Crestfaktor hat (das eine bedingt mehr oder weniger schon das andere), sonst klappt das mit der Hüllkurve nicht sonderlich gut. Ich hätte so ein Rauschen, darf es aber leider nicht rausrücken. Ihr müsstet Euch so eines schon selber erzeugen.

Die eigentlich Crux ist aber, dass diese Methode annimmt, die thermische Kompression wäre linear. Ist sie aber nicht - siehe Punkte 2.) bis 4.). Eigentlich ist sie sogar hochgradig nicht-linear. Also klappt das so nicht, zumindest nicht vernünftig.

Mein Vorschlag wäre, das ganze mit einer anderen Idee von mir zu verknüpfen, nämlich dem Messen von Verzerrungen mit Hilfe von shaped tone bursts. In der einfachsten Form ein Sinusburst, der mit einem Blackman-Fenster bewertet wird. Wenn man die Antwort des Lautsprechers aufnimmt, die linearen Verzerrungen rausrechnet (ist Kinderkram), und von dem Überbleibsel das Anregungssignal abzieht, dann erhält man etwas, was bei mir intern unter der Bezeichnung "Total Dynamic Distortion" (TDD) firmiert (yeah, ich wollte schon immer mal einen geschwollenen Werbetext ins Rennen bringen). Der Vorteil an dieser Methode: man erhält die Verzerrungen in einem relativ schmalen Frequenzband bei einem Signal, das dem Verhalten von Musik ähnlich ist.

Die Kombination mit der thermischen Kompression ist schon prinzipbedingt gegeben, weil die natürlich von Anfang an mitmischt. Man könnte natürlich noch weitergehen, und die Schwingspule "vorheizen", indem man ständig Rauschen definierter Leistung abspielt.

Das wars erstmal. Wenn jemand irgendwelche weitergehenden Ideen hat, meine Ausführungen komplett zerreißen will, oder sonstiges sinnvolles beizusteuern hat, immer her damit. Ich werde in den nächsten Tagen mal versuchen, ein kleines Skript für esweep zu schreiben, um zumindest mal die TDD zu messen.

Cpt.

jogi59
Inventar

#2 erstellt: 15. Dez 2008, 21:57

Auf DiyAudioForum sind gerade auch ein paar Jungs auf der Suche nach diesen Verzerrungen

From Power Compression towards Thermal Distortion

lui551
Hat sich gelöscht

#3 erstellt: 15. Dez 2008, 23:00

Cpt._Baseballbatboy schrieb:

Zuerst mal zu diesem Hör-Erlebnis: Harry hatte dort einen zierlichen 3-Weger vorgeführt, mit 4" Breitbänder als Mitteltöner. Beschaltung laut seiner Aussage 500 Hz bis 4 kHz, Flankensteilheit weiß ich nicht mehr. Sollte also mechanisch nicht mal ansatzweise Probleme haben, und auch die üblichen Klirrmessungen sind nicht so übel. Dann kam mein Teststück, "Million Miles Away" in einer Liveaufnahme von Toto (Album "Livefields"), das relativ ruhig ist, aber zwischendurch doch sehr laut wird, vor allem, weil Bobby Kimball ordentlich ins Mikro reinkräht, und das alles aber unverzerrt und ohne (oder nur verschwindend geringer) aufnahmeseitiger Kompression. l die natürlich von Anfang an mitmischt.
Cpt.

Ob Toto da der Massstab sein kann

Ich habe noch keine Toto-Aufnahmen gehört, die als Referenz durchgingen.
Die gehen gut, wenn man Loudness am Verstärker bevorzugt.

Alles voller Effekte, die ich nicht unangenehm find, die aber keine Grundlage für die Bewertung von Lautsprechern bilden.

Gruss Lutz

Cpt._Baseballbatboy
Inventar

#4 erstellt: 15. Dez 2008, 23:22

Moin,

den Thread auf diyaudio.com habe ich auch schon gefunden.

@lui: die Musik mit der man das testet ist eigentlich völlig wumpe. Es gibt bei jeder Musik ein "so klingt es wie es auf der CD ist". Gerade in der heutigen Zeit wird es sowieso immer schwieriger zu beurteilen, wie es "in natura" klingt, weil es einfach kein "in natura" mehr gibt. Die Toto-Aufnahme klingt aber fast wie "in natura", mit dem einzigen Unterschied, dass man als Zuhörer eher auf statt vor der Bühne steht. Aber die Scheibe wird inzwischen seit knapp einem halben Jahr für mehr subjektive Hörtests verwendet, als Du Dir vorstellen kannst

(so ca. 3-4 am Tag).

Also, in diesem Thema lasst mal die Musik beiseite, konzentrieren wir uns auf rein objektive Fakten.

Cpt.

Cpt._Baseballbatboy
Inventar

#5 erstellt: 16. Dez 2008, 21:50

Moin,

ich wollte eigentlich noch erwähnen, warum ausgerechnet Mitteltöner von thermischer Kompression betroffen sind.

Der entscheidende Punkt ist eigentlich Symptom 3.), in Zusammenspiel mit der üblichen spektralen Verteilung von Musik. Die Auslenkung eines Mitteltöners ist sehr gering, dementsprechend auch seine Geschwindigkeit. Also hat man kaum Kühlung durch die Bewegung der Schwingspule. Dann hat die Schwingspule auch meistens eine geringe Oberfläche, das heißt es wird wenig Wärme an die Umgebung abgegeben. Die Umgebung selber ist auch nicht gerade ein Wunder an Wärmeleitung: kleiner Magnet, kleine Membran, kleiner Korb. Das ist alles nicht dazu geeignet, besonders viel Wärme von der Schwingspule aufzunehmen bzw. in die Umgebungslusft abzugeben.

Das könnte man vielleicht alles noch verkraften, wenn denn die spektrale Verteilung so wäre, wie allgemein angenommen, nämlich rosa, das heißt, gleicher Energiegehalt pro relativer Bandbreite. Rosa Rauschen hätte z. B. in der Dekade von 20-200 Hz genauso viel Energie wie in der Dekade von 200-2000 Hz. Jetzt muss ich Euch leider den Zahn ziehen: das stimmt nicht. Die meiste Energie steckt in der mittleren Dekade, von 200-2000 Hz. Die darüber und darunter liegenden Dekaden haben sehr viel weniger. Wer es hat, der kann sich mal das Spektrum des Programmmaterial simulierenden Rauschens aus der IEC 268 anschauen. Genauso wie mit dem mir zur Verfügung stehenden Rauschen werde ich den Teufel tun und das veröffentlichen, sonst bekomme ich nämlich den Kopf gewaschen.

Diese mittlere Dekade ist genau die, in der üblicherweise Mitteltöner beheimatet sind. Das heißt, sie haben den größten Anteil der Leistung zu verkraften, und für diese Aufgabe nur schlechte Vorraussetzungen.

Ich wunderte mich schon öfters darüber, warum die Chassis von Morel so fette Schwingspulen haben. Ich glaube, inzwischen weiß ich es. Kann natürlich auch sein, dass Morel nur groß rumprollen will. Ist nicht auszuschließen.

Cpt.

Tom05
Hat sich gelöscht

#6 erstellt: 16. Dez 2008, 22:45

Hi,

wenn Morel aus dem von Dir vermuteten Grund so durchmesserstarke Schwingspulen hätte - und wäre ich Morel, würde ich für den genannten thermischen Aspekt vs. Leistungsdichte des Mittelton-Spektrums, doch die ganz große Glocke läuten (!?)

Aber ist die Wirklichkeit nicht vielleicht die, daß Morel auf Grund der Verwandschaft zu Dynaudio, nicht eher wegen dem "6dB-Aspekt" die großen Schwingspulen verwendet ? Oder wegen dem Aspekt, mit großen Schwingspulen zu meinen, die Membrane besser mit Kräften belegen zu können (?)

Genauso wie mit dem mir zur Verfügung stehenden Rauschen werde ich den Teufel tun und das veröffentlichen, sonst bekomme ich nämlich den Kopf gewaschen.

Zu spät !

Sollte jemand Anderes demnächst entsprechende Forschung veröffentlichen, weis man ja, wer der Anstifter war

Grüße
Tom05

c2007
Stammgast

#7 erstellt: 16. Dez 2008, 22:46

Moin Cpt,

ein systematischer, wenn auch wenig praxisnaher Ansatz waere, die TSP eines Chassis als Funktion der Temperatur zu messen, und zwar bei allen Temperaturen immer mit dem gleichen, kleinen Messignal.

Die Waermekapazitaet ist im wesentlichen da, wo die Masse ist, also im Magneten. Bis der richtig durchgekuehlt oder -heizt ist, dauert ein bischen. Spule und Luft haben deutlich weniger Waermekapazitaet, allerdings sind sie thermisch nicht so wahnsinnig gut angekoppelt.

Also, mein Vorschlag: Ein Chassis ueber Nacht in die Gefriertruhe, und am naechsten Morgen messen (Temperatur und TSP

). Dann die Messung (am besten automatisch) alle 10 Min wiederholen. Naechster Schritt: Entweder das ganze im Backofen wiederholen, oder auf den Magneten ein Heizelement aufkleben.

Fuer die Praxis gibt das dann eine Kalibrierkurve von TSP bei effektiver Temperatur. Du kannst dann eine Weile lautes rosa Rauschen oder ein anderes "Heizsignal" laufen lassen um das Chassis auf Arbeitstemperatur zu bringen, und dann schnell die TSP messen und somit indirekt die effektive Arbeitstemperatur bestimmen.

Die TSP als Funktion der Temperatur sollten schon einen ersten Eindruck ueber die Verzerrung oder zumindest ueber die temperaturabhaengigen Aenderungen des Frequenzganges geben.

Fuer hohe Magnetfelder (50-100T) badet man uebrigens die Kupferspulen in flussigem Stickstoff) um den el. Widerstand zu senken.

Cheers,

c2007.

Cpt._Baseballbatboy
Inventar

#8 erstellt: 16. Dez 2008, 23:29

Moin,

Tom05 schrieb:

wenn Morel aus dem von Dir vermuteten Grund so durchmesserstarke Schwingspulen hätte - und wäre ich Morel, würde ich für den genannten thermischen Aspekt vs. Leistungsdichte des Mittelton-Spektrums, doch die ganz große Glocke läuten (!?)

das ist vermutlich das Hauptargument gegen meine These.

Könnte aber auch sein, dass für Morel das Selbstbaugeschäft nicht so wichtig ist, bzw. der hiesige Importeur das Potential nicht erkennt.

Aber ist die Wirklichkeit nicht vielleicht die, daß Morel auf Grund der Verwandschaft zu Dynaudio, nicht eher wegen dem "6dB-Aspekt" die großen Schwingspulen verwendet ?

Mag sein, aber dann ist das immerhin ein positiver Nebeneffekt.

Oder wegen dem Aspekt, mit großen Schwingspulen zu meinen, die Membrane besser mit Kräften belegen zu können (?)

Das aber offensichtlich nicht sonderlich gut gelingt.

@c2007: das wird ja schon gemacht, siehe Nico Germanos Vortrag auf der HMW '07 (LEAP). Das sich die Abstimmung durch die Erwärmung verändert, habe ich oben ganz vergessen zu erwähnen. Wenn man das nicht per Elektronik abfangen kann, dann kann man aber zumindest den Einfluss verringern, indem man vorher die durchschnittliche Betriebsleistung abschätzt und die Messungen mit entsprechend vorgeheizter Schwingspule durchführt. Macht aber kaum jemand, obwohl ich das auch schon seit Jahrhunderten predige.

Worum es mir eigentlich geht, sind die kurzfristig erzeugten Verzerrungen, also z. B. wenn die Belastung nur für wenige Sekunden hochgeht. Da habe ich auch so meine Zweifel, ob der shaped tone burst ausreichend ist. Möglicherweise erzielt Terzrauschen einen ähnlichen Effekt, das wäre dann eine Renaissance der alten Nachhallzeitmessung. Prinzip wäre das gleiche: das Eingangssignal ist bekannt, das Ausgangssignal wird entzerrt um die linearen Verzerrungen wegzukriegen, die Differenz erfasst sämtliche Verzerrungen.

Wenn ich mal mehr Zeit habe werde ich das näher testen. Es sei niemandem verboten, mir zuvorzukommen.

Cpt.

Tom05
Hat sich gelöscht

#9 erstellt: 17. Dez 2008, 00:08

Hallo Cpt.,

zu bedenken ist ja auch noch, daß die Verstärker-Elektronik, und insbesondere das NT des Verstärkers, warm wird.

Also Thermo-Kompression bei allen beteiligten Elementen gegeben ist.

Funktions-gefährlich wird es, wenn wegen gerätüberfassender Thermo-Kompression, immer weiter am Gain hochgeregelt wird.

TSP in Anhängigkeit von Temperatur, kann man ja auch so schon für sich ermessen. (Man muß nur etwas mehr Arbeit in die Untersuchungen stecken).

Letztlich kann man dann so abstimmen, das die ganze Technik warmgelaufen die gute Figur abgibt.

Aber, nach warm, kommt überhitzt

Und danm müßte man über "Zustand überhitzt" nachdenken, was man da noch vorausschauend machen kann. (fällt mir aber nur Fremdkühlung oder Abschalten ein).

Grüße
Tom05

Cpt._Baseballbatboy
Inventar

#10 erstellt: 17. Dez 2008, 00:44

Moin,

Tom05 schrieb:

zu bedenken ist ja auch noch, daß die Verstärker-Elektronik, und insbesondere das NT des Verstärkers, warm wird.

sehe ich zumindest erstmal solange nicht als Problem an, als bis die ganze Sache kritisch wird. Der Verstärker sollte über eine recht kräftige Gegenkopplung verfügen, dann sind solche Einflüsse fast vernachlässigbar.

Könnte man bei Lautsprechern auch machen, indem man den Strom abgreift und daraus ne Regelung bastelt. Dann bekomme ich aber wirklich Angst um den Lautsprecher, weil die Wärmekopplung Schwingspule zu Luft mit zunehmender Luft-Temperatur immer schlechter wird, somit eine Mitkopplung im Spiel ist.

Letztlich kann man dann so abstimmen, das die ganze Technik warmgelaufen die gute Figur abgibt.

Aber, nach warm, kommt überhitzt

Als einer der wenigen hier, die die Belastung von Lautsprechern wirklich nach DIN gemessen haben, kann ich Dir sagen, dass bei üblichen Heimanwendungen da keine Probleme zu erwarten sind. 20 W Dauerlast sind für übliche Lautsprecherkombinationen - und sogar Breitbänder - dauerhaft elektrisch machbar. Hat mich beim ersten Mal auch überrascht, dass der kleine Pisser mit dem ich das zum ersten Mal machen durfte das satte 100 h ausgehalten hat.

Wie schon gesagt, mir geht es erstmal um die kurzfristigen Einflüsse. Da sollte man mal näher drauf eingehen.

Cpt.

c2007
Stammgast

#11 erstellt: 17. Dez 2008, 15:11

Moin moin

Cpt._Baseballbatboy schrieb:

Worum es mir eigentlich geht, sind die kurzfristig erzeugten Verzerrungen, also z. B. wenn die Belastung nur für wenige Sekunden hochgeht.

Das wird natuerlich sehr viel schwerer zu testen. Ein Paar Sekunden reichen mit Sicherheit nicht aus um die Waerme von der Schwingspule auf den Magneten zu uebertragen, d.h. das ganze System ist weit ab von jeglichem Gleichgewicht.

Als einfachen Test wurde ich ein lautes Sinussignal vorschlagen, und dann entweder den Strom oder gleich das akustische Signal als Funktion der Zeit mitmessen - am besten natuerlich beides. Je waermer die Spule wird, desto kleiner sollten der Strom und das akustische Signal werden. Die absorbierte Leistung ist U^2/R, U ist konstant, und R wird mit steigender Temperatur groesser. D.h. die absorbierte Leistung nimmt mit steigender Temperatur ab, und das Ganze sollte sich irgendwo bei hoher Temperatur dann stabiliseren...

Der Verstaerker wird zu diesem Problem vermutlich nicht allzuviel beitragen: Erstens wuerde sich der Effekt im gesammten Frequenzbereich bemerkbar machen, zweitens wird diese Nichtlinearitaet durch die Gegenkopplung stark unterdrueckt. Drittens sind die Nichlinearitaeten in den LS sowieso sehr viel staerker, so dass man am Verstaerker noch recht viel "Luft" hat bis so ein Effekt hoerbar wird.

Bleibt die Frage, was man dabei lernt, und welchen Schluss man ziehen koennte um damit bessere, lastbestaendigere Lautsprecher zu bauen.

Das einzige, was mir dazu einfallt, ist dass man so mehr oder weniger leistungsbestaendige Chassis identifizieren kann - und, dass man Frequenzweichen etc. auf die TSP bei Betriebstemperatur auslegen sollte, wie Du schon sagtest.

Cheers,

c2007.

Cpt._Baseballbatboy
Inventar

#12 erstellt: 17. Dez 2008, 23:39

Moin,

c2007 schrieb:

genau, und das ist der Zustand den ich überprüfen will. Denn den "eingeschwungenen" Zustand kann man über die passende Abstimmung einigermaßen abfangen. Die kurzfristige Erwärmung aber nicht. Und die ist gerade bei Mitteltönern deutlich ausgeprägter als bei allen anderen Beteiligten, weil die thermische Kopplung durch die geringe Spulenoberfläche gering ist und gleichzeitig die Wärmekapazität sehr klein. Die Spule wird aus beiden Gründen also sehr schnell warm.

Eigentlich gibt es bei Mitteltönern nur eine Möglichkeit, die Kompression zu verringern: er muss möglichst effektiv sein. Denn wenn ich mit gleicher Leistung 6 dB mehr Schalldruck erzeuge (z. B. indem ich die Masse halbiere), dann ist mir die Kompression schon fast völlig Schnuppe.

Als einfachen Test wurde ich ein lautes Sinussignal vorschlagen, und dann entweder den Strom oder gleich das akustische Signal als Funktion der Zeit mitmessen - am besten natuerlich beides.

Sinussignal ist unpraktisch. Denn wie ich im ersten Post schon erwähnte, ist die Erwärmung sogar bei Einzelchassis von der spektralen Verteilung abhängig. Das heißt, man nimmt entweder direkt ein breitbandiges Signal (Rauschen, Sweep taucht nicht), oder eben den Kompromiss mit dem shaped tone burst.

Strom messen ist auch nicht sinnvoll, weil mich ja die Auswirkungen auf das Gehörte interessiert, und nicht das was auf Verstärkerseite passiert. Man könnte wohl das eine ins andere umrechnen, aber das muss man ja gar nicht.

Cpt.

c2007
Stammgast

#13 erstellt: 18. Dez 2008, 00:46

Cpt._Baseballbatboy schrieb:

Als einfachen Test wurde ich ein lautes Sinussignal vorschlagen, und dann entweder den Strom oder gleich das akustische Signal als Funktion der Zeit mitmessen - am besten natuerlich beides.

OK, ein Sinus enspricht nicht genau der Praxis. Aber bei einem einfachen Signal wie z.B. einem Sinus kann man zumindest das gemessenen Signal mit dem Original, d.h. der Anregung vergleichen.

Geschützter Hinweis (zum Lesen markieren):

Als Physiker neige ich dazu, Probleme zu vereinfachen. Das ist der bekannte "runde Huehner"-effekt

Der Grund ist natuerlich, dass man es immernoch komplizierter machen kann, wenn man erstmal ein einfachen Fall verstanden hat.

Die Erwaermung haengt ja in erster Linie von der Leistung ab, und die kann bei einem Sinus (und gemessenem Strom) sehr genau kontrolliert/eingestellt werden.

Rauschen ist eine interessante Alternative, allerdings ist da die absorbierte Leistung sehr viel schwerer zu messen. Ein Sweep taucht nich, weil jenseits des Gleichgewichtes alles sehr stark von der Historie des Messlaufes abhaengt, z.B. wirst Du bei unterschiedlichen Sweepraten voellig unterschiedliche Ergebnisse messen.

Den Strom zu messen hat zweierlei Gruende: 1) Du kannst direkt die absorbierte Leistung bestimmen, 2) Du kannst (vermutlich, bin da nicht der Experte) die TSP bestimmen, und dann den dynamischen Frequenzgang zurueckrechnen.

Ach ja, es gibt noch einen zweiten Parameter ausser dem Wirkungsgrad, der evtl. die Kompression beeinflusst, und das ist der electrische Widerstand. Im direkten Vergleich von zwei Spulen mit gleicher Induktivitaet waermt sich die mit dem kleineren ohmschen Widerstand weniger auf.

Cheers,

c2007.

tiki
Inventar

#14 erstellt: 18. Dez 2008, 03:09

c2007 schrieb:

Fuer hohe Magnetfelder (50-100T) badet man uebrigens die Kupferspulen in flussigem Stickstoff) um den el. Widerstand zu senken.

Hoppsa, wirklich? Bisher hörte ich nicht von solchen Feldern, jedenfalls nicht auf Dauer. Näheres weiß man sicher im

Umfeld meiner nächstjährigen Arbeitsstätte.
Ansonsten begreife ich das Ziel noch nicht ganz, geht es um Ausregelung der Kompression, oder darum, die Entstehungsmechanismen und Wirkungen zu verstehen? Ersteres ist bei Prof. Klippel bereits seit Längerem in Arbeit. Die thermische Kompression ist im Wesentlichen in den LSI enthalten:

Beispiel.
Um den thermischen Spulentod ist mir nicht bange, wenn man den Strom erfassen kann, denn dann kennt man über den Temperaturbeiwrt des VC-Widerstandes auch die VC-Temperatur und kann den Pegel entsprechend anpassen ("langsame" Kompression).

c2007
Stammgast

#15 erstellt: 18. Dez 2008, 15:53

tiki schrieb:

c2007 schrieb:

Fuer hohe Magnetfelder (50-100T) badet man uebrigens die Kupferspulen in flussigem Stickstoff) um den el. Widerstand zu senken.

Hoppsa, wirklich? Bisher hörte ich nicht von solchen Feldern, jedenfalls nicht auf Dauer. Näheres weiß man sicher im

Umfeld meiner nächstjährigen Arbeitsstätte.

[off-topic]
Ja, das HLD hat ein Projekt fuer nicht-destruktive gepulste Felder bis 100T. Die Amerikaner in Los Alamos hatten sowas schon, ist denen aber ziemlich grandios um die Ohren geflogen. Nicht-destruktiv ist bei diesen Teilen aber sowieso relativ, da die Spulen alle nach einigen 100 Pulsen an Materialermuedung sterben. Konstantfelder gibt's bis knapp 45T (Tallahassee, USA), da gehen 20 MW elektrisch rein und als heisses Wasser wieder raus, und zusaetzlich ist noch ein riesiger supraleitender Magnet aussenrum. Destruktiv gibt es zwei Klassen: Wo nur der Magnet kaput geht (hoffenlich...), bis ~150 T, und wo alles innerhalb einer dicken Betonwand kaput geht bis ueber 600 T (z.B. ISSP Japan). Da heisst es dann 1 Woche aufbauen, 10 Microsekunden messen, und 1 Monat Broesel zusammenfegen

Wir machen im Vergleich dazu nur Kleinkram, mit max. 30T (Messzeit 10 Millisekunden). Aber unsere Arbeitsschuetzer sind schon ziemlich bleich geworden als wir zum ersten Mal von 24 KV, 6 kA und 250 kJ erzaehlt haben

Dioden und Thyristoren haben da das Format von Hockeypucks, und man braucht einen ganzen Stapel damit sie die Hochspannung aushalten.

[/off-topic]

Cheers,

c2007.

HiFi-Selbstbau
Inventar

#16 erstellt: 18. Dez 2008, 16:14

Hi Captain,

ist unser Dynamiktest zu kurz für Dein Ansinnen?

http://hifi-selbstba...=view&id=71&Itemid=5

Das Anregungssignal (Sinussweep) wird in 21 Stufen à 1 dB von 2 auf 20 Vrms erhöht (Gesamtanregungsdauer ca. 4 Sekunden)

Gruß Pico

Cpt._Baseballbatboy
Inventar

#17 erstellt: 19. Dez 2008, 00:13

Moin,

4 Sekunden ist ungefähr die Größenordnung, um die es hier geht. Aber ein Sinussweep taugt nicht, gute Erklärung kommt von c2007. Ein beliebiges Musiksignal ist da schon besser, aber ich würde dann trotzdem ein bandbegrentes Rauschen vorziehen.

@tiki: es geht nicht um Ausregelung (zumindest nicht zuvorderst), sondern um die Erfassung der Kurzzeiteffekte. Da liegt nämlich das größte Problem. Bei Klirrmessungen misst man die nicht, bei herkömmlichen Kompressionsmessungen hat man die auch nicht. Deshalb mein Vorschlag mit dem shaped tone burst bzw. dem bandbegrenzten Rauschen. Wobei ich inzwischen das Rauschen vorziehen würde, der tone burst ist einfach zu kurz, da wird sich nicht viel tun.

Cpt.

HiFi-Selbstbau
Inventar

#18 erstellt: 19. Dez 2008, 10:59

Hi Captain,

bei unserem Test geht es auch mehr um mechanische Nichtlinearitäten, da SOLLTE gar keine thermische Nichtlinearität entstehen, damit man z.B. Zeit hat ordentlich auszusteuern (d.h. einige "Leer"-Durchgänge im Vorfeld).

Wenn man den Sinussweep bei einer Amplitude (z.B. 20 Vrms) mehrmals hintereinander messen würde liesse sich das Procedere entsprechend anpassen, d.h. man würde von Sweep zu Sweep sehen bei welcher Frequenz das Chassis schwächelt -> warum also sollte ein Sinussweep (bzw. Chirp) nicht geeignet sein?

Gruß Pico

c2007
Stammgast

#19 erstellt: 20. Dez 2008, 20:09

Moin zusammen,

HiFi-Selbstbau schrieb:

Wenn man den Sinussweep bei einer Amplitude (z.B. 20 Vrms) mehrmals hintereinander messen würde liesse sich das Procedere entsprechend anpassen, d.h. man würde von Sweep zu Sweep sehen bei welcher Frequenz das Chassis schwächelt -> warum also sollte ein Sinussweep (bzw. Chirp) nicht geeignet sein?

Eben nicht, und das ist das Problem. Wenn ein Up-Sweep z.B. 5 sec dauert, und die Spule 2.5 sec braucht um warm zu werden, dann kriegst Du den (falshen) Eindruck, dass nur die hohen Frequenzen beeinflusst werden. Bei einem Down-Sweep wuerdest Du nur bei den niedrigen Frequenzen einen Effekt sehen

Man kann natuerlich eine ganze Reihe von Sweeps mit unterschiedlichen Raten auf- und abfahren, um dann die zeit- und frequenzabhaengigen Effekte auseinanderzufiesseln....

Dann schon lieber gleich rosa Rauschen, d.h. alle Frequenzen gleichzeitig: Je ein Messlauf pro Lautstaerke, und alle 1/10 sec gucken, ob sich das Fourierspektrum veraendert hat. Nachteil: man weiss nicht, ob irgendeine Frequenz besonders stark heizt.

Cheers,

c2007

Cpt._Baseballbatboy
Inventar

#20 erstellt: 21. Dez 2008, 18:01

Moin,

c2007 schrieb:

Dann schon lieber gleich rosa Rauschen, d.h. alle Frequenzen gleichzeitig: Je ein Messlauf pro Lautstaerke, und alle 1/10 sec gucken, ob sich das Fourierspektrum veraendert hat. Nachteil: man weiss nicht, ob irgendeine Frequenz besonders stark heizt.

man würde das schon sehen. Man könnte da eine Art Wasserfalldiagramm erstellen.

Ist mal nen Versuch wert.

Cpt.

HiFi-Selbstbau
Inventar

#21 erstellt: 21. Dez 2008, 19:32

Hi,

der Sweep bei unserem Dynamiktest ist EXTREM schnell (wie gesagt 21 up/down Sweeps alle zusammen in weniger als 4 Sekunden) -> da sollte nix passieren, außerdem ist ein Sweep eigentlich ein Up/Down-Sweep . . .

Gruß Pico

c2007
Stammgast

#22 erstellt: 21. Dez 2008, 23:23

Pico,

wenn's denn so schnell auf- und abzwitschert, dann kann man sich evtl. die Fourieranalyse schenken und einfach nur die Amplitude angucken

- und annehmen, dass die Zeitkonstante der Temperaturaenderungen groesser ist als die Dauer eines einzelnen Sweeps.

Anstatt des vollstaendigen "Wasserfalls" (x=Zeit, y=Frequenz, z=Amplitude) gibt es dann nur eine Zickzackkurve durch den Parameterraum.

Es bleibt die Frage: Was tun mit den Daten?

Cheers,

c2007.

Spatz
Inventar

#23 erstellt: 27. Dez 2008, 18:47

Wie wäre es mit folgender Messung:

Als Messsignal kommt ein breitbandiges, bekanntes und nicht zufälliges Signal zum Einsatz, das in seiner energetischen Verteilung Musik möglichst ähnelt. Für die Messung der Erhitzung wird der Strom durch die VC genommen. So erhält man zwar keine exakten Werte, sondern Relativwerte, kann aber zumindest sagen, ob die VC bei dieser Messung genau so heiss war wie vorhin.

Prozedere:

Zuerst Messung der Verzerrungen mit verschiedenen Pegeln in kurzer Zeit ( < 1 Sek.) mit abschließendem Abkühlen, um den Zustand möglichst ohne Erhitzung zu erfassen.

Anschließend Messung mit sehr langen Zeiträumen bei denselben Pegeln um zu sehen, was passiert, wenn das ganze System aufgeheizt ist. Gleichzeitig wird hier jeweils der Strom notiert, um die Maximaltemperatur der Spule bei diesem Pegel zu erfahren.

Als letzte Messung misst man das Chassis vom kühlen Zustand bis zu dem Zeitpunkt, an dem die VC genauso heiss ist wie nach Dauerbetrieb.

Da man nun die Startbedingungen und die Endbedingungen kennt kann man den Bereich dazwischen, den man aufgezeichnet hat genauer auf Verzerrungen jeglicher Art untersuchen.

Ein Wert, den man vermutlich als Vergleichswert für die Toleranz einer VC gegen thermische Veränderungen nehmen könnte ist die Aufheizzeit der VC bis zur Maximaltemp. Je länger dieser Zeitraum ist, desto besser kann das System kurzeitig Wärme abführen.

Natürlich kann man am Anfang noch nicht sagen, ob ein Wert gut oder schlacht ist, aber wenn man mal mehr Chassis gemessen hat könnte man die Werte für die "Zeit bis zur vollständigen Erhitzung bei 90 dB" besser vergleichen.

Doof ist nur, dass eine solche Messung durch die vielen Abkühl- und Aufheizzeiten sehr zeitintensiv ist. Aber da könnte evtl ein Kühlschrank oder ähnliches helfen. Und wenn man 2 Chassis hat ist man da auch schon wesentlich flexibler.

Was meint ihr?

Ciao,

Spatz

PS: Ich würde den "kühlen Zustand" für die Messungen als 8° C definieren, da sich dann zum Abkühlen des Chassis der Kühlschrank verwenden lässt und die Ergebnisse noch deutlicher werden. Sonst weiss man nie, ob das Chassis jetzt schon kühl genug ist oder nicht etc...

HiFi-Selbstbau
Inventar

#24 erstellt: 28. Dez 2008, 16:43

@c2007:

Auf die Fourieranalyse würde ich nicht verzichten wollen, da sieht man z.B. wie stark die TSPs weglaufen etc. Unsere bisherige Darstellung sieht so aus:

Der Artikel dazu:

http://hifi-selbstba...=view&id=71&Itemid=5

Statt nun die Abweichung von der erwarteten Erhöhung um 1 dB aufzutragen könnte man für die thermische Kompression die Abweichung vom Ausgangszustand auftragen und statt 21 Messungen einfach mehr Zyklen auftragen. Man würde dann über der Zeit (X-Achse) sehen, bei welcher Frequenz das Chassis wie viel leiser (oder lauter) wird.

Als Anregungsspannung würde ich Wurzel (Pdauer * Rnenn) / 2 nehmen, das sollte das Chassis sicher abkönnen.

Start wäre bei Raumtemperatur, die Aussteuerung des Messsystems würde man bei 1/10 der Spannung machen, das wird nichts ändern. Abkühlen lassen ist uncool bzw. unpräzise. Eine Messung des Gleichstromwiderstands kurz vor und kurz nach der Messreihe (auf 1/100 Ohm) könnte als Indiz für die Schwingspulentemperatur dienen. Dann merkt man auch, dass das Abkühlen ganz schön lange dauert . . .

Ich werde das bei Gelegenheit mal so machen und berichten (dauert aber noch ein Weilchen)

Gruß Pico

Cpt._Baseballbatboy
Inventar

#25 erstellt: 28. Dez 2008, 17:30

Moin,

die Darstellung gefällt mir schon ziemlich gut. Ich kannte Euren Dynamiktest auch noch nicht, und den Artikel kann ich nicht lesen, auch nicht den öffentlichen. Muss man sich jetzt neuerdings immer anmelden?

Statt über die Eingangsspannung würde ich aber über den (zu erwartenden) Schalldruckpegel auftragen. Also den Frequenzgang pegelkalibriert messen, und dann bei, sagen wir, gewollten 90, 96, 102, ... messen. Das ist aber reine Umrechnerei, das Prinzip bleibt das gleiche.

Außerdem würde ich dennoch ein anderes Anregungssignal vorschlagen, oder dem Sweep ein anderes Spektrum zu verpassen. Also mehr in Richtung tatsächliches Musikmaterial. Denn im Moment würde ich eher einen logarithmischen Sweep vermuten.

Worüber man noch diskutieren könnte ist die Pause zwischen den Bursts. Denn in der gezeigten schnellen Abfolge heizt man das Chassis garantiert auf, sodass die Abweichungen zum Ende hin sicherlich etwas zu hoch erscheinen.

Was man auf jedenfall mit der Methode erhält sind sämtliche Abweichungen, also auch die durch den standardmäßigen Klirr erzeugten. Für eine Gesamtbetrachtung sehr gut.

Cpt.

P.Krips
Inventar

#26 erstellt: 28. Dez 2008, 22:57

Hallo,

Dumme Frage mal....:
So löblich und wichtig das möglicherweise sein kann, die Auswirkungen der thermischen Kompression im Auge zu behalten, wie wichtig ist das aber tatsächlich unter Heimbedingungen ?
Nur wenige werden sich Pegel wie auf den Messen zuhause ohne zu befürchtene Gehörschäden oder "Nachbarn-auf-den-Plan-ruf" auf Dauer antun können.
Obendrein haben die wohl hier in Fokus befindlichen MT (sofern es echte MT sind...) ohnehin meist einen höheren Wirkungsgrad als die TT-Sektion und müssen bei Passivkonzepten ohnehin durch Spannungsteiler "eingebremst" werden.

Bitte nicht missverstehen: Aber ich frage mich (nochmals), wie WICHTIG ist das Problem unter Heimbedingungen tatsächlich ??

Gruß
Peter Krips

Cpt._Baseballbatboy
Inventar

#27 erstellt: 29. Dez 2008, 00:08

Moin,

dumm ist die Frage nicht.

Mal ganz überschlägig kalkuliert: ein Beyma 12G40 ist mit 1 dB Kompression bei 50 W angegeben (5 min. Dauerlast, rosa Rauschen, bandbegrenzt 25-1200 Hz). Der hat eine Schwingspule mit 77 mm Durchmesser und 20 mm Länge, entspricht knapp 9700 mm² Oberfläche.

Ein durchschnittlicher (Tief-) Mitteltöner hat vielleicht eine Schwingspule mit 25 mm Durchmesser und 10 mm Länge, das ist eine Oberfläche von knapp 1600 mm², also ein knappes Sechstel der vom Beyma. Ein Sechstel von 50 W sind 8,3 W (Frage: muss man das Gewicht mit einberechnen?). Ich denke, da liegen wir schon in Gegenden, die im Heimbereich möglich sind.

Cpt.

P.Krips
Inventar

#28 erstellt: 29. Dez 2008, 18:31

Hallo,

Cpt._Baseballbatboy schrieb:

so gerechnet durchaus möglich,dabei aber nicht vergessen, daß ein MT je nach Frequenzband ohnehin nur einen Teil der nominellen Verstärkerleistung "abbekommt". Mindestens genauso wichtig wie die thermische Kompression wäre dann aber die Parameterdrift (wie von Pico ja schon angesprochen)die ja durchaus die Filterflanken (bei passiven Konzepten) beeinflussen könnte. So gesehen wäre wohl mindestens bei MT's eine komplette Impedanzlinearisierung wohl nicht ganz falsch...

Gruß
Peter Krips

tiki
Inventar

#29 erstellt: 29. Dez 2008, 18:37

Hallo,

schickes Thema, da wird einem ganz klippelig.

Pico:
Ohne tiefer nachgedacht zu haben, wäre vielleicht eine Umkehrung der "Burst"-Reihenfolge sinnvoll, also abnehmende Pegel, weil dadurch ein gleichmäßigerer Temperaturverlauf entstehen kann: schnell warm (beim ersten Burst), danach durch die geringeren Leistungen weniger zusätzliche Erwärmung, aber eben auch kaum Abkühlung.

Captain:
Die Oberfäche ist nur für die Wärmeübertragung von der VC nach außen interessant, selbstverständlich mit beiden Vorzeichen. Für die kurzzeitige Erwärmung ist dagegen der Energieeintrag durch I²*R*t interessant, der primär die Wärmekapazität der VC bedient.

Den Zusammenhang Lp=f(U) gibt es schon im Amplitudenfrequenzgang, daher scheint mir die direkte Darstellung der Abhängigkeit der Kompression von der Eingangsspannung sinnfälliger als vom Schalldruck.

Spatz
Inventar

#30 erstellt: 29. Dez 2008, 18:39

Was haltet ihr denn von meinen Ideen?

HiFi-Selbstbau
Inventar

#31 erstellt: 01. Jan 2009, 19:58

@Spatz:

Was haltet ihr denn von meinen Ideen?

Auf die Fourieranalyse würde ich nicht verzichten wollen, da sieht man z.B. wie stark die TSPs weglaufen etc.

Abkühlen lassen ist uncool bzw. unpräzise. Eine Messung des Gleichstromwiderstands kurz vor und kurz nach der Messreihe (auf 1/100 Ohm) könnte als Indiz für die Schwingspulentemperatur dienen. Dann merkt man auch, dass das Abkühlen ganz schön lange dauert . . .

Das Ganze dauert VIEL zu lange

@Captain Bseballbatboy:
Der Link war unvollständig (öffentlich UND Abonnenten), jetzt geht's:

http://hifi-selbstba...=view&id=71&Itemid=5
Mittlere Schalldruckpegel auf der X-Achse sind auch bei mir schon auf der Wunschliste . . .

@tiki:

Ohne tiefer nachgedacht zu haben, wäre vielleicht eine Umkehrung der "Burst"-Reihenfolge sinnvoll, also abnehmende Pegel, weil dadurch ein gleichmäßigerer Temperaturverlauf entstehen kann: schnell warm (beim ersten Burst), danach durch die geringeren Leistungen weniger zusätzliche Erwärmung, aber eben auch kaum Abkühlung.

Das ist was dran. Allerdings müssen wir ja vorher aussteuern, das Signal wurde also schon 1 bis 2 x durchlaufen bevor es "endlich" aufgenommen wurde, eine geringe Vorerwärmung findet also statt. Wir sind auch mehr von dem Musikbeispiel Hugh Massekela / Stimela ausgegangen, da steigert sich halt der Pegel über der Zeit. Das gesamte Signal ist so kurz, dass das nicht sooo relevant sein sollte . . .

Gruß Pico