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!