Multisensor active system for distortion reduction of liw frequency loudspeaker

Tipičan aktivni niskofrekvencijski zvučnik sastoji se od dva dijela – pojačala snage i niskofrekvencijskog zvučnika, kao pasivnog elektro-mehaničko-akustičkog pretvarača. Zahvaljujući negativnoj povratnoj vezi, pojačalo snage posjeduje daleko bolje karakteristike od niskofrekvencijskog zvučnika, čije karakteristike (pa i izobličenja) ovise o elektromehaničkoj izvedbi i načinu ugradnje zvučnika u kutiju. Karakteristike aktivnog niskofrekvencijskog zvučničkog sustava ponajprije su, stoga, uvjetovane karakteristikama zvučnika kao daleko slabije karike u tom audio lancu. U ovom se radu istražuje optimalna vrsta višeosjetilne negativne povratne veze i način njezine primjene na zvučnik aktivnog niskofrekvencijskog sustava, a s ciljem poboljšanja karakteristika toga sustava, osobito smanjenja linearnih i nelinearnih izobličenja. U prvom se dijelu rada analiziraju i teorijski opisuju svi značajniji izvori izobličenja te se formulira prošireni model niskofrekvencijskog zvučnika koji uključuje tako utvrđene izvore izobličenja. Nakon toga određuje se način i frekvencijsko područje djelovanja pojedine grane negativne povratne veze te oblikuje finalni model aktivnog višeosjetilnog sustava. U eksperimentalnom dijelu rada, izvode se mjerenja na ispitnim zvučnicima prije i poslije primjene negativne povratne veze te se analiziraju dobivene promjene u karakteristikama zvučnika i uspješnost smanjenja linearnih i nelinearnih izobličenja. Slijedi opis izvedbe svih kritičnih segmenata aktivnog višeosjetilnog sustava, gdje se predstavlja i inovativna izvedba osjetila pomaka-položaja membrane, kao kritičnog dijela kontrolnog sustava na najnižim frekvencijama, koja se temelji na uporabi infracrvenih optičkih osjetila položaja. Rad zaključuje verifikacija ideje djelomične zamjene pasivnog ovjesa zvučnika aktivnim ovjesom, kojega čini grana negativne povratne veze s osjetilom položaja membrane zvučnika, a u svrhu dodatnog smanjenja linearnih i nelinearnih izobličenja te poboljšanja impulsnog odziva niskofrekvencijskog zvučnika.This doctoral thesis presents research into the practical benefits of applying negative feedback to the amplifier-speaker chain in order to linearize the frequency response of the system and reduce the total harmonic distortion of the loudspeaker. The method proposed in the thesis is based on the use of an original multisensor active system, consisting of an optical position sensor and an accelerometer as active sensors for the accurate measurement of loudspeaker cone movement, and the inclusion of the loudspeaker in the negative feedback loop of the amplifier. The thesis contains a comprehensive analysis and theoretical discussion of all significant sources of distortion in loudspeakers, as well as mechanical and electrical properties of different types of cone movement sensors, setting forth the rationale for the development of a multisensor model that takes all identified sources of distortion into account. The model is implemented and verified experimentally on test low-frequency loudspeakers and substantiated with a detailed description of the model’s design, where particular emphasis is given to the implementation of the loudspeaker cone motion sensors as critical parts of the active control system at the lowest frequencies. The characteristics of the test loudspeakers are then measured and analyzed before and after the application of negative feedback and the measured results reveal significant improvements in the reduction of linear and non-linear distortion with the use of the proposed method. Finally, the possibility of partial substitution of the lower loudspeaker suspension, as one of the main contributors to loudspeaker THD, with the active multisensor system is explored with the view of achieving additional improvements in the characteristics and performance of active low-frequency loudspeakers