Una conferma a proposito della Classe D

[melomane]

@luca

https://www.ti.com/lit/an/sloa260/sloa2 ... 8634030333

mi sa che le oscillazioni non ci sono...

[lucaesse]

Grazie Melomane, molto interessante.

Da una prima lettura:

. Sapendo quello che si sta facendo, il loop di controreazione può includere il filtro d'uscita. Senza che l'ampli si autoarrostisca!

. La bobina del filtro pare essere la maggior fonte di distorsione di tutto l'ampli.


Messa cosi si ribalta tutta la questione: come mai altri preferiscono chiudere il loop prima del filtro?

Luca

[fonometropazzo]

https://www.audiosciencereview.com/foru ... iew.10499/

ho acquistato un A800, appena mi arriva, voglio fare un confronto con il tamp 800.

[melomane]

Messa cosi si ribalta tutta la questione: come mai altri preferiscono chiudere il loop prima del filtro?

Luca

Pare che non tutti i chip lo permettano...

[gigigi]

Ecco una semplice spiegazione del feedback prima o dopo il filtro passa-basso di uscita https://sound-au.com/articles/pwm.htm

[lucaesse]

Melomane

Pare che non tutti i chip lo permettano...

Pare che tocca studiare. Almeno per capire pro e contro in linea di principio di entrambe le soluzioni.



Gigigi, grazie per il link, da cui:

Some more advanced amplifiers take the feedback signal from the very output, trying to compensate this. This way, a constant frequency response is obtained, with the further gain that the inductor resistance contributes much less to the output impedance, so it is kept lower, hence damping factor is higher (higher speaker control). However, taking feedback after the filter is not an easy task. The LC introduces a pole and hence a phase shift that, if not properly compensated, will make the amp become unstable and, ultimately, oscillate. Feedback may be taken from both the switching node and the filter output. Although this can give very good results, it is still difficult to maintain stability because of the phase shift through the output filter.

cioè si torna a parlare di come assicurarsi una buona stabilità. Che non è l'argomento più facile del mondo...


Fonometropazzo, facci sapere! Siamo curiosi

Buon finesettimana a tutti

Luca

[aldusmanutius]

Leggo su FB questo commento...

Ho avuto modo di ascoltare in pura tranquillità serale le schede L15D Iraud,e confrontarle con il JLH da 70 W rivisitato in pura classe A.Siccome molti me lo hanno chiesto faccio una piccola recensione
Devo dire che gli L15D sono impressionanti per la pulizia , il dettagli , il silenzio estremo simile ad un valvolare,ma soprattutto il controllo della bassa frequenza,dettagliata, pulita e piena di armoniche. Le voci sia maschili e femminili come tutti gli strumenti sono al loro posto senza colorazioni strane,insomma, posso definirlo un finale da sentire che ha molto da regalare.Purtroppo il paragone con il jlh non regge se non per la potenza più elevata,li ho ascoltati a lungo durante la notte in studio, dunque pochi watt e tutti i generi musicali per ore. L15D si difende benissimo ma , alla lunga diventa fastidioso il dettaglio e l’ascolto, cosa che col JLH non succede esprimendo l’intero programma musicale perfettamente con voci incredibili, strumenti al loro posto e basso preciso e controllato.

Come potete leggere, il problema della resa ai bassi livelli resta ancora irrisolto, sebbene stiamo parlando di eccellenti finali in Classe-D.


https://audiocreativ.de/download/iraudamp7d.pdf


Saluti
F.C.

Fabrizio questa volta per me hai toppato.
L'ampli che citi, è roba costruita come fornitori conto terzi e come si vede nel paper di progetto i dati risalgono al 2008-2009.
In quegli anni già i moduli ICE power B&O erano superiori agli Iraud, ma è sopratutto negli ultimi anni che si sta arrivando ad ridurre quei problemi di risoluzione ai bassi livelli o a rendersi conto di migliorare la sensibilità alle back-EMF...
Se non proprio i moduli Hypex si può guardare ai Purifi dove c'è sempre lo zampino di Bruno Putzeys (mente brillante, tra i padri dell'amplificazione in classe D). Per non parlare di coloro che stanno proponendo, indipendentemente da questioni di prezzo e dal successo, moduli utilizzanti componenti Ga-N in grado di esibire dati di targa ancora superiori per soddisfare proprio i pià accaniti adoratori dei dati di laboratorio.
Su questo proposito credo peraltro che occorra sempre prestare attenzione alla pervicace tendenza di dichiarare potenze in watt che sono misurate a 1-2-5% di distorsione; se ci si basa sugli orgogliosamente dichiarati 0,00... ecc le potenze disponibili calano di moltissimo; molti amplificatori allegramente dati per 2-300-500 watt sono misurati a 4 ohm e con distorsioni molto prossime al clipping... insomma i watt buoni e indistorti spesso non sono poi così tanti.
Guardando in avanti nell'ultimo biennio c'è chi sta lavorando a nuove implementazioni; accoppiare i moduli in classe D a stadi di ingresso differenti, non basati su buffer con OP amps ma a trasformatori.
O chi come Ralph Karsten (che nell'ambito dei costruttori hifi di amplificazioni a valvole è tra quelli che si è guadagnato la più alta stima trasversale possibile, non uno che si possa definire uno scopiazzatore) sta da tempo lavorando (facendosi concorrenza ai suoi stessi prodotti) a finali in classe D che hanno l'ambizione di risultare migliori dei suoi reputati ampli a valvole.
Magari ci riuscirà, magari no, ma è per dire che quel mondo (la classe D) è ancora un work in progress; è probabile che ci ha investito un sacco di tempo per trovare soluzioni alla fine uscirà con un prodotto (ok, costerà non qualche centinaio di euro ma diverse migliaia...) vedremo se troverà spazio in un mercato che vive su numeri risibili.
non possiamo rimanere arroccati su posizioni datate.
ciau
Marco

[aldusmanutius]

Melomane

Pare che non tutti i chip lo permettano...

Pare che tocca studiare. Almeno per capire pro e contro in linea di principio di entrambe le soluzioni.



Gigigi, grazie per il link, da cui:

Some more advanced amplifiers take the feedback signal from the very output, trying to compensate this. This way, a constant frequency response is obtained, with the further gain that the inductor resistance contributes much less to the output impedance, so it is kept lower, hence damping factor is higher (higher speaker control). However, taking feedback after the filter is not an easy task. The LC introduces a pole and hence a phase shift that, if not properly compensated, will make the amp become unstable and, ultimately, oscillate. Feedback may be taken from both the switching node and the filter output. Although this can give very good results, it is still difficult to maintain stability because of the phase shift through the output filter.

cioè si torna a parlare di come assicurarsi una buona stabilità. Che non è l'argomento più facile del mondo...


Fonometropazzo, facci sapere! Siamo curiosi

Buon finesettimana a tutti

Luca

guarda... Luca, premetto che non ho alcuna affiliazione col marchio in questione, riporto solo per dimostrare che c'è chi sta lavorando e cercando di migliorare le peculiarità negative dei classe D.
dato che ho citato nel post sopra proprio Karsten (che sta lavorando al suo ampli in classe D) ti allego un paio di risposte che ha dato in merito a oscillazione, distorsione e negative feedback. E' tratto da un altro forum dove giro (quello dei riccastri) dove ha scritto qualcosa di interessante in merito; non vi sono grafici o misure di laboratorio a corredo, ma tendo a non dubitare che siano il frutto di lungo tempo di lavoro, per me meritano una lettura, nel thread specifico ci sono altri suoi contributi.
spero non sia illegale.


All class D amps have a switching frequency.

All amplifiers (tube, solid state or class D) have a phase margin, which is to say that when you apply feedback to the amplifier, there is phase shift in the amplifier circuit that causes the feedback to be positive at some frequency.

This means you have to be careful to not exceed the phase margin of the amp when using feedback, else the amp will oscillate.

In a class D amp, you can take advantage of that fact, by intentionally applying so much feedback that the amp oscillates as soon as its turned on. The oscillation is then used as the switching frequency. This allows you to run a lot more feedback than you could in a conventional design. It also allows for a relatively simple circuit, although sorting out the feedback network has to be done correctly (the 'oscillation criteria'), since its values define the switching frequency in addition to how much feedback is present. In our amp this value is about 35dB.

In a conventional amplifier you run into a problem with feedback, which has given feedback a bad rap in high end audio. To support feedback, you have to have a lot of gain and a lot of bandwidth, called Gain Bandwidth Product. If there isn't enough, you will see the distortion rise with frequency since the feedback is decreasing with frequency. In addition, feedback introduces distortion of its own thru non-linear bifurcation of the input signal, usually occurring at the point in the amplifier circuit where the feedback is applied. This introduces higher ordered harmonics into the amplifier, and this fact has been known for well over 70 years; Norman Crowhurst was writing about this problem back in the 1950s.

But if you can add enough feedback and it is the same value at all frequencies (IOW, there is enough GBP to go around) you can clean up the mess otherwise generated by feedback.

The result is low distortion and no rise in distortion with frequency, and the same distortion spectra at all frequencies. This allows such an amplifier to be smooth in its presentation, since the higher ordered harmonics that cause harshness and brightness are absent or masked.

So that is why self oscillation is important.


E ANCORA RISPONDENDO A QUESTA CONFUTAZIONE DI UN APPASSIONATO CHE DICE:
What you are really saying is that enough feedback suppresses the distortion products it produces and further chops them into higher harmonics. The result is as Crowhurst described as a signal correlated “noise floor “ that is really an infinite number of distortion products. The process that creates the high order distortion cannot also clean it up...it just grinds it down into a kind of distortion “dust” that is ever present and moving with the signal and is therefore pernicious.


It seems you get around this problem when you have enough feedback. This sort of thing was not possible in Crowhurst's day.

The devices needed to get the Gain Bandwidth Product along with a lack of excessive poles in the amplifier design didn't exist, and wouldn't for another 4-5 decades (Crowhurst was writing about this in the 1950s). Crowhurst correctly identified the problem: non-linearities at the feedback node. If you think about it, this is going to be either a tube or transistor. The feedback has to be processed by either one. For example, in a traditional tube amp the feedback is put to the cathode of the first stage of gain. In many solid state amps, a differential amplifier is used at the input, one base being for the input signal and the other input base for the feedback. This means that whatever non-linearities exist in those devices is incorporated into the feedback; quite simply distorting the feedback itself, so it can never be right.

Without the Gain Bandwidth Product, whatever feedback applied to the amplifier will be less as frequency is increased. If you graph frequency vs distortion, you'll see this behavior- the distortion is increasing with frequency! This results in exactly what you stated- its pernicious.

Class D offers a way around that issue since the feedback can be applied without an active device processing it, and you can have the Gain Bandwidth Product such that distortion vs frequency is a flat line. The only other way to do this is to have no feedback at all, but you obviously get a lot more distortion that way. Distortion obscures detail, it obscures your ability to hear into the rear of the sound stage. Its important to get rid of it, but of course there's always going to be some. For that reason, what distortion there is has to be innocuous to the human ear; the distortion spectra is important for this reason.

insomma per me (che adoro le amplificazioni convenzionali a SS e a tubi) è comunque un segno che qualcosa si muove.
ciao
Marco

[lucaesse]

Interessante, grazie Aldusmanutius.

Certamente i classe D hanno notevoli margini di sviluppo, per quanto il primo sony uscì che forse erano gli '80, al massimo nei '90.


La tesi per cui con la retroazione non si possono fare le cose a mezzo (male se tassi bassi, ok solo se drastica) era sostenuta con forza pure da un altro progettista noto, ma ritrovassi il documento... E teoricamente fila perfettamente.

Se gli ampli classe D consentiranno un'applicazione ottimale della retroazione negativa avranno un bel vantaggio. Considerato che il 99% degli ampli hanno il loro bel loop di retroazione generale e su quella sono basati, prescindendo dalla classe di funzionamento. Usare di larghezze di banda in grado di mantenere il tasso di NFB costante in banda audio (e magari un po' oltre) sarebbe bello. Altro che compensazioni a polo dominante a poche centinaia di Hz (o decine...).


Il discorso sulla deliberata oscillazione nei classe D non lo seguo. Negli schemi a blocchi il loop di retroazione è esterno all'ampli vero e proprio, e opera solo sul segnale audio. Evidentemente ipotizza una strutura diversa.


Il problema della distorsione nello stadio di ingresso è concreto, ma non mi pare correlato necessariamente con la classe di funzionamento dell'ampli. Negli schemi concreti in classe D la controreazione è applicata mediante uno stadio lineare in testa all'amplificatore, tipicamente in configurazione invertente (che non elimina il problema, per quanto segnale di ingresso e di controreazione convergano sul medesimo ingresso). Da questo punto di vista non mi paiono diversi dagli schemi lineari. Se invece la controreazione è incorporata nel funzionamento in commutazione, questo è basato su un comparatore e il problema si trasferisce nella precisione di questo. Meglio o peggio? Non saprei proprio, vedremo.

Se la controreazione è connaturata al funzionamento PWM lascia necessariamente fuori il filtro di uscita.



'Sti classe D stanno divertando interessanti!

Luca

[F.Calabrese]

.. ma è sopratutto negli ultimi anni che si sta arrivando ad ridurre quei problemi di risoluzione ai bassi livelli o a rendersi conto di migliorare la sensibilità alle back-EMF...
Se non proprio i moduli Hypex si può guardare ai Purifi dove c'è sempre lo zampino di Bruno Putzeys (mente brillante, tra i padri dell'amplificazione in classe D)...

Perdonami l'irriverenza, ma personalmente stimo Bruno Putzeys come un astutissimo commerciale... ma come progettista non vorrei avere in casa un suo ampli nemmeno se me lo regalassero... --- --- ---

In dettaglio: le sue teorie ignorano completamente il problema dell'interfacciamento con i diffusori, che attualmente è quello che penalizza maggiormente i Classe-D.

E poi, la prova che lui NON ha ragione sta nel fatto che gli ampli controreazionati continuano a suonare diversamente tra loro, mentre nella bolla dorata dei teorici dovrebbero essere tutti eguali e tutti assolutamente perfetti.

Le differenze che contano -però- sono raramente spiegate dai grandi tecnici, che tengono a tenere per sé i dettagli-chiave...

In questi giorni stiamo accendendo lo Studio, di cui credo di avervi già accennato. Ebbene: gli ampli si sono rivelati il punto più debole, nonostante tutte le accortezze. Pensate che alla fine gli umili Thomann E-800 hanno fatto a pezzi le più costose alternative: ma sono troppo poco potenti per poterli impiegare per le vie più basse...

Ne riparliamo nei prossimi giorni.


Saluti
F.C.