Contrôle du haut parleur en temps réel

Real Time Loudspeaker Control

• Auteur / Autrice : Oliver Munroe
• Direction : Laurent Simon, Antonín Novák, Daniel Massicotte
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Acoustique
• Date : Soutenance le 17/11/2022
• Etablissement(s) : Le Mans
• Ecole(s) doctorale(s) : Sciences de l'ingénierie et des systèmes (Centrale Nantes)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'acoustique de l'Université du Mans - Laboratoire d'Acoustique de l'Université du Mans / LAUM
• Jury : Président / Présidente : Thomas Hélie
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Balbine Maillou, Philippe Herzog
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Wolfgang Klippel, Finn Agerkvist

Mots clés

Mots clés contrôlés

Modélisation prédictive

Amplificateurs

Linéarisation (électronique)

Haut-parleurs

Mots clés libres

Haut parleur

Distortion

Rétroaction

Modèle prédictif

Contrôleur

Amplificateur

Feedforward

Hysteresis

Feedback

Linearisation

Correction

Distortion

Amplifier

Damping

Loudspeaker

Résumé

L'objectif de cette thèse est de fournir des solutions matérielles et logicielles simplifiées au problème de la linéarisation des haut-parleurs en temps réel. La plupart des méthodes existantes nécessitent l'utilisation de capteurs externes, utilisent des modèles non linéaires complexes, ou tentent d'optimiser tous les paramètres non linéaires du modèle prédictif. D'un point de vue industriel, la simplicité est attrayante, donc la thématique principale de ce travail est de proposer un cadre de linéarisation qui soit aussi simple que possible tout en étant compétitif avec les autres méthodes.Afin de rendre l'algorithme aussi simple que possible, la plupart des paramètres non linéaires sont fournis a priori par l'utilisation de simulations et de fiches techniques. Seule la fonction non linéaire utilisée pour représenter la suspension du haut-parleur est optimisée en temps réel pour adapter les paramètres à l'échantillon. L'algorithme est exécuté sur un contrôleur à faible latence, et le signal de commande est appliqué au système de haut-parleurs via un système d'amplificateur de puissance à transconductance. Le contrôleur et le système d'amplificateur de puissance ont été conçus, construits et validés par l'auteur au cours de cette thèse.Le système de contrôle est simulé et les effets de la résolution ADC, de l'erreur de modèle et de l'amortissement mécanique sur la compensation sont analysés. Les résultats des mesures montrent que le système de contrôle est capable de réduire les distorsions harmoniques et d'intermodulation dans l'accélération du cône jusqu'à 25 dB entre 10 Hz et 1000 Hz. Le système de contrôle permet également de contrôler la réponse en fréquence linéaire du système de haut-parleurs, en éliminant le pic présent à la fréquence de résonance du haut-parleur ou en fournissant une modification plus large de la réponse en fréquence.

The aim of this thesis is to provide simplified hardware and software solutions to the problem of real time loudspeaker linearisation. Most of the existing methods require the use of external sensors, use complex nonlinear models, or attempt to optimise all the nonlinear parameters of the feed forward model. From an industrial standpoint simplicity is attractive, so the main thematic of this work is to propose a linearisation framework that is as simple as possible while still being competitive with other methods.In order to make the algorithm as simple as possible, most of the nonlinear parameters are provided a priori through the use of simulations and data sheets. Only the nonlinear function used to represent the loudspeaker suspension is optimised in real time to adapt the parameters to the sample drive unit. The algorithm is run on a low latency controller, and the control signal applied to the loudspeaker system via a transconductance power amplifier system. Both the controller and the power amplifier system were designed, built and validated by the author during this thesis.The control system is simulated and the effects of ADC resolution, model error, and mechanical damping on the compensation are analysed. Measurement results show that the control system is capable of reducing both harmonic and intermodulation distortions in the cone acceleration by up to 25 dB between 10 Hz and 1000 Hz. The control system also enables the control of the linear frequency response of the loudspeaker system, removing the peaking present at the loudspeaker resonance frequency or providing a more broad band modification of the frequency response.