In een poging om de discussie een beetje uit de welles-nietes sferen te halen, beloofde ik in
m'n laatste post dat ik nog een keer terug zou komen op de feedback-discussie van een tijdje geleden. Bij deze. Een beetje een lange inleiding, maar ik wil proberen het goed te doen. Voor het hele verhaal, kijk vanaf pagina 21 in dit topic.
Eerst even samenvattend: het begon met een nogal onschuldige opmerking in een
post van burne over terugkoppeling:
Hierop meende ik iets briljants te kunnen zeggen over feedback: namelijk dat het vaak een negatief effect op de geluidskwaliteit heeft, en dat een aantal bouwers van audio-apparatuur om die reden het liefst helemaal geen feedback gebruiken. Hier zaten echter een stuk meer haken en ogen aan dan ik (als niet-electrotechnicus) vermoedde.
Er waren twee belangrijke problemen hiermee: ten eerste was er een discussie over wat feedback nu precies is. We kwamen er toen in ieder geval uit dat er een verschil is tussen locale feedback (feedback over een enkele versterkerschakeling) en globale feedback (feedback over je complete pad van versterkerschakelingen). Of dat verder nog iets uitmaakt laat ik even in het midden, want er was een wat groter probleem. Ik had namelijk ergens gelezen dat je "meer of minder" feedback kon hebben, en postte dat doodleuk, waarop de
reactie van ssj3gohan was dat zoiets niet bestaat: feedback is net zoiets als zwanger zijn: je hebt 't, of je hebt 't niet. Daar kom ik zo op terug, en volgens mij had ik wel gelijk (alhoewel ik dat toen niet wist,

).
Het grootste punt in de discussie bleek mijn gebrek aan gemeten resultaten. burne had
een verhaal met rekenvoorbeelden, waar ik niet echt iets tegenover kon stellen. (Overigens gaat zijn verhaal ervan uit dat een signaal zich met de lichtsnelheid verplaatst in een printplaat, terwijl electronen volgens mij die snelheid helemaal niet benaderen, aangezien ze massa hebben, maar ik ga ervan uit dat zelfs als je daar iets aan moet aanpassen het verhaal nog wel overeind blijft staan.) burne trof me op een gevoelig punt met het volgende:
burne schreef op maandag 24 november 2008 @ 22:08:
[...]
Gek genoeg heb ik nog nooit een serieuze meting gezien die het geclaimde effect van terugkoppeling laat zien of horen. Het meten is _extreem_ eenvoudig. Je hebt een versterker die 100 keer versterkt. Je verzwakt het uitgangssignaal 100 keer en trekt het af van het ingangs-signaal. Klaar. Wat je overhoudt zijn de fouten van de versterker. Kom maar op, laat maar horen wat een versterker aan fouten maakt.

Daar heb ik een tijdje naar lopen zoeken, en volgens mij heb ik nu wat mooie dingen gevonden.
Nelson Pass is designer van high-end versterkers (ja ja, daar is er weer eentje). Zijn merk is
Pass Labs, en op die site staan ook wat artikelen over versterking (en, onder de kopjes "DiY" en "First Watt" ook een aantal openbare versterkerontwerpen). Het onderstaande komt uit
dit artikel over distortion en feedback.
Ik was in eerste instantie bezig met een hoop dingen citeren uit dit artikel, maar de post werd hierdoor veel te lang, dus ik probeer het zo kort mogelijk samen te vatten.
Je hebt twee soorten vervorming: lineair en non-lineair. Non-lineaire vervorming zijn een flink probleem als je apparatuur bouwt: deze voegen nieuwe frequenties toe aan een signaal. Dit is te herstellen met negatieve feedback, zodat een harmonische vervormingsmeter geen vervorming meer meet. Dit komt volgens mij goed overeen met wat burne postte. Ik noem het "negatieve feedback", omdat het principe bestaat dat je het verschil tussen je input en je output negatief versterkt, zodat je het zo klein mogelijk maakt.
Over "meer of minder feedback", daar heb ik het antwoord op gevonden.
Hier staat een Mosfet met eenvoudige feedbackschakeling (gekopieerd uit het artikel). R3 en R4 zetten de versterkingsschakeling op, en R1 en R2 zorgen voor de feedback. Als je R2 weghaalt, krijg je standaard Mosfet, met een gain van R3 / R4. Met R2 in de schakeling wordt de gain minder. Met hoeveel dB minder is afhankelijk van de verschillende parameters (specifieker, de ratio R2/R1 en de verhouding tussen R2 en R3), maar dit noem je dan de "hoeveelheid feedback". Dus als de gain zonder feedbackschakeling 40 dB is, en met feedback 10 dB, dan heb je 30 dB feedback.
Wat blijkt nu het geval: er zit een relatie tussen de hoeveelheid feedback die je gebruikt en de hoeveelheid hogere harmonischen die je in je signaal krijgt. Als je minder dan 20 dB feedback gebruikt, krijg je in totaal wel minder vervorming, maar de aard van de vervormingen wordt complexer. Dit is zichtbaar in
deze grafiek, die de hoeveelheid vervorming weergeeft van een Mosfet in klasse-A die 1 Watt in 8 ohm uitstuurt (voor details, zie het originele artikel). Het signaal is simpel: een enkele sinustoon. Deze vervorming zakt pas weer als je meer dan 20 dB feedback gebruikt. Het probleem hiermee is dat een harmonische vervormingsmeter alleen de totale hoeveelheid vervorming meet, en niet waar deze vervorming uit bestaat. En meer hogere harmonischen als vervorming lijkt een extra negatief effect op geluidsbeleving te hebben.
Als je nu muziek (een ingewikkeld signaal) door meerdere gain-stages gaat sturen, wordt de vervorming vele malen erger.
Dit is een afbeelding van de vervorming die je krijgt als je vier gainstages, elk met 1% 2e en 3e harmonischen, na elkaar een signaal bestaande uit 7 grondtonen laat versterken. De vervorming wordt dan ongeveer net zo groot als het signaal zelf (zie de schaal). Als je dit dan weer met feedback wilt corrigeren, heb je heel veel feedback nodig, waardoor je weer veel schakelingen moet toevoegen om nog genoeg gain uit je versterker te halen, wat weer meer vervorming oplevert...
Samenvattend: feedback vermindert de totale hoeveelheid vervorming, maar creëert zelf ook weer vervorming. Het resultaat hiervan is een vorm van vervorming die steeds minder lijkt op de harmonischen die uit echte muziekinstrumenten komen. En dat is toch niet de bedoeling van een versterker...