Signal Processing and Speech Communication Laboratory
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Diskrete Lautsprechermodelle zur Simulation des Membranhubs und des Schalldrucks

Status
Finished
Type
Bachelor Project
Seminar Type
Elektro- und Raumakustik, Seminar (3 SE)
Announcement date
01 May 2011
Student
Andreas Gaich
Mentors
Research Areas

Zusammenfassung

Beim Einbau eines Lautsprechers in eine Umgebung, in der auf Grund von kompakter Bauweise Platzmangel herrscht (z.B. Handys), gilt der Membranhub des Lautsprechers als wesentliches Entwurfskriterium. Dieser ist von den physikalischen Eigenschaften des Lautsprechers und von dem an der Schwingspule anliegenden Signal abhängig. Die Ermittlung des Maximalhubs mittels Laserdistanzmessung ist zwar genau, aber nicht immer zweckdienlich, da für jedes beliebige Signal eine neue Messung nötig wäre. Außerdem ist manchmal eine Messung mit Laser gar nicht möglich (wenn z.B. ein zu kleiner Schallauslass auf der Vorderseite des Lautsprechergehäuses die Lasermessung verhindert). Es wird daher in dieser Arbeit nach einer Möglichkeit gesucht, den Membranhub durch eine Simulation genau genug anzunähern, um Aussagen über das reale Schwingveralten der Membran machen zu können. Als erster Lösungsansatz wird die Berechnung eines linearen IIR-Filters aus dem Thiele-Small Parametersatz des entsprechenden Lautsprechers vorgestellt. Es folgt eine zweite Variante, welche die Generierung eines linearen FIR-Filters aus einem vorgegebenen SPL-Frequenzgang vorsieht. Die beiden Ansätze werden miteinander verglichen und an Hand einer Referenz-Laserdistanzmessung ausgewertet. Als zusätzlicher Punkt ist auch die Bestimmung des SPL-Frequenzgangs mit diesen Filtermodellen vorgesehen. Es werden die Grenzen der Modelle, die durch Vernachlässigung nichtlinearen Verhaltens des realen Lautsprechers entstehen, aufgezeigt, sowie die durch die diskrete Modellierung entstehenden Fehler besprochen.
Die Implementierung der Filter und die Simulation erfolgt in Matlab.

Abstract

For loudspeaker design in mobile applications the excursion of the loudspeaker diaphragm is an important criterion. It depends on the physical characteristics of the loudspeaker and the input driving signal. An accurate measurement can be performed with a laser but this is not always convenient because the results depend on every single driving input. Moreover a laser distance measurement is not always possible. The goal of this thesis is to find discrete-time filter models which simulate and represent the excursion behavior of any real loudspeaker. In addition to that the sound pressure at a given distance should also be calculated. Therefore two different approaches were made. The first one introduces a filter design of a linear IIR-filter with respect to a loudspeaker’s Thiele-Small parameters. The second approach uses a SPL-frequency response measurement as a basis for determining a linear FIR filter. The two approaches will be compared to each other and to a reference laser distance measurement. The errors which are made by neglecting the nonlinear components of a loudspeaker and the use of a discrete-time model are discussed.
The implementation of the filters and the simulations result in Matlab.

Full Text & Additional Material

The bachelor thesis can be downloaded here.