Presentazione elaborato triennale sulla caratterizzazione delle non linearità di un altoparlante elettrodinamico.

1. UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI TRIESTE
DIPARTIMENTO DI INGEGNERIA E ARCHITTETURA
LAUREA TRIENNALE IN INGEGNERIA ELETTRONICA ED INFORMATICA
CARATTERIZZAZIONE DELLE NON LINEARITA’
DI UN ALTOPARLANTE ELETTRODINAMICO
LAUREANDO:
ZUCCON GIULIO
MAT. IN0500288
RELATORE:
Prof. CARINI Alberto
Anno Accademico: 2019/2020

2. Organizzazione
❑L’esposizione dell’elaborato sarà così strutturata
▪ Descrizione del problema
▪ Fonti di non linearità negli altoparlanti elettrodinamici
▪ Filtri di Volterra
▪ Circuito di misura della corrente
▪ Risultati delle misure

3. Problema
❑Durante il funzionamento, negli altoparlanti elettrodinamici possono
verificarsi
× Comportamenti non lineari
× Introduzione di armoniche
× Distorsioni dipendenti dal livello del segnale in ingresso
❑Limitazioni nell’utilizzo di tecniche correttive come la cancellazione
d’eco acustico e la cancellazione attiva di rumore

4. Cause di Non Linearità
❑Le non linearità presenti negli altoparlanti elettrodinamici sono dovute a
fattori costruttivi e applicativi
▪ Rigidità delle sospensioni
▪ Fattore di forza
▪ Effetto Doppler

5. Cause di Non Linearità
Non linearità dovuta alla rigidità
delle sospensioni
Non linearità del fattore di forza

6. Filtri FLiP e filtri di Volterra
❑Un altoparlante elettrodinamico può essere descritto da una classe di filtri
appartenente ai filtri non lineari LIP (Linear in The Parameter)
▪ Altoparlante elettrodinamico = ‶black box ″
▪ Filtri di Volterra, funzioni base date dai polinomi 𝑥 𝑛 dove 𝑛 =
0, 1, 2, …
▪ Filtri FLiP (Functional Link Polynomial)

7. Filtri FLiP e filtri di Volterra
❑I filtri FLiP e i filtri di Volterra sono descritti da 3 parametri:
▪ Memoria M (massimo ritardo temporale considerato)
▪ Ordine K (somma degli ordini dei fattori costituenti)
▪ Diagonal Number D (massima differenza temporale tra i campioni di
ingresso)

8. Identificazione dei filtri non lineari
❑I filtri FLiP e i filtri di Volterra, per essere utilizzati devono essere identificati
numericamente
▪ Funzioni base ortogonali per segnali in ingresso (ad es. rumore
bianco Uniforme o Gaussiano)
▪ Metodo di Cross-correlazione
▪ Sequenze periodiche ortogonali (OPS – Orthogonal Periodic
Sequences)

9. Set-up di misura
❑Le misure sono state eseguite sui segnali acustico e di corrente,
configurando un set-up di misura composto da:
▪ Altoparlante elettrodinamico
▪ Amplificatore audio
▪ Scheda audio
▪ Microfono e sensore di corrente

10. Sensore di corrente
❑La corrente nella bobina è rilevata per mezzo di un sensore di corrente
a shunt resistivo
❑Un amplificatore operazionale
realizza il circuito del sensore di
corrente in due stadi
▪ Stadio differenziale
▪ Amplificatore non invertente

11. Sensore di corrente
❑Il circuito del sensore di corrente deve garantire
▪ Banda passante di almeno 10kHz
▪ Regolazione del guadagno
▪ Slew Rate maggiore di 1V/µs

12. Misure
❑La famiglia di OPS che determina i coefficienti del kernel di Volterra
deve essere generata sulla base di:
▪ Ordine e memoria del filtro che modella il sistema
❑L’Analisi armonica e la misura della risposta impulsiva permettono di
determinare rispettivamente l’ordine e la memoria del filtro

13. Analisi Armonica
❑Analisi armonica per la determinazione dell’ordine del filtro
Analisi armonica del segnale di corrente Analisi armonica del segnale acustico

14. Misura della Risposta Impulsiva
❑Misura della Risposta Impulsiva per la determinazione della
lunghezza di memoria del filtro
Risposta impulsiva del segnale di corrente Risposta Impulsiva sul segnale acustico

15. Misure
❑Sono state generate delle famiglie di OPS per segnali di rumore
bianco a distribuzione Uniforme e Gaussiana
❑Calcolando la cross-correlazione tra l’uscita e ogni sequenza OPS, viene
determinata una diagonale del kernel di Volterra
❑Il kernel di Volterra è calcolato sia per segnale acustico che
segnale di corrente

16. Kernel di Volterra
OPS Rumore Gaussiano bianco
Segnale di corrente
OPS Rumore Gaussiano bianco
Segnale acustico

17. Conclusioni
❑La descrizione delle non linearità di altoparlanti elettrodinamici
mediante filtri di Volterra è possibile
❑Le non linearità determinate sul segnale di corrente non presentano gli
effetti dovuti al riverbero e alla risposta impulsiva d’ambiente
❑Il segnale di corrente fornisce una migliore descrizione delle non
linearità in seguito al ridotto livello di rumore sovrapposto

18. Sviluppi Futuri
❑Sono necessari ulteriori studi per determinare:
▪ Corrispondenze tra non linearità elettriche ed acustiche
▪ Non linearità modellate dal segnale di corrente
▪ Tecniche di equalizzazione e compensazione delle non
linearità

19. GRAZIE PER L’ATTENZIONE!