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23/02/2013 #1

Avatar de diegomj1973

Voltage Drive / Current Drive con parlantes full range
Leyendo un poco sobre un paper de Nelson Pass sobre Current Source Amplifier and Sensitive / Full – Range Drivers, donde producto de notar que, por lo general, parlantes de tipo full – range atacados por amplificadores valvulares o incluso transistorizados sin realimentación global y con una Zout importante (16 ohmios o un Damping Factor de 0,5 para un parlante de 8 ohmios) se desempeñan sónicamente subjetivamente mejor que atacados por amplificadores transistorizados (donde la Zout es insignificante y el Damping Factor suele ser regularmente entre 100 a 1000). No quiere decir que todo esto sea una regla general. Pueden existir excepciones. Incluso recalcan que la necesidad de damping eléctrico es diferente para cada tipo de parlante y entorno acústico.

La mayoría de los parlantes son concebidos (en su diseño) para ser atacados por fuentes de voltajes (los amplificadores más comunes que solemos ver), pero hay unas pocas instancias donde fuentes de corriente pueden ser utilizadas con ciertas ventajas.

A continuación se muestran dos formas de atacar a un parlante y la potencia desarrollada versus frecuencia / impedancia correspondiente:







Entonces, se me ocurre ir analizando alguna situación intermedia de manejar a una impedancia variable con la frecuencia como lo es un único parlante tipo full range. Es decir, buscar una situación de compromiso entre uno y otro sistema de ataque, de ser posible y, analizar pros y contras, si los hay.

Lo que voy a ir mostrándoles a continuación supone varias simplificaciones y representan “mi burda aproximación o primer acercamiento a los hechos” e incluso podrán refutar total o parcialmente ó complementar y / o enriquecer de acuerdo a un mejor criterio que uds. consideren. No pretende ser verdad absoluta de nada sino simplemente mi primera visión de las cosas.

Una de las primeras simplificaciones (que puede ser o no válida, dentro de un rango) es considerar que la impedancia de salida del amplificador va a ser constante para un rango determinado de frecuencias y no va a ser alterada significativamente por la variabilidad de la carga (el parlante en cuestión, los parámetros de los cables, etc.). Sabemos que esto en la realidad no se cumple estrictamente (solo puede darse para pequeños rangos de funcionamiento en frecuencia y carga).

La otra suposición va a centrarse en considerar que la sensibilidad del parlante no es una determinada sujeta a una única frecuencia o a un pequeño rango de frecuencias, sino que será constante para un amplio rango de frecuencias si garantizamos un desarrollo constante de potencia a cada frecuencia específica. Esto tampoco se cumple en la realidad estrictamente como se está suponiendo aquí.

Otra suposición es dejar de lado por un momento un alto rendimiento de conversión de potencia RMS en el parlante en función de la energía consumida de la fuente de alimentación para esa conversión. Acá no miramos primariamente el rendimiento. Después se verá cómo mejorarlo tecnológicamente.

Por lo general, los parlantes de cono varían su impedancia en un 500 % aproximadamente dentro del rango audible: en el análisis en cuestión vamos a suponer que la impedancia mínima va a ser de 4 ohmios (entre los 200 y 600 Hz aproximadamente) y la máxima de unos 16 ohmios (en los 10 KHz y en el punto de resonancia en baja frecuencia, que será específico de cada tipo de parlante).

Se partirá de un esquema similar al del Voltage Drive pero con impedancias de salida importantes (de unos 8 ohmios para el primer análisis). Aquí el DF es de 0,5 entre los 200 y los 600 Hz. Para otras frecuencias el DF variará.





Es interesante notar que la potencia desarrollada en el parlante (manejado de esta nueva forma, es decir, con Z out = 8 ohmios) en cada punto de frecuencia es casi constante (con una diferencia máxima de unos 0,51 dB aprox.), frente a una potencia desarrollada en el parlante (manejado de la forma ideal, es decir, con Z out = 0 ohmios) en cada punto de frecuencia no muy constante (con una diferencia máxima de unos 6,02 dB aprox.). Hablan de situaciones reales con diferencias de entre 6 y 15 dB! (entre los puntos de menor y mayor impedancia).

Finalmente, se representan varios DF (Z out) y su tendencia.



Obviamente, falta todo el análisis de EMF y su incidencia en el sistema amplificador – parlante y toda la desidealización correspondiente a este primer enfoque.

¿Se podrá compatibilizar una Z out determinada relacionada a una Z de parlante dada (con la frecuencia) de modo de lograr una respuesta acústica plana dentro de un rango amplio de frecuencias, a expensas de una marcada pérdida de rendimiento?.

¿Se podrá implementar en la práctica y medir / escuchar alguna diferencia con un Voltage Drive cuasi ideal?. Se me ocurre que quizás pueda probarse, a baja potencia, con una salida en single ended con carga resistiva igual a 2 veces la Z mínima de parlante y sin realimentación global (solo local para bajar algo las distorsiones), en lugar de CCS como carga de colector / drenador.

Saludos
24/02/2013 #2

Avatar de Dr. Zoidberg

Hola Diego:
Te cuento:
1- No soy muy amigo de las ideas de Nelson Pass
2- Yo he probado una mezcla de manejo por corriente y manejo por tensión para "domar" un parlante Jahro en un ampli de guitarra...y la idea funcionó, pero fué útil para las altas frecuencias que sonaban bastante probres en el Jahro sin esta corrección. Leete este artículo que trata algo de lo que vos buscás, pero dudo que la idea sea útil para HiFi.
3- Debés tener mucho cuidado con los parlantes full-range, por que lo único bueno que tienen es que pemriten baffles muy simples (sin crossover) y que suenan "mas o menos bien". Tienen un MUY SERIO problema de directividad que es parcilamente corregible con ecualización activas en las bajas frecuencias, pero para arriba... hummmm... el sweet-spot es un "pelo". Además tienen una dosis importante de distorsión por intermodulación aunque los golden-ear no suelen escucharla
4- Con 8 ohms de impedancia de salida del ampli casi no vas a tener mucho control sobre la fuerza contraelectromotriz generada por el parlante, su bobina y su supensión, así que ahí vas a necesitar un diseño especial del baffle... tipo suspensión acústica y no solo sellado.
5- Por último, el efecto subjetivo final de esta modificación es el de un control de tono (o por lo menos ese fué mi caso, ya que el efecto subjetivo eran unos agudos mas cristalinos ) así que lo mejor es comprar un baffle o conjunto de parlantes adecuado, y si querés cambiar el tono, pues hay que hacerlo con el pre, por que cambiar el ampli o los baffles para cambiar el tono no es una muy buena idea.. a menos que sea un experimento .

Leete el artículo de ESP que es bastante revelador y hacete algunas pruebas para que veas el efecto que se logra, pero los resultados son muy dependientes del conjunto parlante / Zout, y no creo en absoluto que sean resultados generalizables.
24/02/2013 #3

Avatar de diegomj1973

Hola Eduardo!:

Estoy 100% de acuerdo con vos. Todo el tema de la EMF y su incidencia final en el conjunto ampli - parlante es concreta y real, según leí por varios lados (no solamente de Pass). Sinceramente no me puse a verificar si sus efectos son notorios, audibles o medibles en sistemas comunes. Estoy en la fase de abordaje del tema y en carácter de experimentación sobre eso mismo nomás. Sé que hay diseñadores que tienen muy en cuenta este posible efecto en el diseño de la etapa de potencia que ataca a un parlante determinado (si no mal recuerdo, en esto se veían varios en favor de sistemas sin realimentación global o algo así, para evitar la influencia de la EMF espúrea en la red que realimenta la señal de la salida (donde se presenta justamente esta EMF) hacia la entrada y causar erráticas correciones de la distorsión).

Había visto lo de Elliot Sound, pero no quiero armar algo en Current Drive (CD) sino en Voltage Drive (VD) intensionalmente con Zout altos (aunque en el fondo resultan lo mismo un VD con Zout muy altos comparados con una Zparlante normal => pasa a ser una CD casi ideal, pero intuyo que con la ventaja de no realzar groseramente los extremos de banda e incluso producir inestabilidades y la desventaja obvia de la baja eficiencia).

Se me ocurrió que podría probar parcialmente la "idea" (salvando las distancias y sus efectos esperables) a muy baja potencia (unos 30 a 50 mW, ponele) y con unos simples auriculares (que suelen ser mayoritariamente de rango extendido y de unos 32 ohmios). Podría medir la curva de Z en función de la frecuencia, estipular la Zout más "conveniente" para intentar lograr potencia "más o menos constante" versus frecuencia e impedancia y ver qué sucede sónicamente hablando. Para atacarlos, armaría algún sencillo single ended transistorizado sin realimentación global con resistencia de colector de unos 64 ohmios (o algo que resulte por ahí) y una resistencia de emisor pequeña (sin bypass capacitivo, es decir, baja ganancia en AC / baja eficiencia) para "corregir" un poco las distorsiones más groseras y dejar al sistema con un THD de digamos un 1 a 2 % máximo (con predominancia de H2 sobre H3).

Muy probablemente, con un Zout alto (de 64 ohmios), el sistema quede subamortiguado para las excitaciones rápidas (escalón, por ejemplo) y se pierda el control sobre el movimiento posterior del cono del parlante después de extinguirse el rápido "pulso" de excitación. Habrá que experimentar...

Saludos

PD: acabo de hacer una prueba mucho más rápida y directa (puede que sea muy imprecisa, pero me ayuda a tener una primera impresión): A expensas de una merma de tensión de unos 9,54 dB coloqué dos simples resistencias de 12 ohmios cada una en serie a la salida de un canal de mi amplificador común por voltaje (Zout bien bajita) formando unos 24 ohmios en serie a mis parlantes que forman 12 ohmios nominales (dos bafles de 6 ohmios nominales cada uno puestos en serie, por canal). Puse todas las ecualizaciones tonales a 0 dB, para oir mejor algún posible cambio. Comparé con el otro canal sin modificar pero atenuado unos 9,54 dB para cotejar a similar volumen con el canal modificado. Se nota un cambio notable a simple oído en los extremos de la banda audible: más presencia de graves y agudos comparados a los medios (como más balanceadas las tonalidades en general). Falta verificar la amortiguación de las señales. Pueden probarlo en sus equipos para sacarse las dudas, pero intuyo lo van a notar mayormente con aquellos sistemas de parlantes con impedancias muy cambiantes en el espectro, como los míos. Como resultado de una primera experimentación...me gusta!
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