D-Verstärker 'aufgewärmt'

Hi Mickey,

http://www.rahaso.de/foren/msg.php?f=audiotreff_allgemein&idx=21887&

das gibts nen Hinweis auf voll digital.

Irgendwo hab ich auf der Suche nach Verstärkern auch Class-D gefunden, so bis 3kW an 2 Ohm, frag nicht wo und ob die einen digi-Eingang hatten, aber zT. über PC-ansprechbar......

MfG
Peter

das Thema hatten wir schon.
http://www.paforum.de/phpBB/viewtopic.php?t=41562&postdays=0&postorder=asc&start=15

Das Problem bei einem 'echten' digitalen Verstärker ist witzigerweise das generieren der PWM. Will man die nämlich rein digital erzeugen, wirds 'trickreich'. Zumindest mit den PWMs handelsüblicher Microcontroller wird man nicht glücklich werden. Deshalb macht man das in Class-D-Amps eigentlich analog mit Komparator. http://en.wikipedia.org/wiki/Pulse-width_modulation

Manu: du wolltest doch was mal machen (mit Microcontroller) - wie war dein Lösungsansatz?

Greets,
N-Dee

sorry ich hab auch analoge Modulatoren, kein direktes DSP.
MC nur für Bedienfunktionen, Remote, Clip und Lastermittlung, Sicherheit usw., und natürlich für die SNT, da geht er besser als alles andere.

bedenk bei deinen Überlegungen bitte auch, daß du am Ausgang komplexe Lastverhältnisse hast und auch eine Class D keine Null ohm Eigenwiderstand hat, ganz im Gegenteil. Da sitzt noch der Tiefpassfilter für die PWM-Unterdrückung. also schließt du dir dahinter einen Sniffer an, und, ohje das ist ja analog.... also muß das dann wieder in einen AD Wandler rein, und nun geht die Rechnerei los um einen Soll/Ist Vergleich durchzuführen nebst Korrektur in Echtzeit, zudem bekommst du noch die Vorgabe daß das Gerät sogut wie keine Latenz haben darf da der Großteil des tolerierbaren Zeitverlaufs bereits für Digitalpult und Outboardgeraffel beschlagnahmt ist.

Und nun ?

Ich schätze mal der analog gesteuerte PWM-Modulator, der ja auch die Signalspannung der Gegenkopplung gleich zu Rate zieht um passgenau anzusteuern, hat seine Nase um Längen vorne.

mein tip somit: DSP is toll, aber nicht in einer Endstufe. Wenn man ihn irgendwo vermeiden kann ist man stets am besten damit beraten das auch zu tun

lG Manu

Deine theoretische Überlegung ist schon richtig, an sich ist ja nix dabei, ein PCM-Signal (wie es üblicherweise in digitaler Form vorliegt) in eine PWM umzuwandeln. Das eigentliche Problem ist die Geschwindigkeit.
Die Frequenz der PWM (Grundfrequenz) muss weit über dem Übertragungsbereich sein, sodass der nachgeschaltete Tiefpass nicht das Nutzsignal beschneidet. Sind wir also mal optimistisch und nehmen 80 kHz her, wobei das für eine gute Hochtonperformance wohl weit zu niedrig sein dürfte.
Für eine akzeptable Audioperformance benötigen wir eine Auflösung von 16 Bit pro Sample (CD-Qualität, 96 dB SNR). Legen wir dies auf die PWM um, so müssen wir diese '16-bit-genau' ansteuern können. Bei Microcontrollern wird das mit einem Zähler/Vergleich gelöst. Der Zähler wird pro Takt (oder langsamer) erhöht, ab einem vorgegebenen Schwellwert (dem Sample-Wert) schaltet die Ausgabe um. Also zB bis zum Schwellwert ist die Ausgabe auf 1, danach auf 0. Das kann man bei Wave-Samples also 1:1 übernehmen.
Und jetzt das Problem: die Frequenz des PWM-Generators muss hoch genug sein, um 16bit = 65536 Taktzyklen zwischen zwei PWM-Perioden zu schaffen.
Bei 80 kHz wären das 5242,88 MHz. Und wie gesagt, das ist noch nichtmal sehr audiophil und dürfte die Auswahl der geeigneten PWM-Generatoren/Microcontroller schon stark einschränken. Verglichen mit dem eigentlich sehr einfachen analogen Aufbau, der weit höhere Qualität mit 'Standardkomponenten' ermöglicht, dürfte sich solch ein Aufwand niemals rechnen.

Greets,
N-Dee

hm, schon interessant ...
allerdings sind wir hier im PA-Forum, da wirst du nicht das finden was du brauchst.
Laß uns ein neuartiges Holztischchen entwickeln, oder irgendeine Blechklammer zum Aufhängen von Firlefanz

Nein, ich spreche von einer PCM zu PWM-Wandlung. Und zwar rein digital. Das ist eine reine Wertebereich-in-Zeitbereich-Transformation.

Ich merke, wir reden aneinander vorbei, meinen jedoch ziemlich genau das selbe. Ich beschrieb den Vorgang der PWM-Generierung auf rein digitalem Wege. Deine Überlegung ist eigentlich nichts anders, nur dass du keine PWM mit fixer Grundfrequenz generieren willst. Das ändert aber nichts daran, dass du für eine entsprechend hohe Pulsweitenauflösung einen sehr hohen Takt benötigst. Der Extremfall für 16 Bit Auflösung wäre also 1 Takt '1' und 65535 Takte '0' oder umgekehrt. Macht für mich also 65536 Takte innerhalb einer Zeitdauer, die um ein Vielfaches Kürzer sein sollte als die der höchsten zu übertragenden Frequenz. -> womit wir wieder bei meinem Beispiel wären.
Um die Problematik nochmals zu verdeutlichen: für Audiophil würde ich mal so ~160 kHz (nach meinem Beispiel also >10GHz notwendig) und 24 Bit Auflösung (nochmal Faktor 256 -> >2,5 THz) ansetzen. Das wird dann aber wirklich eng, selbst als simpler ASIC .

Greets,
N-Dee
PS: Sorry, dass ich das würdige Abschlussposting ignoriert habe

Ohne mich in diesem Bereich 100%ig auszukennen:
Ein digitales PWM Signal ist ungeeignet, weil es Flanken nur zu einem festen Takt zulässt während ein analoges PWM Signal (welches noch nicht zeitdiskretisiert wurde (Komparator + Sägezahn)) grundsätzlich unendliche Auflösung hat. Daher verwendet man bei zeitdiskreten, digitalen Signalen im Audiobereich vor allem das Delta Sigma Prinzip. Da gibt es sozusagen einen unendlich langen, digitalen und zeitdiskreten Bitstream, der theoretisch auch unendliche Auflösung bietet, weil er eben nicht an feste "Sampleintervalle" gebunden ist.
Eine schöne Erklärung zu dieser Delta Sigma Geschichte gibt es auf dieser Webseite:
http://www.beis.de/Elektronik/DeltaSigma/DeltaSigma_D.html
Wenn ihr wirklich nen D Amp bauen wollt sicherlich sehr interessant zu lesen. Im letzten Abschnitt wird auch nochmal speziell auf Class D Amps eingegangen.

Zitat von "Michael D"

Ohne mich in diesem Bereich 100%ig auszukennen:
Ein digitales PWM Signal ist ungeeignet, weil es Flanken nur zu einem festen Takt zulässt.

D Amps haben einen festen Takt. punkt.

Du hast wie beim analogen System auch, ein positives und ein negatives Rail mit aufgesetzten Endstufen. Ist deine Halbwelle oberhalb von Null gibt dein Amp positive Peaks ab, ist sie unterhalb von Null gibt er negative ab. Ist er um Null gibt er eine Wechselnadelspitze kürzester Tastzeit + - + - + - ab. ( KEIN AUSSETZER bei NUll ! ), ist das SOLL erreicht verringert er die Tastzeit um ein weiteres Ansteigen zu unterbinden, steigt sie trotzdem an gibt er sofort gegenpolige Aktion um sie runterzuholen (Kernladungsnachlauf, hier bestimmt die Geschwindigkeit die Qualität, es bildet sich die Slewrate)
Die Länge der Takte ist abhängig vom Bestreben, gehts grade hoch oder wollen wir runter? Somit lastabhängig, und auch pegelabhängig, = analog gegengekoppelt.
Die Frequenz ist stets konstant da man sonst kaum eine Chance hätte das PWM am Ausgang wegzufiltern. Es erlaubt so eine genau abgestimmte Induktivität die sich darum kümmert (hier ist eine Problemzone jedes D Amps, sie verändert ihre Eigenschaften je nachdem wie hoch der DC Anteil ist den sie gerade hat, auf der einen Seite liegt die pure PWM an und auf der anderen komplexe induktive Last mit all ihren Gags inklusive Rücklaufströmen aus Kernladung und auch aus den Lautsprechern.)

Neben der eigentlichen "Schaltbelastung" die die Endstufe hat, das ist ja das Ideal, existiert noch ein beachtlicher Gleichstromanteil der die Drossel passiert und somit von Last über Endstufe nach Masse abfließt (Rücklaufleistung verbraten), das Regenerieren zu verfügbarer Energie ist nur unter schwierigsten Bedingungen machbar, man nimmt daher eher in Kauf diese Anteile auf dem Kühlschacht abzubrennen.

Der Modulator MUSS hinten schauen was grade anliegt, und das Verhalten der Endstufen, also die Tastzeiten, darauf anpassen. Ob man ihm die SOLL Information digital zuführt, oder analog, ist die hier offene Frage. Das was er zu tun hat, ist grundsätzlich abhängig vom IST.

So ergibt sich die Konstruktion des gewünschten Systems:
digital-SOLL / analog IST Vergleicher mit PWM Ausgang, bipolar mit fester Taktfrequenz.

Es ist unerheblich ob das System 32.768 verschiedene Tastzeiten in jeder Polarität kennt oder nur 5 oder 10. Es muß nur schnell genug sein um der Eingangsamplitude in Echtzeit folgen zu können. Da die Taktfrequenz sehr viel höher ist als die Modulationsfrequenz ist auch die technische Auflösung nicht "hörbar", wenig ist hier mehr, weil gut fürs Tempo der Abarbeitung.

Die eigentliche Schwierigkeit ergibt sich aus der "Richtlinie" des SOLL/IST Vergleichs in Abhängigkeit zum aktuellen Spannungswert des Ausgangs (dieser hängt nach). Ist da ein hoher fehlpoliger Pegel muß das System mit einem enorm hohen "Gegenpeak" darauf reagieren der genau so bemessen ist daß die IST-Amplitude in ihrer Form dem SOLL folgt.

Es ist machbar, ohne irre hohe Taktfrequenz des DSP. Aber derjenige der das durchentwickelt muß wirklich ausgeschlafen sein.

Die Bastelvorgabe für den PWM Takt lautet > 400kHz (Fetties mit eher geringen Gatekapazitäten) bzw. 200kHz (Fetties mit normalen Gatekapazitäten)

Das Ganze ist jetzt noch vereinfacht dargestellt da wir es ja mit einem veränderlichen Rail zu tun haben. Somit hat er auchnoch ein LOW ESR Sparschwein indem er sich eine hohe Ladung zurückbehält um im Falle eines sprunghaften Anstiegs zuschießen zu können bis die Railspannungsaufregelung nachgezogen hat. Aus der Differenz SOLL Rail zu IST RAIL ergibt sich nochmal eine Verhaltensrichtlinie die der Modulator berücksichtigen muß, er ordnet ja zeitgleich auchnoch die Nachführung der Railspannungen von den beiden SNT an.
Das kann man auf analog übertragen mit Class-H vergleichen, es dient der Verringerung der Abwärme bei Geräten mit sehr hoher Leistung.

Letztendlich wird auchnoch der Strom kontrolliert um innerhalb der SOA zu bleiben (Clipping und Sicherheitsabteilung)

Michael D: genau das will ich damit vor Augen führen. Ein rein digitaler Class D-Amp (bis zum Tiefpass) ist unpraktikabel.

mickey s.: Wo liegen denn die Verständnisproblem genau? Ich nehme mir gerne die Zeit, das genau aufzurollen.
Überleg dir doch mal selber, wie lange ein Takt sein muss, damit du auf das nötige High/Low-Verhältnis kommst. Wie Manuela schon andeutete musst die Grundfrequenz der PWM sehr hoch liegen (200 oder 400 kHz). Mit 44,1 kHz wird das nichts, wegen dem nötigen Tiefpass am Ausgang.

Ansonsten: Manuela, ich denke das Problem ist noch immer zu veranschaulichen, warum ein rein digitaler Weg keinen Sinn macht. Aber schön, dass du nochmal den analogen Weg detailiert veranschaulichst.

Greets,
N-Dee

Zitat von "N-Dee"

Ansonsten: Manuela, ich denke das Problem ist noch immer zu veranschaulichen, warum ein rein digitaler Weg keinen Sinn macht.

Weil das was der Amp abliefert, analog ist. Und man kommt eben nicht drumherum, das zu lesen und in die Steuerung einzubeziehen.
Also ist es zumindest teil-analog.

Gut, ich gebe dir recht - mit 'rein digital' meinte ich den Signalweg bis zum Tiefpass. Die Fragestellung bezog sich meiner Meinung nach genau darauf, auch wenn es in der Ursprungsfrage noch einen markanten Fehler gibt:

Zitat

Dann ist die gesamte Strecke digital, analog wird's erst im Lautsprecher...

Natürlich muss(sollte?) der Output des Amps ein analoges Audiosignal sein.

Greets,
N-Dee

war schon koorekt formuliert:

digital-SOLL / analog IST Vergleicher mit PWM Ausgang, bipolar mit fester Taktfrequenz.

darum gehts ihm :wink: