Signal Processing and Speech Communication Laboratory
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Development of a Tool to Detect and Analyze Regular and Irregular Loudspeaker Distortions

Status
Finished
Type
Master/Diploma Thesis
Seminar Type
- None -
Announcement date
01 Apr 2013
Student
Florian Mitsch
Mentors
Research Areas

Abstract

At the conversion from electrical energy to acoustic energy using an electro-dynamic loudspeaker, undesired distortions are generated. These can be divided into regular distortions caused by design limitations and irregular distortions caused by production faults. During the development phase of a loudspeaker, both types of distortions need to be minimized, so a clear detection of the root cause is necessary. Presently several measurement systems are focused on the detection of distortions and these have different methods for the analysis, but there is no system combining all methods. In this thesis, an analysis software is to be developed which uses data from common measurement systems and digital signal processes to provide root cause analysis for the acoustic development. This facilitates the improvement and elimination of distortions.
The main focus of this software program is the analysis of micro-speakers because common measurement systems are not developed for transducers of this size. Irregular distortions, like a hitting membrane, are very annoying because they are highly audible and can damage the loudspeaker during lifetime. For distortion root cause detection, the knowledge of the temporal occurrence is very important. Therefore the root of the distortion is combined with the actual membrane position to see critical areas of displacement. For applications where the membrane position is not measurable the software program calculates the excursion from the sound pressure signal. Using statistical parameters of the distortions can reduce the number of potential root causes. Analyzing the temporal trend of the distortion is necessary, so a period-wise calculation, regarding the stimulus, has to be applied. Additionally several kinds of frequency domain plots are available to analyze the spectral shape of the distortion and define optimum filter settings for the quality control at the production. The tool also provides a comparison of some filters settings to find the optimum parameters for each kind of distortion.

Kurzfassung

Bei der Umwandlung elektrischer Energie in akustische Schalldruckwellen mittels elektro-dynamischen Lautsprecher entstehen Verzerrungen die grundsätzlich unerwünscht sind. Dabei handelt es sich um reguläre Verzerrungen, die durch die Grenzen bei einem Design des Lautsprechers entstehen, und irreguläre Verzerrungen, die durch Produktionsfehler verursacht werden. Bei der Entwicklung von Lautsprechern wird versucht beide Arten der Störung zu minimieren, deswegen ist es von großer Bedeutung die Ursache solcher Fehler zu kennen. Derzeit gibt es einige Messsysteme, die den Fokus auf der Detektion dieser Störungen mit teils unterschiedlichem Ansatz legen, aber es gibt noch kein System, das alle Methoden vereint. In dieser Arbeit entsteht eine Analysesoftware, die Daten herkömmlicher Messsysteme weiterverarbeitet und speziell für den Akustikentwickler darstellt. Dadurch soll die Ermittlung von Fehlerursachen deutlich erleichtert werden, um die Optimierung von Verzerrungen zu ermöglichen.
Hauptfokus dieses Programms liegt auf der Analyse von Kleinlautsprechern, da herkömmliche Messsysteme oft für solch kleine Abmessungen nicht optimal geeignet sind. Besonders störend sind irreguläre Verzerrung wie es etwa eine anstehende Membrane verursacht, denn diese Art der Verzerrung ist meist gut wahrnembar und kann im Betrieb auch stärker werden oder den Lautsprecher sogar zerstören. Um die
Ursache der Störung genau detektieren zu können, ist es wichtig den zeitlichen Ursprung zu wissen. Dabei wird auf die Membranposition referenziert, um mögliche Problemstellen zu erkennen. Falls die Auslenkung der Membran nicht gemessen werden kann, dann berechnet die Software die Membranposition anhand des gemssenen Schlladrucks. Statistische Parameter der Verzerrung sind oft hilfreich, um den Kreis der Fehlermöglichkeiten einzugrenzen. Hier ist die periodenweise Auswertung, bezüglich des Anregungssignals, eine sehr gute Art um den zeitlichen Verlauf verfolgen zu können. Außerdem werden mehrere Darstellungen des Spektrums zur Verfügung gestellt um die Frequenzkomponenten der Verzerrungen zu analysieren und um optimale Filter für die Qualitätsüberprüfung bei der Produktion zu definieren. Dazu können mehrere Filter mit unterschiedlichen Einstellungen verglichen werden, um die besten Parameter für die jeweilige Art von Verzerrung zu finden.