19-11-2018 19:16:45

Nicolai fejlede en Google-søgning og opfandt en ny forstærker

Ingeniørfaget: Nicolai Dahl kunne ikke finde en guide til at bygge en forstærker, prøvede sig frem og endte som en sand ingeniør i stedet med at opfinde en ny type forstærker.
Ajourført den 13. mar. 2018 Af Rene Pedersen - netværksredaktør

Internettet er et overflødighedshorn af guides, tutorials og tegninger. Men nogle gange er det alligevel svært at finde lige præcis den løsning, som man er på jagt efter. Og hvad gør man så? 21-årige Nicolai Dahl, der studerer til elektroingeniør på DTU, lod sig ikke slå ud af en fejlslagen Google-søgning.

Da han ikke kunne finde en diagram til en forstærker, tegnede han i stedet sin egen, og fordi Nicolais udgave skiller sig ud fra tidligere varianter, har den også fået så meget opmærksomhed, at han har skrevet en videnskabelig artikel om arbejdet. I sommer var han i Paris for at tale om sin opfindelse til en international konference om lyd.

Nicolai Dahls arbejde med den nye type forstærker startede på fjerde semester, hvor de studerende fik til opgave selv at skabe noget. Det kunne som eksempel være en robot, nogle arbejdede med akustik, og Nicolai Dahl, som selv spiller musik, valgte at lave en klasse-D forstærker. Nicolai Dahl, Klasse-D forstærker

“Jeg prøvede at google det, men kunne ikke finde en diagram. Så jeg satte mig ned og prøvede mig frem, indtil det virkede. Og sådan fik jeg lavet min modulator,” siger han.

Nicolai Dahl indrømmer, at det var hans manglende søgeevner, der førte til, at han opfandt en ny forstærker. For ved at søge i videnskabelige databaser i stedet for Google, findes der mange bud på designs af klasse-D forstærkere. Men det blev held i uheld, at der ikke var hjælp fra andres erfaringer at finde, for så er der kun en ting at gøre: At prøve sig frem som en ægte ingeniør.

Nicolai Dahl fortæller, at han godt kan lide at åbne ting op for at se, hvordan de er lavet, så han har gennem tiden skilt mange computere, telefoner og alverdens andet elektronik ad. En klasse-D forstærker ejede han dog ikke, så derfor var arbejdet helt from scratch.

“Jeg vidste, hvad konceptet var. Vi får et audio-signal ind og skal have det, der hedder et pwm-signal ud. Så det var udgangspunktet,” fortæller han.

Da Nicolai Dahl afleverede midtvejs i sit projekt skulle have vejledning og vise dit arbejde, blev han mødt af en vejleder, der så en noget anderledes løsning end forventet. Han havde peget Nicolai i retningen af en forstærker, der designmæssigt er magen til den afleverede og kræver de samme komponenter. Den store forskel var, at Nicolai valgte at sende audio-signalet et sted i modulatoren, hvor de sender det ind et andet sted. Og den lille forskel gør, at de to opfører sig meget forskelligt, fortæller Nicolai Dahl med tryk på meget.

Oplæg for klodens dygtigste forskere

Det er altså primært modulatoren, som er forskellen, og Nicolai Dahl forklarer, at han har skabt en modulator i sub-kategorien, der hedder hysteresebaseret selv-oscillerende modulatorer. Modulatoren er akilleshælen ved klasse-D forstærkerne, for det at lave et kontinuerligt audiosignal om til et diskret pvm-signal, er en proces der forvrænger signalet, og derfor bliver kvaliteten dårligere. Derfor handler det om at lave en modulator, der forvrænger signalet mindst muligt. Nicolai har kaldt sin modulator HOM (Hysteresis Offset Modulator), og den forringer signalet mindre end en tilsvarende, der hedder en AIM-modulator, selv om de bruger helt samme komponenter.

Fordi Nicolais design er specielt og modulatoren ikke tidligere er set - eller i hvert fald ikke tidligere beskrevet - blev han tildelt et specialkursus, så han kunne formidle sin opfindelse i en videnskabelig artikel. Her påviste han med hjælp fra sine undervisere og tung matematik, at brugen af hans nye selv-oscillerende modulator i en klasse-D forstærker gør, at lyden fremstår klarere end med tilsvarende modulatorer.

Klasse-D forstærker

Modsat en traditionel forstærker, der forstærker lyden lineært og ganger det op og ud igen, konverterer en klasse-D forstærker først signalet til diskrete værdier (man kan sige 1 og 0) via en modulator. Dem forstærker man så bagefter, hvilket betyder, at transistorerne er enten tændt eller slukket og derfor bruger meget mindre strøm. Når pulsene er blevet forstærket, kommer de gennem et rekonstruktionsfilter. Det udglatter pulsene, så de bliver til det forstærkede audiosignal.

Sagt på en anden måde konverter en klasse-D forstærker indgangssignalet til en række udgangspulser med høj spænding. Fordelen er højere effektivitet, som gør, at produkterne bruger mindre strøm og kan laves mindre og lettere, hvorfor også teknologien bruges meget i subwoofere og PA-sammenhæng.

Ulempen har været højere forvrængning, som gør det mindre egnet til hi-fi forstærkere. Men der er med tiden fundet metoder, som gør problemet mindre.

Den videnskabelige artikel blev godt modtaget, og i sommer blev Nicolai Dahl derfor inviteret til Paris for at tale til Audio Engineering Societys halv-årlige konference for at tale for nogle af verdens mest vidende personer inden for området.

“Dagen inden sad jeg bare og øvede det. Jeg tror, jeg var igennem det otte gange, så det bare sad der forfra og bagfra. Men selvom der var rigtig mange nerver, da jeg skulle præsentere det, så gik det rigtig godt,” fortæller han.

Det er usikkert, hvor stor impact Nicolais nyfortolkning af en klasse-D forstærker får for producenterne af traditionelt hifi-udstyr og i industrien i det hele taget. For nok er andre klasse-D forstærkere mere komplicerede og derfor større end Nicolais, men samtidig vil de også forvrænge lyden mindre, og så betyder størrelsen ikke så meget. Men det er muligt, at den nye modulator alligevel kan finde anvendelse på universiteter og generelt i forskning. Blandt andet fordi, den er så hurtig og let at få op at køre, da den kun bruger seks komponenter: Fire modstande, én kapacitor og én operationsforstærker.

Drømmer om at hjælpe verden

Selv arbejder Nicolai Dahl videre med modulatoren. I samarbejde med sin vejleder, der er i gang med en ph.d. på DTU, håber han, at de kan lave verdens bedste klasse-D forstærker i forhold til forvrængning. Den unge ingeniørs opgave består blandt andet af at lave et godt reguleringssystem, der korrigerer forvrængning endnu bedre.

Nicolai Dahl er lige startet på kandidat-delen af uddannelsen og håber at få en ph.d. på DTU. Han fortæller, at han i fremtiden drømmer om at arbejde inden for udvikling af nyere teknologier som selvkørende biler og avancerede robot-proteser. Områder han både ser som spændende, men også områder hvor han føler, at han kan give noget til samfundet.

“Det er nok et spørgsmål om, at jeg har et ønske om at være mest mulig nyttig for verdenssamfundet. Og kigger du på det, så vil sådan noget som selvkørende biler i længden kunne reducere mængden af dødsfald i trafikken utroligt meget. Og robot-proteser kan også være rigtig gavnlige for folk, der har mister arm eller ben,” siger han.


Deltag i debatten

luk
close