Techniques de compensation sur haut-parleur

Techniques de compensation sur haut-parleur

Cahier des charges

Description du problème Ce projet se base en premier lieu sur des systèmes de compensation existants. Le but n’est pas de réinventer un procédé mais d’analyser ce qu’il se fait déjà, observer les avantages et inconvénients de ses produits et proposer des solutions adaptées aux besoins de l’entreprise. Cette thèse n’a pas l’objectif de créer un produit fini mais plutôt l’étude et la mesure de haut-parleurs afin de comprendre leurs fonctionnemens et leurs apporter une correction pour les perfectionner. Plusieurs types de mesures (tension, courant, position de la membrane) permettront d’observer au mieux le transducteur et d’en proposer un modèle le plus précis possible. Une compensation du haut-parleur est aussi envisageable en fonction du temps qu’il restera au projet. 4 Tâches à effectuer — Rechercher et comprendre les systèmes tels que Controlled Sound de Klippel. — Evaluer les avantages et inconvénients de ces différents systèmes. — Concevoir un banc de mesure sur haut-parleur (mesure de courant, tension, déplacement de la membrane du haut-parleur avec un laser). — Effectuer une modélisation du haut-parleur sur la base des mesures. — Comparer les résultats obtenus. Observer s’il y a corrélation entre le modèle basé sur le déplacement de la membrane effectif (mesure au laser) et l’autre calculé à l’aide de la mesure courant/tension. — Selon le temps, faire une régulation temps-réel simple sur PC (Matlab, Labview,…) pour corriger directement le haut-parleur de basse.

Analyse

Une chaîne hifi classique se compose de différents éléments. Il y a, en premier lieu, une source audio analogique (lecteur vinyle, sortie d’un téléphone, radio fm. . . ) ou numérique (lecteur CD, DAB+, . . . ). Elle vient ensuite se connecter à un amplificateur audio. Ce dernier permet d’augmenter le gain du signal et de fournir assez de courant pour le bon fonctionnement des haut-parleurs, le 3ème élément de la chaîne. Ceux-ci permettent de transformer le signal électrique en signal acoustique audible pour l’oreille humaine. 6.2 Composition Il existe plusieurs types de haut-parleur : électrodynamique, électrostatique, piézoélectrique, . . . Cette thèse ne s’intéressera qu’à l’électrodynamique. Il s’agit de celui le plus répandu sur le marché. Ce hautparleur est constitué de plusieurs éléments séparables en deux parties, l’une fixe et l’autre mobile. Dans les parties fixes, il y a un noyau (entrefer) soutenant un aimant permanent et le châssis. La partie mobile, quant à elle, se compose d’une bobine, une suspension centrale (spider), une suspension périphérique et une membrane. 6.3 Fonctionnement La bobine se trouve baignée dans un champ magnétique créé par l’aimant permanent. Lorsqu’un signal électrique traverse la bobine, une force (selon la formule de Laplace) s’exerce sur elle. Celle-ci se déplace vers l’avant ou l’arrière (en fonction du sens du courant) et entraîne avec elle la membrane ainsi que les suspensions. Ces dernières permettent de ramener au plus vite la membrane à sa position initiale lorsqu’aucun signal ne traverse la bobine. En outre, elles permettent de limiter les hautes fréquences parasites. La membrane, quant à elle, produit un déplacement d’air en bougeant, une pression, ce qui crée une onde sonore audible. Celle-ci doit correspondre le mieux possible au signal électrique qui traverse le haut-parleur au même moment. Deux conversions d’énergie sont réalisées par le transducteur : électrique vers mécanique et mécanique vers acoustique. Ces transformations entraînent des pertes assez conséquentes qui diminuent le rendement à 5% au maximum pour les meilleurs d’entre eux (1% ou moins en général). Le reste de l’énergie est dissipé sous forme de chaleur par la bobine. Ces hauts-parleurs sont déjà en partie caractérisés par les fabricants dans leurs données techniques. Les paramètres indiqués sont ceux développés par Mr. Thiele et Mr. Small. 6.4 Paramètres de Thiele & Small Il existe une grande quantité de transducteurs différents. Les différences les plus visibles sont la géométrie, la taille et le poids qui influencent directement son comportement. Par exemple, plus un haut-parleur possède une grande membrane plus il pourra descendre bas en fréquence et moins haut dans les aigus. Les paramètres de Thiele et Small (du nom de leurs inventeurs) permettent justement de différencier ces haut-parleurs en définissant ces caractéristiques électriques et mécaniques propres par différentes mesures. Ces paramètres sont définis pour la plage petits signaux (faible puissance) du haut-parleur. Voici quelques caractéristiques fondamentales :

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Table des matières

I Introduction
1 Préambule
2 Stenheim
II Cahier des charges
3 Description du problème
4 Tâches à effectuer
5 Planning
III Analyse
6 Le haut-parleur
6.1 Eléments d’une chaîne hif
6.2 Composition
6.3 Fonctionnement
6.4 Paramètres de Thiele & Small
6.5 Types de distorsion
6.5.1 Linéaire .
6.5.2 Non-linéaire
6.6 Éléments non-linéaires
6.6.1 Facteur de force – Bl
6.6.2 Raideur de la suspension – kms
6.6.3 Autres
6.6.4 Tableau récapitulatif
7 Techniques de compensation sur haut-parleur
7.1 Basée sur les mesures
7.2 Basée sur le modèle.
7.3 Mixte
8 Recherche des paramètres non-linéaires
8.1 Par la mesure
8.2 Table de compensation
8.3 Linéarisation
8.4 Suppression des harmoniques
9 Besoins de l’entreprise
10 Systèmes de compensation existants
10.1 Voigt
10.2 3A – Andante
10.3 Klippel – Controlled Sound
10.4 Devialet – Sam
10.5 Autres
11 Modélisation de haut-parleur
11.1 Partie électrique
11.2 Partie mécanique
11.3 Schéma Complet
11.4 Modélisation de ScanSpeak
11.5 Modélisation de Klippel
IV Implémentation 30
12 Schéma bloc du système
13 Matériel utilisé
13.1 Outils de mesure
13.1.1 Carte d’acquisition
13.1.2 Sonde de courant
13.1.3 Sonde de tension
13.1.4 Capteurs lasers
13.2 Matériel mis à disposition
13.2.1 Amplificateur audio
13.2.2 Haut-parleur
14 Support capteur laser
15 Déroulement de la mesure
16 Signaux de test
17 Labview
17.1 VI : instrumentation virtuelle
17.2 VIs de mesures
17.2.1 Bloc de lancement de mesure : Signal And Acquisition
17.2.2 Bloc de traitement : Data Treatment
17.2.3 Bloc de modélisation
17.2.4 OADM adapter
17.2.5 Peak detector
17.2.6 Laser Delay
17.2.7 Filtre à distorsion
V Résultats
18 Validation du modèle linéaire
19 Distorsion mesurée
20 Compensation
VI Conclusion
21 Analyse des résultats
22 Evolutions futures
23 Remerciements
VII Annexes
A Glossaire
B Liste de figures
C Documents
C.1 Datasheet ScanSpeak 32W/4878T00
C.2 Article : Modeling of nonlinear coil in a ferroresonant circuit
C.3 Andante 3A article
C.4 Mise en plan du support laser .
C.5 Dix mesures de distorsion
D Liens utiles
D.1 Modélisation de haut-parleur
D.2 Semi-inductance
D.3 Systèmes de compensations.
D.4 Distorsion
D.5 Labview