Contribution à l’étude des non-linéarités au sein d’une association amplificateur-transducteur : atténuation des distorsions par un mode de contrôle en courant

Undertaken with the LAUM, this work aims at first tocharacterize non linear distortions relative to electrodynamicloudspeakers with a view to miniaturizing units designed in thelaboratory. Furthermore, a special point about the advantages and drawbacks resulting from voltage or current driving has been investigated. After a brief review about the prominent definitions used in thefield of electro-acoustics, the main properties and specificitiesof transducers are discussed while considering at first linear devices. Considering a generic transducer of the state of theart, the main parameters are given in terms of transfer functions. Then, a current-driving policy is discussed whiletaking account of the actual power operational amplifier properties. Furthermore, the rejection of the mechanical resonance is investigated without any kind of alteration of theideal infinity of the Control Drive Index value. Specific filtering structures are calculated regarding a given transducer and considered either in feedforward or feedback arrangements within the circuitry. After such a first order analysis non linear behaviours areconsidered. At first a straightforward typology of non linearsystems is presented so as to highlight the most importantdefinitions. Then, a special analytical approach is given,allowing us to analyse the harmonic generation from a currentdriven loudspeaker with a mono frequency regime. Such anapproach is extended and generalized by way of original numerical models designed with Simulink®, PSpice® and SLPSsoftware, considering bi tonal stimuli signals. Then, such anapproach is considered with transducers and amplifiers of thestate of the art, allowing us to validate the whole relevantrationale. Thus, the micro speakers actually developed in thelaboratory should be investigated and optimized in the shortrun, considering their relevant electronic conditioning policy.Ce travail réalisé au LAUM, concerne en premier lieu la caractérisation des distorsions, notamment non linéaires,observables sur des haut-parleurs en vue de les miniaturiser.En outre l’étude se rapporte au mode de contrôle de tels transducteurs au regard des avantages et des inconvénients présentés par l’électronique d’un pilotage en intensité.Après rappel des principales définitions permettant d’appréhender les mesures électroacoustiques, la structure et les propriétés des haut-parleurs font l’objet d’une première analyse, discutée dans le cadre des hypothèses de linéarité.Les exemples et les caractéristiques décrits en termes de fonctions de transfert sont présentés autour d’un transducteur générique de l’état de la technique. Les principes de la commande en courant sont ensuite présentés, compte tenu des caractéristiques globales des amplificateurs opérationnels de puissance disponibles actuellement. En maintenant l’intégrité de l’indice de contrôle en courant (Control Drive Index), la réjection du pic de résonance mécanique et des hautes fréquences sont discutés autour de structures de filtrages, soit incorporées à la boucle de feedback et adaptées au transducteur, soit disposées en feed forward. Au-delà de ces considérations de premier ordre les comportements non linéaires sont examinés. Après une analyse fondamentale se rapportant aux définitions et aux caractéristiques de non-linéarité, une évaluation analytique en régime mono fréquentiel est présentée, pour un transducteur commandé en courant. L’analyse est ensuite généralisée au moyen de modèles numériques originaux réalisés sous Simulink®, PSpice® et SLPS avec des sollicitations bitonales.Considérant divers dispositifs de l’état de la technique, des résultats conformes à ceux de la littérature récente et validés par l’expérience sont obtenus. Ainsi, les prototypes de micro haut-parleurs réalisés au laboratoire seront à court terme caractérisés avec plusieurs modes de conditionnement