Tankar kring klippningsindikator för audioförstärkare

[mr.olle.norell]

Jag funderar lite över om jag har förstärkare med tillräcklig effekt för mitt musiklyssnande.
Har kopplat upp skåpet, men vet i sjutton om man hinner se en kortvarig klippning på detta vis...

Så därför tänkte jag bygga en klippningsindikator som tänder en lysdiod vid klippning.

Har funnit två intressanta projekt på nätet:

Rod Elliots Clipping indicator

Fördelar:
-Detekterar spännigsklippning med enligt författaren mycket god noggrannhet.
-Enkel installation som ej kräver oscilloskop eller liknande instrument. Möjligtvis en multimeter.
-Konstruktionen är okänslig för variationer i nätspänningen. (Orsakade av variationer på elnätet)
-Kretsen tar sin matningsspänning från förstärkarens nätdel och behöver ingen egen.

Nackdelar:
-Indikerar den alla sorters klippning?
-Kretsen antar ett fast värde för skillnaden mellan stegets drivspänning och maximal utspänning, ex. 3V.
I praktiken är ju spänningsfallet över utgångstransistorerna lastberoende.

Rod Elliots Sound Impairment Monitor

Fördelar:
-Kretsen skall enligt författarenkunna detektera: clipping, overload protection or slew rate limiting.
Den kan alltså lite mer, än projektet ovan, frågan är om det kommer till nytta?

Nackdelar:
-Kräver oscilloskop vid installation (Vilket jag iofs har )
-Det åtgår en extra op. (Vilken förmodligen inte är speciellt dyr så det är nog ett ickeproblem)
-Kräver dubbel matningsspänning, alltså +/- 15VDC. Kretsen behöver således kompletteras med en egen liten nätdel.

Eftersom det är lite kul att cadda så ritade jag båda:
Klippningsindikatorn:

Sound impariment monitor:

Notera att nätdelen saknas än så länge, och att jag inte tänkt använda en dyr audio-op som 2134 helt i onödan, utan att det bara blev så nu.


Vilket projekt skulle ni satsat på?
Finns det andra bra lösningar än dessa?

[prototypen]

Fall ett är ju bara en fönsterkomparator. När utspänningen går över ett visst värde så stängs endera transistorn uppe eller nere och lysdioden tänds.
Spänningsfallet är ju lastberoende men lasten är ju konstant om du inte byter högtalarimpedans.
Nivån för klippning måste justeras för varje förstärkarsteg då drivning av slutstegstransistorer är olika så man kan inte rakt av säga att det börjar klippa vid 3,0 volt från drivspänningen

Fall 2 är det bara en differentialförstärkare som matas med in och utsignal, skiljer sig signalerna så tänds lysdioden. Känner av alla möjliga fel, fasfel distorsion slewrate och som skrivet klippning. Kräver väl inte mer justering än att ställa in förstärkningen och det är väl bara att med med en måttlig signal justera förstärkningen.

Nätdel? det är väl bara ett reglera ner spänningen från förstärkarens nätdel. Första lösningen har ju bara ett motstånd och en zener, andra lösningen skulle då behöva 2 motstånd och 2 zener.

Protte

[MiaM]

Fall två's OP kan du säkert mata med t.ex. 78L15+79L15 (eller vad nu 2000-talets regulatorer kan tänkas heta) direkt från förstärkaren. Om den är såpass kraftig att den har högre matning än 2*15V så lär nätdelen ändå vara så kraftig att de få milliampere som kretsen drar är helt försumbart i sammanhanget.

[mr.olle.norell]

Nummer etts svaghet är ju det här med lastberoendet... Högtalare har ju en över frekvens varierande impedans.
Vet dock inte om problemet är stort...

Nummer två känns bättre i det avseendet, och den behöver bara justeras in en gång.

Men ett potentiellt bekymmer är kanske inkopplingen?

Kretsen kopplas ju direkt över förstärkarens differentialsteg. Författaren skriver att dessa 10k motstånd sitter där för att garantera förstärkarens stabilitet.
Det känns lite taffligt det där med inkopplingen. Man får ju löda dit sladdar till förstärkarens ingångssteg och det kommer ju se lite moddat ut

[prototypen]

Ta signal direkt från utgången och sätt en spänningsdelare lika med förstärkningen den andra direkt från ingången. det förutsätter att förstärkaren inte fasvänder men det går ju fixa med en inverterare.

Protte

[MiaM]

Förstärkaren har väl ofta en viss fördröjning av signalen så en sådan lösning kan ge problem vid högre frekvenser.

Å andra sidan så är det nog oftast i basen klippning sker på en "normal" anläggning och "normal" musik, vad nu "normal" kan klassas som.

[prototypen]

Enligt inkopplingsförslaget så är det just från utgången den ena signalen tas, via ett 22 kΩ motstånd. (som även matar diffsteget)

Protte

[mr.olle.norell]

Nu har jag funderat lite igen och funnit följande:
Om man som MiaM talar om 'normal musik' så tror jag det är en missuppfattning att det oftast klipper i basen.

Störst energi tror jag ligger i basområdet. Det är alltså detta som drar störst kontinuerlig effekt från förstärkaren.

Dock tror jag att det ofta finns exempelvis snärtiga trumslag eller liknande som genererar kortvariga transienter med hög nivå, alltså högt spänningssving. Detta endast mycket kortvarigt.
Jag tror det ofta klipper i detta register redan innan det börjar klippa i basområdet när man skruvar upp volymen.
Alltså när det börjar klippa i basen klipper det redan grovt i högre register.

En stilla betraktelse

[MiaM]

"normal" musik har kanske ändrats med åren, jag tänker alltid nåt som har en ljudbild i stil med 80-tals-disco

[mr.olle.norell]

Precis, det är ju lite olika vad man lyssnar på!

Den först beskrivna kretsen Clipping Indicator (fönsterkomparatorn) är ju 'dum' i det avseendet att den inte tar hänsyn till att utgångstrissornas interna spänningsfall ändras beroende på belastningsimpedans.
Detta har vi ju konstaterat.
Därför känns den lite oexakt och tråkig

Så nu lutar jag mer åt nummer två: Sound impairment monitor

Eller om man skulle utveckla något utifrån Prottes idé:

Ta signal direkt från utgången och sätt en spänningsdelare lika med förstärkningen den andra direkt från ingången. det förutsätter att förstärkaren inte fasvänder men det går ju fixa med en inverterare.

Protte

[Icecap]

Om man ska göra en riktig klippningsindikator är det i teorin ganska enkelt: en klippning ger frekvenser över det hörbara området, alltså borde det räcka med ett högpassfilter med efterföljande ideell likriktare.

Filtret bör dock nog vara ganska brant för att denna metod ska fungera bra men sedan är det ingen justering eller liknande.

[MiaM]

Icecap: hur bra funkar det om man har en förstärkare med "soft clipping"?

(En sån klippindikator kanske dessutom falsktriggar på knaster på vinylskivor - eller gör RIAA-filtret att det knappt blir nån energi kvar högt upp i frekvens?)


Det ultimata är väl att både trigga på att utgångsspänningen kommer tillräckligt nära matningsspänningen och också trigga på vad som nu strömbegränsar i slutsteget. Funkar väl iofs bara med vissa typer av slutsteg att tydligt få ut en strömgräns.



Om man ska jämföra insignal och utsignal så kanske man behöver ett "allpassfilter" för att kompensera för vad som händer med signalen i förstärkaren, eller ?

[Icecap]

Hur bra det fungerar med soft clipping kan jag inte svara på men de länkar som finns i detta ämne är utan undantag spänningsnivå-kretslopp och i verkligheten visar de bara att man spelar över ett visst nivå, inte att förstärkaren klippar...

[mr.olle.norell]

Precis, den först beskrivna kretsen indikerar ju endast spänningsklippning.
Med en för tung last över förstärkaren kommer ju förstärkarens förmåga att leverera ström begränsa långt innan spänningssvinget tar slut.
Och detta tror jag inte indikatorn kommer reagera på vilket är synd.

Beträffande den andra kretslösningen: (Sound impairment monitor)
Har funderat lite över MiaM:s synpunkt om att förstärkare eventuellt skapar en fördröjning mellan insignal och utsignal.
Undrar om inte denna fördröjning orsakas av kopplingskondensatorer i signalvägen? Ger väl 90 grader eller?
Lider en helt igenom DC-kopplad förstärkare även den av viss fördröjning?
Eller en förstärkare utan kopplingskondensator fast med DC-servo?

I inkopplingsförslaget till SIM ser man att kretsen är kopplad direkt över differentialsteget och därmed inte berörs av seriekondendsatorn vid ingången.

[Icecap]

Fördröjningen kommer av transistorernas alla fördröjningar i signalbehandlingen samt såklart filtre osv. SIM'en tror jag är det enklaste sätt att få en ide om huruvida det klipps men jag skulle gärna se ett spektrometer av en icke-klippande förstärkare och sedan en klippande...