Ampli audio en courant

[Brinicle]

Bonjour,

Après pas mal de recherche, il semble que j'aie besoin de concevoir un ampli audio en courant...

Pour donner un peu de contexte, je suis en train de monter une manip dans laquelle le délai électronique est critique... Or, je me suis aperçu que, les ampli audio ordinaires, fonctionnant en tension, introduisaient un délai (la position de la membrane du haut-parleur est fonction du courant). Après quelques recherches, je me suis aperçu que certains s'étaient déjà frottées à ce sujet... Le articles que j'ai consultés (par exemple https://www.google.com/url?sa=t&sour...lbD97o2RfSwOmE) semble tous utiliser une variation d'une "pompe de courant" décrite ici : https://www.ti.com/lit/pdf/sboa436&v...qabCexdPG8BeqS

Ensuite, j'ai vu qu'il s'agissait d'un cas d' "amplificateur opérationnel de transconductance" puis découvert ceci : https://www.mouser.fr/ProductDetail/...D7azZDXw%3D%3D

Maintenant, je ne sais plus... sachant que je vais devoir produire une centaine de ces amplis et que je n'ai besoin que d'une faible puissance (3W max), je me demande parmi ces deux options ce qui serait le plus pratique/économique/faible distorsion. Merci aux connaisseurs de m'éclairer sur les avantages et inconvénients de ces circuits.
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[Positron1]

Salut,
Quel type de signal ? son, autres ?

[Brinicle]

Très classique, signal entre 0 et 3.3V sortant du dac d'un microcontrôleur (avec un petit condensateur pour virer la composante DC) avec des fréquences, disons entre 500Hz et 5kHz. C'est du son, oui, les haut parleurs utilisés sont de ce type : https://www.makerfocus.com/products/...obile-portable

Précision : dans l'article cité, le circuit d'intérêt est situé à page 21 (ils ne disent pas la valeur des résistances ...)

[Pascal071]

Bonjour

je suis en train de monter une manip dans laquelle le délai électronique est critique

tu peux approfondir ?
dans l'article, p21 fig.19, ils utilisent des microphones pour mesurer l'onde sonore réelle.

tu décrits un signal PWM filtré, et des H.P avec 5% de distorsion, réelle utilité ?

pour une commande en courant, le plus simple sera d'interposer un "shunt" de mesure de courant en série avec le HP.


Cdlt

[A voir en vidéo sur Futura]

[Brinicle]

Le côté microphone est réglé et marche bien. En réalité, j'ai déjà une manip qui marche mais je compense le délai en software, ce qui n'est pas idéal (le délai dépend de la fréquence, besoin d'une fréquence d'échantillionnage plus élevé que nécéssaire, etc...).

Mon microcontrôlleur (adafruit itsy bitsi M4) a un dac avec une vraie sortie anlogique ( 12 bits).

[jiherve]

bonsoir
comme Pascal tu piques la CR avec une résistance de pied en série avec le HP, attention c'est un moyen radical pour flinguer le HP!
le temps de retard de l'ampli c'est sub µseconde donc amha le problème est ailleurs!
dans le soft peut être?
JR

[Pascal071]

Bonsoir

un article à ce sujet:
https://www.diyaudio.com/community/t...lifier.239321/

les haut parleurs décrits ont un très faible débattement, je doute que les gérer en courant va améliorer leur réponse...

Cdlt

[Brinicle]

J'ai testé le microcontrôleur séparément et c'est OK (j’échantillonne à 75kHz, je suis assez large).

bonsoir
le temps de retard de l'ampli c'est sub µseconde donc amha le problème est ailleurs!

Le délai ne vient pas de l'ampli mais du HP lui-même... Songez que, grossièrement, ce n'est qu'une inductance, il y a donc un déphasage de pi/2 entre tension et courant. Malheureusement, un HP est plus compliqué qu'une simple inductance, d'où un déphasage différent de pi/2, produisant le délai...

Démonstration en envoyant un signal carré dans le HP avec un GBF et en regardant le signal sortant d'un microphone situé le plus proche possible du HP :

comme Pascal tu piques la CR avec une résistance de pied en série avec le HP, attention c'est un moyen radical pour flinguer le HP!

A ces fréquences, j'ai un peu peur que ça ne fasse qu'introduire encore plus de problème de stabilité... De plus, la tension aux bornes du haut-parleur va aussi dépendre légèrement du forçage de la membrane, avec donc le risque de ne pas contrôler le courant correctement.

Le but de ce contrôle en courant est de contrôler directement la position de la membrane.

[antek]

Démonstration en envoyant un signal carré dans le HP avec un GBF et en regardant le signal sortant d'un microphone situé le plus proche possible du HP

Ce qui serait intéressant serait de voir le signal image du courant, aux bornes d'une résistance de mesure du courant.

[bobflux]

Contrôler le courant dans un HP n'est pas compliqué mais il faut faire attention à la stabilité de la contre-réaction car l'inductance introduit un zéro.

Le courant ne donne pas la position mais la force de Lorentz exercée par la bobine. En dessous de la fréquence de résonance du HP c'est proche de la position (F = k deltaX) mais au dessus la force est simplement l'accélération.

Vu la quantité (100) il serait raisonnable d'utiliser un circuit en classe D pour ne pas dissiper une puissance énorme au repos, mais pour avancer il faudrait savoir quel est le but final de la manœuvre...

[Murayama]

Bonjour!

il semble que j'aie besoin de concevoir un ampli audio en courant...

Déjà en marchant, c'est pas facile...

Pascal

[Pascal071]

Bonjour

sachant que je vais devoir produire une centaine de ces amplis

Quelle que soit la solution choisie, chaque ampli devra être appairé (réglé) avec son modèle de H.P.
Sacré boulot...
Cdlt

[jiherve]

bonsoir
avec la resistance en pied on contrôle bien le courant !
autrement il existe la solution de la bobine secondaire ou du piezo qui contrôlent la position de la membrane.
JR

[Pascal071]

Bonsoir
apparemment, Brinicle se sert des microphones pour contrôler la pression acoustique des ses mini-HP et asservit par soft...
j'aimerai bien connaitre la destination finale, mais c'est encore un secret !

Cdlt

[Brinicle]

ça y est, je suis de retour au labo et j'ai schémas et graphiques pour expliquer le problème.

schema_manip_en.png

Pour l'instant, il s'agit juste d'un tube avec deux trous, le microcontrôleur fait un filtrage avec un filtre passe bande biquadratique (pour simuler une résonance de type Lorentzienne).

Quand Je regarde la transmission du système vs fréquence au moyen d'un microphone :

res_transmission.png

L'immonde et énorme pic (résonance de Fano) est dû à ce vil délai... J'arrive à le compenser en soft au moyen d'un filtre passe-bas ad-hoc :

res_transmission_predict.png

Mais comme je l'ai dis précédemment, ça pose pas mal de problème. Alors, je sais que quelqu'un vas me dire : le délai est dû a la distance entre le micro et le HP... oui, mais non, j'ai fait des calculs et des simulations et il semble que ce pic soit dû au délai dans la partie électronique (le délai acoustique provoque plutôt une sorte d'oscillation, on le voit aussi un peu).

Ce qui serait intéressant serait de voir le signal image du courant, aux bornes d'une résistance de mesure du courant.

Je viens de tester et il semble qu'il n'y a pas de décalage , du coup, maintenant je sais encore moins.

Quelle que soit la solution choisie, chaque ampli devra être appairé (réglé) avec son modèle de H.P.
Sacré boulot...

Je sais . J'espère trouver une façon automatique de le faire...

[bobflux]

Oui c'est un tuyau d'orgue donc il y a résonance et déphasage c'est normal... quel est le but de la manip ?

[Brinicle]

Oui c'est un tuyau d'orgue donc il y a résonance et déphasage c'est normal... quel est le but de la manip ?

Le mesure que j'ai présentée tient déjà compte de la réponse du tube (réponse avec HP/réponse sans)...

Pour le but de la manip, c'est une très longue histoire (je vais pas expliquer mon sujet de thèse ). Disons que le but c'est ça, d'obtenir cette courbe de transmission.

autrement il existe la solution de la bobine secondaire

ça existe à la vente ce genre de haut-parleur ?

[bobflux]

Ben tu devrais lâcher les infos parce qu'on est dans le flou le plus total

Ce que je décode c'est que tu veux mesurer la réponse en fréquence de ton tuyau, donc pour ça il te faut une excitation connue (le déplacement de la membrane du HP) et une mesure de pression (le micro).

Donc tu vas essayer avec un ampli de courant pour contrôler le déplacement de la membrane. Mais le courant correspond juste à la force exercée par la bobine sur l'assemblage mobile du HP, donc à l'accélération de la membrane si on ne tient pas compte des autres forces qui s'exercent sur elle... c'est-à-dire la force du ressort du HP et la pression de l'air.

Comme ton HP est fortement chargé et qu'il est petit les deux auront une influence importante, donc si tu contrôles le courant tu vas te retrouver à la case départ, qui est que ton HP va avoir un déplacement qui varie fortement en fonction de la fréquence, juste d'une manière différente qu'en contrôlant la tension. Par exemple si tu commandes en courant tu vas avoir un pic dans la réponse à la fréquence de résonance du HP.

Quelle que soit la manière dont tu pilotes le haut parleur (courant, tension, etc) tu auras jamais une réponse en fréquence plate pour ton excitation puisque le déplacement de la membrane dépend aussi de la pression de l'air dans le tuyau.

Bref si tu veux faire du motion feedback, colle un accéléromètre piézo sur ton haut parleur. Ou alors un HP double bobine mais faut en trouver un, et les deux bobines font un peu transformateur donc ça inetrfère. Sinon y'a sûrement moyen d'utiliser la force contre électromotrice générée par la bobine en commandant le HP en tension et en mesurant le courant (ou l'inverse) et avec un peu de traitement numérique...

[Brinicle]

J'essaye plus ou moins de reproduire le setup de cet article : https://journals.aps.org/prb/abstrac...vB.104.L060304
Il y a un preprint là :https://arxiv.org/abs/2104.04290 (ça n'a pas l'air d'avoir trop changé).

Malheureusement, ils ne sont pas très bavards ...

[bobflux]

Ah ok ça s'éclaircit !

Donc tu veux prendre le signal du micro, le faire passer dans un filtre, et le renvoyer dans le HP pour faire un méta matériau "logiciel" en somme... donc voilà le contexte.

Dans l'article du premier post ils disent en effet que contrôler le HP en courant évite d'avoir à modéliser la partie électrique et la force contre électro motrice, mais c'est dans un contexte un peu différent du tien puisqu'ils se servent du haut parleur pour émuler une impédance acoustique et absorber des sons. Je ne sais pas vraiment si ça servirait dans ton cas...

Par contre que le contrôle soit en tension ou en courant, la partie mécanique du HP est toujours là donc il faut en tenir compte...

Bref pour contrôler le courant ou la tension dans un HP avec un ampli de type ampli-op, pour la tension on prend la contre-réaction sur la tension de sortie, et pour le courant on la prend sur une résistance en série avec le haut-parleur. Sinon c'est le même ampli. Comme l'inductance ajoute un déphasage il faut aussi compenser.

Tu utilises quoi comme ampli ?

[Brinicle]

Au début j'utilisais un LM386 (le circuit avec gain x20). Après, je me suis rendu compte que le dac de mon microcontrôleur était capable de fournir assez de courant, du coup j'ai viré l'ampli et juste gardé le condensateur de 220uF en série avec le HP...

Théoriquement, le déphasage de pi/2 de l'inductance est pris en compte dans le filtre (de façon à avoir un déphasage de pi à la résonance), le problème, c'est que j'est l'impression que ce n'est pas exactement pi/2.

Je vais testé avec un autre haut parleur pour voir.

[Flyingbike]

J'essaye plus ou moins de reproduire le setup de cet article : https://journals.aps.org/prb/abstrac...vB.104.L060304
Il y a un preprint là :https://arxiv.org/abs/2104.04290 (ça n'a pas l'air d'avoir trop changé).

Malheureusement, ils ne sont pas très bavards ...

Il est aussi possible de les contacter... C'est quelque chose qui se fait.

[Brinicle]

Ben, justement, j'avais discuté en conf avec un thésard qui avait fait une manip similaire (mais avec du matériel hyper ultra high-end) et il semblerait que ce soit dû au contrôle en tension (il utilisait la dite pompe de courant)... d'où ma demande initiale. Dans l'article que j'ai cité, en même temps, je suspecte qu'il aie eu le même problème que moi mais ont choisis d'ajouter une grande quantité de dissipation pour compenser !

[bobflux]

OK faisons un circuit pour faire un essai vite fait en mode courant.

Ça ne marchera pas avec le LM386 parce que ce n'est pas un vrai ampli op, on ne peut pas mettre une contre réaction pour un fonctionnement en courant, et il a beaucoup trop de gain.

Pour faire l'essai il faut une alim de labo symétrique et... t'aurais pas un LM1875 en stock, ou n'importe quel ampli op avec un courant de sortie costaud, disons plus de 100mA, convenable pour un HP de 8 ohms ? Là tu dis que tu utilises la sortie du DAC directement mais bon, ça ne doit pas sortir plus de quelques mA...

Il faut aussi mesurer l'inductance du haut parleur.

[Brinicle]

J'ai des TL071CN et des MAX414EPD (oui, je sais, on a que des composants obsolètes ).

J'ai essayé de faire la pompe de courant selon le document de TI (celui de mon premier post). Il marche mais le son est un peu faiblard (en même temps, je n'ai que résistances 5%...).

[bobflux]

TL071-72 c'est l'aop avec l'étage de sortie le plus asthmatique qui soit, déjà que tu lui mets une charge de 1 kOhm il en peut plus, alors 8 ohms... MAX414 c'est quasi pareil, un courant de court circuit de 35mA, charge recommandée 2kOhms...

LM1875 c'est un AOP de puissance audio en package TO220 qui est pas cher et fonctionne très bien, mais il a un gain minimum de 10 et il consomme beaucoup au repos donc ça ne convient pas du tout si il t'en faut 100. Pour un proto par contre ce serait bien.

Si t'en veux 100, il faudrait des AOP avec un courant de sortie costaud et pas chers, ou alors de la classe D. Je te conseillerais bien le TPA6120A2 mais vu la vitesse de cet engin il faut savoir faire un layout... Sinon on peut filtrer par courant de sortie :

https://www.mouser.fr/c/semiconducto...l&sort=pricing

Avec des pcb assemblés par JLCPCB y aurait aussi moyen d'ajouter un étage de sortie discret à un AOP...

Sinon tu peux commander le HP en tension et mesurer à la fois la tension sur le HP et le courant sur une résistance talon, disons 1 ohm. Ensuite tu prends le spectre de la tension, le spectre du courant, la réponse mesurée par le micro, et tu calcules la réponse que le HP aurait eu si il avait été commandé en courant. Là y'a rien à construire, mais ce sera sûrement un peu moins précis.